DE102008030284B4

DE102008030284B4 - Hochleistungs- Schwingplattenrichtgelenk

Info

Publication number: DE102008030284B4
Application number: DE102008030284A
Authority: DE
Inventors: Manfred Bartel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Mobility GmbH
Priority date: 2008-06-30
Filing date: 2008-06-30
Publication date: 2011-04-07
Anticipated expiration: 2028-07-01
Also published as: EP2300298A1; DE102008030284A1; WO2010000566A1; US8714376B2; CN102076546A; US20110094988A1; RU2471664C2; BRPI0913878A2; RU2011103206A

Abstract

Hochleistungs-Schwingplattenrichtgelenk für stark belastete Kuppelstangen zum Verbinden von Eisenbahnwagen zu mehrgliedrigen Wagensektionen und zur Erzeugung von horizontalen und/oder vertikalen Rückstellmomenten in den Wagenkästen im Verlauf des Entstehens von größeren normalen oder außergewöhnlichen Längsdruckkräften (LDK) im Zugverband zur Vermeidung von Entgleisungen und deren Folgen, bestehend aus an ihren Enden angeordneten Endzugstangenteilen (8) mit mindestens druckseitigen Federscheiben (6), dadurch gekennzeichnet, dass je Kuppelstangenende nur ein Endzugstangenteil (8) mit einer druckseitigen Federsäule (5) die Kuppelstange (2) über die Kuppelstangenendplatten (3) mit den wagenseitigen Stützlagerplatten (4) der Untergestelle (1) verbindend angeordnet sind und dass dabei weiter sich je eine Richtgelenkschwingplatte (9) zwischen der Kuppelstangenendplatte (3) und den Stützlagerplatten (4) befindet und dass an der Schwingplatte (9) selbst oder an einer der folgenden Druckkraft übertragenden Anlageflächen (16) zwischen der Richtgelenkschwingplatte (9) und den kuppelstangen- oder stützlagerseitigen Teilen sich eine Schwingplatten-Abrollfläche (12) befindet und dass weiter Federwegbegrenzer (10) mit ihren Druckkontaktflächen (11) wahlweise an der Kuppelstangenendplatte...

Description

Die Erfindung betrifft ein Hochleistungs-Schwingplattenrichtgelenk mit einer Einfachfedersäulenanordnung für stark belastete Kuppelstangen zum Verbinden von Eisenbahnwagen zu mehrgliedrigen Wagensektionen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Hochleistungsrichtgelenke mit Einfachfedersäulen Anordnung an den Enden von Kuppelstangen zum Kuppeln von Wageneinheiten sind bereits bekannt gemacht worden.
Stand der Technik
In der DE 102 46 428 A1 wurde bereits eine Lösung mit einer Einfachfedersäulenanordnung vorgeschlagen.
Bei dieser Ausführung werden die druckseitigen Federplattendämpfungselemente in Stützkäfige montiert. Zwischen dem oberen Käfigrand und der Stützlagerplatte ist ein definierter freier Abstand „a” für einen Federungs- und Schwenkweg vorgesehen, der bei einem definierten Ausschwenkwinkel der Kuppelstange und bei anfänglichen Längsdruckkräften ausgeschöpft wird. Nach dem Berühren des Käfigrandes und der Stützlagerplatte besteht eine starre Verbindung zwischen Kuppelstange und Wagen. Die ungedämpfte Längskraftüberleitung wirkt sich bei Stößen negativ aus und kann zu Deformationen und einem unruhigen Wagenlauf und Geräuschbildung führen. Weiter wurde eine Lösung nach DE 10 2005 034 527 A1 mit Doppelfedersäulenanordnung vorgeschlagen. Diese Ausführung sichert hohe Rückstellmomente und eine verbesserte elastische Anbindung unter Längsdruckkräften. Sie bedingt neben ihren bedeutenden Vorteilen jedoch einen unvorteilhaft großen Einbauraum, der vielfach nicht zur Verfügung steht und weiter eine relativ hohe Eigenmasse und höhere Kosten.
Aufgabenstellung
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Hochleistungsrichtgelenk für stark belastete Kuppelstangen zu schaffen, welches die Nachteile der bekannten Lösungen vermeidet und durch ein optimales Wirkprinzip bessere Richtgelenkparameter bei geringeren Einbauraum und einen weitgehend gedämpften Anschluss am Wagen bei hohen Längsdruckkräften sicherstellt. Die Eigenmasse der Wagensektionen und die Herstellungskosten sollen gesenkt werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ergänzungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor. Das Wesentliche der Erfindung ist, dass je Kuppelstangenende nur eine Endzugstange mit einer druckseitigen Federsäule platzsparend angeordnet ist, die ihre Durchgangsdruckkraft zentrisch über eine bewegliche Schwingscheibe, die je nach Bedarf vor oder nach den druckseitigen Federscheiben angeordnet ist und sich gesteuert über Federwegbegrenzer mit ihren Druckseitigen Federwegen und einer Schwingscheiben-Abrollfläche in Abhängigkeit vom Ausschlagwinkel der Kuppelstange kraft- und winkelabhängige einen langandauernden elastischen Übergang zum Untergestell hin ermöglicht.
Bei diesem Vorgang ist es möglich ausgeglichene große Rückstellmomente zwischen Kuppelstange und Wagenkasten in Abhängigkeit des Ausschlagwinkels der Kuppelstange und der anfänglichen Längsdruckkraft zu erzeugen.
Weitere Merkmale der Erfindung sind, dass je nach den Betriebsbedingungen und der Aufgabenstellung als Normalfall zum Beispiel für die Lösung des Problems der Entgleisungssicherheit unter Längsdruckkräften bei Güterwagen im Rangierbetrieb oder bei Reisezugwagen zur Verbesserung des Anticrashverhaltens bei Unfällen zwei spezielle Ausführungen vorgesehen sind.
So ist bei der vorgeschlagenen „Normalausführung” der Abstand der Übertragungsendkipppunkte kleiner ausgeführt als der Abstand der Federwegbegrenzer. Bei der Anticrashausführung ist zur Vermeidung des horizontalen und vertikalen Ausbrechen der Wagenkästen im Crashfall der Abstand der Endkipppunkte größtmöglich gewählt um ein großes Rückstellmoment wirken zu lassen, wobei der Abstand der Übertragungsendkipppunkte gleich oder größer ist als der Abstand der Federwegbegrenzer.
Die vorstehende erfindungsgemäße Lösung stellt einen Beitrag zur Optimierung des Richtgelenkprinzips dar mit dem Ergebnis der relativen Leistungserhöhung trotz minimalem Platzbedarfes und hinsichtlich einer geringen Eigenmasse und geringere Kosten bei der Herstellung und Unterhaltung. Das Sicherheitsniveau im Betrieb mit Reisezugwagen und leichtgewichtigen Güterwageneinheiten wird erhöht!
Ausführungsbeispiel
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen
1, 2, 3 und 5 je einen Schnitt B-B in 4,
4 einen Schnitt A-A in 1,
5.1 und 5.2 einen Schnitt B-B in 4 bei ausgeschwenkter Kuppelstange,
Die 1, 2 und 3 zeigen je einen horizontalen Querschnitt durch drei Varianten von Hochleistungs-Schwingplattenrichtgelenken in „Normalausführung” mit der erfindungsgemäßen Anordnung. Dabei befinden sich an jedem Ende zwischen der Stützlagerplatte 4, die am Wagenuntergestell 1 befestigt ist und der Kuppelstangenendplatte 3 der Kuppelstange 2 jeweils druckseitige Federscheiben 6 und eine beweglich gelagerte Richtgelenkschwingplatte 9. Die Anordnung der Federwegbegrenzer 10 geht aus der 4 hervor.
Für die Lagerung der druckseitigen Federscheibe 6 der Federsäule 5 wird durch die Federwegbegrenzer 10 in Verbindung mit der Kuppelstangenendplatte 3, oder der Richtgelenkplatte 9, oder auch der Stützlagerplatte 4 ein stützkäfigartiger Raum 17 gebildet.
Für die symmetrische und unsymmetrische Bewegung der Federwegbegrenzer 10, die den optimalen, horizontalen und vertikalen Ausschlag der Richtgelenkplatten sichern und begrenzen, steht je ein druckseitiger Federweg Fw zur Verfügung. Beim Ausschwenken der Kuppelstange gibt es an der Ausschwenkseite eine erste unsymmetrische Berührung mit der Gegenplatte.
Bei der Zunahme der Längsdruckkraft LDK wird dann die Schwingplatte 9 wieder in den stützkäfigartigen Raum zurückgedrückt. Die Lasteneinleitung in die Richtgelenk-Schwingplatte 9 erfolgt jeweils über den Längsdruckübertragungspunkt 13, der bei der Lösung „Normalausführung” am „Übertragungsendkipppunkt” 14 allseitig endet. Dabei ist der Abstand der „Übertragungsendkipppunkte” 14 = Breitenmaß DKe, immer kleiner als der Abstand der Federwegbegrenzer 10. Dadurch wird abgesichert, dass auch bei großen Längsdruckkräften LDK der Kraftverlauf über die Rückstellkippbewegung der Richtgelenkschwingplatten 9 weitgehendst noch elastisch über die druckseitige Federscheibe erfolgt. Das zu erreichende maximale Rückstellmoment für den Wagenkasten der „Normalausführung” wird hier durch den Hebelarm des halben Maßes y = a_NORM horizontaler Ebene und analog dazu in vertikaler Ebene erreicht.
Die 5, 5.1 und 5.2 zeigen die Lösung eines Schwingplatten-Richtgelenkes in kombinierter Anticrashausführung mit horizontaler und vertikaler Wirkung insbesondere auch für Reisezugwagen.
Die kombinierte Anticrashausführung entspricht der Normalausführung für Güterwagen bis auf die Anordnung der Federwegbegrenzer 10 und der Ausbildung der Richtgelenkschwingplatte. Zur Steigerung der Anticrash-Stabilisierungsleistung wird das horizontale und vertikale Entfernungsmaß der Federwegbegrenzer 10 größer gewählt. Dabei wird der Abstand der Übertragungsendkipppunkte 15 gleich oder größer als der selbe der Federwegbegrenzer 10. Dies ermöglicht im Zusammenhang mit der Verwendung von Schwingplatten mit horizontalen und/oder vertikalen Abrollfläche 12 oder auch über entsprechende unkontinuierliche Flächenkrümmungen folgendes Bauprinzip gemäß 5, 5.1 und 5.2:
Im Normalbetrieb, mit normalen Kuppelstangenausschlägen (α_oNORM) entsprechend etwa einem Gleisradius von 250–300 m, befindet sich gemäß 5.1 der Längskraftübertragungspunkt 13 mit seinem Hebelarm a_NORM etwa in der Mitte zwischen der Längsachse 18 der Kuppelstange 2 und dem Übertragungsendkipppunkt 15 entsprechend Entfernung „y”. Bei normalen und größeren Längsdruckkräften LDK bleibt die Druckübertragung elastisch, die Schwingplatte schlägt noch nicht an den rechten Federwegbegrenzer 10 an.
Wirkt eine höhere Crashkraft, auch mit einem größeren Ausschlagwinkel α_{o CRASH} gepaart, so erfolgt die Kraftüberleitung direkt am Punkt 15 und damit am größtmöglichen Hebelarm a_CRASH gemäß 5.2. Es wirkt damit das größtmögliche Anticrash-Rückstellmoment.
Die extreme Längsdruckkraft wird dann starr über die Federwegbegrenzer 10 mit ihren Druckkontaktflächen 11 und die anliegende Richtgelenkschwingplatte 9 direkt und unmittelbar wirksam in die Stützlagerplatte 4 und damit in das Untergestell 1 eingeleitet, wodurch eine schnelle und optimale Anticrashwirkung eintritt.
Bezugszeichen liste
Bezugszeichenliste

1: Untergestell
2: Kuppelstange
3: Kuppelstangenendplatte
4: Stützlagerplatte
5: Federsäule
6: Druckseitige Federscheibe
7: Zugseitige Federscheibe
8: Endzugstangenteil
9: Richtgelenkschwingplatte
10: Federwegbegrenzer
11: Druckkontaktflächen
12: Schwingplatten-Abrollfläche
13: Längskraftübertragungspunkt
14: Übertragungsendkipppunkt-Normalausführung
15: Übertragungsendkipppunkt-Anticrashausführung
16: Druckkraftübertragende Anlagefläche
17: Stützkäfigartiger Raum
18: Längsachse der Kuppelstange
LDK: Längsdruckkraft
RH: Horizontaler Richtgelenkradius
RV: Vertikaler Richtgelenkradius
FW: Druckseitiger Federweg
Dah: Breitenmaß über die Federwegbegrenzer 10
Dav: Höhenmaß über die Federwegbegrenzer 10
Dke: Breitenmaß über die Übertragungs-Endkipppunkte der Schwingplatte 9
y: Entfernung-Mitte Richtgelenk bis zum Übertragungsendkipppunkt 15
S: Überstand
αo NORM: Kuppelstangenausschlagwinkel in Normalstellung
αoCRASH: Kuppelstangenausschlagwinkel in Crashstellung
aNORM: maximaler Hebelarm des Rückstellgelenkes in „Normalausführung”
aCRASH: maximaler Hebelarm des Rückstellgelenkes in „Crashausführung”

Claims

Hochleistungs-Schwingplattenrichtgelenk für stark belastete Kuppelstangen zum Verbinden von Eisenbahnwagen zu mehrgliedrigen Wagensektionen und zur Erzeugung von horizontalen und/oder vertikalen Rückstellmomenten in den Wagenkästen im Verlauf des Entstehens von größeren normalen oder außergewöhnlichen Längsdruckkräften (LDK) im Zugverband zur Vermeidung von Entgleisungen und deren Folgen, bestehend aus an ihren Enden angeordneten Endzugstangenteilen (8) mit mindestens druckseitigen Federscheiben (6), dadurch gekennzeichnet, dass je Kuppelstangenende nur ein Endzugstangenteil (8) mit einer druckseitigen Federsäule (5) die Kuppelstange (2) über die Kuppelstangenendplatten (3) mit den wagenseitigen Stützlagerplatten (4) der Untergestelle (1) verbindend angeordnet sind und dass dabei weiter sich je eine Richtgelenkschwingplatte (9) zwischen der Kuppelstangenendplatte (3) und den Stützlagerplatten (4) befindet und dass an der Schwingplatte (9) selbst oder an einer der folgenden Druckkraft übertragenden Anlageflächen (16) zwischen der Richtgelenkschwingplatte (9) und den kuppelstangen- oder stützlagerseitigen Teilen sich eine Schwingplatten-Abrollfläche (12) befindet und dass weiter Federwegbegrenzer (10) mit ihren Druckkontaktflächen (11) wahlweise an der Kuppelstangenendplatte (3) oder selbst an der Richtgelenkschwingplatte (9) oder der Stützlagerplatte (4) angeordnet sind und dabei zur Aufnahme der druckseitigen Federscheibe (6) einen Stützkäfigartigen Raum (17) bilden und einen definierten Abstand zur zugeordneten Druckkraft übertragenden Anlagefläche (16) in Richtung des druckseitigen Federweges Fw besitzen.
Hochleistungs-Schwingplattenrichtgelenk nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingplatten-Abrollfläche (12) zur Verlagerung des Längsdruckübertragungspunktes (13) bei Schwenkbewegungen eine sphärische oder zweidimensional geformte Oberflächen für eine vertikale und/oder horizontale Richtgelenk-Rückstellwirkung, besitzen.
Hochleistungs-Schwingplattenrichtgelenk nach einem der vorstehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ausbildung der Richtgelenke in „Normalausführung” der Abstand der Übertragungsendkipppunkte (14) kleiner ist als der Abstand der Federwegbegrenzer (10) mit den Druckkontaktflächen (11).
Hochleistungs-Schwingplattenrichtgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ausbildung der Richtgelenke in ”kombinierter Anticrashausführung” zur Vergrößerung des wirksamen Rückstellmomentes des Richtgelenkes der Abstand der Übertragungsendkipppunkte (15) gleich oder geringfügig größer ist als der Abstand der Federwegbegrenzer (10) mit den Druckkontaktflächen (11) und dass die Richtgelenkschwingplatte (9) mit ihrer Schwingplattenabrollflächen (12) einen horizontalen und/oder einen vertikalen Richtgelenkradius RH/Rv oder auch eine entsprechend unkontinuierliche Flächenkrümmung besitzt, die im Normalbetrieb, mit normalen Kuppelstangenausschlägen (α_oNORM), entsprechend etwa einem 250–300 m Gleisbogen, eine Position des Längskraftübertragungspunktes (13) von etwa der Hälfte der Entfernung ”y” von der Längsachse (18) der Kuppelstange (2) bis zum Übertragungsendkipppunkt- „Anticrashausführung” (15) sichert.