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Die Erfindung betrifft eine Fahrschalteranordnung für ein Schienenfahrzeug, ein Schienenfahrzeug mit einer Fahrschalteranordnung und eine Verwendung eines Gelenklagers in einer Fahrschalteranordnung.
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Es ist bekannt, dass in Schienenfahrzeugen Fahrschalter verwendet werden, mit denen eine Fahrtrichtung, eine Geschwindigkeit und ein Bremsvorgang des Schienenfahrzeugs gesteuert werden. Ein Fahrschalter ist dabei in einen Fahrertisch integriert, wobei sich mechanische Belastungen, z.B. Verbiegungen bzw. Verwindungen, des Fahrertisches während eines Einbaus des Fahrschalters oder während eines Betriebs des Schienenfahrzeugs auf den Fahrschalter übertragen. Die mechanischen Belastungen bewirken einen hohen Verschleiß an Bauteilen des Fahrschalters. Es ist daher ein hoher Wartungsaufwand erforderlich. Beispielsweise wird eine Welle in einer Messingbuchse gelagert, und eine Hohlwelle wird direkt auf der Welle gelagert. Diese Art von Lagerung erfordert eine regelmäßige Schmierung, wobei eine nachteilige Überschmierung oder eine ebenfalls nachteilige Unterschmierung auftreten kann.
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In der
US 4 796 480 A ist ein elektromechanischer Fahrschalter für eine dieselelektrische Lokomotive beschrieben. Der Fahrschalter weist zwei Hebel auf, die jeweils um eine horizontale Welle bewegbar sind. Die horizontalen Wellen sind jeweils in Buchsen gelagert.
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Die
US 2 647 415 A offenbart einen Fahrschalter für ein Schienenfahrzeug mit einem Dieselantrieb. Der Fahrschalter weist eine einzige horizontale Welle auf. Auch hier ist die horizontale Welle in Buchsen gelagert.
In der
CN 201033575 Y ist ein elektrischer Regler für eine Luftbremse einer Lokomotive dargestellt. Der Regler umfasst eine automatische Bremseinheit und eine individuelle Bremseinheit, die auf getrennten Wellen angeordnet sind. Die Wellen sind jeweils in Buchsen gelagert.
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Die Druckschrift
DE 10 2017 105 008 A1 beschreibt einen Handsteuergeber, z.B. für ein Schienenfahrzeug. Der Handsteuergeber weist eine Steuerwelle auf, die schwenkbar um eine Achse gelagert ist. An der Steuerwelle ist ein Steuerhebel mit einem Steuerknauf vorgesehen. Nachteilig ist hierbei, dass es unklar ist, wie die Steuerwelle um die Achse gelagert ist. Es ist ebenfalls unklar, wie die Achse selbst gelagert ist.
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Die Druckschrift
EP 2 465 745 A1 offenbart eine mechanische Betätigungsvorrichtung für eine Funktionsgruppe eines Schienenfahrzeugs. Ein Hebel ist dabei starr mit einer Nocke gekoppelt, die drehbar um eine Drehachse gelagert ist. Auch hier ist unklar, wie die Nocke um die Drehachse gelagert ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Fahrschalteranordnung und ein Schienenfahrzeug mit einer Fahrschalteranordnung zu schaffen, wobei die Fahrschalteranordnung verschleißarm und wartungsarm ausgeführt ist und somit eine hohe Betriebssicherheit aufweist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Fahrschalteranordnung nach Anspruch 1 gelöst. Weiterhin wird die Aufgabe mit einem Schienenfahrzeug nach Anspruch 11 und mit einer Verwendung eines Gelenklagers nach Anspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
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Erfindungsgemäß besteht die Lösung der Aufgabe in einer Fahrschalteranordnung für ein Schienenfahrzeug, wobei
- - die Fahrschalteranordnung mindestens ein verwindbares Rahmenelement aufweist, auf dem zwei verwindbare Seitenwandeinheiten befestigt sind,
- - die Enden einer Welleneinheit schwenkbar aufnehmen und wobei
- - ein erster Schalthebel an der Welleneinheit befestigt ist,
- - die Welleneinheit mindestens ein erstes Schaltstück aufweist, an das mindestens ein erstes Rollenelement radial angrenzt, wobei mittels des ersten Rollenelements mindestens ein am Rahmenelement angeordnetes erstes Hebelelement betätigbar ist, und
- - mittels eines Seilhebels eine am Rahmenelement angeordnete Sperrscheibe betätigbar ist, und wobei
- - in jeder Seitenwandeinheit ein erstes Lagerelement mit mindestens einem ersten Teilelement und mindestens einem zweiten Teilelement angeordnet ist,
- - jedes erste Teilelement in einer verwindbaren Seitenwandeinheit angeordnet und mit der verwindbaren Seitenwandeinheit mitbewegbar ist, und
- - jedes zweite Teilelement ein Ende der Welleneinheit aufnimmt und mit dem Ende der Welleneinheit mitbewegbar ist.
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Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Fahrschalters besteht darin, dass die ersten Teilelemente und die zweiten Teilelemente mechanische Belastungen, die auf das Rahmenelement und die Seitenwandeinheiten wirken, gegenüber der Welleneinheit ausgleichen. Mechanische Belastungen können z.B. Verwindungen sein, die bei einem Einbau des Fahrschalters oder während eines Betriebs eines Schienenfahrzeugs auftreten. Die Begriffe „Verwindung“ bzw. „verwindbar“ bedeuten hier, dass das Rahmenelement und die Seitenwandeinheiten während des Einbaus oder des Betriebs des Schienenfahrzeugs statische und/oder dynamische Biegungen ausführen können. Die Biegungen können auch dreidimensional sein. Die ersten Teilelemente, die zweiten Teilelemente und die Welleneinheit können somit verschleißarm und wartungsarm betrieben werden. Dadurch wird die Betriebssicherheit der Fahrschalteranordnung erhöht.
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Vorzugsweise ist das erste Lagerelement ein Gelenklager. Ein Gelenklager stellt eine vorteilhafte Ausführungsform mit einem ersten Teilelement und einem zweiten Teilelement dar. Ein Gelenklager kann wartungspflichtig sein, d.h. dass eine Schmierung erforderlich ist. Ein Gelenklager kann jedoch auch aufgrund einer PTFE-Einlage schmierungsfrei und somit wartungsfrei sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist um die Welleneinheit eine Hohlwelleneinheit schwenkbar angeordnet und ein zweiter Schalthebel an der Hohlwelleneinheit befestigt, wobei mindestens ein zweites Lagerelement zwischen der Welleneinheit und der Hohlwelleneinheit angeordnet ist. Die Hohlwelle kennzeichnet eine Fahrschalteranordnung mit zwei Schalthebeln. Das zweite Lagerelement verringert die Reibung zwischen der Hohlwelleneinheit und der Welleneinheit. Das zweite Lagerelement kann beispielsweise eine Buchse sein.
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Insbesondere ist das zweite Lagerelement ein Nadellager. Ein Nadellager nimmt wenig Raum ein, so dass ein Abstand zwischen der Hohlwelleneinheit und der Welleneinheit minimiert werden kann.
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Speziell weist die Hohlwelleneinheit eine Toleranz H6 und/oder die Welleneinheit eine Toleranz h5 auf. Mit diesen Toleranzen wird das Spiel zwischen der Hohlwelle und dem Nadellager und/oder zwischen dem Nadellager und der Welleneinheit minimiert. Dadurch erhöht sich die Leichtgängigkeit bei einem Schwenken der Welleneinheit bzw. der Hohlwelleneinheit. Außerdem werden ein Verschleiß und ein Wartungsbedarf weiter reduziert. Es sind jedoch auch andere Toleranzen denkbar.
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Außerdem können die Welleneinheit und die Hohlwelleneinheit aus Edelstahl gefertigt sein, vorzugsweise aus dem gleichen Edelstahl. Edelstahl weist eine erhöhte Festigkeit, z.B. gegenüber einem Baustahl auf, sodass die Lebensdauer der Welleneinheit und der Hohlwelleneinheit, z.B. gegenüber dem Baustahl, verbessert ist. Wenn die Welleneinheit und die Hohlwelleneinheit aus dem gleichen Edelstahl gefertigt sind, ist das Bauteilverhalten der Welleneinheit an das Bauteilverhalten der Hohlwelleneinheit angepasst, d.h. beispielsweise, dass die Welleneinheit und die Hohlwelleneinheit eine gleiche Wärmeausdehnung bzw. Wärmeschrumpfung aufweisen. Dadurch werden zusätzliche Spannungen am zweiten Lagerelement aufgrund von Temperatureinwirkungen vermieden.
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Weiterhin können die Welleneinheit und die Hohlwelleneinheit die gleiche Bauteilhärte aufweisen, insbesondere eine Bauteilhärte von 200 HV bis 250 HV. Aufgrund der gleichen Bauteilhärte der Welleneinheit und der Hohlwelleneinheit hat das Nadellager außen und innen eine gleichmäßig harte Führung.
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Zusätzlich kann die Hohlwelleneinheit mindestens ein zweites Schaltstück aufweisen, an das mindestens ein zweites Rollenelement radial angrenzt, wobei mittels des zweiten Rollenelements mindestens ein am Rahmenelement angeordnetes zweites Hebelelement betätigbar ist, und das erste Rollenelement kann eine geringere Bauteilhärte aufweisen als das erste Schaltstück und/oder das zweite Rollenelement kann eine geringe Bauteilhärte aufweisen als das zweite Schaltstück. Dadurch wird ein Verschleiß eines Schaltstücks zu einem Rollenelement hin verlagert. Ein Rollenelement ist kleiner, leichter austauschbar und kostengünstiger als ein Schaltstück. Somit werden Kosten aufgrund eines Verschleißes in der Fahrschalteranordnung reduziert.
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Weiterhin können die Schaltstücke aus Edelstahl gefertigt sein, vorzugsweise aus gehärtetem Edelstahl. Der Werkstoff Edelstahl gewährleistet einen geringen Verschleiß, insbesondere wenn der Edelstahl gehärtet ist.
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Zusätzlich können zum Sperren bzw. Entsperren des ersten Schalthebels und des zweiten Schalthebels ein erstes Druck-Zug-Seil und ein zweites Druck-Zug-Seil an dem Seilhebel für die Sperrscheibe befestigt sein. Beim Sperren und Entsperren des ersten Schalthebels und des zweiten Schalthebels muss ein Schrägzug möglich sein. Ein Druck-Zug-Seil kann einen Schrägzug verschleißarm ausführen. Ein Schrägzug ist eine Zugbewegung entlang einer abgewinkelten Linie.
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Weiterhin besteht die Lösung der Aufgabe in einem Schienenfahrzeug mit der Fahrschalteranordnung. Das Schienenfahrzeug benötigt die Fahrschalteranordnung zum Steuern einer Fahrtrichtung, einer Geschwindigkeit und eines Bremsvorgangs. Das Schienenfahrzeug kann ein Endwagen eines Zuges oder eine Lokomotive sein.
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Außerdem besteht die Lösung der Aufgabe in einer Verwendung mindestens eines Gelenklagers in einer Fahrschalteranordnung für ein Schienenfahrzeug. Das Gelenklager kann zwischen einer Welle und einer Lageröffnung in einer Seitenwandeinheit angeordnet sein.
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von fünf Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Draufsicht auf zwei Hebel einer erfindungsgemäßen Fahrschalteranordnung,
- 2 eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Fahrschalteranordnung,
- 3 eine schematische Vergrößerung eines Ausschnitts A in 2,
- 4 eine schematische Vorderansicht einer Welle und einer Hohlwelle der erfindungsgemäßen Fahrschalteranordnung gemäß 2 und
- 5 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Fahrschalteranordnung gemäß 2.
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Die 1 bis 5 zeigen verschiedene Ansichten einer erfindungsgemäßen Fahrschalteranordnung 10 für ein Schienenfahrzeug. Eine Längsrichtung x, eine Querrichtung y und eine senkrechte Richtung z dienen zur Orientierung.
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In 1 sind lediglich der erste Schalthebel 43 und der zweite Schalthebel 61 dargestellt. Ansonsten ist die Fahrschalteranordnung 10 durch einen Skalendeckel 11 verdeckt, wobei der Skalendeckel 11 in einen nicht dargestellten Fahrertisch eines ebenfalls nicht dargestellten Schienenfahrzeugs integriert ist.
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Die 2 und 5 zeigen die gesamte Fahrschalteranordnung 10. Die Fahrschalteranordnung 10 umfasst eine Vielzahl von Bauteilen, jedoch wird hier lediglich auf die erfindungsrelevanten Bauteile eingegangen. 2 und 5 zeigen den ersten Schalthebel 43 und den zweiten Schalthebel 61 in einer gleichen Position wie in 1.
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In 2 sind eine Welleneinheit 40 und eine Hohlwelleneinheit 60 dargestellt, wobei die Hohlwelleneinheit 60 die Welleneinheit 40 umgibt. Die Hohlwelleneinheit 60 ist in einer Längsrichtung x kürzer als die Welleneinheit 40. Sowohl die Welleneinheit 40 als auch die Hohlwelleneinheit 60 sind um eine Schwenkachse X1 schwenkbar. Der erste Schalthebel 43 ist an der Welleneinheit 40 befestigt. Der zweite Schalthebel 61 ist an der Hohlwelleneinheit 60 befestigt. Außerdem sind an der ersten Welleneinheit 40 ein erstes Schaltstück 44 und an der Hohlwelleneinheit 60 ein zweites Schaltstück 62 befestigt. Das erste Schaltstück 44 betätigt ein erstes Rollenelement 45, das mit einem ersten Hebelelement 46 gekoppelt ist. Das zweite Schaltstück 62 betätigt ein zweites Rollenelement 63, das mit einem zweiten Hebelelement 64 gekoppelt ist.
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Die Welleneinheit 40 ist in einer ersten Seitenwandeinheit 31 und in einer zweiten Seitenwandeinheit 32 gelagert. Die erste Seitenwandeinheit 31 und die zweite Seitenwandeinheit 32 sind auf einem Rahmenelement 20 befestigt. Zwischen der Welleneinheit 40 und der ersten Seitenwandeinheit 31 sowie zwischen der Welleneinheit 40 und der zweiten Seitenwandeinheit 32 ist jeweils ein erstes Lagerelement 50 angeordnet. Jedes erste Lagerelement 50 ist als Gelenklager ausgeführt. Das erste Lagerelement 50 in der ersten Seitenwandeinheit 31 ist in 3 vergrößert dargestellt.
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In 3 ist das erste Lagerelement 50 gemäß einem Ausschnitt A in 2 dargestellt. Das als Gelenklager ausgeführte Lagerelement 50 weist ein erstes Teilelement 51 und ein zweites Teilelement 52 auf. Das erste Teilelement 51 ist in der ersten Seitenwandeinheit 31 befestigt. Das zweite Teilelement 52 ist an einem Ende 41 der Welleneinheit 40 befestigt. Das erste Teilelement 51 und das zweite Teilelement 52 weisen eine gemeinsame Berührungsfläche 53 auf, die einem Kugeloberflächenabschnitt entspricht. Die Welleneinheit 40 ist um die Schwenkachse X1 schwenkbar.
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4 zeigt die Welleneinheit 40 mit der Hohlwelleneinheit 60. Die Welleneinheit 40 weist ein Ende 41 und ein Ende 42 auf, das jeweils in einem hier nicht dargestellten ersten Lagerelement 50 aufgenommen ist (vgl. 3). Zwischen der Welleneinheit 40 und der Hohlwelleneinheit 60 sind zwei zweite Lagerelemente 70 angeordnet, die hier als Nadellager ausgeführt sind. Die Welleneinheit 40 mit den Enden 41 und 42 sowie die Hohlwelleneinheit 60 sind jeweils um die Schwenkachse X1 schwenkbar.
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In 5 sind außerdem ein erstes Druck-Zug-Seil 82 und ein zweites Druck-Zug-Seil 84 dargestellt, mit denen ein Seilhebel 80 (vgl. 2) und eine Sperrscheibe 81 (vgl. 2) verriegelbar bzw. entriegelbar sind. Im ersten Druck-Zug-Seil 82 und im zweiten Druck-Zug-Seil 84 ist jeweils ein biegsames Kabel 83 angeordnet, das als ein schraubenartig gewickeltes metallisches Band ausgebildet ist, wobei aneinander angrenzende Wicklungsabschnitte stoffschlüssig mit einander verbunden sind. Das erste Druck-Zug-Seil 82 und das zweite Druck-Zug-Seil 84 weisen jeweils eine Neigung um einen Winkel α auf. An dem ersten Druck-Zug-Seil 82 und an dem zweiten Druck-Zug-Seil 84 ist jeweils ein Winkelgelenk 85 angeordnet. Dadurch ist mit dem ersten Druck-Zug-Seil 82 und dem zweiten Druck-Zug-Seil 84 jeweils ein Schrägzug möglich.
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Im Betrieb wird der erste Schalthebel 43 und/oder der zweite Schalthebel 61 betätigt. Dadurch wird die Welleneinheit 40 und/oder die Hohlwelleneinheit 60 um die Schwenkachse X1 geschwenkt. Während des Betriebs des Schienenfahrzeugs treten außerdem am Rahmenelement 20, an der ersten Seitenwandeinheit 31 und an der zweiten Seitenwandeinheit 32 Verwindungen aufgrund von Biegemomenten auf. Diese wirken von außen auf das Rahmenelement 20 ein und werden vom Rahmenelement 20 auch auf die erste Seitenwandeinheit 31 und die zweite Seitenwandeinheit 32 übertragen.
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Das erste Teilelement 51 des ersten Lagerelements 50 bewegt sich mit der ersten Seitenwandeinheit 31 mit. Das zweite Teilelement 52 bewegt sich mit der Welleneinheit 40 mit. Aufgrund des ersten Lagerelements 50 kann die Welleneinheit 40 um die Schwenkachse X1 geschwenkt werden, ohne dass sich Verwindungen oder Biegemomente der ersten Seitenwandeinheit 31 auf die Welleneinheit 40 übertragen. Das Gleiche gilt auch an der zweiten Seitenwandeinheit 32. Die Welleneinheit 40 ist somit verschleißarm in dem ersten Lagerelement 50 geführt. Das erste Lagerelement 50 ist vorzugsweise auch wartungsfrei, d.h. es kann z.B. eine PTFE-Buchse zwischen dem ersten Teilelement 51 und dem zweiten Teilelement 52 angeordnet sein.
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Die zwischen der Welleneinheit 40 und der Hohlwelleneinheit 60 angeordneten zweiten Lagerelemente 70, die hier als Nadellager ausgeführt sind, ermöglichen eine Leichtgängigkeit und tragen somit zur Verschleißarmut der Fahrschalteranordnung 10 bei. Anstelle der Nadellager sind jedoch auch andere Arten von Wälzlagern denkbar. Die Welleneinheit 40 und die Hohlwelleneinheit 60 sind aus einem verschleißarmen Werkstoff gefertigt, z.B. aus Edelstahl.
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Das erste Schaltstück 44 ist aus einem härteren Werkstoff gefertigt als das erste Rollenelement 45, und das zweite Schaltstück 62 ist aus einem härteren Werkstoff gefertigt als das zweite Rollenelement 63. Dadurch findet ein Verschleiß an dem leicht austauschbaren ersten Rollenelement 45 und dem ebenfalls leicht austauschbaren zweiten Rollenelement 63 statt. Das erste Schaltstück 44 und das zweite Schaltstück 62 sind dagegen verschleißarm.
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Das erste Druck-Zug-Seil 82 und das zweite Druck-Zug-Seil 84 werden aufgrund der Neigung um den Winkel α auf Schrägzug beansprucht. Der Schrägzug kann auch ein dreidimensionaler Schrägzug sein. Das biegsame Kabel 83 und das Winkelgelenk 85 des ersten Druck-Zug-Seils 82 sowie das ebenfalls biegsame Kabel 83 und das Winkelgelenk 85 des zweiten Druck-Zug-Seils 84 bewirken ein verschleißarmes Verriegeln bzw. Entriegeln des Seilhebels 80 und der Sperrscheibe 81.
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Das Ausführungsbeispiel beschreibt die Fahrschalteranordnung 10 mit dem ersten Schalthebel 43 und dem zweiten Schalthebel 61, kann aber ohne Weiteres auf eine Fahrschalteranordnung mit nur einem Schalthebel übertragen werden. Dann entfallen die Hohlwelleneinheit 60, der zweite Schalthebel 61, das zweite Schaltstück 62, das zweite Rollenelement 63, das zweite Hebelelement 64 und das zweite Lagerelement 70.
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Ein Schienenfahrzeug kann mit der erfindungsgemäßen Fahrschalteranordnung 10 oder mit einer Fahrschalteranordnung mit nur einem Schalthebel nachgerüstet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Fahrschalteranordnung
- 11
- Skalendeckel
- 20
- Rahmenelement
- 31
- Erste Seitenwandeinheit
- 32
- Zweite Seitenwandeinheit
- 40
- Welleneinheit
- 41
- Ende
- 42
- Ende
- 43
- Erster Schalthebel
- 44
- Erstes Schaltstück
- 45
- Erstes Rollenelement
- 46
- Erstes Hebelelement
- 50
- Erstes Lagerelement
- 51
- Erstes Teilelement
- 52
- Zweites Teilelement
- 53
- Berührungsfläche
- 60
- Hohlwelleneinheit
- 61
- Zweiter Schalthebel
- 62
- Zweites Schaltstück
- 63
- Zweites Rollenelement
- 64
- Zweites Hebelelement
- 70
- Zweites Lagerelement
- 80
- Seilhebel
- 81
- Sperrscheibe
- 82
- Erstes Druck-Zug-Seil
- 83
- Kabel
- 84
- Zweites Druck-Zug-Seil
- 85
- Winkelgelenk
- α
- Winkel
- x
- Längsrichtung
- X1
- Schwenkachse
- y
- Querrichtung
- z
- Senkrechte Richtung
