DE102022110742A1

DE102022110742A1 - Gelenkanordnung zum gelenkigen Verbinden von zwei benachbarten Wagenkästen eines spurgeführten Fahrzeuges

Info

Publication number: DE102022110742A1
Application number: DE102022110742.6A
Authority: DE
Inventors: Arthur Kontetzki
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2022-05-02
Filing date: 2022-05-02
Publication date: 2023-11-02
Also published as: WO2023213770A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gelenkanordnung zum gelenkigen Verbinden von zwei benachbarten Wagenkästen eines Schienenfahrzeuges, wobei die Gelenkanordnung folgendes umfasst: einen ersten Gelenkarm (10), einen zweiten Gelenkarm (20 und ein Gelenklager (30) mit einem Gelenkzapfen (31) zum gelenkigen Verbinden der Gelenkköpfe der Gelenkarme in einer Gelenkebene, wobei mit dem Gelenkzapfen (31) eine für die Gelenkanordnung (1) gemeinsame Lagerachse (Z) gebildet wird, und wobei das Gelenklager (30) Lagerschalen (62) zum beidseitigen Abstützen des Gelenkzapfens (31) aufweist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Lageraugen (34, 35.1, 35.2) aufweisenden Gelenkköpfe (15, 25) der Gelenkarme (10, 20) einteilig ausgebildet sind und der erste Gelenkarm (10) in seinem wagenkastenseitigen Endbereich (11) mit der ersten Grundplatte (2) durch Verspannen in Längsrichtung der Gelenkanordnung (1) betrachtet mit der Grundplatte (2) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gelenkanordnung zum gelenkigen Verbinden von zwei benachbarten Wagenkästen eines spurgeführten Fahrzeuges, im Einzelnen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren zur Herstellung einer Gelenkverbindung zwischen zwei benachbarten Wagenkästen.
Die Erfindung betrifft damit insbesondere eine Gelenkanordnung, umfassend einen ersten Gelenkarm sowie einen zweiten Gelenkarm, welche mit Hilfe eines Gelenklagers in einer Gelenkebene gelenkig miteinander verbunden sind. Das Gelenklager weist insbesondere einen Gelenkzapfen auf, welcher eine für die Gelenkanordnung gemeinsame Schwenkachse bildet. Dieser Gelenkzapfen ist vorzugsweise beidseitig über Lagerschalen der Gelenkanordnung abgestützt. Der erste Gelenkarm weist einen wagenkastenseitigen, mit einer Grundplatte eines ersten Wagenkastens verbundenen oder verbindbaren Endbereich und einen gegenüberliegenden stirnseitigen Endbereich mit einem ersten Gelenkkopf auf, während der zweite Gelenkarm einen wagenkastenseitigen, mit einer Grundplatte eines zweiten Wagenkastens verbundenen Endbereich und einem gegenüberliegenden stirnseitigen Endbereich mit einem zum ersten Gelenkkopf zumindest bereichsweise komplementär ausgebildeten zweiten Gelenkkopf aufweist.
Derartige Gelenkanordnungen sind in einer Vielzahl von Ausführungen aus dem Stand der Technik bekannt. Stellvertretend wird auf die Druckschriften EP 1884 434 B1 und WO 2020/035196 A1 verwiesen. Derartige oftmals als sogenannte Sphäroelastikgelenke ausgebildete Gelenkverbindungen nehmen die bei der Fahrt des mehrgliedrigen Schienenfahrzeuges zwischen den benachbarten Wagenkästen auftretenden Längskräfte, Querkräfte und vertikalen Kräfte auf.
Bei der fahrdynamischen Auslegung einer Gelenkanordnung ist allerdings neben den im Betrieb auftretenden Belastungen auch das Crashverhalten zu berücksichtigen.
Hierbei ist zu beachten, dass das im Gelenklager üblicherweise vorgesehene (integrierte) Energieverzehrelement ein regenerativ ausgebildetes Energieverzehrelement, insbesondere Elastomer-Element ist, welches lediglich zum Abdämpfen der beim normalen Fahrbetrieb über die Gelenkverbindung übertragenen Zug- und Stoßkräfte dient. Es ist bekannt, dass dieses regenerativ ausgebildete Energieverzehrelement Kräfte bis zu einer definierten Größe aufnimmt und die darüberhinausgehenden Kräfte ungedämpft in das Fahrzeuguntergestell bzw. in den Wagenkasten weiterleitet. Dadurch werden zwar Zug- und Stoßkräfte, welche während des normalen Fahrbetriebs zwischen den einzelnen Wagenkästen auftreten, in dieser regenerativen Stoßsicherung absorbiert, bei Überschreiten der Betriebslast aber, etwa beim Aufprall des Fahrzeugs auf ein Hindernis oder bei einem abrupten Abbremsen des Fahrzeugs, reicht dieses üblicherweise im Gelenklager integrierte Energieverzehrelement nicht mehr für einen Verzehr der insgesamt anfallenden Energie aus. Deshalb sind in einem Crashfall weitere Stoßsicherungen, insbesondere in Gestalt von destruktiv ausgebildeten Energieverzehrelementen, in das Energieverzehrkonzept des Gesamtfahrzeuges mit einzubeziehen, so dass die anfallende Stoßenergie direkt in der Gelenkanordnung oder im Fahrzeuguntergestell aufgenommen werden kann. Ansonsten nämlich würde der Fahrzeugkasten extremen Belastungen ausgesetzt und unter Umständen beschädigt oder gar zerstört werden. Bei Schienenfahrzeugen läuft in solch einem Fall der Wagenkasten Gefahr zu entgleisen.
Mit dem Ziel, das Fahrzeuguntergestell gegen Beschädigungen bei starken Auffahrstößen zu schützen, kommt häufig ein destruktiv ausgebildetes Energieverzehrelement zum Einsatz, welches beispielsweise derart ausgelegt ist, dass es erst nach Ausschöpfung des Arbeitsverzehrs des beispielsweise im Gelenklager vorgesehenen, regenerativ ausgebildeten Energieverzehrelements anspricht und die durch den Kraftfluss über das Energieverzehrelement übertragene Energie zumindest teilweise absorbiert und somit abbaut. Als destruktiv ausgebildete Energieverzehrelemente kommen insbesondere Verformungsrohre in Frage, bei denen in destruktiver Weise durch eine definierte Verformung (plastische Verformung) von zumindest einem Abschnitt des Verformungsrohres die Stoßenergie in Verformungsarbeit und Wärme umgewandelt wird.
Ein Energieverzehrelement, welches auf dem Prinzip eines Verformungsrohrs basiert, zeichnet sich dadurch aus, dass es eine definierte Ansprechkraft ohne Kraftspitzen aufweist. Verformungsrohre sind gemäß den bekannten Ausführungen aus dem Stand der Technik in zumindest einem der Gelenkarme integriert. Ein Gelenkarm mit einem darin integrierten Verformungsrohr ist somit als eine funktionelle Kraftübertragungseinheit zu verstehen, wobei der Gelenkarm dabei aus einem ersten Kraftübertragungselement in Gestalt des Verformungsrohres und einem zweiten Kraftübertragungselement in Gestalt eines am stirnseitigen Endbereich des Gelenkarmes vorgesehenen Gelenkkopfes ausgebildet ist. Beide Bauteile sind derart kraftschlüssig miteinander verbunden sind, dass Zug- und Stoßkräfte in Längsrichtung der Gelenkanordnung übertragbar sind. Dabei bildet das destruktiv ausgebildete Energieverzehrelement in der Regel den wagenkastenseitigen Endabschnitt des Gelenkarmes, während der stirnseitige Endabschnitt des Gelenkarmes dem Gelenkkopf entspricht. Grundsätzlich ist der wagenkastenseitige Endabschnitt des Gelenkarmes mit der sogenannten Grundplatte des Wagenkastens verbunden, in welcher die von den Gelenkarmen der Gelenkanordnung übertragenen Kräfte eingeleitet werden bzw. von welcher die von den Gelenkarmen der Gelenkanordnung zu übertragenden Kräften vom Wagenkasten in den zugehörigen Gelenkarm eingeleitet werden.
Der Gelenkkopf am stirnseitigen Endabschnitt des ersten Gelenkarmes einer Gelenkanordnung ist allgemein mit einem entsprechend komplementär hierzu, am stirnseitigen Endabschnitt des zweiten Gelenkarmes der Gelenkanordnung ausgebildeten Gelenkkopf eines benachbarten Wagenkastens in Eingriff bringbar. Bei der Übertragung von Zug- und Stoßkräften läuft der Kraftfluss von der Grundplatte des ersten Wagenkastens über das ggf. im ersten Gelenkarm integrierte, vorzugsweise destruktiv ausgebildete Energieverzehrelement, den ersten Gelenkkopf zum zweiten Gelenkarm, welcher dem benachbarten zweiten Wagenkasten zugeordnet ist. Der zweite Gelenkarm kann entweder ebenfalls mit einem destruktiv ausgebildeten Energieverzehrelement ausgerüstet sein, denkbar allerdings wäre auch, dass der zweite Gelenkarm lediglich an seinem stirnseitigen Endabschnitt einen Gelenkkopf aufweist, während der wagenkastenseitige Endabschnitt direkt mit der Grundplatte des zweiten Wagenkastens im Wesentlichen starr verbunden ist. In Analogie kann auch der erste Gelenkarm frei von einem destruktiven Energieverzehrelement sein und dieses dem zweiten Gelenkarm zugeordnet.
Die 1 zeigt beispielhaft eine aus dem Stand der Technik bekannte Gelenkanordnung 1 mit einem ersten Gelenkarm 10 und einem zweiten Gelenkarm 20. Die Gelenkanordnung weist ein Mitnehmerelement 50 auf, wobei ein erster Endbereich des Mitnehmerelements 50 in Wirkverbindung mit einem (in 1 nicht gezeigten) unterhalb der Gelenkanordnung 1 anzuordnenden Fahrwerk, insbesondere Drehgestell, bringbar ist. Ein wagenkastenseitiger Endbereich des ersten Gelenkarms 10 ist mit einer Grundplatte 2 eines ersten Wagenkastens verbunden oder verbindbar, während ein dem wagenkastenseitigen Endbereich des Gelenkarms 10 gegenüberliegender stirnseitiger Endbereich 12 des ersten Gelenkarms 10 mit einem ersten Gelenkkopf 15 versehen ist. In gleicherWeise weist der zweite Gelenkarm 20 einen wagenkastenseitigen, mit einer Grundplatte 4 eines zweiten Wagenkastens verbundenen oder verbindbaren Endbereich 21 sowie einen gegenüberliegenden stirnseitigen Endbereich 22 mit einem zum ersten Gelenkkopf 15 zumindest bereichsweise komplementär ausgebildeten zweiten Gelenkkopf 25 auf. Beispielsweise kann der erste Gelenkkopf 15 des ersten Gelenkarms 10 als Gelenkgabel und der zweite Gelenkkopf 25 des zweiten Gelenkarms 20 als Gelenkauge ausgeführt sein. Selbstverständlich kommen hier aber auch andere Ausführungsformen in Frage. Der erste Gelenkkopf 15 des ersten Gelenkarms 10 und der zweite Gelenkkopf 25 des zweiten Gelenkarms 20 sind über ein Gelenklager 30 gelenkig miteinander verbunden. Hierzu weist das Gelenklager 30 einen Gelenkzapfen 31 auf, welcher die für die Gelenkanordnung 1 gemeinsame als Schwenkachse fungierende Lagerachse Z definiert. Das Gelenklager 30 weist ferner beidseitig der Gelenkköpfe 15, 25 Lagerschalen 32 auf, um beidseitig den Gelenkzapfen 31 des Gelenklagers 30 abzustützen.
Der dem ersten Endbereich 51 des Mitnehmerelements 50 gegenüberliegende zweite Endbereich 52 ist mit den beidseitig angeordneten Lagerschalen 32 verbunden. Der Gelenkzapfen 31 des Gelenklagers 30 ist als ein horizontal verlaufender und sich senkrecht zur Längsrichtung der Gelenkanordnung 1 erstreckender Bolzen 31 ausgeführt.
Darüber hinaus weist die Gelenkanordnung 1 gemäß 1 Energieverzehreinrichtungen in Gestalt von destruktiv ausgebildeten Energieverzehrelementen 13a, 23a auf, welche im ersten und zweiten Gelenkarm 10, 20 derart integriert sind, dass der Kraftfluss der im normalen Fahrbetrieb auftretenden und von der Gelenkanordnung 1 zu übertragenen Zug- und Stoßkräfte über die Gelenkarme 10, 20, das Gelenklager 30, den Gelenkzapfen 31 und die in den entsprechenden Gelenkarmen 10, 20 integrierten Energieverzehrelementen 13a, 23a und die jeweiligen Grundplatten 2, 4 in den Wagenkasten verlaufen.
Das Verformungsrohr 13a bzw. 23a ist zwischen einem hier nicht dargestellten Kegelring und einem Ringsegment einerseits und einem Stirnblech 13b, 23b andererseits eingespannt. Das Stirnblech 13b ist in diesem Beispiel über Befestigungselemente, insbesondere Schrauben wiederum mit der jeweiligen Grundplatte 2, 4 verbunden.
Im normalen Fahrbetrieb läuft bei der Übertragung von Zug- und Stoßkräften der Kraftfluss vom ersten zum zweiten Wagenkasten über die Grundplatte 2 des ersten Wagenkastens, die Schrauben des im ersten Gelenkarm 10 am wagenkastenseitigen Endabschnitt integrierten, destruktiv ausgebildeten Energieverzehrelements 13a, das Stirnblech 13b, das Verformungsrohr 13a, die Gelenkgabel 15 zum Gelenkzapfen 31 und zum im Gelenklager integrierten, regenerativ ausgebildete Energieverzehrelement (Sphärolastiklager), welches in 1 nicht explizit dargestellt ist. Anschließend lauft der Kraftfluss weiter vom Gelenklager 30 bzw. Gelenkzapfen 31 zum als Gelenkauge ausgebildeten zweiten Gelenkkopf 25 am stirnseitigen Endabschnitt 22 des zweiten Gelenkarmes 20 und schließlich über das im wagenkastenseitigen Endabschnitt des zweiten Gelenkarms 20 integrierte, destruktive Energieverzehrelement zur Grundplatte 4 des (nicht explizit dargestellten) zweiten Wagenkastens. Die beiden Verformungsrohre 13a und 23a selber sind derart ausgelegt, dass bei Überschreiten eines durch den Kraftfluss über die jeweiligen Verformungsrohre 13a und 23a übertragenen Energiebetrags eine plastische Verformung der jeweiligen Elemente stattfindet, so dass die Grundplatten 2 und 4 der jeweiligen Wagenkasten relativ zueinander in Längsrichtung der Gelenkanordnung verschoben werden, wodurch infolge der plastischen Verformung der Verformungsrohre 13a und 23a zumindest ein Teil des übertragenen Energiebetrags von den jeweiligen Energieverzehrelementen absorbiert und in Verformungsarbeit und Wärme umgewandelt und somit abgebaut wird. Die durch das plastische Verformen der jeweiligen Verformungsrohre 13a und 23a bewirkte Verkürzung der ersten und zweiten Gelenkarme 10 und 20 hat unmittelbar zur Folge, dass sich die Stirnflächen der jeweiligen Wagenkästen bzw. die zugehörigen Grundplatten 2 und 4 der jeweiligen Wagenkästen relativ zueinander in Längsrichtung der Gelenkanordnung verschieben. Der Betrag der beim Energieverzehr maximal bewirkten Verschiebung wird hierin als „Längshub“ bzw. „Hub“ bezeichnet. Dabei setzt sich bei der in 1 gezeigten Gelenkanordnung der beim Energieverzehr auftretende Gesamthub aus den Einzel-Längshüben der jeweiligen im ersten bzw. zweiten Gelenkarm 10 und 20 integrierten, destruktiv ausgebildeten Energieverzehrelementen 13 und 23 und dem Einzel-Längshub des im Gelenklager 30 vorgesehenen, regenerativ ausgebildeten Energieverzehrelements (Elastomerelement) zusammen. Nach Ausschöpfung des für den Energieverzehr insgesamt vorgesehenen Längshubs, d.h. nach dem die Betriebslast der gesamten in der Gelenkanordnung integrierten Energieverzehreinrichtung, die das regenerativ ausgebildete Energieverzehrelement im Gelenklager und die destruktiv ausgebildeten Energieverzehrelementen in den Gelenkarmen aufweist, ausgeschöpft ist, muss der zwischen den benachbarten Wagenkasten zu übertragene Kraftfluss direkt über die jeweiligen Grundplatten 2 und 4 übertragen werden, wobei über die mit den Gelenkarmen 10 und 20 und dem Gelenklager gebildete Gelenkverbindung nur noch ein vorgebbarer maximaler Kraftfluss geleitet werden darf, damit ein vorhersagbarer und insbesondere vorab definierter Ereignisablauf im Crashfall erzielbar ist.
Die Ausbildung der Gelenkanordnung mit destruktiv ausgebildeten Energieverzehrelementen, wie in 1 beschrieben, benötigt aufgrund der zur Gewährleistung eines vordefinierten Gesamt-Längshubes bestimmter Größe in axialer Richtung viel Bauraum aufgrund der erforderlichen Auslegung der Energieverzehreinrichtungen. Des Weiteren ist die mögliche Bewegung der einzelnen Gelenkarme gegenüber den Grundplatten durch die Anordnung und Ausbildung des Mitnehmerelementes mit entsprechenden Anschlagflächen zum Zusammenwirken mit entsprechenden Flächenbereichen an den jeweiligen Grundplatten begrenzt. Die Herstellung der Verbindung erfolgt durch das Zusammenbringen der beiden Gelenkarme, welche jeweils vormontiert an den Wagenkästen angeordnet sind. Dazu ist es jedoch erforderlich, die Gelenkgabel geteilt auszubilden, um das Gelenklager zu positionieren. Die geteilte Ausführung und die dadurch bedingten zusätzlichen Verbindungselemente führen jedoch zu einer Verringerung der Festigkeit der Gesamtanordnung, was bei der Auslegung mit zu berücksichtigen ist.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gelenkanordnung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass diese einfach und kompakt ausgebildet ist, hohe Festigkeitswerte aufweist und derart aufgebaut ist, dass im Crashfall, d.h. bei Überschreitung einer vordefinierten zulässigen Betriebslast, insbesondere Stoßkraft ein maximaler Energieverzehr bei vorab festlegbarem Ereignisablauf realisierbar ist. Dabei soll ein möglichst großer Gesamthub innerhalb der Gelenkanordnung bei gleichzeitig minimalem zur Verfügung stehendem Bauraum für die Gelenkanordnung bereitgestellt werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ausführung entsprechend den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
Im Einzelnen ist eine Gelenkanordnung zum gelenkigen Verbinden von zwei benachbarten Wagenkästen eines Schienenfahrzeuges, umfassend

- eine Grundplatte zum Verbinden mit einem ersten Wagenkasten und einen ersten Gelenkarm, welcher einen wagenkastenseitigen, mit einer Grundplatte eines ersten Wagenkastens verbundenen oder verbindbaren Endbereich und einen gegenüberliegenden stirnseitigen Endbereich mit einem ersten Gelenkkopf aufweist;
- eine Grundplatte zum Verbinden mit einem zweiten Wagenkasten und einen zweiten Gelenkarm, welcher einen wagenkastenseitigen, mit einer Grundplatte eines zweiten Wagenkastens verbundenen oder verbindbaren Endbereich und einen gegenüberliegenden stirnseitigen Endbereich mit einem zum ersten Gelenkkopf zumindest bereichsweise komplementär ausgebildeten zweiten Gelenkkopf aufweist;
- ein Gelenklager mit einem Gelenkzapfen zum gelenkigen Verbinden des ersten und zweiten Gelenkkopfes in einer Gelenkebene, wobei der Gelenkzapfen durch Lageraugen in den Gelenkköpfen geführt ist und mit dem Gelenkzapfen eine für die Gelenkanordnung gemeinsame Schwenkachse gebildet wird,

Die erfindungsgemäße integrale Ausbildung der Lageraugen bildenden Bereiche, insbesondere Gelenkköpfe zur Lagerung des Gelenkzapfens ist durch eine hohe Festigkeit charakterisiert, da auf schwächende Verbindungsstellen im Gegensatz zur Ausbildung separater und geteilter Lagerschalen verzichtet wird. Gelenkarm und Grundplatte werden des Weiteren von zwei separaten Bauteilen gebildet. Durch die separate Ausbildung von Gelenkarm und Grundplatte sowie der einteiligen Ausführung der Gelenkköpfe kann die Zusammenstellung und Montage der Gelenkanordnung erheblich vereinfacht werden, indem die Gelenklagerung vorzugsweise als vormontierte Einheit erstellt wird, d.h. Baueinheit aus zweiter Grundplatte und zweitem Gelenkarm mit dem mit diesem verbundenen ersten Gelenkarm: Die Verbindung des ersten Gelenkarmes mit der ersten Grundplatte erfolgt erst beim Zusammenfahren der miteinander zu verbindenden Wagen.
Der erste Gelenkarm weist dazu in einer bevorzugten Ausbildung im wagenkastenseitigen Endbereich einen entsprechend gestalteten, vorzugsweise zapfenartig ausgebildeten Verbindungsbereich auf, umfassend einen Führungsbereich zum Hindurchführen durch eine Öffnung an der Grundplatte, einen Anschlagbereich unter Ausbildung zumindest einer Anlagefläche zum Anlegen an einem zum Gelenkkopf gerichteten Flächenbereich an der ersten Grundplatte und einen Sicherungsbereich zum Zusammenwirken mit einer Sicherungseinrichtung zum Fixieren der Lage des ersten Gelenkarmes gegenüber der ersten Grundplatte. Der Verbindungsbereich wird somit durch die Grundplatte geführt und der erste Gelenkarm gegenüber diesem verspannt, insbesondere zwischen Anschlagbereich und Sicherungseinrichtung.
Bezüglich der Ausbildung der Sicherungseinrichtung besteht eine Mehrzahl von Möglichkeiten. Im einfachsten Fall ist diese Sicherungselement zum Sichern der Lage in Längsrichtung, beispielsweise Keil- oder Splintelement oder Sicherungsmutter ausgeführt. Der durch die Durchgangsöffnung hinausragende Sicherungsbereich trägt im letztgenannten Fall ein Gewinde zum Zusammenwirken mit der Sicherungseinrichtung und bringt somit die Kraft auf den Anschlagbereich zum Anlegen an der gegenüberliegenden Stirnseite der Grundplatte beim Festziehen auf. Diese Ausbildung stellt eine besonders einfache und auch montagemäßig auch am Fahrzeug einfach zu realisierende Möglichkeit dar. Andere Ausführungen sind jedoch auch denkbar.
Die Gelenkanordnung weist in vorteilhafter Ausbildung ferner ein Mitnehmerelement auf mit einem ersten Endbereich, welcher in Wirkverbindung mit einem unterhalb der Gelenkanordnung anzuordnenden Fahrwerk, insbesondere Drehgestell, bringbar ist und einen gegenüberliegenden zweiten Endbereich, über den das Mitnehmerelement fest mit einem der Gelenkarme verbunden ist. Das Mitnehmerelement ist im ersten Endbereich durch eine senkrecht zur Längsachse ausgerichtete Mitnehmerachse charakterisiert, die insbesondere beim Zusammenwirken des Mitnehmerelementes mit dem Fahr- oder Drehgestell mit einer Mittenachse einer an dieser vorgesehenen Aufnahmeeinrichtung zusammenfällt. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausbildung erfolgt die Zuordnung des Mitnehmerelementes zum ersten Gelenkarm, vorzugsweise direkt zur ersten Grundplatte.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausbildung zur Realisierung eines möglichst großen Längshubes innerhalb der Gelenkanordnung im Crashfall bei minimal zur Verfügung stehendem Bauraum in Längsrichtung ist das Mitnehmerelement mit einem zweiten Endbereich fest mit der ersten Grundplatte verbunden. Das Mitnehmerelement ist dazu zwischen erstem und zweitem Endbereich gekröpft unter Ausbildung eines Abstandes zum Außenumfang der Gelenkanordnung ausgebildet ist. Die gekröpfte Ausbildung unter Vorsehen eines Abstandes zum Außenumfang der Gelenkanordnung erlaubt es, um die Gelenkverbindung einen freien Raum bereitzustellen, welcher im Fall eines Ansprechens einer dem zweiten Gelenkarm zugeordneten Energieverzehreinrichtung und einer mit dieser einhergehenden Bewegung der Gelenkarme und des Gelenklagers in Richtung zur ersten Grundplatte, ein Eintauchen dieser in das zur Energieverzehrvorrichtung gehörige Verformungsrohr unter Führung an diesem über den wagenkastenseitigen Endbereich des zweiten Gelenkarms ermöglicht. Dabei kann ein Eintauchen zwischen zweiter und erster Grundplatte im Crashfall betrachtet nur des zweiten Gelenkarms, des zweiten Gelenkarms und zumindest eines Teilbereiches des Gelenklagers oder sogar bis zu einem Teil des ersten Gelenkarms erfolgen. Vorzugsweise wird das Eintauchen durch eine Ausbildung und Dimensionierung der Außenumfangsflächen der Gelenkarme und des Gelenklagers derart festgelegt, dass ein Flächenbereich zum Zusammenwirken mit einem Anschlag an oder in der Grundplatte ausgebildet ist.
In besonders vorteilhafter Weiterbildung sind dann Mitnehmerelement und erste Grundpatte integral ausgebildet. Durch die gekröpfte Ausbildung des Mitnehmerteils können die Wagenkastenlasten besser von den Gelenklasten getrennt werden, so dass eine günstigere und leichtere Ausführung der einzelnen Bauteile möglich ist.
Um eine möglichst gute Versteifungs- und Stabilisierungswirkung und damit auch einen Aufkletterschutz im Crashfall beim Eintauchen des Gelenklagers in das Verformungsrohr zu gewährleisten ist das Mitnehmerelement derart ausgebildet und ausgelegt, dass die den ersten Endbereich zum Zusammenwirken mit einem Fahr- oder Drehgestell beschreibbare Mitnehmerachse in einer durch die Lagerachse des Gelenklagers und einer Senkrechten zu dieser und zur Längsrichtung der Gelenkanordnung im beschreibbaren Ebene liegt, insbesondere deren Verlängerung die Schwenkachse schneidet.
Ist eine Versteifung der Gelenkanordnung nicht gewünscht, ist das Mitnehmerelement derart ausgebildet und ausgelegt, dass die den ersten Endbereich zum Zusammenwirken mit einem Fahr- oder Drehgestell beschreibbare Mitnehmerachse versetzt zu einer durch die Schwenkachse des Gelenklagers und einer Senkrechten zu dieser und zur Längsrichtung beschreibbaren Ebene liegt, insbesondere deren Verlängerung versetzt zu Schwenkachse verläuft.
In einer Weiterbildung umfasst die Gelenkanordnung Energieverzehrvorrichtungen. Dabei kann es sich um regenerativen Energieverzehr handeln, welcher vorzugsweise im Gelenklager integriert wird, insbesondere durch die elastische Lagerung des Gelenkzapfens in den miteinander gelenkig zu verbindenden Gelenkköpfen. Des Weiteren ist in vorteilhafter Weiterbildung zumindest eine, dem zweiten Gelenkarm zugeordnete Energieverzehrvorrichtung mit einem destruktiven Energieverzehrelement in Form eines Verformungsrohrs, vorgesehen. Das Verformungsrohr ist mit seinem gelenkseitigen Endbereich einseitig und wenigstens mittelbar an der zweiten Grundplatte, sich in Richtung vom Gelenklager weg erstreckend gelagert und der zweite Gelenkarm in seinem wagenkastenseitigem Endbereich einen ersten Lagerabschnitt zur zumindest mittelbaren Lagerung an der Grundplatte und einen Führungsabschnitt aufweist, welcher zumindest teilweise in das Verformungsrohr hineinragt und an der Innenoberfläche des Verformungsrohres anliegt.
Durch das Vorsehen eines Verformungsrohres, welches in der Verbindung zwischen dem zweiten Gelenkarm und der diesem zugeordneten Grundplatte integriert ist, im Kraftfluss dem zweiten Gelenkarm nachgeschaltet und ausgelegt ist, bei Überschreiten einer vordefinierten Betriebslast unter Querschnittserweiterung sich plastisch zu verformen, wird eine Energieverzehreinrichtung bereitgestellt, die einen maximalen Energieverzehr bei geringem Einbauraum ermöglicht, insbesondere durch das mögliche geführte Hineintauchen des zweiten Gelenkarmes und von Teilen des Gelenklagers bzw. des mit dem Gelenkarm verbundenen weiteren ersten Gelenkarmes in das aufgeweitete Verformungsrohr. Dadurch kann der mögliche Gesamthub gegenüber Lösungen aus dem Stand der Technik bei gleichem oder geringerem Bauraumbedarf erheblich vergrößert werden. Des Weiteren ist durch das Vorsehen eines Führungsabschnittes auch ein vorab festlegbarer Ereignisablauf beim Energieverzehr im Crashfall und Führung des Gelenkarmes möglich.
Das Verformungsrohr weist an seinem gelenkseitigen Endabschnitt einen mit dem Lagerabschnitt des zweiten Gelenkarmes fest verbundenen ersten Abschnitt auf, welcher einen im Vergleich zu einem weiter in Richtung zum wagenkastenseitigen Endbereich des Verformungsrohres liegenden zweiten größeren Querschnitt aufweist, wobei der zweite Gelenkarm im Bereich seines Lagerabschnittes zwischen der Grundplatte und diesem weiter in Richtung zum wagenkastenseitigen Endbereich liegenden Abschnitt des Verformungsrohres verspannt ist und im Bereich des Führungsabschnittes an der Innenoberfläche dieses weiter in Richtung zum wagenkastenseitigen Endbereich liegenden Abschnittes des Verformungsrohres anliegt. Dieser weitere weiter wagenkastenseitig angeordnete Abschnitt am Verformungsrohr bildet zumindest den theoretisch möglich zur Verfügung stehenden Aufweitungsabschnitt des Verformungsrohres im Crashfall und einen daran sich anschließenden Führungsbereich für den in diesem Fall relativ gegenüber der zweiten Grundplatte bewegbaren zweiten Gelenkarm aus.
Der Führungsabschnitt des zweiten Gelenkarms ragt zumindest teilweise in diesen weiter in Richtung zum wagenkastenseitigen Endbereich liegenden Abschnitt des Verformungsrohres hinein, dessen Querschnitt vor Ansprechen der Energieverzehreinrichtung im Vergleich zu dem Querschnitt des Verformungsrohres im ersten Abschnitt im gelenkseitigen Endbereich kleiner ist. Da einerseits der Führungsabschnitt an der Innenoberfläche des vor Ansprechen der Energieverzehreinrichtung (noch) nicht aufgeweiteten weiter in Richtung zum wagenkastenseitigen Endbereich liegenden Abschnitt anliegt, läuft beim Ansprechen der Energieverzehreinrichtung , d.h. wenn sich der Gelenkarm relativ zu der mit dem Wagenkasten verbindbaren zweiten Grundplatte auf diese zu bewegt, der Führungsabschnitt des Gelenkarmes an der Oberfläche des noch nicht aufgeweiteten Querschnittes des weiter in Richtung zum wagenkastenseitigen Endbereich liegenden Abschnittes entlang und bewirkt somit eine axiale Führung. Diese axiale Führung verhindert ein Verkanten des zweiten Gelenkarmes in dem Verformungsrohr, so dass die plastische Verformung, insbesondere Aufweitung des Verformungsrohres in der vorhersehbaren Weise abläuft.
Im einfachsten Fall wird die Aufweitung des dem zweiten Gelenkarm zugeordneten Verformungsrohres außerhalb des ersten im gelenkseitigen Endbereich zur Anbindung an die zweite Grundplatte vorgesehenen ersten Abschnittes durch die durch die Querschnittsdifferenz bedingte Formgebung zwischen Lagerabschnitt und Führungsabschnitt am zweiten Gelenkarm im wagenkastenseitigen Endbereich realisiert, indem der Übergangsbereich direkt mit dem Innenumfang bzw. der Innenoberfläche des Verformungsrohres zusammenwirkt und somit in Richtung zum wagenkastenseitigen Endbereich des Verformungsrohres den an den ersten mit der Grundplatte fest verbundenen Abschnitt anschließenden und zur Verformung vorgesehenen weiter in Richtung zum wagenkastenseitigen Endbereich liegenden Abschnitt bei der Bewegung in dieser Richtung aufweitet, wobei bei dieser Bewegung der Führungsabschnitt am zweiten Gelenkarm im weiter in Richtung zum wagenkastenseitigen Endbereich liegenden Abschnitt im Verformungsrohr immer der Aufweitung vorausläuft. D.h. der Lagerabschnitt und der Führungsabschnitt im wagenkastenseitigen Endbereiches des zweiten Gelenkarms sind integral ausgeführt und der Übergangsbereich zwischen Lagerabschnitt und Führungsabschnitt am zweiten Gelenkarm ist vorzugsweise konisch unter Ausbildung zumindest einer Kegelfläche zum Zusammenwirken mit dem Innenumfang des Verformungsrohres ausgebildet. Die vollständig integrale Ausbildung von Lagerabschnitt und Führungsabschnitt und Gelenkkopf, d.h. des gesamten Gelenkarmes und des Übergangsbereiches zum Bereitstellen einer mit der Innenoberfläche des Verformungsrohres zusammenwirkenden Fläche bietet den Vorteil einer sehr kompakten Baueinheit mit hoher Funktionskonzentration in den einzelnen Komponenten.
In einer weiteren Ausführung können der Lagerabschnitt und der Führungsabschnitt des wagenkastenseitigen Endbereiches des zweiten Gelenkarms integral ausgeführt sein, wobei ein Kegelring zum Zusammenwirken mit dem Innenumfang des Verformungsrohres vorgesehen ist, welcher sich an den Lagerabschnitt anschließend mit dem Führungsabschnitt verbunden ist. Die Verbindung kann dabei insbesondere durch Kraft- oder Formschluss realisiert werden. Diese Lösung mit separatem Kegelring bietet den Vorteil, dass hinsichtlich der Ausführung des wagenkastenseitigen Endbereiches standardisierte Gelenkarme ausgebildet werden können, die mit unterschiedlichen ausgebildeten Kegelringflächen ausgestatten Kegelringen kombinierbar sind und damit den Aufweitvorgang zusätzlich beeinflussen können.
In einer alternativen Ausbildung zur integralen Ausbildung von Lagerabschnitt und Führungsabschnitt am zweiten Gelenkarm, kann der zweite Gelenkarm in seinem wagenkastenseitigen Endbereich auch mehrteilig ausgebildet sein, wobei die einzelnen Bauteile miteinander verbunden oder in kraftübertragender Weise gekoppelt sind. Gemäß einer ersten dieser alternativen Ausführungen sind Lagerabschnitt und Führungsabschnitt des wagenkastenseitigen Endbereiches des Gelenkarms von miteinander gekoppelten und koaxial zueinander angeordneten separaten Bauteilen, insbesondere einem mit dem Gelenkkopf integral ausgeführten Lagerbauteil und einem Führungsbauteil, ausgebildet und es ist ein Kegelring zum Zusammenwirken mit dem Innenumfang des Verformungsrohres vorgesehen ist, welcher integral mit dem Lagerbauteil oder dem Führungsbauteil ausgebildet ist.
Gemäß einer zweiten alternativen Ausführung sind der Lagerbereich und Führungsbereich des wagenkastenseitigen Endbereiches des zweiten Gelenkarms von miteinander gekoppelten und koaxial zueinander angeordneten separaten Bauteilen, insbesondere einem mit dem Gelenkkopf integral ausgeführten Lagerbauteil und einem Führungsbauteil, ausgebildet und es ist ein Kegelring zum Zusammenwirken mit dem Innenumfang des Verformungsrohres vorgesehen ist, welcher kraft- oder formschlüssig mit dem Lagerbauteil oder dem Führungsbauteil verbunden ist. In diesem zweiten Fall gelten für das separate Vorsehen des Kegelringes die gleichen Vorteile, wie für das separate Vorsehen bei integraler Ausbildung von lagerabschnitt und Führungsabschnitt.
Bei allen vorgenannten Ausbildungen ist in besonders vorteilhafter Ausführung der zweite Gelenkarm zwischen der Grundplatte und dem weiter in Richtung zum wagenkastenseitigen Endbereich liegenden und den Verformungsabschnitt bildenden Abschnitt des Verformungsrohres über den Kegelring bzw. die Kegelfläche spielfrei verspannt. Dadurch wird auf einfache Art und Weise der Gelenkarm mit seinem wagenkastenseitigen Endbereich mit der Grundplatte kraftübertragend verbunden bzw. dieser in dieser gelagert.
Dabei ist der zweite Gelenkarm derart zwischen der Grundplatte und dem Verformungsrohr verspannt und das Verformungsrohr derart ausgelegt, dass bei Überschreiten einer vorab festlegbaren Betriebslast sich der Gelenkarm in Richtung zum wagenkastenseitigen Endbereich des Verformungsrohres bewegt und dabei den weiter in Richtung zum wagenkastenseitigen Endbereich liegenden Abschnitt des Verformungsrohres unter Querschnittserweiterung plastisch verformt.
Zur Begrenzung des Hubs und Ableitung der Kräfte im Crashfall in den Wagenkasten direkt über die entsprechende zweite Grundplatte weist diese einen Anschlag für einen am Gelenklager oder einem der Gelenkarme in einem Bereich zwischen Gelenkkopf und zweiter Grundplatte vorgesehenen Flächenbereich auf. Dieser kann an dieser ausgebildet oder von einem separaten, mit der Grundplatte verbundenen Bauteil gebildet werden. Je nach Auslegung und geometrischer Ausbildung der Gelenkanordnung bildet die zweite Grundplatte einen Anschlag für einen Flächenbereich bei Relativbewegung gegenüber dieser, welcher entweder

a) an dem in dieser gelagerten zweiten Gelenkarm oder
b) dem Gelenklager oder
c) dem mit dem in dieser Grundplatte gelagerten zweiten Gelenkarm gelenkig verbundenen ersten Gelenkarm in einem Bereich zwischen Gelenkkopf und Grundplatte

Vorzugsweise ist der erste Gelenkkopf als Gelenkgabel und der zweite Gelenkkopf des Gelenklagers als Gelenkauge ausgebildet ist. Die alternative Ausbildung ist ebenfalls bei entsprechender Ausgestaltung möglich.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren erläutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen:

1 eine Ausbildung einer Gelenkanordnung gemäß dem Stand der Technik;
2 eine erste vorteilhafte Ausbildung einer erfindungsgemäßen Gelenkanordnung in perspektivischer Darstellung;
3 eine Schnittdarstellung einer Ausführung gemäß 2 in einer durch die Gelenkachse und die Längsrichtung der Gelenkanordnung beschreibbaren Ebene im unbelasteten Zustand;
4 den Vorgang des Verbindens zweier benachbarter Wägen durch den Einbau einer Gelenkanordnung gemäß der 2 und 3.

Die 2 verdeutlicht eine besonders vorteilhafte Ausbildung einer erfindungsgemäßen Gelenkanordnung 1. 3 verdeutlicht eine Ausführung gemäß 2 in Schnittdarstellung. Die 4 zeigt in schematisiert vereinfachter Darstellung die Abfolge bei der Herstellung einer derartigen Gelenkanordnung 1 in einem Schienenfahrzeug 3, insbesondere zur Verbindung zweier hintereinander angeordneter Schienenfahrzeuge, insbesondere Wagen 26 und 27. Zur Verdeutlichung der einzelnen Richtungen ist beispielhaft ein Koordinatensystem an die Gelenkanordnung 1 angelegt. Die X-Richtung beschreibt die Längsrichtung, welche in Einbaulage der Gelenkanordnung 1 mit der Längsrichtung des Schienenfahrzeuges und insbesondere mit den im unausgelenktem Zustand koaxialen Achsen der Gelenkarme zusammenfällt. Die Y-Richtung beschreibt die Breitenrichtung, d.h. quer zur Längsrichtung und die Z-Richtung beschreibt die Höhenrichtung. Die Richtungsangaben gelten auch für die weiteren Figuren.
Die Gelenkanordnung 1 umfasst einen ersten Gelenkarm 10 und einen zweiten Gelenkarm 20. Ein wagenkastenseitiger Endbereich 11 des ersten Gelenkarms 10 ist mit einer Grundplatte 2 eines ersten Wagenkastens 6 verbunden, während ein dem wagenkastenseitigen Endbereich des Gelenkarms 10 gegenüberliegender stirnseitiger Endbereich 12 des ersten Gelenkarms 10 mit einem ersten Gelenkkopf 15 versehen ist. In gleicher Weise weist der zweite Gelenkarm 20 einen wagenkastenseitigen, mit einer Grundplatte 4 eines zweiten Wagenkastens 7 verbundenen Endbereich 21 sowie einen gegenüberliegenden stirnseitigen Endbereich 22 mit einem zum ersten Gelenkkopf 15 zumindest bereichsweise komplementär ausgebildeten zweiten Gelenkkopf 25 auf. Der erste Gelenkkopf 15 des ersten Gelenkarms 10 ist als Gelenkgabel und der zweite Gelenkkopf 25 des zweiten Gelenkarms 20 als Gelenkauge ausgeführt. Der erste Gelenkkopf 15 des ersten Gelenkarms 10 und der zweite Gelenkkopf 25 des zweiten Gelenkarms 20 sind über ein Gelenklager 30 gelenkig miteinander verbunden. Hierzu weist das Gelenklager 30 einen Gelenkzapfen 31 auf, welcher die für die Gelenkanordnung 1 gemeinsame als Schwenkachse fungierende Lagerachse Z definiert. Der Gelenkzapfen 31 des Gelenklagers 30 ist als ein horizontal verlaufender und sich senkrecht zur Längsrichtung der Gelenkanordnung 1 erstreckender Bolzen ausgeführt. Das Gelenklager 30 weist ferner beidseitig der Gelenkköpfe 15, 25 Lagerschalen 32 auf, um beidseitig den Gelenkzapfen 31 des Gelenklagers 30 abzustützen.
Bei der in 2 und 3 dargestellten Ausbildung werden die Lagerschalen 32 direkt vom ersten Gelenkarm 10, insbesondere dem stirnseitigen Endabschnitt 12 des ersten Gelenkarms gebildet. Der Gelenkzapfen 31 ist durch die Lageraugen 34 am Gelenkauge und 35.1, 35.2 an der Gelenkgabel geführt und wird in diesen gelagert. Die Mittenachse der als Durchgangsöffnungen ausgebildeten Lageraugen 34, 35.1, 35.2 fällt im montierten Zustand der Gelenkanordnung 1 mit der als Schwenkachse fungierenden Lagerachse Z zusammen.
Zur Gewährleistung einer hohen Festigkeit sind die Lageraugen 34, 35.1 und 35.2 als geschlossene, d.h. in einem integralen Materialabschnitt angeordnete Lageraugen ausgebildet und nicht geteilt. Die Gelenkköpfe 15 und 25 sind als integrale Bauteile ausgebildet, in welche die Lageraugen 34, 35.1, 35.2 eingearbeitet sind. Um eine besonders einfache Montage der Gelenkanordnung zu gewährleisten, erfolgt die Ausrichtung der Lageraugen 34 und 35.1, 35.2 zueinander nicht bei Herstellung der Verbindung zwischen den benachbarten Wagenkästen 26, 27 sondern bereits im Vorfeld, so dass einer der Gelenkarme und die zugehörige Grundplatte von separaten Bauteilen gebildet werden, die erst beim Zusammenstellen der Verbindung miteinander verbunden werden.
Dazu sind in den 2 und 3 der erste Gelenkarm 10 und die Grundplatte 2 von separaten Bauteilen gebildet, wobei der erste Gelenkarm 10 mit der Grundplatte 2 lösbar verbunden ist. Die Verbindung erfolgt durch Verspannen gegenüber der Grundplatte 2. Die Grundplatte 2 weist eine Durchgangsöffnung 36 auf. Der wagenkastenseitige Endbereich 11 des ersten Gelenkarmes 10 ist vorzugsweise zapfenartig ausgebildet und geeignet, sich durch die Durchgangsöffnung 36 zu erstrecken. Der erste Gelenkarm 10 weist im wagenkastenseitigen Endbereich 11 einen Verbindungsbereich 37 auf, welcher zapfenartig ausgebildet ist. Dieser umfasst einen Führungsbereich 38 welcher in der Durchgangsöffnung 36 geführt oder aber zumindest hindurchgeführt ist, einen Anschlagbereich 39 zum Anliegen an einem zum Gelenkkopf 15 gerichteten bzw. weisenden Flächenbereich 43 an der ersten Grundplatte 2. Dieser Flächenbereich 43 und damit der komplementär dazu ausgebildete Anschlagbereich 39 können verschiedenartig ausgebildet sein. Im dargestellten Fall ist der Anschlagbereich 39 am zapfenartigen Endbereich konisch sich in Längsrichtung der Gelenkanordnung 1 betrachtet erstreckend ausgebildet. Dies gilt auch für die komplementäre Fläche an der Grundplatte 2. Dieser Anschlagbereich 39 wird dabei gleichzeitig zur Zentrierung des Gelenkarmes 10 gegenüber der Grundplatte 2 genutzt und bietet den Vorteil des Ausgleichs von Fertigungstoleranzen, da der konische Teil in die Durchgangsöffnung 36 bis zum Anliegen hineingezogen wird. Die Sicherung des Gelenkarmes 10 in Längsrichtung bzw. das Verspannen erfolgt über eine am Sicherungsbereich 44 eingreifende Sicherungseinrichtung 45. Im einfachsten Fall umfasst die Sicherungseinrichtung eine Sicherungsmutter, welche am wagenkastenseitigen Endbereich des Gelenkarmes 10 mit einem Gewinde am rückseitig der Grundplatte 2 überstehenden Sicherungsbereich des zapfenartigen Endbereiches des Gelenkarmes in Wirkverbindung gebracht wird.
Des Weiteren umfasst der erste Gelenkarm 10 auch ein Mitnehmerelement 50. wobei ein erster Endbereich 51 des Mitnehmerelements 50 in Wirkverbindung mit einem in 2 nicht (aber in 4) gezeigten unterhalb der Gelenkanordnung 1 anzuordnenden Fahrwerk, insbesondere Drehgestell 5 des Schienenfahrzeuges 3 bringbar ist. Der zweite, vom ersten Endbereich 51 abgewandte Endbereich 52 ist mit der ersten Grundplatte 2 verbunden. Der Mitnehmer 50 erstreckt sich von der Grundplatte 2 ausgehend in vertikaler Richtung in Einbaulage nach unten zum Drehgestell 5. Das Mitnehmerelement 50 kann im ersten Endbereich 51 zum Zusammenwirken mit einem Fahr- oder Drehgestell 5 verschiedenartig ausgebildet sein, vorzugsweise ist dieser zapfenartig ausgebildet und durch eine Mitnehmerachse M bzw. bei Ausbildung als Zapfen Zapfenachse charakterisiert, die mit der Mittenachse eines Aufnahmebereiches am Drehgestell 5 zusammenfällt und senkrecht zur Längsrichtung der Gelenkanordnung ausgerichtet ist.
Die Mitnehmerachse M erstreckt sich im der Ausführung gemäß 2 vorzugsweise in einer durch das Gelenklager definierten Gelenkachse Z und einen Senkrechten zu dieser in vertikaler Richtung und senkrecht zur Längsrichtung beschreibbaren Ebene. Vorzugsweise verläuft die Mitnehmerachse M durch einen durch die Gelenkachse Z und die Längsrichtung, insbesondere durch den Schnittpunkt der über die Lagerachse gekoppelten Gelenkarme 10, 20 definierten Gelenkpunkt G.
Das Mitnehmerelement 50 ist im zweiten Endbereich 52 mit dem wagenkastenseitigen Endbereich 11 des ersten Gelenkarms verbunden, vorzugsweise erfolgt die Verbindung im Bereich der Verbindung des ersten Gelenkarmes 10 mit der Grundplatte 2. Daraus ergibt sich eine gekröpfte Form des Mitnehmerelementes 50 aufgrund des Versatzes zwischen Verbindungsbereich des zweiten Endbereiches 52 am ersten Gelenkarm 10 und dem ersten, einen Mitnehmerbereich bildenden Endbereich 51. Die gekröpfte Ausbildung erfolgt unter Ausbildung eines Abstandes des Mitnehmerelementes 50 in Umfangsrichtung zu den Gelenkarmen 10, 20 und dem Gelenklager 30. Besonders vorteilhaft sind das Mitnehmerelement 50, der erste Gelenkarm 10 und die Grundpatte 2 integral ausgebildet und bilden somit einen hinsichtlich der Anbindung an den Wagenkasten des Wagens 26 starren Gelenkteil.
Die Ausbildung gemäß der 2 und 3 ist dadurch charakterisiert, dass nur einseitig in der Gelenkanordnung 1 eine Energieverzehreinrichtung 6 vorgesehen ist. Diese ist hier in der Verbindung 7 von zweitem Gelenkarm 20 und zweiter Grundplatte 4 vorgesehen und umfasst ein Verformungsrohr 8, welches einseitig in der Grundplatte 4 wenigstens mittelbar gelagert ist, insbesondere mit dieser verbunden ist und sich frei kragend von der Grundplatte 2 in Richtung Wagenkasten und damit vom Gelenklager 31 wegerstreckend ausgerichtet ist.
Das Verformungsrohr 8 ist dazu mit seinem gelenkseitigen Endbereich 16 einseitig und wenigstens mittelbar an der dem zweiten Gelenkarm 20 zugeordneten Grundplatte 4, sich in Richtung vom Gelenklager 30 weg erstreckend gelagert. Der zweite Gelenkarm 20 weist in seinem wagenkastenseitigem Endbereich 21 einen ersten Lagerabschnitt 24 zur zumindest mittelbaren Lagerung an der Grundplatte 4 und einen Führungsabschnitt 28 auf, welcher zumindest teilweise in das Verformungsrohr 8 hineinragt und an der Innenoberfläche 9 des Verformungsrohres 8 anliegt.
Das Verformungsrohr 8 weist an seinem gelenkseitigen Endbereich 16 einen mit dem Lagerabschnitt 24 des Gelenkarmes 20 fest verbundenen Abschnitt 17 auf, welcher einen im Vergleich zu einem weiter in Richtung zum wagenkastenseitigen Endbereich 19 des Verformungsrohres 8 liegenden Abschnitt 18 größeren Querschnitt aufweist, wobei der Gelenkarm 20 im Bereich seines Lagerabschnittes 24 zwischen der Grundplatte 4 und diesem weiter in Richtung zum wagenkastenseitigen Endbereich liegenden Abschnitt 18 des Verformungsrohres 8 verspannt ist und im Bereich des Führungsabschnittes 28 an der Innenoberfläche 9 dieses weiter in Richtung zum wagenkastenseitigen Endbereich liegenden Abschnittes 18 des Verformungsrohres 8 anliegt. Der Lagerabschnitt 24 und der Führungsabschnitt 28 des wagenkastenseitigen Endbereiches 21 des zweiten Gelenkarms 20 sind integral ausgeführt und ein Übergangsbereich 29 zwischen Lagerabschnitt 24 und Führungsabschnitt 28 am Gelenkarm 20 ist konisch unter Ausbildung zumindest einer Kegelfläche 33 zum Zusammenwirken mit dem Innenumfang 9 des Verformungsrohres 8 ausgebildet.
Im hier nicht dargestellten Crashfall erfolgt ein Eintauchen des starren Gelenkarmes in das Verformungsrohr 8, wobei hier ein Eintauchen bis in den Bereich des Gelenklagers 30 erfolgt. Das Eintauchen erfolgt vorzugsweise bis zu einem Anschlag 40 an der Grundplatte 4, indem ein Flächenbereich 42 zum Zusammenwirken mit diesem am Gelenklager 30 vorgesehen ist, insbesondere dem Gelenkkopf 15 des ersten Gelenkarmes 10 und an diesem bei Bewegung relativ gegenüber der Grundplatte 4 zur Anlage gelangt. Die Führung des Führungsbereiches 28 im wagenkastenseitigen Endbereich des zweiten Gelenkarmes 20 erfolgt dabei am Innenumfang 9 des Verformungsrohres 8. Das Verformungsrohr 8 selbst ist durch das Eintauchen des Gelenkarmes 20 mit dem Lagerabschnitt 24 in den weiter in Richtung zum wagenkastenseitigem Endbereich 19 des Verformungsrohres 8 liegenden Abschnitt 18 in dem mit dem Lagerabschnitt 24 in Wirkverbindung getretenen Bereichen aufgeweitet, wobei die Wandung durch die Verformung eine Versteifung erfährt. Die Gesamtgelenkanordnung 1 ist dann gegenüber der Ausführung in 2 verkürzt um den in diesen durch den vorgesehenen Energieverzehr möglichen Hub.
Die Montage und Herstellung der gelenkigen Verbindung zweier benachbarter Wagenkästen eines Schienenfahrzeuges 3, insbesondere Wägen 26, 27 mittels der Gelenkanordnung 1 erfolgt dabei mit den folgenden Schritten:
Zuerst erfolgt die Bereitstellung und Montage der Bauteile bzw. vormontierten Baueinheiten. So wird eine erste Baueinheit aus erster Grundplatte 2, die derart ausgebildet ist, geeignet zu sein, den Gelenkarm 10 gegenüber dieser mit Hilfe einer Sicherungseinrichtung 45 zu verspannen und Mitnehmerelement 50. Vorzugsweise ist diese Baueinheit integral ausgebildet und weist die Durchgangsöffnung 36 sowie die Anlageflächen auf der in Einbaulage zum Gelenklager 30 weisenden Stirnseite für die Fixierung des Gelenkarmes 10 in Längsrichtung auf. Diese Baueinheit wird am ersten Wagenkasten des Wagens 26 montiert. Es erfolgt das Bereitstellen einer zweiten Baueinheit aus zweiter Grundplatte 4, zweitem Gelenkarm 4 und gegebenenfalls auch Energieverzehreinrichtung 6 und das Herstellen einer gelenkigen Verbindung mit einem ersten Gelenkarm 10 unter koaxialer Ausrichtung von erstem und zweiten Gelenkarm 10, 20 zueinander. Diese zweite Baueinheit wird am zweiten Wagenkasten montiert und bei Relativbewegung dieser bei Relativbewegung des zweiten Wagens 27 gegenüber dem ersten Wagen und damit der montierten ersten Grundplatte 2 der wagenkastenseitige Endbereich 11 des ersten Gelenkarmes in die Durchgangsöffnung 36 der Grundplatte 2 eingeführt und an der rückseitigen Stirnseite der Grundplatte 2 gesichert mittels der Sicherungseinrichtung 45 unter Herstellung der Verbindung zwischen erstem Gelenkarm 10 und erster Grundplatte 2.
Bezugszeichenliste

1: Gelenkanordnung
2: Grundplatte des ersten Wagenkastens
3: Schienenfahrzeug
4: Grundplatte des zweiten Wagenkastens
5: Drehgestell
6: Energieverzehreinrichtung
7: Verbindung zweiter Gelenkarm mit zweiter Grundplatte
8: Verformungsrohr
9: Innenumfang; Oberfläche
9c: Oberfläche im Abschnitt 18
10: erster Gelenkarm
11: wagenkastenseitiger Endbereich des ersten Gelenkarms
12: stirnseitiger Endbereich des ersten Gelenkarms
13: Energieverzehrelement im ersten Gelenkarm
13a: Verformungsrohr
13b: Kegelring
13c: Stirnblech
15: erster Gelenkkopf
16: gelenkseitiger Endbereich Verformungsrohr
17: erster Abschnitt Verformungsrohr
18: zweiter weiter in Richtung wagenkastenseitiger Endbereich des Verformungsrohres liegender Abschnitt
19: wagenkastenseitiger Endbereich des Verformungsrohres
20: zweiter Gelenkarm
21: wagenkastenseitiger Endbereich des zweiten Gelenkarms
22: stirnseitiger Endbereich des zweiten Gelenkarms
23: Energieverzehrelement
23a: Verformungsrohr
23b: Stirnblech
24: Lagerabschnitt
25: zweiter Gelenkkopf
26: Wagen
27: Wagen
28: Führungsabschnitt
29: Übergangsbereich
30: Gelenklager
31: Gelenkzapfen
32: Gelenkschalen
33: Kegelfläche
34: Lagerauge an Gelenkauge
35.1, 35.2: Lageraugen an Gelenkgabel
36: Durchgangsöffnung an erster Grundplatte
37: Verbindungsbereich am wagenkastenseitigen Endbereich des ersten Gelenkarmes
38: Führungsbereich
39: Anschlagbereich
40: Anschlag an zweiter Grundplatte
42: Flächenbereich an Gelenklager
43: komplementäre Anschlagfläche an Grundplatte
44: Sicherungsbereich
45: Sicherungseinrichtung
50: Mitnehmerelement
51: erster Teilbereich
52: zweiter Teilbereich
M: Mitnehmerachse
G: Gelenkpunkt
Z: Lagerachse
d1: Abstand Anschlag Grundplatte zweiter Wagenkasten und Flächenbereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1884434 B1 [0003]
WO 2020/035196 A1 [0003]

Claims

Gelenkanordnung (1) zum gelenkigen Verbinden von zwei benachbarten Wagenkästen eines Schienenfahrzeuges, wobei die Gelenkanordnung in Verbindungsrichtung durch eine Erstreckung in Längsrichtung charakterisiert ist, folgendes umfasst: eine Grundplatte (2) zum Verbinden mit einem ersten Wagenkasten und einen ersten Gelenkarm (10), welcher einen wagenkastenseitigen, mit der Grundplatte (2) verbundenen oder verbindbaren Endbereich und einen gegenüberliegenden stirnseitigen Endbereich mit einem ersten Gelenkkopf (15) aufweist; eine Grundplatte (4) zum Verbinden mit einem zweiten Wagenkasten und einen zweiten Gelenkarm (20), welcher einen wagenkastenseitigen, mit der Grundplatte (4) verbundenen oder verbindbaren Endbereich und einen gegenüberliegenden stirnseitigen Endbereich mit einem zum ersten Gelenkkopf (15) zumindest bereichsweise komplementär ausgebildeten zweiten Gelenkkopf (25) aufweist; ein Gelenklager (30) mit einem Gelenkzapfen (31) zum gelenkigen Verbinden des ersten und zweiten Gelenkkopfes (15, 25) in einer Gelenkebene, wobei der Gelenkzapfen (31) durch Lageraugen (34, 35.1, 35.2) in den Gelenkköpfen (15, 25) geführt ist und mit dem Gelenkzapfen (31) eine für die Gelenkanordnung (1) gemeinsame Lagerachse (Z) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet; dass die Lageraugen (34, 35.1, 35.2) aufweisenden Gelenkköpfe (15, 25) der Gelenkarme (10, 20) einteilig ausgebildet sind und der erste Gelenkarm (10) in seinem wagenkastenseitigen Endbereich (11) mit der ersten Grundplatte (2) durch Verspannen in Längsrichtung der Gelenkanordnung (1) betrachtet mit der Grundplatte (2) verbunden ist.
Gelenkanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Gelenkarm (10) in seinem wagenkastenseitigen Endbereich (11) einen vorzugsweise zapfenartig ausgebildeten Verbindungsbereich (37) aufweist, umfassend einen Führungsbereich (38) zum Führen durch eine Öffnung (36) an der ersten Grundplatte (2), einen Anschlagbereich (39) unter Ausbildung zumindest einer Anlagefläche zum Anlegen an einem zum ersten Gelenkkopf (15) gerichteten Flächenbereich (43) an der ersten Grundplatte (2) und einen Sicherungsbereich (44) zum Zusammenwirken mit einer Sicherungseinrichtung (45) zum Fixieren der Lage des ersten Gelenkarmes (10) gegenüber der ersten Grundplatte (2).
Gelenkanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkanordnung (1) ein Mitnehmerelement (50) aufweist mit einem ersten Endbereich (51) zum Zusammenwirken mit einem unterhalb der Gelenkanordnung (1) anordenbaren Fahrwerk, insbesondere Drehgestell und einem gegenüberliegenden zweiten Endbereich (52), über den das Mitnehmerelement (50) mit der ersten Grundplatte verbunden ist, wobei das Mitnehmerelement im ersten Endbereich durch eine senkrecht zur Längsachse ausgerichtete Mitnehmerachse (M) charakterisiert ist, die insbesondere beim Zusammenwirken des Mitnehmerelementes (50) mit dem Fahr- oder Drehgestell mit einer Mittenachse einer an dieser vorgesehenen Aufnahmeeinrichtung zusammenfällt, wobei das Mitnehmerelement (50) mit einem zweiten Endbereich (52) fest mit der ersten Grundplatte verbunden oder integral mit dieser ausgebildet ist, erster und zweiter Endbereich (51, 52) in Längsrichtung der Gelenkanordnung betrachtet versetzt angeordnet sind und das Mitnehmerelement (50) zwischen ersten und zweiten Endbereich (51, 52) gekröpft unter Ausbildung eines Abstandes des Mitnehmerelementes (50) zum Außenumfang der Gelenkanordnung (1) bis zum Verbindungsbereich an der ersten Grundplatte (2) ausgebildet ist.
Gelenkanordnung (1) nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass das Mitnehmerelement (50) derart ausgebildet und ausgelegt ist, dass die den ersten Endbereich (51) zum Zusammenwirken mit einem Fahr- oder Drehgestell beschreibbare Mitnehmerachse in einer durch die Lagerachse (Z) des Gelenklagers (30) und einer Senkrechten zu dieser und zur Längsrichtung beschreibbaren Ebene liegt, insbesondere deren Verlängerung die Lagerachse (Z) schneidet.
Gelenkanordnung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Mitnehmerelement derart ausgebildet und ausgelegt ist, dass die den ersten Endbereich (51) zum Zusammenwirken mit einem Fahr- oder Drehgestell beschreibbare Mitnehmerachse versetzt zu einer durch die Lagerachse (Z) des Gelenklagers (30) und einer Senkrechten zu dieser und zur Längsrichtung beschreibbaren Ebene liegt, insbesondere deren Verlängerung versetzt zur Lagerachse (Z) verläuft.
Gelenkanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine in der Gelenkanordnung (1) integrierte Energieverzehrvorrichtung vorgesehen ist, umfassend ein einem der Gelenkarme, insbesondere dem zweiten Gelenkarm (20) zugeordnetes destruktives Energieverzehrelement in Form eines Verformungsrohres (8) mit einem gelenkseitigen Endbereich (16) und einem wagenkastenseitigen Endbereich (19); das Verformungsrohr (8) mit seinem gelenkseitigen Endbereich (16) einseitig und wenigstens mittelbar an der zweiten Grundplatte (4), sich in Richtung vom Gelenklager (30) weg erstreckend gelagert ist und der zweite Gelenkarm (20) in seinem wagenkastenseitigem Endbereich (21) einen ersten Lagerabschnitt 824) zur zumindest mittelbaren Lagerung an der zweiten Grundplatte (4) und einen Führungsabschnitt (28) aufweist, welcher zumindest teilweise in das Verformungsrohr (8) hineinragt und an der Innenoberfläche (9) des Verformungsrohres (8) anliegt.
Gelenkanordnung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verformungsrohr (8) an seinem gelenkseitigen Endabschnitt einen mit dem Lagerabschnitt (24) des Gelenkarmes (20) fest verbundenen Abschnitt aufweist, welcher einen im Vergleich zu einem weiter in Richtung zum wagenkastenseitigen Endbereich (19) des Verformungsrohres (8) liegenden Abschnitt größeren Querschnitt aufweist, wobei der zweite Gelenkarm (20) im Bereich seines Lagerabschnittes (24) zwischen der zweiten Grundplatte (4) und diesem weiter in Richtung zum wagenkastenseitigen Endbereich (19) liegenden Abschnitt des Verformungsrohres (8) verspannt ist und im Bereich des Führungsabschnittes an der Innenoberfläche (9) dieses weiter in Richtung zum wagenkastenseitigen Endbereich (19) liegenden Abschnittes (18) des Verformungsrohres (8) anliegt.
Gelenkanordnung (1) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerabschnitt (24) und der Führungsabschnitt (28) des wagenkastenseitigen Endbereiches (21) des zweiten Gelenkarms (20) integral ausgeführt sind und der Übergangsbereich (29) zwischen Lagerabschnitt (24) und Führungsabschnitt (28) am Gelenkarm (20) konisch unter Ausbildung zumindest einer Kegelfläche zum Zusammenwirken mit dem Innenumfang (9) des Verformungsrohres (8) ausgebildet ist oder ein Kegelring zum Zusammenwirken mit dem Innenumfang (9) des Verformungsrohres (8) vorgesehen ist, welcher sich an den Lagerabschnitt (24) anschließend mit dem Führungsabschnitt (28) verbunden ist.
Gelenkanordnung (1) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerabschnitt (24) und der Führungsabschnitt (28) des wagenkastenseitigen Endbereiches (21) des zweiten Gelenkarms (20) von miteinander gekoppelten und koaxial zueinander angeordneten separaten Bauteilen - einem mit dem Gelenkkopf (25) integral ausgeführten Lagerbauteil und einem Führungsbauteil - ausgebildet sind und ein Kegelring zum Zusammenwirken mit dem Innenumfang (9) des Verformungsrohres (8) vorgesehen ist, welcher integral mit dem Lagerbauteil oder dem Führungsbauteil ausgebildet oder kraft- und/oder formschlüssig mit dem Lagerbauteil oder dem Führungsbauteil verbunden ist.
Gelenkanordnung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Gelenkarm (20) zwischen der zweiten Grundplatte (4) und dem weiter in Richtung zum wagenkastenseitigen Endbereich liegenden Abschnitt des Verformungsrohres (8) über den Kegelring bzw. die Kegelfläche spielfrei verspannt ist.
Gelenkanordnung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Gelenkarm (20) derart zwischen der zweiten Grundplatte (4) und dem Verformungsrohr (8) verspannt ist und das Verformungsrohr (8) derart ausgelegt ist, dass bei Überschreiten einer vorab festlegbaren Betriebslast sich der zweite Gelenkarm (20) in Richtung zum wagenkastenseitigen Endbereich (19) des Verformungsrohres (8) bewegt und dabei den weiter in Richtung zum wagenkastenseitigen Endbereich (19) liegenden Abschnitt (18) des Verformungsrohres (8) unter Querschnittserweiterung plastisch verformt.
Gelenkanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Grundplatte einen Anschlag (40) für einen Flächenbereich bei Relativbewegung im Crashfall gegenüber der zweiten Grundplatte ausbildet oder aufweist, welcher entweder a) an dem in dieser gelagerten zweiten Gelenkarm (20) oder b) dem Gelenklager (30) oder c) dem mit dem in der zweiten Grundplatte (4) gelagerten Gelenkarm (20) gelenkig verbundenen erstem Gelenkarm (10) in einem Bereich zwischen Gelenkkopf (15) und Grundplatte vorgesehen ist.
Verfahren zum Verbinden zweier benachbarter Wagenkästen (26, 27) eines Schienenfahrzeuges (3) mit einer Gelenkanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, mit den folgenden Merkmalen: - Bereitstellen einer ersten Baueinheit aus erster Grundplatte (2) und Mitnehmerelement (50) und Montage an einem ersten Wagenkasten (26); - Bereitstellen einer zweiten Baueinheit aus zweiter Grundplatte (4), zweiten Gelenkarm (20) und Herstellen einer gelenkigen Verbindung mit einem ersten Gelenkarm (10) unter koaxialer Ausrichtung von erstem und zweiten Gelenkarm (10, 20); - Montage der zweiten Baueinheit und Relativbewegung gegenüber der montierten ersten Grundplatte (2) unter Herstellung der Verbindung zwischen erstem Gelenkarm (10) und erster Grundplatte (2).