DE102023104207A1

DE102023104207A1 - Gelenkanordnung zum gelenkigen Verbinden von zwei benachbarten Wagenkästen eines spurgeführten Fahrzeuges

Info

Publication number: DE102023104207A1
Application number: DE102023104207.6A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Busch; Arthur Kontetzki
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2022-02-21
Filing date: 2023-02-21
Publication date: 2023-08-24
Also published as: WO2023156674A1; WO2023156673A1; DE102023104201A1

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;zumindest eine in der Gelenkanordnung integrierte Energieverzehreinrichtung;ein Mitnehmerelement in gekröpfter Ausführung zum Zusammenwirken mit einem Fahrgestell dessen Endbereiche in axialer Richtung versetzt angeordnet sind.

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.
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.
Gelenkanordnungen sind in einer Vielzahl von Ausführungen aus dem Stand der Technik bekannt. Stellvertretend wird auf die Druckschriften EP 1884 434 B1 , DE 201 21 562 U1 und WO 2020/035196 A1 und verwiesen. Eine permanente strukturelle Verbindung zwischen zwei Schienenfahrzeugunterbaugruppen ist ferner aus EP 3 626 573 B1 vorbekannt.
Als 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 bzw. in dieses 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 Wagenkasten extremen Belastungen ausgesetzt und unter Umständen beschädigt oder gar zerstört werden. Bei Schienenfahrzeugen läuft in solch einem Fall der Wagenkasten zudem 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 abbaut. Als destruktiv ausgebildete Energieverzehrelemente kommen insbesondere Verformungsrohre in Frage, bei denen in destruktiver Weise durch eine definierte Verformung (plastische Verformung) eines Abschnittes 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. Derartige 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, 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 Kräfte 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 derartig aus dem Stand der Technik bekannte Gelenkanordnung 1 mit einem ersten Gelenkarm 10 und einem zweiten Gelenkarm 20. Die Gelenkanordnung 1 weist ein Mitnehmerelement 50 auf, wobei ein erster Endbereich 51 des Mitnehmerelements 50 in Wirkverbindung mit einem (in 1 nicht gezeigten) unterhalb der Gelenkanordnung 1 anzuordnenden Fahrwerk, insbesondere Drehgestell, bringbar ist. Ein wagenkastenseitiger Endbereich 11 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 gleicher Weise 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 dazu zwischen einem hier nicht dargestellten Kegelring und einem Ringsegment einerseits und einem als Druckplatte fungierenden 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 sind derart ausgelegt, dass bei Überschreiten eines durch den Kraftfluss über die jeweiligen Verformungsrohre 13a und 23a übertragbaren Energiebetrags eine plastische Verformung der jeweiligen Elemente stattfindet, so dass im Ergebnis des Zusammenwirkens der endseitigen Endbereiche von Gelenkgabel bzw. Gelenkauge mit den Verformungsrohren die Grundplatten 2 und 4 der jeweiligen Wagenkasten relativ zueinander in Längsrichtung der Gelenkanordnung 1 verschoben werden. Infolge der plastischen Verformung der Verformungsrohre 13a und 23a wird zumindest ein Teil des übertragenen Energiebetrags von den jeweiligen Energieverzehrelementen absorbiert und in Verformungsarbeit und Wärme umgewandelt und somit abgebaut. 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 Energieverzehrelemente 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 Energieverzehreinrichtungen - das regenerativ ausgebildete Energieverzehrelement im Gelenklager und die destruktiv ausgebildeten Energieverzehrelemente in den Gelenkarmen - 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 zur Gewährleistung eines vordefinierten Gesamt-Längshubes bestimmter Größe in axialer Richtung entsprechend Bauraum. Des Weiteren ist im Auslösefall der tatsächlich mögliche Hub für die 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 stark begrenzt.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gelenkanordnung derart weiterzuentwickeln, dass im Crashfall, d.h. bei Überschreitung einer vordefinierten zulässigen Betriebslast, insbesondere Stoßkraft ein maximaler Energieverzehr bei vorab festlegbarem Ereignisablauf realisierbar ist, wobei ein möglichst großer Gesamthub innerhalb der Gelenkanordnung bei gleichzeitig minimalem zur Verfügung stehendem Bauraum für die Gelenkanordnung bereitgestellt werden soll.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ausführung entsprechend dem unabhängigen Anspruch gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
Eine Gelenkanordnung zum gelenkigen Verbinden von zwei benachbarten Wagenkästen eines Schienenfahrzeuges umfasst 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. Die Gelenkanordnung umfasst des Weiteren 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, um mit dem ersten Gelenkkopf gelenkig verbunden zu werden. Zum gelenkigen Verbinden des ersten und zweiten Gelenkkopfes in einer Gelenkebene ist ein Gelenklager mit einem Gelenkzapfen vorgesehen, wobei der Gelenkzapfen eine für die Gelenkanordnung gemeinsame Schwenkachse bildet. Das Gelenklager weist Lagerschalen zum beidseitigen Abstützen des Gelenkzapfens auf. In der Gelenkanordnung ist zumindest eine in dieser integrierte Energieverzehreinrichtung vorgesehen, umfassend zumindest ein einem der Gelenkarme zugeordnetes destruktives Energieverzehrelement. Die Gelenkanordnung weist ein Mitnehmerelement auf, welches mit einem der Gelenkarme verbunden ist. Dieses weist einen ersten Endbereich auf, welcher in Einbaulage am Fahrzeug mit einem unterhalb der Gelenkanordnung anzuordnenden Fahrwerk oder Drehgestell in Wirkverbindung bringbar ist und einen zweiten Endbereich, über den das Mitnehmerelement mit dem ersten Gelenkarm verbunden ist, wobei das Mitnehmerelement im ersten Endbereich in Einbaulage durch eine senkrecht zur Längsachse ausgerichtete Mitnehmerachse charakterisiert ist, die insbesondere beim Zusammenwirken des Mitnehmerelementes mit dem Fahrwerk oder Drehgestell mit einer Mittenachse einer an diesem vorgesehenen Aufnahmeeinrichtung zusammenfällt. Der erste und zweite Endbereich des Mitnehmerelementes sind in axialer Richtung bzw. in Längsrichtung der Gelenkanordnung betrachtet versetzt zueinander angeordnet. Das Mitnehmerelement ist zwischen erstem und zweitem Endbereich gekröpft unter Ausbildung eines Freiraumes zwischen Mitnehmerelement und Außenumfang der Gelenkanordnung ausgebildet.
Mit anderen Worten ist der Verbindungsbereich zwischen erstem und zweitem Endbereich des Mitnehmerelementes derart ausgebildet oder ausgeformt, dass zwischen der Außenkontur des Mitnehmerelementes und dem Außenumfang der Gelenkarme und des Gelenklagers ein sich in Längsrichtung der Gelenkanordnung in Einbaulage erstreckender Freiraum ausgebildet wird. Der Verbindungsbereich bzw. der durch diesen gebildete Außenumfang an der in Richtung der zweiten Grundplatte weisenden Seite verläuft über einen Teilbereich unter einem Abstand zu den Gelenkgabeln und Gelenklager.
Der Begriff Mitnehmerelement steht hierfür Mitnehmer. Dieses kann integral oder aber auch mehrteilig ausgebildet sein
Die erfindungsgemäße gekröpfte Ausbildung des Mitnehmerelementes unter Vorsehen eines einen Freiraum beschreibenden Abstandes zum Außenumfang der Gelenkanordnung erlaubt die Relativbewegung der miteinander gekoppelten Gelenkarme gegenüber der dem zweiten Gelenkarm zugeordneten Grundplatte unter Aufnahme von um den Außenumfang der Gelenkarme und deren Verbindungen zu den jeweiligen Grundplatten angeordneten Bauteilen. Insbesondere bietet der so geschaffene Freiraum über dem ersten Endbereich des Mitnehmerelementes die Möglichkeit der Aufnahme des unterhalb der Achse des zweiten Gelenkarms liegenden Teilbereichs der Grundplatte, so dass das mit dem ersten Gelenkarm verbundene Mitnehmerelement gegenüber den Ausführungen aus dem Stand der Technik wesentlich weiter in Längsrichtung der Gelenkanordnung bewegbar ist und damit einen größeren Gesamthub ermöglicht. Dies ist insbesondere dann gegeben, wenn Gelenklager sowie Gelenkarme bezüglich ihres Außenumfanges derart ausgelegt und bemessen sind, sich durch die Grundplatte, insbesondere die zur Lagerung des jeweiligen Gelenkarms vorgesehene Durchgangsöffnung zu bewegen. Bei den bekannten Ausführungen mit in einer Ebene liegenden Anordnung von erstem und zweiten Endbereich frei von einer Kröpfung ist der Maximalhub bei Überschreitung der zulässigen Belastung spätestens durch das Zusammenwirken von Anschlagflächen am Mitnehmerelement mit der Grundplatte begrenzt.
Die gekröpfte Ausbildung erlaubt ferner den Anbindungsbereich des Mitnehmers an den Gelenkarm freier zu gestalten, Dieser muss nicht mehr zwingend im Bereich des Gelenklagers erfolgen.
Der einen Freiraum zum Außenumfang der Gelenkanordnung beschreibende Abstand zwischen dem Mitnehmerelement und dem Außenumfang der Gelenkanordnung in Längsrichtung betrachtet ist vorzugsweise derart gewählt und ausgebildet, dass das mit dem ersten Gelenkarm verbundene Mitnehmerelement geeignet ist, um bei Überschreitung einer vordefinierten maximalen Stoßbelastung und Relativbewegung der miteinander gelenkig verbundenen Gelenkarme gegenüber der mit dem zweiten Gelenkarm verbundenen Grundplatte in Längsrichtung betrachtet sich bis in den Bereich der durch die Grundplatte beschreibbaren Vertikalebene und darüber hinaus zu bewegen. Diese Ausführung bietet den Vorteil einer möglichen Relativbewegung eines mit dem Mitnehmerelement verbundenen Gelenkarmes derart gegenüber der Grundplatte des mit diesem verbundenen Gelenkarmes, dass das gesamte Gelenklager und auch Teilbereiche des ersten Gelenkarmes sich durch diese hindurchbewegen um damit einen wesentlich längeren Hubweg und Nutzung von mehr Energieverzehr zum Abbau dieses Energieeintrages in Verformungsarbeit als bei herkömmlichen Lösungen zu realisieren.
Besonders vorteilhaft gestaltet sich diese Ausführung in Kombination mit einer Energieverzehreinrichtung in der Gelenkanordnung, bei welcher einem der Gelenkarme, insbesondere dem zweiten Gelenkarm ein destruktives Energieverzehrelement in Form eines Verformungsrohres zugeordnet ist. Gemäß einer ersten besonders vorteilhaften Ausführung mit destruktivem Energieverzehrelement ist das Verformungsrohr in seinem gelenkseitigen Endbereich einseitig wenigstens mittelbar an der dem zweiten Gelenkarm zugeordneten Grundplatte sich in Richtung vom Gelenklager wegerstreckend gelagert. Das Verformungsrohr ist frei kragend. Der zweite Gelenkarm weist in seinem wagenkastenseitigen Endbereich einen ersten Lagerabschnitt zum zumindest mittelbarem Lagern an der Grundplatte und einen diesem in dieser Richtung betrachtet nachgeordneten Führungsabschnitt auf. Der Führungsabschnitt ragt dabei in Einbaulage zumindest teilweise in das Verformungsrohr hinein und liegt an der Innenoberfläche des Verformungsrohres an, wobei zwischen dem Lagerabschnitt und dem Führungsabschnitt ein Aufweitungsabschnitt vorgesehen ist, welcher mit dem Verformungsrohr bei Überschreiten einer maximal zulässigen Stoßbelastung unter Aufweitung und damit Abbau von Stoßenergie zusammenwirkt. In diesem Fall tauchen der zweite Gelenkarm und das mit diesem verbundene Gelenklager zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig in das Verformungsrohr ein und werden dabei über den Führungsabschnitt an dem Innenumfang dessen geführt, wobei mit der Bewegung in dieser Richtung der Führungsabschnitt am zweiten Gelenkarm dem zwischen diesen und dem Lagerabschnitt angeordneten Aufweitungsabschnitt vorauseilt. Dabei kann je nach Ausführung und Lage der Kröpfung am Mitnehmerelement und damit des derart gebildeten Freiraumes zwischen Gelenklager und Mitnehmerelement ein Eintauchen entweder nur des zweiten Gelenkarms durch die Grundplatte in das Verformungsrohr oder des zweiten Gelenkarms zusammen mit zumindest einem Teilbereich der Gelenklagerung oder sogar noch eines Teilbereiches des ersten Gelenkarms erfolgen. Vorzugsweise wird die Bewegung 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 vorgesehen ist.
In besonders vorteilhafter Weiterbildung sind das Mitnehmerelement, erster Gelenkarm und Grundplatte integral ausgebildet. Dadurch wird eine Aufteilung in einen starren Gelenkarm und einen mit destruktivem Energieverzehr vorgesehenen Gelenkarm vorgenommen. Durch die gekröpfte Ausbildung des Mitnehmerelementes 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 durch die Möglichkeit des zumindest teilweisen, vorzugsweise vollständigen Eintauchens 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 zur Schwenkachse verläuft. In diesem Fall taucht das Gelenklager im Crashfall nicht vollständig oder bei besonders verkürzter Ausführung des ersten Gelenkarmes und Anbindung des ersten Endbereiches des Mitnehmerelementes im Bereich des Gelenkkopfes überhaupt nicht in das Verformungsrohr ein. Der durch Verkürzung erreichbare Abstand zwischen den Grundplatten bei Überschreiten der zulässigen Betriebslast entspricht dann den Abmessungen des ersten Gelenkarmes.
Für die Kombination mit destruktivem Energieverzehrelement besteht eine Vielzahl von Möglichkeiten der Ausführung. Eine erste besonders vorteilhafte mit frei kragendem Verformungsrohr wurde bereits genannt. Bei dieser weist das Verformungsrohr an seinem gelenkseitigen Endabschnitt einen mit dem Lagerabschnitt des Gelenkarmes fest verbundenen ersten Abschnitt auf, welcher einen im Vergleich zu einem weiter in Richtung zum wagenkastenseitigen Endbereich des Verformungsrohres (frei kragender Endbereich des Verformungsrohres) liegenden zweiten größeren Querschnitt aufweist, wobei der 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 weiter wagenkastenseitig angeordnete Abschnitt am Verformungsrohr bildet zumindest den theoretisch für die Aufweitung zur Verfügung stehenden Bereich des Verformungsrohres im Crashfall und einen sich daran anschließenden Führungsbereich für den in diesem Fall relativ gegenüber der Grundplatte bewegbaren Gelenkarm aus.
Der Führungsabschnitt des 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 zum Querschnitt des Verformungsrohres im ersten Abschnitt im gelenkseitigen Endbereich kleiner ist. Da einerseits der Führungsabschnitt des Gelenkarmes 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 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 Führung verhindert ein unerwünschtes Verkanten des Verformungsrohrs bei Verformung, so dass die plastische Verformung, insbesondere Aufweitung des Verformungsrohres in vorhersehbarer Weise und definiert abläuft. Durch die vorlaufende Führung beim Aufweiten wird ein unkontrolliertes Ausknicken des Verformungsrohres verhindert. Die Länge des Verformungsrohres muss dabei nicht zwangsläufig so bemessen sein, dass die Führung über den Führungsabschnitt des Gelenkarmes bis zum Erreichen der Endposition des Gelenklagers bei Überschreiten der zulässigen Betriebslast gegeben ist. Der Führungsabschnitt kann sich aufgrund der frei kragenden Anbindung des Verformungsrohres dabei auch aus diesem hinaus bewegen, wobei trotzdem die volle Länge des Verformungsrohres zum Energieverzehr genutzt wird.
In einer ersten Ausbildung wird die Aufweitung des Verformungsrohres außerhalb des ersten, im gelenkseitigen Endbereich zur Anbindung an die Grundplatte vorgesehenen ersten Abschnittes durch die durch die Querschnittsdifferenz bedingte Formgebung zwischen Lagerabschnitt und Führungsabschnitt am 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 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 Gelenkarms sind integral ausgeführt und der Übergangsbereich zwischen Lagerabschnitt und Führungsabschnitt am 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 der einzelnen Komponenten.
In einer weiteren Ausbildung der ersten Ausführung der destruktiven Energieverzehreinrichtung können der Lagerabschnitt und der Führungsabschnitt des wagenkastenseitigen Endbereiches des Gelenkarms integral ausgeführt sein, wobei ein separater Kegelring zum Zusammenwirken mit dem Innenumfang des Verformungsrohres vorgesehen ist, welcher sich an den Lagerabschnitt anschließend mit dem Führungsabschnitt verbunden ist und den Aufweitungsabschnitt am Gelenkarm bildet. 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 Gelenkarm, kann der Gelenkarm in seinem wagenkastenseitigen Endbereich auch mehrteilig ausgebildet sein, wobei die einzelnen Bauteile miteinander verbunden oder in kraftübertragender Weise gekoppelt sind. Gemäß einer ersten Variante dieser alternativen Ausbildung 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 den Aufweitungsabschnitt bildender Kegelring zum Zusammenwirken mit dem Innenumfang des Verformungsrohres vorgesehen, welcher integral mit dem Lagerbauteil oder dem Führungsbauteil ausgebildet ist.
Gemäß einer zweiten dieser alternativen Ausbildung sind der 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 den Aufweitungsabschnitt bildender 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 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. in dieser gelagert.
Dabei ist der 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.
Gemäß einer zweiten Ausführung der Energieverzehreinrichtung mit zumindest einem der Gelenkarme zugeordneten destruktivem Energieverzehrelement in Form eines Verformungsrohres ist dieses zwischen einem mit dem wagenkastenseitigen Endbereich des Gelenkarmes gekoppelten Kegelring und einer mit der Grundplatte über Befestigungseinrichtungen verbundenen Stirnplatte verspannt.
Zur Begrenzung des Hubs und Ableitung der Kräfte im Crashfall in den Wagenkasten direkt über die entsprechende Grundplatte weist diese einen Anschlag für einen am Gelenklager oder einem der Gelenkarme in einem Bereich zwischen Gelenkkopf und jeweiliger 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 Grundplatte einen Anschlag für einen Flächenbereich bei Relativbewegung gegenüber dieser, welcher entweder

a) an dem in dieser gelagerten Gelenkarm oder
b) dem Gelenklager oder
c) dem mit dem in dieser Grundplatte gelagerten Gelenkarm gelenkig verbundenen Gelenkarm in einem Bereich zwischen Gelenkkopf und der mit dem anderen Gelenkarm verbundenen 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 Gelenklager ist vorzugsweise bei allen Ausführungen ein regenerativer Energieverzehr vorgesehen.
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 den Einbau einer Gelenkanordnung gemäß 2 in einem Schienenfahrzeug:
4 eine Schnittdarstellung einer Ausführung gemäß 2 in einer durch die Gelenkachse und die Längsrichtung der Gelenkanordnung beschreibbaren Ebene im unbelasteten Zustand;
5 eine Ausführung gemäß 2 nach Ansprechen der Energieverzehreinrichtung in einem Schnitt in einer durch die Gelenkachse und die Längsrichtung der Gelenkanordnung beschreibbaren Ebene;
6a eine zweite vorteilhafte Ausbildung einer erfindungsgemäßen Gelenkanordnung in perspektivischer Darstellung;
6b eine Ausführung gemäß 6a nach Ansprechen der Energieverzehreinrichtung.

Die 2 verdeutlicht eine erste vorteilhafte Ausbildung einer erfindungsgemäßen Gelenkanordnung 1. 3 zeigt in schematisiert vereinfachter Darstellung die Integration einer derartigen Gelenkanordnung 1 in einem Schienenfahrzeug 3, insbesondere zur Verbindung zweier hintereinander angeordneter 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. Diese ist mit L bezeichnet. 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 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 gleicher Weise weist der zweite Gelenkarm 20 einen wagenkastenseitigen, mit einer Grundplatte 4 eines zweiten Wagenkastens 7 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. Der erste Gelenkkopf 15 des ersten Gelenkarms 10 ist als Gelenkgabel und der zweite Gelenkkopf 25 des zweiten Gelenkarms 20 als Gelenkauge ausgeführt. 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. 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 dargestellten Ausbildung werden die Lagerschalen 32 direkt vom ersten Gelenkarm 10, insbesondere dem stirnseitigen Endabschnitt 12 des ersten Gelenkarms gebildet. Der stirnseitige Endbereich 12 ist dazu als geteilte Gelenkgabel ausgebildet. Die Teilung erfolgt vorzugsweise in einer durch die X- und Y-Richtung beschreibbaren und damit horizontalen Ebene. Andere Ausbildungen sind auch denkbar, wobei die in 2 dargestellte eine besonders kompakte Ausführung erlaubt.
Der erste Gelenkarm 10 ist direkt mit der Grundplatte 2 verbunden, vorzugsweise als integrales Bauteil mit dieser ausgebildet. 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 der 3 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 dem ersten Gelenkarm 10 verbunden und zwar im wagenkastenseitigen Endbereich 11. Gemäß einer besonders vorteilhaften und in der Figur dargestellten Ausbildung sind Grundplatte 2, Gelenkarm 10 und Mitnehmer 50 als integrales Bauteil ausgebildet. 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 1 ausgerichtet ist.
Die Mitnehmerachse M erstreckt sich im der Ausführung gemäß 2 vorzugsweise in einer durch das Gelenklager 30 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.
Erfindungsgemäß sind die beiden Endbereiche 51 und 52 in Längsrichtung der Gelenkanordnung 1 betrachtet zueinander mit Versatz angeordnet. Das Mitnehmerelement 50 ist im zweiten Endbereich 52 mit dem wagenkastenseitigen Endbereich 11 des ersten Gelenkarms 10 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 einen Freiraum 53 bildenden Abstandes des Mitnehmerelementes 50 in Umfangsrichtung zu den Gelenkarmen 10, 20 und dem Gelenklager 30. Der Freiraum erstreckt sich dabei in Längsrichtung über einen Teilbereich der Erstreckung von Gelenklager 30 und zweitem Gelenkarm 20 in Längsrichtung und in vertikaler Richtung im wesentlichen vom Außenumfang der Gelenkanordnung in diesem Erstreckungsbereich. Die Anbindung des zweiten Endbereiches 52 erfolgt in der in 2 dargestellten Ausbildung beabstandet zum stirnseitigen Endbereich 12 des Gelenkarmes 10 an diesem und damit außerhalb des Gelenklagers 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 fest verbunden ist und sich frei kragend von der Grundplatte 2 in Richtung Wagenkasten und damit vom Gelenklager 31 wegerstreckend ausgerichtet ist. Der Aufbau der Energieverzehreinrichtung 6 ist detailliert in einer Schnittdarstellung für die Ausführung gemäß 2 in 4 wiedergegeben.
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. Im dargestellten Fall ist das Verformungsrohr 8 zwischen zwei Teilplatten der Grundplatte 4 verspannt. 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 9c 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.
Die 5 zeigt die Gelenkanordnung 1 gemäß 2 nach einem Crashfall. Ersichtlich ist daraus das Eintauchen eines Teilbereichs des starren Gelenkarmes 10 in das Verformungsrohr 8, wobei hier ein Eintauchen bis in den Bereich des Gelenklagers 30 erfolgt. Dies ist dadurch möglich, dass die den Außenumfang der Gelenkarme 10 und 20 und des Gelenklagers 30 bis zum Anschlag 40 beschreibenden Abmaße im Einbauzustand kleiner gewählt sind, als die der Durchgangsöffnung durch die Grundplatte 4 und ferner der Freiraum 53 bei der Verschiebung des Mitnehmerteils 50 in Richtung der zweiten Grundplatte 4 ein Aufnehmen des unteren Endbereichs der Grundplatte und damit ein darunter wegbewegen ermöglicht. Aus 5 ist ersichtlich, dass das Eintauchen bis zu einem Anschlag 40 an der Grundplatte 4 erfolgt, indem ein Flächenbereich 42 zum Zusammenwirken mit diesem am Gelenklager 30, insbesondere dem Gelenkkopf 15 des ersten Gelenkarmes 10 an diesem bei Bewegung relativ gegenüber der Grundplatte 4 zur Anlage gelangt. Ferner ersichtlich ist die noch erfolgende Führung des Führungsabschnittes 28 im wagenkastenseitigen Endbereich des zweiten Gelenkarmes 20 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 gegenüber der Ausführung in 2 verkürzt um den in diesen durch den vorgesehenen Energieverzehr möglichen Hub. Der Abstand zwischen den Grundplatten 2 und 4 in Längsrichtung zueinander ist verkleinert.
Die in den 2 bis 5 dargestellte Ausführung mit Anordnung der Mitnehmerachse M des ersten Endbereiches 51 des Mitnehmerteils 50 in der Normalstellung in Einbaulage im Bereich der durch die Zapfenachse Z gelegten Vertikalebene ermöglicht eine Gelenkanordnung mit Versteifungswirkung und Aufkletterschutz im Crashfall,
6a zeigt demgegenüber eine zweite Ausführung in einer Ansicht gemäß 2 mit Aufkletterschutz . Der einzige Unterschied besteht in der Anordnung der Mitnehmerachse M des ersten Endbereiches 51 gegenüber dem Gelenkpunkt G bzw. der Gelenklagerebene mit Versatz zu dieser. Der zweite Teilbereich 52 des Mitnehmerteils 50 ist am ersten Gelenkarm 10 in den Bereich des Gelenklagers 30 gelegt, wobei dieser jedoch weit in Richtung zum wagenkastenseitigen Endbereich des ersten Gelenkarmes 10 verlagert ist. Es ergibt sich somit bei gleichem vorgesehenem Bauraum eine in Längsrichtung verlängerte Ausbildung des Gelenkarmes 20, insbesondere des Gelenkkopfes 25, welches als Gabelauge ausgebildet ist und dessen Außenabmessungen in Umfangsrichtung, d.h. Querschnitt bis zum Lagerteil des Gelenkarmes derart bemessen ist, dass der Gelenkkopf zumindest teilweise in das an der Grundplatte 4 gelagerte Verformungsrohr 8 eintauchen kann. Vorzugsweise ist lediglich der unmittelbar im Bereich der zweiten Grundplatte 4 gelagerte Bereich, insbesondere Lagerabschnitt, der nachgelagerte Aufweitungsabschnitt und der Führungsabschnitt im wagenkastenseitigen Endbereich des zweiten Gelenkarms 20 mit zylindrischem Profil ausgestattet. Aufgrund der unmittelbaren Anbindung des zweiten Endbereichs 52 des Mitnehmerelementes 50 im Bereich des Gelenklagers 30 bzw. des Gelenkkopfes 15 am ersten Gelenkarm 10 und des Versatzes der Mitnehmerachse M des ersten Endbereiches 51 zu diesem in einen Bereich zwischen der Gelenklagerebene und der zweiten Grundplatte 4 kann der erste Endbereich des Mitnehmerelementes 50 zwar in Längsrichtung der Gelenkanordnung 1 bis hinter die zweite Grundplatte 4 bewegt werden, allerdings ist ein Eintauchen des Gelenklagers 30 in das Verformungsrohr 8 nicht möglich. Daher kommt entweder ein am zweiten Gelenkarm 20 vorgesehener Anschlag oder aber spätestens das Gelenklager 30 an der zweiten Grundplatte 4 zum Anschlag.
6b zeigt die Stellung im Crashfall, welche dadurch charakterisiert ist, dass aufgrund der direkten Anbindung des Mitnehmerelementes 50 an den Gelenklagerbereich 30 die beiden Grundplatten 2 und 4 bis auf einen durch die Erstreckung des Gelenklagers 30 in Längsrichtung definierten Abstand zusammengefahren sind.
In den 2 bis 6 sind jeweils nur einem der Gelenkarme, hier dem Gelenkarm 20 destruktive Energieverzehreinrichtungen 6 zugeordnet. Denkbar, jedoch nicht dargestellt ist die Integration weiteren destruktiven Energieverzehrs auch in den ersten Gelenkarm.
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
40: Anschlag an zweiter Grundplatte
42: Flächenbereich an Gelenklager
50: Mitnehmerelement
51: erster Teilbereich
52: zweiter Teilbereich
53: Freiraum
M: Mitnehmerachse
G: Gelenkpunkt
Z: Lagerachse
d1: Abstand Anschlag Grundplatte zweiter Wagenkasten und Flächenbereich 42

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1884434 B1 [0003]
DE 20121562 U1 [0003]
WO 2020035196 A1 [0003]
EP 3626573 B1 [0003]

Claims

Gelenkanordnung (1) zum gelenkigen Verbinden von zwei benachbarten Wagenkästen (26, 27) eines Schienenfahrzeuges, wobei die Gelenkanordnung (1) folgendes umfasst: - einen ersten Gelenkarm (10), welcher einen wagenkastenseitigen, mit einer Grundplatte (2) eines ersten Wagenkastens verbundenen oder verbindbaren Endbereich (11) und einen gegenüberliegenden stirnseitigen Endbereich (12) mit einem ersten Gelenkkopf (15) aufweist; - einen zweiten Gelenkarm (20), welcher einen wagenkastenseitigen, mit einer Grundplatte (4) eines zweiten Wagenkastens verbundenen oder verbindbaren Endbereich (21) und einen gegenüberliegenden stirnseitigen Endbereich (22) 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 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; - zumindest eine in der Gelenkanordnung (1) integrierte Energieverzehreinrichtung (6); - ein mit dem ersten Gelenkarm (10) verbundenes Mitnehmerelement (50) mit einem ersten Endbereich (51), welcher in Wirkverbindung mit einem unterhalb der Gelenkanordnung (1) anzuordnenden Fahrwerk, insbesondere Drehgestell bringbar ist und einem zweiten Endbereich (52), über den das Mitnehmerelement (50) mit dem ersten Gelenkarm (10) verbunden ist, wobei das Mitnehmerelement (50) im ersten Endbereich (51) in Einbaulage 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 für das Mitnehmerelement (50) zusammenfällt; dadurch gekennzeichnet: dass der erste und zweite Endbereich (51, 52) des Mitnehmerelementes (50) in axialer Richtung bzw. in Längsrichtung der Gelenkanordnung (1) betrachtet versetzt zueinander angeordnet sind und das Mitnehmerelement (50) zwischen erstem und zweitem Endbereich (51, 52) gekröpft unter Ausbildung eines einen Freiraum (53) bildenden Abstandes zwischen Mitnehmerelement (50) und Außenumfang der Gelenkanordnung (1) ausgebildet ist.
Gelenkanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der einen Freiraum (53) zum Außenumfang der Gelenkanordnung (1) beschreibende Abstand zwischen dem Mitnehmerelement (50) und dem Außenumfang der Gelenkanordnung (1) in Längsrichtung betrachtet derart gewählt und ausgebildet ist, dass das mit dem ersten Gelenkarm (10) verbundene Mitnehmerelement (50) geeignet ist, um bei Relativbewegung der miteinander gelenkig verbundenen Gelenkarme (10, 20) gegenüber der mit dem zweiten Gelenkarm (20) verbundenen Grundplatte (4) bei Überschreitung einer vordefinierten Betriebslast in Längsrichtung betrachtet sich mit seinem ersten Endbereich (51) bis in den Bereich der durch die Grundplatte (4) beschreibbaren Vertikalebene und darüber hinaus zu bewegen.
Gelenkanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Endbereich (52) des Mitnehmerelementes (50) im wagenkastenseitigen Endbereich (11) des ersten Gelenkarmes (10) mit diesem verbunden ist,
Gelenkanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Mitnehmerelement, (50) der erste Gelenkarm (10) und die dem ersten Gelenkarm (10) zugeordnete Grundpatte (2) integral ausgebildet sind.
Gelenkanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 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 (M) in einer durch die Lagerachse (Z) des Gelenklagers (30) und einer Senkrechten zu dieser und zur Längsrichtung (L) beschreibbaren Ebene liegt, insbesondere deren Verlängerung die Lagerachse (Z) schneidet.
Gelenkanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 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 (M) 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 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Gelenkarm (20) in seinem wagenkastenseitigen Endbereich (21) einen Lagerabschnitt (24) zur zumindest mittelbaren Lagerung an der Grundplatte (4), insbesondere zur Lagerung in einer Durchgangsöffnung an der Grundplatte (4) aufweist und zumindest Gelenklager (30) und zweiter Gelenkarm (20) in Längsrichtung vom Gelenklager (30) bis zum Lagerabschnitt (24) durch einen Außenumfang in Umfangsrichtung charakterisiert sind, welcher kleiner als der des Lagerabschnittes (24) des zweiten Gelenkarmes (20) ist.
Gelenkanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine in der Gelenkanordnung (1) integrierte Energieverzehreinrichtung (6) zumindest ein dem zweiten Gelenkarm (20) zugeordnetes destruktives Energieverzehrelement in Form eines Verformungsrohres (8) mit einem gelenkseitigen Endbereich (16) und einem wagenkastenseitigen Endbereich (19) umfasst.
Gelenkanordnung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verformungsrohr (8) mit seinem gelenkseitigen Endbereich (16) einseitig und wenigstens mittelbar an der dem zweiten Gelenkarm (20) zugeordneten Grundplatte (4), sich in Richtung vom Gelenklager (30) frei kragend weg erstreckend gelagert ist und der zweite Gelenkarm (20) in seinem wagenkastenseitigem Endbereich einen ersten Lagerabschnitt (24) zur zumindest mittelbaren Lagerung an der Grundplatte (4) und einen diesem in Richtung zum Endbereich nachgeordneten Führungsabschnitt (28) aufweist, welcher zumindest teilweise in das Verformungsrohr (8) hineinragt und an der Innenoberfläche (9) des Verformungsrohres (8) anliegt, wobei zwischen Lagerabschnitt (24) und Führungsabschnitt (28) ein Aufweitungsabschnitt vorgesehen ist, welcher mit dem Innenumfang (9) des Verformungsrohres (8) zusammenwirkt.
Gelenkanordnung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verformungsrohr (8) an seinem gelenkseitigen Endabschnitt (16) einen mit dem Lagerabschnitt (24) des zweiten Gelenkarmes (2) verbindbaren bzw. verspannbaren Abschnitt aufweist, welcher einen im Vergleich zu einem weiter in Richtung zum wagenkastenseitigen Endbereich (19) des Verformungsrohres liegenden Abschnitt größeren Querschnitt aufweist, wobei der zweite Gelenkarm (20) im Bereich seines Lagerabschnittes (24) zwischen der Grundplatte (4) und diesem weiter in Richtung zum wagenkastenseitigen Endbereich (19) des Verformungsrohres (8) liegenden Abschnitt verspannt ist und im Bereich des Führungsabschnittes (28) an der Innenoberfläche (9) dieses weiter in Richtung zum wagenkastenseitigen Endbereich (19) liegenden Abschnittes des Verformungsrohres (8) anliegt.
Gelenkanordnung (1) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, 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) als Aufweitungsabschnitt konisch unter Ausbildung zumindest einer Kegelfläche (33) zum Zusammenwirken mit dem Innenumfang (9) des Verformungsrohres (8) ausgebildet ist.
Gelenkanordnung (1) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerabschnitt (24) und der Führungsabschnitt (28) des wagenkastenseitigen Endbereiches (21) des zweiten Gelenkarms (20) integral ausgeführt sind und ein Kegelring zum Ausbilden des Aufweitungsabschnittes zum Zusammenwirken mit dem Innenumfang (9) des Verformungsrohres (8) vorgesehen ist, welcher sich an den Lagerabschnitt (24) anschließend mit dem Führungsabschnitt (28) des zweiten Gelenkarmes (20) verbunden ist.
Gelenkanordnung (1) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, 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 den Aufweitungsabschnitt ausbildender Kegelring zum Zusammenwirken mit dem Innenumfang (9) des Verformungsrohres (8) vorgesehen ist, welcher in einer ersten Ausbildung integral mit dem Lagerbauteil oder dem Führungsbauteil ausgebildet ist oder in einer zweiten Ausbildung kraft- oder formschlüssig mit dem Lagerbauteil oder dem Führungsbauteil verbunden ist.
Gelenkanordnung (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Gelenkarm (20) zwischen der Grundplatte (4) und dem weiter in Richtung zum wagenkastenseitigen Endbereich (19) liegenden Abschnitt des Verformungsrohres (8) über den Kegelring bzw. die Kegelfläche spielfrei verspannt ist.
Gelenkanordnung (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Gelenkarm (20) derart zwischen der 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 mittels des Aufweitungsabschnittes dabei den weiter in Richtung zum wagenkastenseitigen Endbereich (19) liegenden Abschnitt des Verformungsrohres (8) unter Querschnittserweiterung plastisch verformt.
Gelenkanordnung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verformungsrohr zwischen einem mit dem wagenkastenseitigen Endbereich des weiten Gelenkarms zusammenwirkenden ringförmigen, eine unter Ausbildung eines Aufweitungsabschnittes konische Fläche aufweisenden Elementes und einer mit der Grundplatte über Befestigungselemente verspannten Stirnplatte eingespannt ist.
Gelenkanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Grundplatten (2, 4) einen Anschlag für einen Flächenbereich bei erfolgender Relativbewegung der miteinander verbundenen Gelenkarme (10, 20) bei Überschreiten einer vorab festlegbaren Betriebslast gegenüber der Grundplatte (2, 4) ausbildet oder aufweist, welcher entweder d) an dem in dieser gelagerten Gelenkarm (10, 20) oder e) dem Gelenklager (30) oder f) dem mit dem in dieser Grundplatte (4) gelagerten Gelenkarm (20) gelenkig verbundenen Gelenkarm (10) in einem Bereich zwischen Gelenkkopf (15) und Grundplatte (2) vorgesehen ist.
Gelenkanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Gelenkkopf (15) als Gelenkgabel und der zweite Gelenkkopf (25) des Gelenklagers (30) als Gelenkauge ausgebildet ist.