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Die Erfindung betrifft ein Druck-Zug-Dämpfungssystem
mit Richtgelenkwirkung für
Kuppelstangen von Eisenbahnwageneinheiten gemäß dem Oberbegriff des Anspruches
1.
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Zug-Druck-Dämpfungssysteme mit Richtgelenkwirkungen
für gefederte
Kuppelstangen an Eisenbahngütewagen
sind hinreichend bekannt.
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So betreibt zum Beispiel die Firma
AAE Ahaus – Alstätter Eisenhan
mit Sitz in CH – 6301
Zug – Poststraße 6 seit
1998 zweigliedrige kurzgekuppelte Niederflurtrgwageneinheiten vom
Typ Megatret – Sffggmrrss
für den
kombinierten Ladungsverkehr, bei dem die Wagen über gefederte Druck-Zug-Kuppelstangen
verbunden sind.
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Diese Kuppelstangen besitzen an ihren
Anlenkpunkten in den Untergestellen Endteile, über die sie mittels separat
angeordneter druckseitiger und zugseitiger runder Federscheiben über Stützlagerplatten
mit dem Tragwagen spielfrei verspannt sind.
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Bei Kuppelstangenausschlägen erzeugen die
eingespannten runden Federscheiben infolge ihrer keilförmigen Deformation
zwischen den Endplatten in den Wagen ein Rückstellmoment, welches bei gleichzeitigem
Wirken von Längsdruckkräften erhöht wird.
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Desweiteren wurden Kuppelstangen
mit einbauten Richtgelenken, die Zug-Druck-Dämpfungssysteme
mit Richtgelenkwirkung aufweisen vorgeschlagen, welche vorzugsweise „Federplattendämpfungselemente" oder „Einzelfederelemente" mit üblichen
runden Federscheiben druckseitig, wie auch zugseitig verwenden.
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Dies betrifft die vorgeschlagenen
Lösungen nach
Aktenzeichen
DE 10246 428.6 und
DE 102 47 621.7 .
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In beiden Fällen werden die druckseitigen Einzelfederelemente
durch ihre Ausführungen,
Anordnungen und Abmessungen für
die Erzielung eines möglichst
großen
Rückstellmomentes
zwischen den End- und Mittelwagen sowie zwischen den Mittelwagen
selbst ausgebildet.
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So werden bei der Anmeldung nach
DE-102 46 428.6 Federplattendämpfungselemente
als runde Federscheiben von einem ringförmigen Stützkäfig aufgenommen.
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In dem Lösungsvorschlag nach
DE 102 47 621.7 gemäß
5 werden seitlich voneinander runde Federscheiben
in einem Abstand „a" angeordnet. In beiden
Fällen
dienen diese Fedescheiben zur Erzeugung eines möglichst großen Rückstellmomentes.
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Allen drei genannten Anwendungsfällen liegt der
gemeinsame Nachteil zu Grunde, dass beim Kuppelstangenausschlag
in Kurven und der keilfömrigen
Deformation der Federscheiben zwischen den Endplatten im Richtgelenk
nur eine verhältnismäßig geringe
Außermittigkeit
der Längsdruckübertragung erzielt
wird. Die Kippkante als Kraftübertragungspunkt
der Längsdruckkraft
erreicht nicht im Entferntesten den äußeren Rand der Federn. Dies
hat den entscheidenden Nachteil, dass nur geringe Rückstellmomente
erzielt werden, wobei in den Randbereichen Überbelastungen der Federelemente
zu verzeichnen sind.
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Diese Umstände führen dazu, dass keine optimalen
Gewichts- und Längenparameter
der Fahrzeuge realisiert werden können.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein
Zug- Druck-Dämpfungssystem
mit Richtgelenkwirkung für Kuppelstangen
zu schaffen, welches die Nachteile der bekannten Lösungen vermeidet,
und welches bei nahezug gleichem Aufwand und gleichem Gewichtsanteil
eine bedeutende Erhöhung
der vertikalen und horizontalen Stabilisierung von leichtgewichtigen Tragwagen
sichert und damit zu einem wirtschaftlichen Transport auf der Schiene
beiträgt.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ergänzungen
der Endung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Erfindungsgemäß ist, dass mindestens zwischen
den Richtgelenkplatten und den Stützlagerplatten Einzelfederelemente
oder Federsäulen
aus diesen Elementen angeordnet sind, welche in ihren Randbegrenzungen
eine annähernd
rechteckige oder quadratische Grundform besitzen, und dass die druckseitig
angeordneten Einzelfederelemente gegenüber den zugseitig vorgesehenen
Einzelfederelementen eine größere Federqueschnitssfläche besitzt.
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Weiter ist erfindungsgemäß, dass
die druckseitigen Einzelfederelemente oder die Federsäulen aus
diesen Elementen gegenüber
den zugseitigen Einzelfederelementen oder Fedesäulen aus diesen Elementen insgesamt
eine größere Federhärte besitzen,
und dass Zwischenplatten und analog dazu die Teile 3 und 4 mit
ihren Anlageflächen
eine Form besitzen, die der zu erwartenden radialen Fließrichtung des
Federwerkstoffes unter extremer Druckbelasung entsprechen, angeordnet
sind.
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Der besondere Vorteil des vorgeschlagenen Dämpfungssystems
mit Richtgelenkwirkung ist die für
ein ständiges
Kippen der Richtgelenkplatten um eine feste Kippkante optimal ausgeführte Form
der Federelemente, welche eine in ihrer Randbegrenzung annähernd rechteckige
oder quadratische Grundläche
besitzen.
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Gegenüber einer runden Federscheibe,
die im angekippten Zustand im oberen Randbereich eine stark verkleinerte
und auch wesentlich höher
beanspruchte Kraftübertragungsfläche im Sinne
eines Berührungspunktes
besitzt, hat zum Beispiel eine rechteckige Fedescheibe im oberen
Randberich ein breites Berührungsband
im Sinne einer über
die gesamte Breite verlaufenden Berührungslinie, die mit ihrer Flächenresultierenden
Kraft optimal weit von der Längsachse
der Kuppelstange ausgelagert ist.
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Im Vergleich der herkömmlichen
kreisrunden Federscheibe ist der tragende Flächenanteil im äußeren Bereich
bei der vorgeschlagenen Ausführung ca.
doppelt so groß.
Damit sind ca. 50 bis 100% höhere
Richtgelenkwirkungen zu erzielen.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin,
dass auf grund des Tatbestandes, dass die horizontale Stabilisierung
stets größer sein
muss als die vertikale Stabilisierung, hier mit rechteckigen federelementen leicht
und wirtschaftlich eine größere horizontale
Stabilisierung durch eine Variierung des Verhältnisses der Höhe zur Breite
des Federlementes erreicht werden kann.
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Dies wird erzielt mit einfachen Mitteln
bei annähernd
gleichen Kosten und gleichen Gewichtsanteilen gegenüber den
bisherigen Lösungen.
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Durch Verringerung der Druckbeanspruchung
im Kippkantenbereich wird die Zuverlässigkeit vergrößert.
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Durch die Erfindung wird insgesamt
die Voraussetzung geschaffen, hocheffektive leichte Wagen mit einem
größerten Nutzlastanteil
zu schaffen mit dem Ziel, den Eisenbahntransport wirtschaftlicher
zu gestalten.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1:
einen Längsschnitt
durch ein Kuppelstangenende,
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2:
einen Querschnitt gemäß 1 mit einem quadratischen
Federelement,
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3:
einen Querschnitt gemäß 1 mit einem rechteckigen
Federelementen,
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4:
einen Querschnitt gemäß 1 mit paarweise angeordneten
Federelementen.
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Die 1 zeigt
einen Längsschnitt
durch ein die Erfindung betreffenden Kuhpelstangenende.
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Die Kuppelstange 1 beistz
an ihren Enden Endzugstangenteile 5, die die Richtgelenkplatten 3 überragen. Über die
Richtgelenkplatte 3 und Einzelfederelemente 6 wird
die Kuppelstange 1 mit der Stützlagerplatte 4 und
damit mit dem Untergestell spielfrei verspannt. Auf dem Endzugstangenteil 5 sind
druck- wie auch zugseitige Einzelfederelemente 6 angeordnet.
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Das besondere Merkmal ist, dass mindestens
zwischen den Richtgelenkplatten 3 und den Stützlagerplatten 4,
Einzelfederelemente 6 oder Federsäulen aus diesen Elementen angeordnet
sind, welche in ihren Randbegrenzungen 8 eine annähernd rechteckige
oder quadratische Grundform besitzen,
und dass die druckseitig
angeordneten Einzelfederelemente 6 gegenüber den
zugseitig vorgesehenen Einzelfederelementen 6 eine größere Federquerschnittsfläche besitzen,
und dass weiter die druckseitigen Einzelfederelemente 6 oder
die Federsäulen aus
diesen Elementen gegenüber
den zugseitigen Einzelfederelementen 6 oder Federsäulen aus
diesen Elementen insgesamt eine größere Federhärte besitzen.
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Die erfindungsgemäß vorgesehenen Flächenformen
und Anordnungen der Einzelfederelemente 6 gehen aus den 2, 3 und 4 hervor.
Die zugseitig angeordneten Einzelfederelemente 6 besitzen,
wie die Figuren zeigen, herkömmliche
kreisrunde Federscheiben mit dem Durchmesser „D".
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Die druckseitigen Einzelfederelemente 6, wovon
in 1 zwei Stück hintereinander
liegend vorgesehen sind und in 2 etwa
quadratisch, in 3 etwa
rechteckig und in 4 rechteckig
und zwar paarweise im Abstand „a" zwischen den Platten 3 und 4 und
damit längsdruckseitig
angeordnet sind.
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In 1 ist
gezeigt, wie bei einem Kuppelstangenausschlag mit dem Ausschlagwinkel „α" die Einzelfederelemente 6 keilförmig deformiert
und belastet wurden.
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In den streifenförmigen Randbereichen der Einzelfeäerelemente 6 und
damit in der Nähe
der Randbegrenzungen 8 erfolgt beim Ausschlag die Kraftübertragung
weit außerhalb
der Längsachse
der Kuppelstange.
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Die Übertragungsfläche ist
ein schmales Rechteck an der Seite und unmittelbar in der Nähe der Kippkante 10.
Damit ist auch die Flächenresultierende
der übertragenden
Längsdruckkraft
extrem weit ausgelagert, und das Rückstellmoment ist maximal.
Gegenüber
der Verwendung üblicher
runder Fedescheiben sind bedeutende Steigerungen der Rückstellwirkung
in Kurven unter Längsdruckkraft möglich. Die
wirksame Federfläche
hält auf
Grund ihrer Größe die Druckspannungen
in einem ertragbaren Bereich.
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Weiter ist vorgesehen, dass, wie
die einzelnen Figuren zeigen, Zwischenplatten 7 und analog dazu
die Teile 3 und 4 mit ihren Anlageflächen eine Form
besitzen, die der zu erwartenden Fließrichtung des Federwerkstoffes
unter extremer Druckbelastung entsprechen, angeordnet sind,
und
dass Einzelfederelemente 6, die im Betriebszustand im Querschnitt
und/oder im Axiallängsschnitt Querschnittsfreiräume 9 besitzen,
die vorteilhaft so angeordnet sind, dass die Federkraftverteilung
auf den Flächen
der Richtgelenkplatte 3 und der Stützlagerplatte 4 so
erfolgt, dass bei horizontalen und/oder vertikalen Kuppelstangenausschlägen die
Längsdruckkraft
weitgehendst in den äußeren Randbegrenzungen 8 der
Platten 3 und 4 übertragen werden, angeordnet
sind.
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Gemäß den 2 bis 4 sind
Führungs-
und Sicherungselemente 11, die für die Einzelfederelemente 6 Stabilisations-
und Führungsfunktionen übernehmen
und dabei den freien Federweg zulassen, an/oder zwischen den Teilen 2, 3 und/oder 7 angeordnet.
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Sie dienen zur Lagestabilisation,
Führung und
Formhaltung der Einzelfederelemente 6 während des Betriebes. So gewährleisten
sie zum Beispiel den drehsicheren Sitz der Einzelfederelemente und
sind einzeln oder paarweise angeordnet.
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Gemäß 4 ist
auch eine Anordnung von Führungs-
und Sicherungselementen 11 außerhalb der Einzelfederelemente 6 in
deren unmittelbarer Nähe
möglich.
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Die 4 weiter
zeigt eine Ausführung
mit im Abstand „a" angeordneten getrennten
und paarweisen Einzelfederelementen 6 zwischen der Richtgelenkplatte 3 und
der Stützlagerplatte 4.
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Beim horizontalen Ausschlag der Kuppelstange 1 mit
dem Ausschlagwinkel „α" wirkt hier als Richtgelenkhebelarm „RH" = a/2 + B/2 mit entsprechend vergrösserter Richtgelenkwirkung.
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Es ist ebenfalls denkbar, die Federsäulen auch
an der Zugseite mit rechteckigen oder quadratischen Einzelfederelementen
auszurüsten.
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- 1
- Kuppelstange
- 2
- Richtgelenk
- 3
- Richtgelenkplatte
- 4
- Stützlagerplatte
- 5
- Endzugstangenteil
- 6
- Einzelfederelement
- 7
- Zwischenplatte
- 8
- Randbegrenzung
- 9
- Querschnittsfreiräume
- 10
- Kippkante
- 11
- Führungs-
und Sicherungselement
- a
- Abstand
- B
- Breitenmaß
- H
- Höhenmaß
- D
- Durchmesser
- LK
- Längsdruckkraft
- RH
- Richtgelenkhebelarm
- α
- Ausschlagwinkel