-
Elastische Kuppelstangenanlenkung für Schienenfahrzeuge, insbesondere
für Straßenbahnen Die Erfindung betrifft eine elastische Kuppelstangenanlenkung
für Schienenfahrzeuge, insbesondere für Straßenbahnen, mit einer Mittenstellung
unter Verwendung elastischer Gummi- oder Kunststoffkörper.
-
Es ist üblich, an den Zugstangen, die der Verbindung von Fahrzeugen,
insbesondere Schienenfahrzeugen, dienen, Zug- und Stoßapparate anzuordnen, die im
allgemeinen über komplizierte Federsysteme die Stöße abfedern. Bei den üblichen
Festkörperfedern ist es im allgemeinen notwendig, zusätzlich noch Dämpfungsvorrichtungen
anzuordnen. Die bekannten Systeme, die einen relativ hohen technischen Aufwand erfordern,
sind verhältnismäßig teuer.
-
Zur Erzielung von Einsparungen ist bereits versucht worden, die Zugstange
starr am Fahrgestell zu befestigen. Hierbei können jedoch infolge der urigefederten
Kraftübertragung erhebliche Schäden auftreten.
-
Es ist für Kraftfahrzeuge bereits eine Anhängerkupp,lung bekanntgeworden,
bei der die Kuppelö:se mittels eines Gummiringes an dem Kuppe,lbolzen elastisch
gelagert ist. Dabei wurde zwischen Kuppelöse und Gummiring ein Kugellager mit senkrechter
Achse eingeschaltet, um Drehbewegungen der Kuppelöse dem Gummiring gegenüber zu
ermöglichen. Es ist gleichfalls für Kraftfahrzeugkupplungen auch bereits bekanntgeworden,
zwischen Kuppelöse und Kuppelbolzen einen vorgespannten Gummiring anzuordnen, ohne
ein Kugellager vorzusehen, um eine relativ feste, jedoch beschränkte Bewegungen
zulassende Verbindung zu schaffen.
-
Da bei Schienenfahrzeugen völlig andere Verhältnisse herrschen als
bei Kraftfahrzeugen., konnten sich diese Anordnungen nicht auf den Bau von Schienenfahrzeugkupplungen
bzw. deren Anlenkungen auswirken. Eine Kraftfahrzeugkupplung besteht immer aus einer
Kuppelöse oder einer kurzen Gabel, die in nächster Nähe des Drehpunktes angeordnet
sind. Beide sind Bestandteil des Anhängers, werden von diesem getragen und brauchen
deshalb nicht von der Kupplungsaufhängung gehalten zu werden. Die Kupplung für Schienenfahrzeuge
besitzt dagegen eine lange (bis zu 1500 mm) Kupplungsstange, die an ihrem vorderen
Ende den schweren Kuppelkopf trägt.
-
Außer der Abfederung ist es notwendig, die Zugstange stets in Mittellage
sowohl nach Höhe als auch nach Seite zu halten, um ein einwandfreies Kuppeln zu
ermöglichen. Zu diesem Zweck sind -eine große Zahl mehr oder weniger komplizierter
Rückstellsv_ steme im Gebrauch.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, eine elastische Kuppelstangenan.lenkung
anzugeben, die bei ausreichender Federung einfach und preiswert ist, bei der gleichzeitig
durch die Federung die notwendigen Rückstellkräfte erzeugt werden und mit Hilfe
ein- facher Übertragungen an der Zugstange angreifen.
-
Erfindungsgemäß ist eine elastische Kuppelstangenanlenkung für Schienenfahrzeuge
mit Mitteneinstellung unter Verwendung elastischer Gummi- oder Kunststoffkörper
so beschaffen, daß zwischen dem in Form einer Scheibe ausgebildeten fahrzeugseitigen
Ende der Kuppelstange und den Gehäusewangen mindestens ein elastischer Körper unter
vertikaler Vorspannung angeordnet ist, die Übertragung der Zug-und Druckkräfte ausschließlich
durch Aufrechterhaltung der Haftung zwischen dem elastischen Körper oder den Körpern
und deren Auflageflächen, sichergestellt ist und nur ein Teil der zur Verfügung
stehenden Torsionskräfte des elastischen Körpers oder der elastischen Körper zur
horizontalen Mittenrückstellung aufgewendet wird.
-
Durch diese Anordnung wird ein einwandfreies Auffangen von Zug und
Stoß durch die verhältnismäßig großen elastischen Körper gewährleistet, deren Größe
und vertikale Vorspannung nach den zu erwartenden Beanspruchungen gewählt wird.
Es sind keinerlei durch die elastischen Körper hindurchtretende vertikale Kuppelbolzen
vorhanden, die sonst bei übermäßigen Belastungen oder Verdrehungen zu Beschädigungen
der elastischen Körper führen könnten. Um alle auftretenden Zug- und Stoßkräfte
aufzunehmen, müssen die elastischen Körper erhebliche Abmessungen besitzen. Würden
sie insgesamt zur horizontalen Mittenrückstellung verwendet, dann, würden so große
Rückstellkräfte auftreten, daß von Hand ein
Z'erschwenken der Kupplungen
nicht möglich wäre und es beim Lösen einer Kupplung in der Kurve zu schweren Unfällen
kommen könnte.
-
Es werden vorzugsweise beiderseits des scheibenförmigen Endes der
Kuppelstange elastische Körper z orgesehen. Hierdurch ergibt sich eine konstruktiv
einfache und besonders wirksame Aufhängung. Damit nur ein Teil der Torsionskräfte
des oder der elastischen Körper wirksam wird, können die beiderseits des scheibenförmigen
Endes der Kuppelstange angeordneten elastischen Körper unter Anwendung von Untersetzungsgetrieben
so angeordnet sein, daß sie eine geringere Verformung erfahren, als der Horizontalverschwenkung
der Kuppelstange entspricht. Hierzu können die Außenteller, die die elastischen
Körper tragen und im Gehäuse in zweiseitig wirkenden Lagern, vorzugsweise Wälzlagern,
verschwenkbar gelagert sind, Nasen besitzen, gegen die sich von verschiedenen Seiten
Rollen abstützen, welche an Schwenkhebeln befestigt sind, die am Gehäuse exzentrisch
zum Mittelpunkt, dem Durchdringungspunkt der vertikalen Symmetrieachse, angelenkt
sind und an ihren freien Enden Rollen tragen, die sich gegen wechselseitige Anschläge
der Zugstange abstützen. Es kann auch ein Rückstellseilzug an einem Punkt, etwa
an der Peripherie des Mitteltellers, und an einem Punkt, etwa an oder etwas außerhalb
der Peripherie, des oberen bzw. des unteren Tellers befestigt sein und über eine
ortsfeste Seilscheibe außerhalb der die elastischen Körper haltenden Teller so laufen,
daß bei Verdrehen der Zugstange die Weglängen, also auch die Zentriwinkel der Bewegungen
der Punkte, erheblich verschieden sind. Der Verschwenkungswinkel der "Zugstange
wird vorzugsweise größer sein als der Verschwenkungswinkel der oder des elastischen
Körpers, so daß eine Verformung nur im Betrage der Differenz der beiden Winkel eintritt.
Es kann beiderseits des scheibenförmigen Endes der Kuppelstange je ein einziger
elastischer Körper vorgesehen sein, wobei jeder Körper zum Übertragen der Zug- und
Druckkräfte sowie zum Einstellen der vertikalen und teilweise zusätzlich zur Einstellung
der horizontalen Mittenstellung benutzt wird. Es können auch die elastischen Körper
in Außen- und Innenkörper unterteilt sein und die Außenkörper fest mit den drehbar
gegen das Gehäuse angeordneten Tellern verbunden sein, während die Mittelstücke
fest mit der Gehäusewand, dem Mittelteller und der Gehäusescheibe verbunden sind.
Hierbei wird der Effekt, daß nur ein Teil der Gesamtgummimasse für die horizontale
Mittenstellung Verwendung findet, ohne irgendein Untersetzungsgetriebe erreicht.
Die elastischen Innenkörper können in jeweils nur einem Sinne, jedoch einander entgegengesetzt,
fest gegen Drehung mit dem Mittelteller verbunden sein. Es ist auch vorgesehen,
die elastischen Innenkörper fest mit einem Zapfen zu verbinden, der gegen die Gehäusewand
verdrehbar, aber durch Muttern festlegbar ist. Hierdurch kann die Vorspannung der
elastischen Innenkörper reguliert werden. Mit Vorteil wird die vertikale Vorspannung
der elastischen Körper durch deren Formgebung in spannungsfreiem Zustand örtlich
verschieden sein.
-
Um eine Rückstellung mit großer Genauigkeit durchführen zu können,
ist es notwendig, die Rückstellfederung so anzuordnen, daß sie unter nicht unerheblicher
Vorspannung steht. Die Anordnung muß dabei so getroffen werden, daß in Null-Lage
keine Kräfte an dem rückzustellenden Element angreifen, jedoch bereits bei kleinen
Abweichungen aus derselben schon erhebliche Kräfte wirksam werden. Zur Erreichung
dieser Vorspanming, die erst bei Abweichung des rückzustellenden Elementes aus der
Null-Lage wirksam werden darf, können verschiedene Wege beschritten werden.
-
Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen
mit Hilfe von Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen stellen dar in Fig. 1
einen Vertikalschnitt durch einen erfindungs gemäßen Zug- und Stoßapparat, Fig.
2 die Draufsicht auf Fig. 1, Fig. 3 die Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Zug-
und Stoßapparat mit anderem Rückstellsystem und in Fig. 4 einen Schnitt durch einen
erfindungsgemäßen Zug- und Stoßapparat mit einer dritten Art der Ausbildung des
Rückstellsystems.
-
Am nicht dargestellten Rahmen eines Fahrzeuges ist ein vorzugsweise
kastenförmiges Gehäuse 1 in beliebiger Weise befestigt. «jährend eine Seitenwand
2 des Gehäuses durchläuft, ist die gegenüberliegende Seitenwand 3 durchbrochen.
In der Durchbrechung ist eine Scheibe 4 angeordnet, die mit Hilfe von Schrauben
5 und Muttern 6 verstellbar ist. Eine Zugstange 7 läuft an ihrem fahrzeugseitigen
Ende in die Form eines Tellers 8 mit stark erhabenem wulstartigem Rand 9 aus. In
die Vertiefung des Tellers 8 passen elastische Gummi- oder Kunststoffkörper 10.
Diese Körper 10, die einerseits gegen den Teller 8 anliegen, liegen andererseits
gegen äußere Teller 11 an. Die Teller 11 besitzen an ihren Außenseiten gleichfalls
stark erhabene wulstartige Ränder 12. Die Außenteller 11 sind über zweiseitig wirksame
Wälzlager, beispielsweise Kugellager 13, mit entsprechenden Aussparungen in der
Gehäusewand 2 bzw. der Scheibe 4 dergestalt verbunden, daß die Zugstange horizontal
frei verschwenkbar ist.
-
Da von der erfindungsgemäßen Vorrichtung sehr große Kräfte übertragen
werden müssen, muß die Haftung zwischen den elastischen Körpern 10 und den Tellern
8 bzw. 11 sehr groß gewählt werden. Dies kann durch eine entsprechend große vertikale
Vorspannurng erreicht werden. Weiterhin kann die Haftung durch Formgebung der Telleroberfläche,
beispielsweise Wellen- oder Zickzackform, wie im dargestellten Beispiel, stark vergrößert
werden. In jedem Falle soll erreicht werden, daß auch bei stärkster Belastung keine
Relativbewegungen zwischen der Oberfläche der elastischen Körper 10 und der anliegenden
Fläche der Teller 8 bzw. 11 stattfinden, sondern die gesamte Relativbewegung zwischen
den Tellern 8 und 11 zu Verformungen mindestens eines Teiles der elastischen Körper
10 führt. Hierzu können beispielsweise auch die elastischen Körper 10 mit den Tellern
8 bzw. 11 durch Kleben oder Vulkanisation verbunden werden. Da die Zugstange 7 durch
das Gewicht der Kupplung stets stark kopflastig sein wird, jedoch zwecks einwandfreien
Kuppelns ständig in Mittenstellung, d. h. unter anderem horizontal Gehalten werden
soll, werden die elastischen Körper 10 zweckmäßig in entspanntem Zustand so .geformt,
daß sie an einem Ende stärker ausgebildet sind. Die Form eines entspannten elastischen
Körpers ist in Fig. 1 im Oberteil strichpunktiert eingezeichnet. Die Stärke 15 ist
nicht unerhehlich größer als die Stärke 14, im vorliegenden Falle beispielsweise
10 mm. Die elastischen Körper 10 werden nun so eingebaut, daß beim oberen elastischen
Körper 10 die stärkere Seite dem Fahrzeug zugekehrt ist, während beim unteren elastischen
Körper 10 die stärkere Seite der Zugrichtung zugewendet ist.
Erfindungsgemäß
wird die Rückstellkraft der elastischen Körper 10 gleichzeitig ausgenutzt, um der
Stoßstange auch gegen waagrechte Verschwenkungen stets die Mittellage zu geben.
Zu diesem Zweck können beispielsweise die Teller 11 mit festen Nasen 16 und 17 versehen
sein. Die Nasen 16 und 17 stützen sich gegen Rollen 18 und 19 ab, die an Schwenkhebeln
20 und 21 angebracht sind, die um Zapfen 22 und 23 in Lagern 24 und 25 der Gehäusewand
2 bzw. Scheibe 4 drehbar sind. An den vorderen Enden der Schwenkarme 20 und 21 sind
die Rollen 26 und 27 vorgesehen, die sich ihrerseits gegen Anschläge 28 bzw. 29
der Zugstange 7 dergestalt abstützen, daß Schwenkarm 21 über Rolle 27 gegen den
Anschlag 28 drückt und bei Bewegungen der Zugstange 7 im Sinne der Uhrzeigerdrehrichtung
mitgenommen wird, und Schwenkarm 20 über Rolle 26 in entgegengesetzter Richtung
gegen, den Anschlag 29 drückt, also bei Bewegungen der Zugstange 7 entgegengesetzt
dem Sinne der Uhrzeigerdrehrichtung mitgenommen wird. Die Mittelpunkte der Zapfen
22 und 23, d. h. also die Drehpunkte der Schwenkarme 20 und 21, sind so angeordnet,
daß sie um einen nennenswerten Betrag außerhalb der vertikalen Symmetrieachse der
Teller 8 und 11 bzw. der elastischen Körper 10 liegen.
-
Wird nun die Zugstange 7, wie beispielsweise in Fig. 2 angedeutet,
um den Winkel a, entgegengesetzt dem Uhrzeigerdrehsinn verschwenkt, so. haben die
Teller 11, die über die elastischen Körper 10 mit dem mittleren Teller 8 verbunden
sind. die Tendenz, diese Bewegung mitzumachen. Da die Teller 11 mittels Lagern 13
in den Seitenwänden 2 und 4 gelagert sind, würde dieser Bewegung kein Widerstand
entgegengesetzt. Während sich aber der Teller 8 um den Durchdringungspunkt 30 der
vertikalen Symmetrieachse dreht, werden die Schwenkarme 20 und 21 um die Mittelpunkte
31 der Zapfen 22 und 23 verächwenkt. Dabei gelangt die Rolle 18 in die mit 18a bezeichnete
Lage. Die Nase 16, die am Teller 11 starr befestigt ist, kann dabei nur in die Lage
16a gelangen. Ein weiteres Verschwenken des Tellers 11 im entgegengesetzten Uhrzeigerdrehsinne
wird somit verhindert und der Teller 11 lediglich um den Winkel ß verschwenkt werden,
der kleiner ist als der Winkel a. Der elastische Körper 10 wird also um den Winkel
(a-ß) verformt werden. Durch diese Verformung wird eine Rückstellkraft erzeugt.
Ein Weiterdrehen des Schwenkarmes 20 unter dem Druck der Nase 16 wird durch den
Anschlag 29 verhindert, auf dem die Rolle 26 läuft. Die gleiche Funktion in entgegengesetztem
Sinne hat der untere Schwenkarm 21 mit den Rollen 19 -und 27.
-
Die Achsen aller Rollen und Gelenke sind parallel zur vertikalen Symmetrieachse
der Teller angeordnet. Bei Ausschlägen der Kuppelstange wird infolge dieser Anordnung
eine geringere Verformung der elastischen Körper 10 eintreten. Damit werden auch
geringere Horizontalkräfte eintreten, als eintreten würden, wenn die elastischen
Körper 10 mit den Platten 2 und 4 fest verbunden wären.
-
Die Ausnutzung der Rückstellkraft der elastischen Körper 10 kann jedoch
auch mit Hilfe eines Seilzuge erfolgen, wie in Fig. 3 dargestellt. Es wird beispielsweise
ein Seilzug 32 an einem Punkt 33 etwa an der Peripherie des Mitteltellers 8 befestigt.
Der Seilzug läuft dann über eine außerhalb der Teller liegende Rolle 34 zu einem
Punkt 35, an dem er an dem oberen oder unteren Außenteller 11 in Nähe der Peripherie
derselben befestigt ist. Wird nun die Zugstange 7 beispielsweise entgegengesetzt
dem Uhrzeigerdrehsinne verschwenkt, so gelangen die Punkte 33 und 35 an die Stellen
33 a und 35 a.. Die Länge des Seiles zwischen 33 a und der Rolle 34, deren Lage
unverändert bleibt, wird somit erheblich verkürzt. Gleichzeitig wird die Länge des
Seiles zwischen der Rolle 34 und dem Punkt 35 a um den gleichen Betrag verlängert.
Während also der Teller 8 um den Winkel a verschwenkt wird, ist ein Verschwenken
des Tellers 11 oder 12 nur um den kleineren Winkel (3 möglich. Hierdurch wird die
Verformung der elastischen Körper 10 nur um den Winkel (a-ß) eintreten. Die Rückstellkraft
entspricht der Verformung um den Winkel (a-ß). Sie wird auch hier wieder geringer
sein, als wenn die Teller 11 fest an den Platten 2 und 4 angeordnet wären. Da die
Anordnung nach Fig.3 jeweils in nur einer Richtung arbeitet, wird am oberen Außenteller
11 beispielsweise der Seilzug für die horizontale Rückstellung in einem Sinne befestigt
sein und am unteren Außenteller 11 der Seilzug für die Horizontalrückstellung in
entgegengesetztem Sinne.
-
Außer dem Vorteil. daß bei den beschriebenen Rückstellvorrichtungen
die Verschwenkung der Zugstange 7 nicht voll zur Verformung der elastischen Körper
10 führt, kommt noch der weitere Vorteil, da:ß die Federkennlinien bei den vorgeschlagenen
Vorrichtungen regressiv sind, d. h. daß die Kraft bei höherer Verschwenkung nicht
gleichmäßig weitersteigt, sondern sich im Verhältnis zur Schwenkung verringert.
Es bestehen Variationsmöglichkeiten durch die Wahl der Befestigungspunkte 33 und
35, die das Verhältnis zwischen den Ausschlagwinkeln bestimmen. Wenn beispielsweise
in der in Fig. 3 dargestellten Auisführun!gsform der Befestigungspunkt 33 im Uhrzeigerdrehsinne
verschoben gewählt wird, ergibt sich ein kleinerer Ausschlagwinkel des Punktes 35,
also eine größere Rü ckstellkraft.
-
Während bei den geschilderten Rückstellsystemen die gesamten elastischen
Körper 10 verformt wurden und durch äußere Systeme die Verformung sowie infolgedessen
die Rückstellkräfte reduziert wurden, ist es auch, wie in Fig. 4 gezeigt. möglich,,
die elastischen Körper 10 zu teilen und die Rückstellkräfte nur eines Teiles derselben
zu verwenden. Es können hierzu bei einer Ausführungsform, die übrigens im wesentlichen
der in Fig. 1 dargestellten entspricht, die elastischen Körper 10 zweigeteilt sein,
und zwar dergestalt, daß in der Mitte derselben Aussparungen 36 angeordnet sind,
in denen wiederum, ohne jedoch die elastischen Körper 10 zu berühren, elastische
Gummi- oder Kunststoffkörper 37 angeordnet sind. Während sich die elastischen Körper
10 gegen die Teller 8 und 11 abstützen, die durch Wälzlager 13 gegen die Wände des
Gehäuses 1 vierdrehbar sind, stützen sich die elastischen Körper 37 direkt gegen
die Gehäusewände 24 ab. Durch die Schrauben 5 und die Muttern 6 wird das ganze System
unter Vorspannung gehalten. Die elastischen Körper 37 sind an ihren Stirnseiten
mit Zapfen 38 versehen, die in Bohrungen 39 in Wand 2, Teller 8 und Scheibe 4 eingreifen.
Wird die Zugstange 7 verschwenkt, so werden die elastischen Körper 10 mit v erschwenkt,
während die elastischen Körper 37 verdreht werden. Die Torsionskraft der elastischen
Körper 37 ist in diesem Falle die Rückstellkraft.
-
Im Hinblick auf die Form und Ausbildung der elastischen Körper 10
kann auch vorgesehen werden, zur möglichst völligen Ausnutzung des Gummivolumens
bzw. zur Einsparung an Stelle der ringförmigen Gummiteller einfache keilförmige
prismatische Gummikörper zu verwenden.
-
In vielen Fällen wird es zweckmäßig sein, die elastischen Körper auf
Torsion vorzuspannen, was beispielsweise
bei den Körpern 37 durch
Verdrehen des Vierkantzapfens 40 gegen das Gehäuse erfolgen kann. Der Zapfen 40
wird sodann durch die Mutter 41 festgelegt. Eine gleiche Anordnung kann auch für
den unteren Körper 37 vorgesehen sein. Fernerhin ist es möglich, die Löcher 39 im
Teller 8 als Schlitze auszubilden und so anzuordnen. daß die Rückstellkraft der
Körper 37 Jeweils nur in einer Richtung wirksam wird. Diese Maßnahme hat zur Folge,
daß die Rückstellkraft beim Beginn der Verschwenkungsbewegung bereits erheblich
ist und dadurch eine große Genauigkeit bei Erreichen der Mittelstellung erzielt
wird.
-
Wesentlich ist, daß, wenn die Rückstellelemente vorgespannt sind,
in #T\Zittelstellung keine Kräfte angreifen, sondern erst beim Ausweichen der Mittelstellung
sie dann jedoch sofort in erheblichem Maße wirksam werden.
-
Es sind bei den angeführten Ausführungsbeispielen Abwandlungen im
Rahmen der Erfindung möglich, beispielsweise können einzelne Elemente kombiniert
sowie Dimensionen und Vorspannungen verändert werden. Es hat sich gezeigt, daß Vorspannungen
der elastischen Körper von 4 bis 5lig/etn2 bzw. 2000 kg insgesamt vorteilhafte Dimensionen
sind.