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Drehzapfenlagerung für Schienenfahrzeuge Die Erfindung bezieht sich
auf eine Drehzapfenlagerung für Schienenfahrzeuge mittels zweier koaxial ringförmiger
und vorgespannter Gummifedern, deren innere Mantelflächen mit dem Drehzapfen und
deren äußere Mantelflächen über ein Gehäuse mit dem Drehgestellrahmen verbunden
sind.
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Bei dieser bekannten Drehzapfenlagerung ist mindestens die innere
Mantelfläche jeder der beiden Gummifedern auf einer am Außenmantel kegeligen, auf
dem Drehzapfen vorgesehenen Büchse gelagert. Die beiden Büchsen sind dabei mit ihren
den kleineren Durchmesser aufweisenden Stirnflächen einander zugewandt. Durch gegenseitiges
Zusammenspannen der beiden Büchsen werden die mit einer verhältnismäßig dünnen Gummischicht
ausgeführten Gummifedern vorgespannt und haften fest auf der im Drehgestellrahmen
angeordneten innen zylindrischen Lagerbüchse. Zur weiteren Führung ist koaxial zu
den Gummifedern am Drehzapfen ein ebenfalls in der Lagerbüchse liegendes Kopflager
vorgesehen. Dabei ergibt sich, daß zwar die Drehbarkeit des Drehgestells am Wagenkasten
praktisch unbehindert ist, daß aber bei Wank- und Nickbewegungen infolge der dünnen
Gummischichten und insbesondere wegen des Kopflagers starke Biegebeanspruchungen
des Drehzapfens auftreten und das Kopflager, um Anfressungen zu vermeiden, geschmiert
werden muß. Eine seitliche Verschiebbarkeit der bekannten Drehzapfenlagerung, wie
sie vielfach bei schnellfahrenden schweren Lokomotiven gefordert wird, ist nicht
vorhanden. Es könnte zwar eine übliche seitenverschiebbare Lagerung mit einer Rückstellvorrichtung
vorgesehen werden. Diese sind aber meist sehr vielteilig, nicht wartungs- und verschleißfrei
und weisen keine Stoßdämpfung auf.
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Es ist zwar auch bekannt, zur Stoßdämpfung hydraulische Stoßdämpfer
vorzusehen. Diese sind jedoch sehr wartungsbedürftig und auch verhältnismäßig teuer
in der Anschaffung, so daß eine solche Drehzapfenlagerung eine große Anzahl von
teuren, wartungsbedürftigen und einem beträchtlichen Verschleiß unterliegenden Teilen
aufweist, ohne dabei die erheblichen, bei Wank- und Nickbewegungen auftretenden
Beanspruchungen des Drehzapfens zu verhindern. Die Biegebeanspruchungen durch Wankbewegungen
können zwar durch entsprechende Ausbildung der seitlichen Abstützungen, da es sich
um einen entlasteten Drehzapfen handelt, vermindert werden, aber die aus den Nickbewegungen,
z. B. beim Einfahren in Steigungen, auf Ablaufbergen od. dgl., sich ergebenden Biegebeanspruchungen
können nicht verhindert werden. Es sind zwar auch geringere Beanspruchungen ermöglichende
Verbindungen zwischen einem Hauptrahmen und einem Drehgestellrahmen bekannt, die
wartungs- und verschleißarm und teilweise auch verschleißfrei arbeiten. Dabei handelt
es sich jedoch um eine über zwei längslaufende Blattfedern und Hängependel oder
Gummifedern am Drehgestellrahmen aufgehängte bzw. abgestützte Wiege, die mit dem
Drehzapfen des Hauptrahmens über eine zylindrische Gummihülsenfeder verbunden ist.
Eine Drehgestellwiege mit Federung bedeutet einen ganz erheblichen Aufwand und kann
zudem bei beschränkten Platzverhältnissen gar nicht vorgesehen werden.
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Dieser Nachteil kann bei einer bekannten Ausführung durch eine Drehzapfenlagerung
mit zwei Lenkern und einer Rückstellvorrichtung vermieden werden, bei der sowohl
die Lenker wie auch der Drehzapfen in Gummibüchsen gelagert sind. Ein derartiger
Aufbau ist jedoch vielteilig, und vor allem ist die notwendige Beweglichkeit zwischen
Haupt-und Drehgestellrahmen nur über eine Verwindung der Lenker und eine Biegebeanspruchung
des Drehzapfens zu erreichen. Eine Dämpfung ist hierbei ebenfalls nicht vorgesehen.
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Demgegenüber ist nun die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt,
darin zu sehen, eine einfache und wenig aufwendige Drehzapfenlagerung gemäß der
eingangs genannten Gattung zu schaffen, die nicht nur wartungs- und verschleißfrei
ist, sondern insbesondere bei stark gedämpfter Seitenbeweglichkeit Biegebeanspruchungen
des Drehzapfens, die aus Wank- und Nickbewegungen des Wagenkastens herrühren, weitgehend
verhindert.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß das
zwischen dem Drehgestellrahmen und dem Drehzapfen die Gummifedern mit ihren äußeren
Mantelflächen aufnehmende Gehäuse mit einer Hilfsführung für den Drehzapfen versehen
und quer zur Fahrtrichtung mittels zweier diametral einander gegenüberliegender
zapfenartiger Abstützkörper über aufgesteckte Gummihohlkegelstümpfe an zwei teilweise
über diese greifende Abstützkörper des Drehgestellrahmens abgestützt ist.
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Durch diese Maßnahmen wird insofern eine vorteilhafte Lösung der Erfindungsaufgabe
erzielt, als die Drehzapfenlagerung gemäß der Erfindung nur aus wenigen einfachen
und vollkommen wartungs- und verschleißfreien Teilen besteht. Beim Erfindungsgegenstand
ist durch die Hilfsführung eine gleichmäßige Belastung und gleichzeitig ein sicherer
Schutz vor überlastung der ringförmigen Gummifedern gewährleistet. Durch die quer
zur Fahrtrichtung angeordneten Gummihohlkegel ist sowohl eine stark gedämpfte progressive
abgefederte Seitenbeweglichkeit als auch eine vollkommene Entlastung des Drehzapfens
von Biegebeanspruchungen infolge der Nickbewegungen gegeben. Die Wankbewegungen
können ohne weiteres durch die beiden am Drehzapfen angeordneten Gummifedern aufgenommen
werden, wobei die Gummihohlkegel ebenfalls noch entlastend wirken. Ein Federspiel
zwischen Haupt- und Drehgestellrahmen kann ungehindert stattfinden.
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In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
schematisch dargestellt. Es zeigt Abb.1 einen lotrechten, quer zur Fahrtrichtung
verlaufenden Längsmittelschnitt durch eine Drehzapfenlagerung längs der Linie I-1
in Abb. 2, Abb. 2 einen waagerechten Schnitt durch die Drehzapfenlagerung längs
der Linie II-I1 in Abb.1 und Abb. 3 einen lotrechten, in der Fahrtrichtung verlaufenden
Längsmittelschnitt durch die Drehzapfenlagerung nach der Linie 111-III in Abb. 2.
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Die Drehzapfenlagerung gemäß dem Ausführungsbeispiel besteht im wesentlichen
aus dem am Hauptrahmen 1 gelagerten Drehzapfen 2, einem dessen freies
unteres Ende umschließenden Gehäuse 3 mit zwei ringförmigen, im gegenseitigen axialen
Abstand angeordneten Gummifedern 4 und einer zwischen diesen angeordneten
koaxialen Hilfsführung 5, zwei einander diametral gegenüberliegenden kegeligen zapfenartigen
Abstützkörpern 6 für das Gehäuse 3 und aus zwei auf diesen vorgesehenen Gummihohlkegelstümpfen
7 mit Abstützkörpern B. Diese sind in einem am Drehgestellrahmen 9 befestigten Lagerkörper
10 angeordnet.
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Der Drehzapfen 2 ist in üblicher Weise ausgebildet und beispielsweise
durch Schweißnähte, Niete, Schrauben 11 od. dgl. am Hauptrahmen 1 befestigt. Das
freie untere Ende des Drehzapfens 2 ist gegenüber dem mittleren Teil des Drehzapfens
2 abgesetzt und zylindrisch ausgebildet. Die freie Stirnfläche ist mit einer koaxialen
Ausdrehung 12 sowie einem ebenfalls koaxialen Gewindeloch 13 versehen. Auf dem zylindrischen
unteren Ende des Drehzapfens 2 sind die beiden ringförmigen Gummifedern 4 mit ihrem
Innenmantel fest angeordnet. Beim Ausführungsbeispiel besteht jede ringförmige Gummifeder
4 aus einer Innenbüchse 14 und einer diese mit einem radialen Abstand und koaxial
umgebenden Außenbüchse 15 von etwa gleicher axialer Länge, zwischen denen ein Gummiring
16 mit annähernd rechteckigem Querschnitt einvulkanisiert, eingeklebt oder eingepreßt
ist, so daß eine haltbare Verbindung zwischen Innenbüchse 14 und Außenbüchse
15 gegeben ist: Zur festen Verbindung zwischen dem Drehzapfen 2 und der Innenbüchse
14 jeder Gummifeder 4 ist diese auf den zylindrischen Teil des Drehzapfens
2 aufgeschoben, wobei zwischen den beiden Innenbüchsen 14
der Gummifedern
4 der Innenring 17 der Hilfsführung 5 vorgesehen ist. Die axiale
Länge der beiden Innenbüchsen 14 zusammen mit der axialen Länge des Innenringes
17 der Hilfsführung 5 ist etwas größer als die Länge des zylindrischen Endes des
Drehzapfens 2, so daß mittels einer im Durchmesser etwa dem Durchmesser einer Innenbüchse
14 entsprechenden Deckscheibe 18 und einer in das Gewindeloch 13 eingeschraubten
Schraube oder eines Gewindebolzens 19 mit Mutter 20 die beiden Innenbüchsen
14
und der Innenring 17 unter sich und gegen die abgesetzte Schulter
21 des Drehzapfens 2 gespannt und somit festgehalten werden.
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Als Hilfsführung 5 zwischen den beiden Gummifedern 4 ist der
auf dem Drehzapfen 2 aufgeschobene Innenring 17 mit einem koaxialen, diesen
mit größerem Spiel in radialer Richtung umschließenden Außenring 22 etwa gleicher
axialer Länge vorgesehen: Um auch hier Wartungs- und Verschleißfreiheit zu gewährleisten,
sind der Außenmantel des Innenringes 17 und der Innenmantel des Außenringes
22 jeweils mit einem Bewehrungsring 23 bzw. 24 aus Manganhartstahl
versehen. Der Außenmantel des inneren Bewehrungsringes 23 ist dabei ballig und der
Innenmantel des äußeren Bewehrungsringes 24 zylindrisch ausgebildet. Die
einander zugewandten, im Abstand a voneinander befindlichen Mantelflächen der Hilfsführung
5 berühren sich nur bei vorübergehend auftretenden schweren seitlichen Kräften,
während bei Normalbelastung diese Kräfte nur von den Gummifedern 4 übertragen werden.
An Stelle der geschlossenen Bewehrungsringe 23 und 24 können auch
nur Ringabschnitte vorgesehen werden; es ist auch möglich, an Stelle der Manganhartstahlbewehrung
des Innenringes 17 und des Außenringes 22 der Hilfsführung 5 diese
selbst unmittelbar zu härten.
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Die beiden Außenbüchsen 15 der Gummifedern 4
und der
den gleichen Außendurchmesser aufweisende Außenring 22 der Hilfsführung
5 sind in einer lotrechten zylindrischen Bohrung des den Drehzapfen 2 umgebenden
Gehäuses 3 gelagert. Das Gehäuse 3 ist am oberen Ende der Bohrung
mit einem in diese vorspringenden Bund 25 versehen, gegen den sich die diesen
zugekehrte Stirnfläche der Außenhülse 15 der benachbarten Gummifeder
4 anlegt. Am anderen Ende des Gehäuses 3 ist in der Bohrung eine Ringnut
angeordnet, in welcher ein Sprengring 26 liegt, um eine feste Lagerung der beiden
zwischen dem Bund 25 und dem Sprengring 26 liegenden Gummifedern 4 und der Hilfsführung
5 zu sichern.
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Das im wesentlichen zylindrische und als Stahlgußstück hergestellte
Gehäuse 3 ist mit zwei etwa symmetrisch zu seiner Quermittelebene angeordneten und
diametral gegenüberliegenden kegeligen hohlzapfenartigen Abstützkörpern 6 versehen,
deren gemeinsame Längsachse waagerecht und quer zur Fahrtrichtung liegt. Der größere
Durchmesser, d. h. der Fuß jedes hohlzapfenförmigen Abstützkörpers 6 ist dabei dem
Gehäuse 3 zugekehrt und weist eine ebene, durch einen Ringkragen 27 begrenzte
Stützfläche 28 auf, die
zusammen mit dem Außenmantel des
kegeligen Teiles des Abstützkörpers 6 die Abstützfläche jeweils für einen Gummihohlkegelstumpf
7 bildet.
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Jeder Gummihohlkegelstumpf 7 ist lediglich an seinem den größeren
Durchmesser aufweisenden Ende mit einem nach außen gerichteten flanschartigen Ringwulst
29 versehen, dessen axiale Länge einem Mehrfachen der Wandstärke seines kegeligen
Teiles entspricht. Der Kegelwinkel jedes Gummihohlkegelstumpfes 7 und des Abstützkörpers
6 ist dabei höchstens 30°, um eine starke Dämpfung zu gewährleisten. Jeder Gummihohlkegelstumpf
7 wird mit seinem Innenmantel auf den zugehörigen kegelstumpfförmigen Abstützkörper
6 aufgeschoben, während auf seinem Außenmantel ein weiterer, innen entsprechend
kegelig ausgebildeter Abstützkörper 8 aufgebracht ist. Jeder den Außenmantel des
Gummihohlkegelstumpfes 7 aufnehmende Abstützkörper 8 weist an seiner dem Gehäuse
3 zugekehrten Stirnfläche eine von einem Ringkragen 30 umschlossene Stützfläche
31 auf, die zusammen mit dem kegeligen Innenmantel die Abstützfläche des äußeren
Abstützkörpers 8 bildet. Der Abstand der beiden Stützflächen 28 und 31 der beiden
Abstützkörper 6 und 8 eines Gummihohlkegelstumpfes 7 ist etwas kleiner als die axiale
Länge des Ringwulstes 29, so daß der Gummihohlkegelstumpf 7 bzw. dessen Ringwulst
29 beim Zusammenbau durch Zusammendrücken etwas vorgespannt wird. Es ist vorteilhaft,
jeden Gummihohlkegelstumpf 7 vor dem Einbau zwischen zwei entsprechenden Abstützkörpern
6 und 8 mit einer höheren Last als der Betriebslast bzw. mit einer mehrfachen
Betriebslast vorzupressen, um ein Setzen im Betrieb und damit eine Änderung seiner
Federungs- und Dämpfungseigenschaften zu verhindern.
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Der äußere Abstützkörper 8 jedes Gummihohlkegelstumpfes
7 ist an seinem dem Gehäuse 3 abgewandten Ende mit einem Flansch 32
versehen, der an dem am Drehgestellrahmen 9 befestigten Lagerkörper 10 angeschraubt
ist. Der Lagerkörper 10 ist rohrförmig ausgebildet und oben mit einem Befestigungsflansch
33 versehen. Zur Aufnahme der äußeren Abstützkörper 8 ist es mit zwei diametral
gegenüberliegenden hohlen Fortsätzen 34 ausgeführt, die in Gegenflanschen 35 für
die Flansche 32 der äußeren Abstützkörper 8 enden. Um einen einfachen Einbau
des mit seinen Abstützkörpern 6 ein Stahlgußstück bildenden Gehäuses 3 zu gewährleisten,
sind die Fortsätze 34 des Lagerkörpers 10 mit dem zylindrischen Wandteil so weit
ausgenommen, daß nach dem Lösen und Entfernen der äußeren Abstützkörper
8 das Gehäuse 3 mit den Abstützkörpern 6 und den Gummihohlkegelstümpfen 7
aus dem Lagerkörper 10 herausgenommen werden kann.
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Die Abstützkörper 6 und 8 von dem Gehäuse 3 und dem Lagerkörper
10 können auch gegenseitig vertauscht werden, ohne daß sich etwas an der
Wirkung des Erfindungsgegenstandes ändert.