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Federnder Achshalter für die Achsbuchsen von Schienenfahrzeugen Die
Erfindung betrifft einen federnden Achshalten für die Achsbuchsen von Schienenfahrzeugen,
der eine Abfederung in der Fahrtrichtung unter Verwendung von quer zur Fahrtrichtung
angeordneten Torsionsfedern zuläßt.
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Die Vielzahl der in letzter Zeit auftretenden Anrisse in der Schweißverbindung
zwischen Achshalter und Langträger zwang zu Überlegungen und zur Suche nach einem
neuen Befestigungssystem. Bei der zur Zeit gebräuchlichen Konstruktion wird der
Achshalter, bezogen auf die Wagenlängsrichtung, mit einer unsymmetrischen Naht in
Form eines mit den Schenkeln nach unten liegenden M befestigt, bei dem die spitzen
Winkel mehr oder weniger stark als Rundung bzw. Halbkreis ausgebildet sind. Diese
Nahtform zeigt nunmehr wegen ihrer offenen Bauweise - beide Schenkelenden sind zugleich
Nahtenden -erhebliche Mängel. Die Schwächen dieser Naht wurden nicht zuletzt auch
durch rauhe betriebliche Behandlung des ganzen Fahrzeuges offensichtlich. In letzter
Zeit mehrten sich Fälle des Einreißens der Schweißnaht, ausgehend von beiden Nahtenden.
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Bekannt ist eine Achsführung bei zweiachsigen Schienenfahrzeugen mit
dem Zweck, das Schrägstellen der Radsätze bei Federbruch zu verhindern. Das wird
dadurch erreicht, daß zwischen Laufgestellrahmen und den Notachshaltern Führungsstücke
für die Achsbuchse angeordnet sind.
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Bei einer anderen bekannten Ausführung ist der Achshalter von Schienenfahrzeugen
insbesondere durch Schweißung mit dem Langträger verbunden, wobei gegen die Hälfte
des Achshalters an der vom Langträger abgewandten lotrechten Fläche eine Entlastungsleiste
anliegt, die den Steg eines die Achshalterhälfte umgreifenden, mit seinen Flanschen
am Langträger befestigten U-förmigen Bügel bildet. Hierbei sind die Bügelflansche
an der Langträgerunterfläche vorwiegend mittels quer zum Langträger liegender Schweißnähte
befestigt.
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Bei diesen beiden Ausführungsarten handelt es sich lediglich um starre
Anordnungen von Achshaltern an Fahrzeugen, bei denen die auftretenden Momente und
Längskräfte direkt, also ohne Umwandlung der Stoßenergie in Verformungsarbeit, den
Langträgern zugeleitet werden.
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Eine weitere Ausführungsform weist eine Lagerbüchse für die Achswelle
von Wagen, insbesondere von Schienenfahrzeugen auf, die durch zwei Drehzapfen gehalten
wird, die ihr sowohl eine Drehung um eine lotrechte Achse als auch eine senkrechte
Gleitbewegung ermöglichen. Bei dieser Ausführung weisen die Führungen für die senkrechten
Drehzapfen elliptischen Querschnitt auf, ferner greifen seitlich abgerundete Ansätze
der Lagerbüchse in als federbelastete Druckstücke ausgebildete, mit halbzylindrischer
Höhlung versehene, in dem Lagerrahmen nachgiebig gelagerte Führungen ein. Die an
den Achshaltern auftretende Stoßenergie wird hierbei unter Zwischenschaltung von
Führungsstücken, Führungsstangen, Augen und weiteren Konstruktionsteilen in Verformungsarbeit
umgesetzt. Dabei werden lediglich die während des Kuppelns und Entkuppelns des Wagens
auftretenden Stöße aufgenommen.
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Diese Konstruktion ist jedoch sehr kompliziert, aufwendig und in keiner
Weise dem rauhen Eisenbahnbetrieb gewachsen. Außerdem ist diese Ausführung wegen
der vielen Einzelteile relativ teuer in Anschaffung und Unterhaltung.
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Eine weitere bekannte Ausführungsform betrifft Achshalter für die
Achsbuchsen von Eisenbahnfahrzeugen mit einer Abfederung in der Fahrtrichtung, wobei
die Halter als Federkörper ausgebildet sind. Die Herstellung dieser Achshalter ist
an enge Toleranzen gebunden und daher relativ teuer. Als weiterer Nachteil ist die
Anordnung von Befestigungsblechen, welche sich ohne Spiel - um der Entlastung einer
Schellenbefestigung zu dienen - an die Achshalter anlegen, anzusehen, da sie große
Druckkräfte mit verhältnismäßig schmaler tragender Fläche aufnehmen müssen. Die
Lelgensdauer dieser Teile ist daher verhältnismäßig gering. Fernerhin werden durch
die Bewegungsmöglichkeit der Achshalter durch deren Befestigungs- und Führungsteile,
wie Schellen und Schrauben usw., in Wagenlängsrichtung gesehen, zusätzliche Kräfte
übertragen, die sich ungünstig auf die Gesamtkonstruktion auswirken.
Als
weitere ungünstige Momente bei dieser Konstruktion sind die Anordnung der Schweißnähte
an lunkergefährdeter Stelle der Profilträger anzusehen, und die Beeinträchtigung
der Federwirkung durch die Führung der Achshalterstege. Doppelschakengehänge, wie
sie zur Zeit allgemein verwendet werden, sind bei dieser Achshalterausführung nicht
verwendbar.
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Bei einer Untersuchung der Achshalterbeanspruchung unterscheidet man
u. a. Querkräfte, die einmal vom Wagenlauf im Gleis herrühren - bekannt als »Sinuslauf«
- und ein mehr oder weniger häufiges Schwingen des Achshalters zur Folge haben,
ferner Anlaufkräfte beim Durchfahren von Gleiskrümmungen, deren Größe sich u. a.
aus Krümmungshalbmesser und Fahrgeschwindigkeit ergibt und die bekannten Auflaufstöße
im Betriebs- und Rangierdienst. Während die beiden ersteren Beanspruchungen den
Achshalter überwiegend in Wagenquerrichtung beaufschlagen, belasten ihn die Auflaufstöße
in Wagenlängsrichtung. Die in Querrichtung auftretenden Achshalterbelastungen sind
ihrer Größe nach verhältnismäßig gering und liegen unterhalb der Dauerschwingfestigkeit
des Achshalterquerschnitts. Erheblich größer sind dagegen die Auflaufkräfte, die
20 000 kg je Radsatz erreichen können und im wesentlichen von der Auflaufgeschwindigkeit,
der Verzögerung des auflaufenden Fahrzeuges und dem Achsgewicht bestimmt werden.
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Diese in Wagenlängsrichtung auftretenden Stoßkräfte wirken in der
Horizontalebene des Radsatzes und verursachen in dieser Lage ein Drehmoment um den
Schwerpunkt der Schweißnaht mit dem Abstand Horizontalebene - Schwerpunkt als Hebelarm.
Die Verbindung zwischen Achshalter und Langträger, d. h. die Schweißnaht, hat daher
die sich daraus ergebenden Verdrehspannungen aufzunehmen. Dieselbe Schweißnaht nimmt
außerdem auch die das Drehmoment erzeugende Querkraft als Schubspannung auf und
wird somit zusätzlich auf Abscheren beansprucht. Beide Spannungen, in einer Ebene
liegend, bilden rechnerisch eine arithmetische Summe. Die Verteilung der Spannungen
innerhalb der gesamten Schweißnaht wird als konstant betrachtet und ist abhängig
von deren Größe und Form. Rechnerische Werte sind Ouerschnittsfläche und polares
Widerstandsmoment. Tatsächlich aber haben unregelmäßige Nahtformen Spannungsspitzen
zur Folge, die rechnerisch nicht erfaßbar sind.
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Die eingangs erwähnten Anrisse an den Achshaltern der zur Zeit gängigen
Bauart muß man auf diesen Umstand zurückführen: Spannungsspitzen und somit Zerstörungen
der Schweißnaht liegen an der Stelle des größten Abstandes von der Polachse der
Naht.
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Dieser Umstand führte zu dem Gedanken, alle Momente und Längskräfte
am Achshalter grundsätzlich über eine kreisförmige und dadurch rechnerisch besser
kontrollierbare Nahtform in den Langträger abzuleiten. Die rechnerische Größe der
vom Radsatz herrührenden Aufstoßkraft ist abhängig von der Massenverzögerung. Je
größer die Abbremszeit des Radsatzes, um so kleiner die Aufstoßkräfte. Umgekehrt
bedeutet eine Geschwindigkeitsminderung in relativ kurzer Zeit eine Zunahme der
Aufstoßkraft der Achshalter. Diese Aufstoßkraft wäre theoretisch bei einer momentanen
Verzögerung unendlich groß, d. h. keine noch so günstige und starke Befestigung
würde einem härteren Auflaufen ohne bleibende Verformung bzw. Zerstörung standhalten.
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Das Problem kann also nur dann mit Sicherheit gelöst werden, wenn
der Achshalter die auftretende Stoßenergie in Verformungsarbeit umsetzen kann, wobei
die Stoßkraft mit zunehmendem Federweg abnimmt. Dies soll durch die Erfindung erreicht
werden.
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Die erwähnten Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch vermieden,
daß bei dem federnden Achshalter jede Torsionsfeder mit ihrem einen Ende mit dem
Achshalter und mit ihrem anderen Ende mit dem Langträger verbunden und in an sich
bekannter Weise in einem im Langträger angeordneten Distanz-und Führungsrohr radial
gleitend geführt ist. Für die Befestigung des Rohres an dem Achshalter wird aus
Festigkeitsgründen der kreisförmige Anschluß vorgeschlagen, zumal auch das Verdrehen
des Rohres einen bestimmten Weg für die Massenverzögerung zuläßt.
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Die Zeichnung zeigt als Ausführungsbeispiel eine Achshalterbefestigung
mit federndem Zwischenglied, wobei F i g. 1 die Ansicht und F i g. 2 den Längsschnitt
darstellen.
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Eine lange Stabverbindung zwischen Achshalter und Wagenmitte wäre
zwar vorteilhaft, fordert aber eine völlige Abänderung der bisherigen Untergestellkonstruktionen.
Um dies zu umgehen, wird erfindungsgemäß die Torsionsfeder 2 am Achshalter 1 und
am Langträger 3 befestigt.
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Diese Konstruktion wird zweckmäßigerweise in der Langträgermitte,
d. h. in der neutralen Faser angeordnet. Zur Aufnahme der Torsionsfeder 2 und zum
gleichzeitigen Abdichten des Langträgerinnenraumes dient ein in die Durchbrüche
eingeschweißtes Führungsrohr 4. Da auch bei dieser Befestigungsart beide auf einer
Achswellenseite liegenden Achshalter zur Aufnahme der Kräfte herangezogen werden
sollen, ist die Verwendung eines Achshaltersteges mit vier Paßschrauben nur dann
möglich, wenn entweder die beiden innen- oder die beiden außenliegenden Schrauben
in einem kreisbogenförmigen Langloch gleiten können, deren Halbmesser in der Mitte
der Nachbarschraube liegt. Einfacher erscheint die Anordnung nur einer Schraube
je Achshalter. Der bisher bei der Hohlträgerkonstruktion zur Entlastung der Schweißnaht
von Querkräften, herrührend von Axialschlägen der Achsbuchse, angebrachte Stützbügel
wird in ähnlicher Form beibehalten. Er soll seitlich etwas mehr Spiel als bisher
bekommen und kann dann gleichzeitig als Begrenzung des Achshalterfederweges dienen.
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Es wird Schutz beansprucht nur für die Gesamtkombination der im Anspruch
1 enthaltenen Merkmale. Die Ansprüche 2 und 3 stellen echte Unteransprüche dar,
die nur in Verbindung mit Anspruch 1 gelten.