DE1605044B2 - Abstuetzung der bruecke von schienenfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Abstützung der Brücke von Schienenfahrzeugen auf den Laufwerksrahmen, insbesondere Drehgestellrahmen, über Schraubenfedern, deren obere und/oder untere Federteller neigbar gelagert sind und die neben der vertikalen Federung auch alle horizontalen Relativbewegungen zwischen Brücke und Laufwerksrahmen federnd und verschleißfrei aufnehmen. .

Stand der Technik:

Die Schraubenfedern müssen in erster Linie nach den Erfordernissen ihrer Hauptaufgabe als Tragfeder für die Brücke bemessen werden. Bei den horizontalen Relativbewegungen zwischen Brücke und Drehgestell, die sie außerdem noch vermitteln sollen, handelt es sich einmal um das Ausdrehen des Drehgestells, das möglichst widerstandslos erfolgen soll, zum anderen um das Querschwingen der Brücke gegenüber dem Drehgestell, bei dem eine bestimmte, nicht unbeträchtliche Gegenkraft zu fordern ist. In den bisherigen Anordnungen wurde die Schraubenfeder nur einem Teil dieser Anforderungen gerecht.

So ist eine Brückenabstützung für Schienenfahrzeuge bekannt, bei der Schraubenfedern Verwendung finden, deren Federteller an einem Ende neigbar gelagert sind, allerdings nur in horizontaler Querrichtung (deutsches Patent 670 151). Zur Aufnahme der Relativbewegungen in Ausdrehrichtung des Laufwerksrahmens werden die Federelemente nicht herangezogen.

Während die bekannte Ausführung die Vorteile einer neigbaren Lagerung des Federtellers nur beschränkt nutzt, haften ihr auch noch Nachteile an. So ist der Federteller entweder mit einer Schneidenlagerung versehen oder als Abwälzkörper ausgebildet. Beide Ausführungen sind somit als Abwälzkörper ausgebildet. Beide Ausführungen sind somit weder verschleißnoch wartungsfrei. Es wird zwar angeregt, bei Verwendung eines Abwälzkörpers eine Gummieinlage

ίο vorzusehen, die aber bei Neigung des Federtellers zusätzlich zur Druckbelastung aus der senkrechten Last eine weitere Druckbeanspruchung erhält, wodurch der Gummi ungünstig beansprucht wird und der Neigung des Federtellers hohe Rückstellkräfte entgegensetzt.

Es ist auch bekanntgeworden, die Federteller von Schraubenfedern einer Brückenabstützung von Schienenfahrzeugen ein- oder beidseitig durch elastische Zwischenlagen gelenkig abzustützen. Auch hier wird der Gummi bei Neigung des Federtellers auf Druck beansprucht und muß eine nennenswerte Höhe aufweisen, um der Neigung des Federtellers geringe Rückstellkräfte entgegenzusetzen. Dies beeinträchtigt jedoch - insbesondere bei beidseitiger Anordnung die Stabilität der Federsäule und ergibt verhältnismäßig teure Gummielemente. Um verschieden große Rückstellkräfte in beiden Horizontalverformungsrichtungen zu erreichen, sind entweder zusätzliche Abstütznocken vorgesehen und erforderlich, die die elastische Lagerung des Federtellers in einer Richtung ausschalten, wodurch, wie bei der Schneidenlagerung, vorzeitiger Verschleiß zu erwarten ist, oder es wird ein am Drehgestellrahmen angelenkter Federteller zusätzlich vorgesehen, der die Federsäule unterteilt und in einer Horizontalrichtung nur die halbe Federsäule an der Verformung beteiligen läßt, was naturgemäß mit erheblichem zusätzlichem Aufwand verbunden ist.

Schließlich ist es bekanntgeworden, die Neigbarkeit der Federteller durch Lager ohne elastische Zwischenglieder zu erreichen. Dadurch wird im besonderen Maße die Stabilität der Federsäule beeinträchtigt, ganz abgesehen davon, daß damit die Forderung nach Verschleiß- und Wartungsfreiheit nicht erfüllt wird.

Letzteres gilt auch für einen weiteren in diesem Zusammenhang gemachten Vorschlag, den Federteller als Abwälzkörper auszubilden.

Auch bei einer Kombination der Schraubenfedern mit Gummi-Blockfedern mit ebenen Schichten gemäß dem deutschen Gebrauchsmuster 1931223 lassen sich die elastischen Gegenkräfte für das Ausdrehen des Drehgestells und für das (dort durch den Drehzapfen verhinderte) Querschwingen der Brücke nicht gesondert einstellen. Gleiches gilt für den Kippzapfen nach der deutschen Patentschrift 860 730 (Abb. 3), der kugelförmige Gummizwischenlagen besitzt. Zudem übernimmt der Kippzapfen nicht die lotrechte Abfederung der Brücke. Die gesonderte Brückenabfederung muß dadurch zu einer vielteiligen und teueren Konstruktion führen.

Das erfindungsgemäß für den neigbaren Federteller vorgesehene elastische Stützgelenk mit zylindrischer Gummischicht ist an sich bekannt und auch schon für die gelenkige Auflagerung von Blattfederenden an Fahrzeugen vorgeschlagen worden (deutsche Patentschrift 1 113 961). Bei der Erfindung kommt es auf die besondere Art des Zusammenwirkens dieses Gelenkes mit der Schraubenfeder an.

Aufgabe und Lösung:

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abstützung der Brücke von Schienenfahrzeugen auf die Laufwerksrahmen, z.B. Drehgestellrahmen, über Schraubenfedern zu verwirklichen, bei der die Schraubenfedern neben der vertikalen Abfederung der Brücke auch alle horizontalen Relativbewegungen zwischen Brücke und Laufwerksrahmen federnd und verschleißfrei aufnehmen, und zwar so, daß sie dem Ausdrehen der Laufwerksrahmen nur eine geringe, dem Querschwingen der Brücke jedoch die erforderliche weit größere elastische Gegenkraft entgegensetzen. Dabei soll die Abstützung einfach und preiswert, wartungsfrei und frei von Verschleißstellen sein und ausreichenden Raum für die Antriebsteile in Triebgestellen freilassen.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Mittel gelöst.

Erzielbare Vorteile:

Die Ausbildung des Federtellers als zylindrisches Stützgelenk, dessen Zylinderachse die Schwenkachse des Laufwerksrahmens schneidet, erlaubt dem ihm aufliegenden Ende der Schraubenfeder, sich in der Ausdrehrichtung des Laufwerksrahmens zu neigen, während es in der dazu senkrechten Richtung praktisch in seiner Lage erhalten wird. Dadurch kann die Schraubenfeder, wie unten an Hand der Zeichnung erläutert wird, in der Ausdrehrichtung weich federn, während in der Querrichtung annähernd die Härte erhalten bleibt, die sie bei starren Auflagern besitzen würde. Die verschieden großen Gegenkräfte gegen das Ausdrehen des Laufwerksrahmens und beim Querschwingen sind damit erreichbar.

Da für die waagerechten Relativbewegungen außer den ohnehin notwendigen Brücken-Tragfedern mit ihren neigbaren Federtellern keinerlei weitere Bauteile benötigt werden, ist die Anordnung äußerst einfach im Aufbau.

Aufeinander reibende und damit schmierungsbedürftige und verschleißende Teile sind nicht vorhanden, weder als Gleitplatten noch als Gelenke, so daß die Einrichtung wartungsfrei ist. Die elastische Zwischenlage ist günstig beansprucht, weil die auf ihr ruhende Brückenlast — auch bei Neigung des Federtellers — eine relativ gleichmäßig über die Zwischenlage verteilte Druckbeanspruchung in ihr erzeugt. Infolge dieser Druckbeanspruchung können auch größere Schubspannungen aus der Neigung des Federtellers aufgenommen werden.

Die Schraubenfedern mit ihren Stützgelenken liegen vornehmlich seitlich außen am Laufwerksrahmen, so daß der gesamte Raum innerhalb dieses Rahmens für Antriebsteile, Bremsgestänge und andere Einrichtungen frei bleibt.

Beschreibung eines Ausführungsbeispieles:

Die Zeichnungen stellen dar:

Fig. 1 die Brückenabstützung eines Drehgestellfahrzeuges in Seitenansicht,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 1,

Fig. 4 einen Schnitt durch den neigbaren Federteller nach der Linie IV-IV der Fig. 5 in größerem Maßstab,

Fig. 5 einen Schnitt durch den neigbaren Federteller nach der Linie V-V der Fig. 4 in vergrößertem Maßstab,

Fig. 6 die Ansicht einer in Ausdrehrichtung des Drehgestells verformten Brückenabstützung,

Fig. 7 den Schnitt durch eine quer zur Fahrtrichtung verformte Brückenabstützung,

Fi g. 8 den Schnitt nach Linie VIII-VIII der Fi g. 9 durch einen Federteller mit elastischer Zwischenschicht von kreisringförmigem Querschnitt,

ίο Fig. 9 den Schnitt nach Linie IX-IX der Fig. 8, Fig. IO die Seitenansicht eines Schienenfahrzeuges mit einer aus vier Schraubenfedern je Drehgestell bestehenden Brückenabstützung und

Fig. 11 einen Schnitt nach der Linie XI-XI der Fig. 10.

Die Brücke 1 eines Schienenfahrzeuges stützt sich über die Brückenabstützungen (Teile 3 bis 6) auf die Drehgestelle 2 ab. Die Brückenabstützungen bestehen je aus einer Federauflage 3, einer elastischen Zwischenlage 4, einem neigbaren Federteller 5 sowie einer Schraubenfeder 6. Die Federauflage 3 und der Federteller 5 weisen annähernd konzentrisch zueinander liegende zylindrische Flächen auf, zwischen denen die elastische Zwischenlage 4 mit dem Querschnitt eines Kreisringstückes liegt. Die verlängerten Zylinderachsen 11 zu diesen Flächen schneiden die Schwenkachse (bei 7) des Drehgestells. Die Verbindung der Brücke 1 mit dem Drehgestell 2 ist in bekannter Weise so ausgebildet, daß sie nur Kräfte in der Fahrzeuglängsrichtung überträgt, in der Weise, daß ein Drehzapfen 7 in seinem Lager im Drehgestell beiderseits ein Spiel s aufweist.

Dreht sich das Drehgestell 2 gegenüber der Brücke 1, z. B. bei der Bogenfahrt, um seinen Drehzapfen 7, so verschiebt sich das obere Ende der Abstützung gegenüber dem unteren um eine waagerechte, senkrecht zur Zylinderachse 11 liegende Strecke /(Fig. 6). Um diese Verschiebung zu ermöglichen, muß sich die Achse 9 der Schraubenfeder 6 biegen, wobei an ihren Enden »Einspannmomente« entstehen. Das auf den Federteller 5 ausgeübte Einspannmoment verursacht eine Drehschub-Verformung der elastischen Zwischenlage 4, die eine Neigung des Federtellers 5 hervorruft. Dadurch vermindert sich die Biegung des dem Federteller 5 zugewandten Teils der Schraubenfeder 6, und der Wendepunkt 10 der S-förmig gekrümmten Achse 9 der Schraubenfeder rückt aus der Federmitte in die Nähe des Federtellers 5. Die Verhältnisse nähern sich dabei denjenigen bei der Biegung des einseitig eingespannten Stabes, bei der der gleichen Durchbiegung nur ein Viertel der Kraft entspricht, die bei der Biegung eines beiderseits eingespannten Stabes aufzubringen ist. Zu dem Auslenkweg /₂ der Schraubenfeder 6 kommt noch der durch die Neigung des Federtellers 5 entstehende Weg α und der Schubweg /, der Zwischenlage. Bei gegebener Schraubenfeder 6 kann die Neigung des Federtellers 5 und damit die waagerechte Federsteifigkeit der Abstützung durch Verändern der Dicke, Länge und Breite sowie des Schubmoduls der Zwischenlage 4 den jeweiligen Bedürfnissen entsprechend.bemessen werden.

Beim Querschwingen der Brücke 1 gegenüber dem Drehgestell 2 wirken die Kräfte in Richtung oder annähernd in Richtung der Zylinderachsen 11 und das Einspannmoment der Schraubenfeder 6 in einer durch die Zylinderachse gehenden lotrechten Ebene. Es erzeugt in der elastischen Zwischenlage 4 positive

und negative Druckbeanspruchungen, bei denen die im Verhältnis zu ihrer Länge und Breite dünne Zwischenlage sehr hart federt. In der Ebene durch die Zylinderachse 11 kann deshalb keine nennenswerte Neigung des Federtellers 5 eintreten; die Schraubenfederachse muß sich deshalb nach einer annähernd symmetrischenS-Formbiegen (Fig. 7), wodurch eine harte Federung in der Fahrzeug-Querrichtung entsteht, wie es den lauftechnischen Erfordernissen entspricht.

Da die Zwischenlage 4 einer ständigen Druckvorspannung durch die Brückenlast unterliegt, sind verhältnismäßig große Schubwinkel im Gummi zulässig. Die angestrebte Neigung des Federtellers 5 kann also mit geringen Dicken der Gummischicht erreicht werden.

Es ist gleichgültig, ob das elastische Gelenk (Teile 3 bis 5), wie gezeichnet, am oberen Ende der Schraubenfeder 6 oder an ihrem unteren Ende angebracht wird. Besonders kleine Rückstellkräfte in Ausdrehrichtung des Drehgestells lassen sich durch je ein Gelenk an jedem Ende der Schraubenfeder erzielen.

Gegenüber dem eben beschriebenen Beispiel kann das elastische Gelenk auch in umgekehrter Lage eingebaut werden, derart, daß die Zylindermantelfläche (Auflagefläche 8) am Federteller 5 nicht konkav, sondern konvex ist. In diesem Falle ist die Federung in der Ausdrehrichtung des Drehgestells härter, weil dann der Federweg / = /₂ + a — }\ ist.

ίο Die Zwischenlage kann natürlich auch den Querschnitt eines vollen Kreisringes (4a in Fig. 8 und 9) erhalten, um zum Beispiel handelsübliche Elastikbuchsen verwenden zu können. In diesem Falle würde eine Federauflage 3a und ein Federteller 5a für die Aufnahme der Elastikbuchse 4a als Lagerkörper ausgebildet sein.

Die Anordnung mit je vier Schraubenfedern 6 je Drehgestell zeigen Fig. 10 und 11.

Die Ansprüche 2 bis 5 werden nur in Verbindung mit dem Anspruch 1 beansprucht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Abstützung der Brücke von Schienenfahrzeugen auf den Laufwerksrahmen, insbesondere Drehgestellrahmen, über Schraubenfedern, deren obere oder/und untere Federteller neigbar gelagert sind und die neben der vertikalen Federung auch alle horizontalen Relativbewegungen zwischen Brücke und Laufwerksrahmen federnd und verschleißfrei aufnehmen, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigbarkeit der Federteller (5) durch Schubverformung von zylindrisch oder zylinderähnlich gekrümmten elastischen Zwischenlagen (4) ermöglicht wird, deren Zylinderachse (11) die vertikale Schwenkachse (7) des Laufgestells (2) schneidet, und die aus der Vertikalkraft der Brücke (1) zusätzlich eine Druckbeanspruchung erfahren.

2. Abstützung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflagefläche (8) für die elastische Zwischenlage (4) am Federteller (5) konkav ausgebildet ist.

3. Abstützung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflagefläche (8) für die elastische Zwischenlage (4) am Federteller (5) konvex ausgebildet ist.

4. Abstützung nach Ansprüchen 1 und 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Zwischenlage (4) den Querschnitt eines Kreisringstückes aufweist.

5. Abstützung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Zwischenlage (4a) den Querschnitt eines Kreisringes aufweist.