DE19709822A1 - Federwerk für Schienenfahrzeugfahrwerke und für Kuppelstellen bei Gliederzügen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine weitere Ausgestaltung für ein Federwerk nach Hauptpatent DE 195 32 833 C1 zur Verbesserung des Fahrzeuglaufes, das bei Ankoppelung an die Fahrwerke eines Schienenfahrzeuges im geraden Gleis die Amplituden des Sinuslaufes bei Streckung der Wellenlänge vermindert. Bei beidseitiger Ankupp­ lung der Federwerke zwischen den Enden von Gliederzug­ teilen wird eine Beruhigung des Fahrzeuglaufes im geraden Gleis herbeigeführt, ohne daß im Gleisbogen unzulässige Richtkräfte erzeugt werden.

Zur Lösung dieses Problems werden häufig starke hy­ draulische Dämpfer mit spezieller Kennlinie, sogenann­ te Schlingerdämpfer, eingesetzt.

Diese vermögen nicht die Länge der Sinusbahn zu strec­ ken, sie vermindern nur die Sinusamplituden. In der DE 31 45 666 A1 wird eine mit hydraulischer Flüssig­ keit gefüllte in zwei Kammern unterteilte Vorrichtung vorgeschlagen, in der zwei Federn mit Abstandselemen­ ten zum Einstellen der Vorspannung angeordnet sind. Nachteilig ist hierbei, daß die Federn bei größeren Amplituden klappern und die Drosselstelle zwischen Zylinderbohrung und Kolben bzw. Scheibe in Folge Federkräfte und Abnutzung je nach Beanspruchung zwi­ schen einem gewollten ringförmigen Dämpfungsspalt oder einem sichelförmigen Spalt, mit geringerer Dämp­ fungswirkung wechselt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine weitere Ausgestal­ tung eines Federwerkes nach Hauptpatent DE 195 32 833 C1 zu schaffen, das mit großer Federsteifigkeit die Amplituden des Sinuslaufes bei Streckung der Wellen­ länge vermindert und mit geringer Federsteifigkeit die Radialeinstellung der Radsätze im Gleisbogen gestattet. Die gleiche Aufgabe besteht bei Gliederzü­ gen an den Kuppelstellen, wo im geraden Gleis eine hohe Federsteifigkeit zur Beruhigung des Fahrzeuglau­ fes erforderlich ist und im Gleisbogen die Federstei­ figkeit zur Einhaltung zusätzlicher Richtkräfte gerin­ ger sein muß. Außerdem sollen Klappergeräusche vermie­ den und eine verschleißunempfindliche Lösung geschaf­ fen werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst, d. h. durch die besondere Anordnung von gegeneinander verspannte Federn sowie Anschlägen und Widerlagern. Dabei können alle Arten von Federn, wie Schrauben-, Teller- oder Gummifedern Anwendung finden.

Bei hohen Fahrgeschwindigkeiten wird die parallele Anordnung von hydraulischen Dämpfern erforderlich. Die weitere Ausgestaltung des Federwerkes gegenüber dem DE 195 32 833 A1 wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1 ein Schema des Federwerkes in Ruhe- bzw. Normalstellung,

Fig. 2 ein Schema des Federwerkes, das um die häufig­ ste Amplitude des Sinuslaufes ausgelenkt ist,

Fig. 3 ein Schema des Federwerkes, das um die größte Amplitude des Sinuslaufes ausgelenkt ist,

Fig. 4 ein Schema des Federwerkes, das um den größ­ ten Betrag der Wegamplitude ausgelenkt ist, die beim Durchlaufen im engen Gleisbogen entsteht,

Fig. 5 die wirksame Kennlinie des Federwerkes,

Fig. 6 ein konstruktives Beispiel eines Federwerkes im Längsschnitt, bei dem Schraubenfedern Anwendung finden.

Nach Fig. 1 sind beide Federpaare, innere Feder 14, 14' und äußere Feder 15, 15' zwischen Gehäusewider­ lagern 5, 5' und 5'' eines Gehäuses 4 unter Zwischen­ schaltung geteilter beweglicher Anschläge 13 bzw. 13' vorgespannt. Diese stützen sich auf Stangenwider­ lager 2, 2' und bewirken, daß die inneren Federn 14, 14' nicht weiter zusammengedrückt werden und die äußeren Federn 15, 15' eine größere Vorspannung erhal­ ten. Zwischen den geteilten, beweglichen Anschlägen 13, 13' und Gehäuseanschlägen 8, 8' besteht an beiden Seiten ein Abstand a, der bei einer großen Wegamplitu­ de f' die vollständige Entspannung der Federn 14, 14' verhindert.

Die Fig. 2 zeigt das Federwerk, das um die häufigste Wegamplitude f des Sinuslaufes ausgelenkt ist. Dabei entsteht eine Kraft F im Federwerk. Bis zu dieser Wegamplitude f sind alle Federn 14, 14', 15 und 15' wirksam, sei es durch weiteres Zusammendrücken oder durch Entspannen. Die wirksame Federkonstante c_F des Federwerkes beträgt in diesem Amplitudenbereich c_F = c₁₄ + c_14' + c₁₅ + c_15', wobei c₁₄, c_14', c₁₅, c_15' die jeweiligen Federkonstanten darstellen.

Die Fig. 3 zeigt ein Schema des Federwerkes, das um die größte Amplitude f' des Sinuslaufes ausgelenkt ist. Im Federwerk wirkt die Kraft F'. Dabei wird die innere Feder 14' weiter gespannt und die äußere Feder 15' entspannt bis beide Federkräfte gleich groß sind und Gleichgewicht herrscht und der geteilte, bewegli­ che Anschlag 13' keine Kraftwirkung auf das Stangenwi­ derlager 2' ausübt und sich zunehmend von diesem entfernt. Auf der anderen Seite des Federwerkes ent­ spannt sich die Feder 14 weiter bis der geteilte bewegliche Anschlag 13 den Gehäuseanschlag 8 berührt. Im Bereich der Wegamplitude f bis f' wirken nur noch die Federn 14 und 15 und im Federwerk wirkt die Feder­ konstante c_F = c₁₄ + c₁₅.

Es ist auch möglich, die Federn 14, 14', 15, 15', die Anschläge 8, 8' und Gehäusewiderlager 5, 5' und 5'' so genau aufeinander abzustimmen, daß die Differenz der Wegamplituden f und f' gegen Null geht, so daß die beschriebenen Wirkungen von Fig. 2 und Fig. 3 zusammentreffen, d. h. es würde der Zwischenknick in der Kennlinie nach Fig. 5 entfallen.

Die Fig. 4 zeigt ein Schema des Federwerkes, das um den größten Betrag der Wegamplitude f'' ausgelenkt ist, die beim Durchlaufen im engen Gleisbogen hervor­ gerufen wird. Dabei entsteht nur noch ein geringer Kraftanstieg. Die Federn 14' und 15' bleiben im Gleich­ gewicht und der geteilte bewegliche Anschlag 13' entfernt sich weiter vom Stangenwiderlager 2', so daß dieses Federpaar auch weiterhin nicht auf das Feder­ werk wirkt. Auf der anderen Seite legt sich die inne­ re Feder 14 gegen den inneren Teil des geteilten, beweglichen Anschlag 13, der sich am Gehäuseanschlag 8 abstützt, so daß auch diese Feder 14 im Federwerk wirkungslos ist. Lediglich die äußere Feder 15, die zwischen dem Gehäusewiderlager 5, und dem äußeren Teil des geteilten beweglichen Anschlages 13 angeord­ net ist, leitet ihre Federkraft auf das Stangenwider­ lager 2 und weiter auf eine Anlenkstange l, so daß sich die resultierende Federkonstante des Federwer­ kes c_F = c₁₅ ergibt.

Bei entgegengesetzter Kraft- und Bewegungsrichtung laufen die Vorgänge analog ab.

Die Fig. 5 veranschaulicht die Kennlinie des Federwer­ kes. Im Koordinatenschnittpunkt ist der steile Kraftanstieg erkennbar, der auf die Wirkung aller Federn 14, 14' sowie 15, 15' zurückzuführen ist. Die Wirkungsweise im Federwerk ist aus dem Schema nach Fig. 1 erkennbar. Beim Ansteigen der Kraft F entsteht die Wegamplitude f (vgl. Fig. 2). Dabei haben sich die Kräfte der unterschiedlich gegeneinander verspannten Federn 14', 15' auf dem geteilten, beweglichen An­ schlag 13' aufgehoben, so daß keine Wirkung der ge­ nannten Federn 14', 15' auf das Stangenwiderlager 2' erfolgt. Nur die Federn 14 und 15 üben über den ge­ teilten beweglichen Anschlag 13 eine Wirkung auf das Stangenwiderlager 2 aus. Deshalb wird in diesem Be­ reich die Kennlinie bis zur Wegamplitude f' flacher. Beim Überschreiten der Kraft F' vergrößert sich die Wegamplitude f' (vgl. Fig. 3), dabei stützt sich die Feder 14 über den inneren Teil des geteilten, bewegli­ chen Anschlages 13 am Gehäuseanschlag 8 ab, so daß die Feder 14 keine Wirkung auf das Federwerk mehr ausübt. Nur noch die Feder 15, die zwischen dem Gehäu­ sewiderlager 5' und dem äußeren Teil des geteilten, beweglichen Anschlages 13 eingespannt ist, belastet das Stangenwiderlager 2. Bis zu einer Wegamplitude f'', die einer Kraft F'' entspricht, wirkt nur noch die Feder 15 und erzeugt diesen sehr flachen Ast der Kennlinie des Federwerkes. Die Wirkung ist aus Fig. 4 ersichtlich.

Gemäß Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel eines Feder­ werkes im Längsschnitt mit Schraubenfedern dargestellt. Die Anlenkstange 1 besitzt an ihrem Ende ein lösbares Anlenkauge 6', mit dem es beispielsweise an einem Fahrzeug- bzw. Fahrwerkrahmen angekuppelt wird. Weiterhin befindet sich auf der Anlenkstange 1 ein Stangenwiderlager 2', gegen das sich der geteilte bewegliche Anschlag 13' stützt. Die Anlenkstange 1 wird durch eine Öffnung des Gehäusewiderlagers 5 geführt und besitzt ein weiteres Stangenwiderlager 2, das mit dem äußeren Teil des geteilten, beweglichen Anschlages 13 korrespondiert. Die Anlenkstange 1 ist an beiden Enden des Gehäuses 4 in Stangenlagern 16, 16' geführt. Das Gehäuse 4 ist geteilt und unter Zwischenschaltung eines Gehäusewiderlagers 5 mittels lösbaren Verbindungen zu einem kompakten Bauteil montiert. Zuvor werden die vier Federn 14, 14', 15, 15' und die geteilten beweglichen Anschläge 13, 13' eingebracht. In den beiden Gehäusehälften befinden sich die Gehäuseanschläge 8, 8' die mit dem inneren Teil des geteilten beweglichen Anschlages 13, 13' kor­ respondieren. Der in Ruhestellung vorhandene Abstand a verhindert die völlige Entspannung bei größter Wegamplitude f' der Federn 14 bzw. 14' und vermeidet dadurch Klappergeräusche.

Bezugszeichenliste

1

Anlenkstange

2

,

2

' Stangenwiderlager

4

Gehäuse

5

,

5

',

5

'' Gehäusewiderlager

6

,

6

' Anlenkauge

8

,

8

' Gehäuseanschlag

13

,

13

' geteilter beweglicher Anschlag

14

,

14

' Feder (innere)

15

,

15

' Feder (äußere)

16

,

16

' Stangenlager
F, F', F'' Kraft
f, f', f'' Wegamplitude
c₁₄

Federkonstante
c_14'

Federkonstante
c₁₅

Federkonstante
c_15'

Federkonstante
c_F

Federkonstante des Federwerkes
a Abstand

Claims (1)

1. Federwerk für Schienenfahrzeugfahrwerke und/oder für Kuppelstellen bei Gliederzügen nach Hauptpatent DE 195 32 833 C1, bestehend aus einem Gehäuse, Federn und Anlenkstange sowie Anschlägen und Widerlagern, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei der vier Federn (14, 15 und 14', 15'), unterschiedliche Feder­ konstanten aufweisen unter Zwischenschaltung geteil­ ter, beweglicher Anschläge (13, 13') gegeneinander mit unterschiedlicher Vorspannung verspannt sind, dadurch hervorgerufen, daß der innere Teil des geteil­ ten beweglichen Anschlages (13, 13') in der Ruhestel­ lung des Federwerkes jeweils an den Stangenwiderla­ gern (2, 2') anliegt und daß der äußere Teil des geteilten beweglichen Anschlages (13, 13') erst nach einer Wegamplitude (f') am Gehäuseanschlag (8, 8') zum Anliegen kommt, wobei die Gehäuseanschläge (8, 8') in einem solchen Abstand (a) angeordnet sind, daß sich die Federn (14, 14') nicht völlig entspannen können.