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Luftfederung für Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge Die Erfindung
bezieht sich auf eine Luftfederung für Bahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge
mit zwischen den abzufedernden Fahrzeugteilen angeordneten Luftfederbälgen, von
denen jeaer mit seinen Randwulsten an Felgen eingespannt und jede Felge wiederum
an einem der abzufedernden- Fahrzugteile direkt oder indirekt angebracht ist und
bei der die Luftfederbälge rinnenförmig ausgebildet und einen weitgehend kreisbogenförmigen
Querschnitt in lotrechter Richtung aufweisen.
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-Es ist im Fahrzeugbau und hier insbesondere im Schienenfahrzeugbau
bekannt, zum Erreichen guter Fahreigenschaften in allen Betriebsphasen eines leeren,
teilbeladenen oder ganz beladenen Fahrzeuges dieses mit einer Luftfederung zwischen
seinen abzufedernden Fahrzeugteilen zu versehen und diese Luftfederung zudem last-
und/oder gleisbogenabhängig steuerbar auszubilden. Bei der Abfederung von Schienenfahrzeugen
ist die T'uftfederung zwischen dem abzufedernden Wagenkasten und einem ihn tragenden
Laufwerk angeordnet. Die Luftfederbälge, von denen beispielsweivse bei einem
-zweiachsigen
Laufwerk bzw. Drehgestell zwei vorgesehen sind, sind in Felgen eingespannt, von
denen die eine Pelge mit dem Rahmen des Drehgestelles und die andere mit de abzufedernden
bzw. abzustützenden Wagenkasten verbunden ist.
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Bei einem bekannten, mit Luftfederbälgen ausgestatteten Laufwerk,
d.h. Drehgestell für Schienenfahrzeuge dieser Art, ist auf je einem Längsträgrer
des Drehgestells ein Luftfederbalg angeordnet, der über seine eine Felge mit dem
ihm zugeordneten Längsträger des Drehgestells verounden ist. Jeder Luftfederbalg
ist dabei als torusförmiger, d.h. ringrinnenförmiger Balg ausgebildet und mit einem
etwa kreisförmigen, lotrechten Querschnitt versehen, wobei die Öffnungen an der
Ober- und Unterseite des Luftfederbalges im Bereich der Einspannwülste vorzugsweise
unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Zweckmäßigerweise sind die Luftfederbälge
zwischen den abzufedernden Fahrzeugteilen derart angeordnet, daß der Einspannwulst
mit dem größeren Durchmesser nach oben unu der Einspannwulst mit dem kleineren Durchmesser
nach unten weist. Um das mitfederncie Luftvolumen der luftfederbälge zu ernöhen,
sind die Luftfederbälge darüber hinaus über jeweils ein Verbindungsteil mit einem
Zusatzluftbehälter für ein weiteres mitfederndes Luftvolumen verbunden. Das besondere
an aiesen Luftfederbälgen liegt dabei darin, daß die Balge sowohl die vertikale
als auch einen leil der horizontalen Abfederung des auf ihnen ruhenden Wagenkastens
übernehmen. Darüber hinaus ermöglichen die Luftfederbälge beim Drehen des Drehgestelles
unter dem Wagenkasten eine Drehbewegung bis zu einem gewissen Ausschlag urn eine
lotrechte Achse der Luftfederbälge sowie die erforderliche Bewegung in Längs- und
Querrichtung. Die LuCtfederbälge, die durch deren Formgebung eine bestimmte Rückstellkraft
besitzen, sind in der Lage, den Wagenkasten nach Durchfahren von Gleisbögen in seine
Ausgangslage zurückzufähren, d.h. diesen Wagenkasten rückzustellen. Diese Eigenscha@@
bzw. diese Rückstellkraft der Luftfederbälge ermöglicht das
verschleißfreie-Verstellen
des auf ihnen ruhenden Wagenkastens, ohne daß hierfür besondere Einrichtungen für
das Xiickstellen desselben erforderlich werden. Trotz zufriedenstellender Fahreigenschaften
des luftgefederten Fahrzeuges hat es sich gezeigt, daß es manchmal erwünscht sein
kann, wenn die Federcharakteristik der Luftfederbälge in waagrechter Richtung weicher
ausgeführt werden könnte und wenn sie in Bahrzeuglängs- und Querrichtung unterschiedliche
Federkennlinien aufweisen würde. (Stand der Technik: DAS 1 207 420) Um~einer derartigen
Porderung nach einer weicheren Federkennlinie Rechnung zu tragen, ist es ferner
bekannt, zumindest eine der beiden Felgen eines Luftfederbalges über eine mechanische
Feder, beispielsweise eine Gummifeder am einen der gegeneinander abzufedernden Fahrzeugteile
anzuschließen. Diese Gummifeder ermöglicht es dem Federsystem in Fahrzeuglängs-
und -querrichtung weicher zu werden, so daS das Federsystem infolge weitreichender
Ausschlagmöglichkeit nach allen Seiten hin besser dem erwünschten Fahrkomfort angepasst
werden kann. Durch das Einbauen der zusätzlichen Gummifeder werden zum einen die
Rückstellkräfte des Federsystems vermindert und zum andern infolge des weicheren
Ausbildens des Pedersystems die Drehelastizität um die lotrechte Achse der Luftfederbälge
herabgesetzt. Dadurch werden zum einen die Fahrçigenschaften, insbesondere in engen
Gleisbögen, wie sie besqnders bei Straßenbahngleisen, U-Bahn-Gleisen od. dgl. üblich
sind, begünstigt und zum andern der Spurkranzverschleiß herabgesetzt. (Stand der
Technik: franz. Patentschrift 1 576 687) Hier setzt die Erfindung ein, der die Aufgabe
zugrunde'lie, die bekannte, eingangs genannte Luftfederung dahingehend weiterzubilden,
daß unter Vermeidung jeglicher, zusätzlicher Federabstützung zwischen den Einspannstellen
jedes
Luftfederbalges diese unterschiedliche Federkennlinien in
Fahrzeuglängs- und -querrichtung aufweisen.
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Diese Aufgabe wird bei einer Buftfederung der eingangs genannten Art
dadurch gelöst, daß der zwischen den abzufedernden Fahrzeugteilen eingespannte Luftfederbalg
eine nicht kreisförmige Grundrißform aufweist.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens weist
der Luftfederbalg eine elliptische Grundrißform auf.
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Desweiteren weist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung jeder
Luftfederbalg die Grundrißform einer Doppelparabel auf.
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In einer anderen Weiterbildung der Erfindung weist jeder Luftfederbalg
die Grundrißform einer Doppelhyperbel auf.
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Um eine unterschiedliche Federkennung in Fahrzeugläng-und -querrichtung
zu ermöglichen, ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung jeder Luftfederbalg
mit seiner längeren Ausdehnung in Fahrtrichtung zwischen den abzufedernden Fahrzeugteilen
eingebaut.
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Weitere Merkmale der Erfindung können insbesondere den verbleibenden
Unteransprüchen entnommen werden.
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Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung der Luft federung bzw. jedes
uftfederbalges läßt sich die im Fahrzeugbau und hier insbesondere im Schienenfahrzeugbar
gestellte Forderung nach einer weichen Federkeimlinle in FUlrzeuglängsrichtung und
einer etwas härteren Federkennlinie in Fahrzeugquerrichtung ohne großen Aufwand
und mit verachleißfreien eilen ermöglichen. Dadurch, daß jeder Luftfederbalg
allein
die gewünschte, unterschiedliche yederkennlinie ausbilden kann und für das Erreichen
einer solchen unterschiedlichen Kennung in Fahrzeuglängs- und -querrichtung keine
zusätzlichen Bauteile vorgesehen werden müssen, ist es nicht schwierig, den jeweiligen
Luftfederbalg zwischen die abzufedernden Fahrzeugteile unterzubringen. Durch die
unterschiedliche Federkennung der Luftfederbälge in Fahrzeuglängs- und -que'rrichtung
und die weitgehende Nachgiebigkeit der Luftfederbälge sind diese auch für das Durchfahren
enger Gleisbögen besonders gut geeignet. Dies ist beispielsweise beim Ausrüsten
von Straßenbahn- oder U-Bahn-Zügen mit einer Luftfederung von besonderer Bedeutung.
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In den Zeichnungen sind einige Ausführungsbeispiele der Erwindung
am Beispiel einer Luftfederung für Schienenfahrzeuge schematisch dargestellt. Es.
zeigt: Fig. 1 eine Seitenansicht auf einen Teil eines Drehgestells mit der erfindungsgemäßen
Luftfederung und den auf den Längsträgern des Drehgestells angeordneten und als
elliptische Bälge -ausgebildeten BuStfederbälgen, Fig. 2 eine Draufsicht auf das
Drehgestell und die Luftfederbälge in der Ebene nach Sig. 1, und zwar 1-1 Fig. 3
einen lotrechten- Quermittslschnitt durch einen Luftfederbalg in der Ebene II-II
in Fig. 2 jedoch mit noch dargestelltem Wagenkastenunterboden, Fig. 4 einen lotrechten
Längsmittelschnitt durch einen gleichen Luftfederbalg in der Ebene III-III in Fig.
2, mit ebenfalls. noch dargestelltem Wagenkastenunterboden, dig. 5 eine Draufsicht
auf eine als Doppelparabel ausgebildete
Felge für einen ebenfalls
als soppelparabei ausgebildeten, jedoch hier nicht aargestellten Luftfederbalg,
Fig. 6 eine Draufsicht auf eine als Doppelhyperbel ausgebildete Felge für einen
ebenfalls hier nicht dargestellten als Doppeihyperbel ausgebildeten Luftfederbalg,
Fig. 7 eine Draufsicht auf eine Felge für einen dessen Felge entsprechenden jedoch
ebenfalls nicht dargestellten und aus einzelnen Kurvenstücken zusammengesetzten
Luftfederbalg, Fig. 8 eine Draufsicht auf eine Felge für einen dieser entsprechenden
und etwa rechteckigen mit abgerundeten Stirnseiten ausgebildeten, jedoch ebenfalls
nicht dargestellten Luftfederbalg.
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Die Luftfederung für Schienenfahrzeuge gemäß der Erfindung besteht
im wesentlichen aus vorzugsweise zwei auf einem Rahmen eines Drehgestells 1 angeordneten
Luftfederbälgen 2, von denen jeder an zwei Felgen 3, 4 eingespannt und über eine
seiner Felgen 4 am Rahmen bzw. Längsträger des Drehgestelles befestigt ist. Über
jeweils die andere Felge ist jeder Buf-tfederbalg 2 mit dem gegen das Drehgestell
1 abzufedernden Wagelikasten 5 verbunden und zwar derart, daß der auf den Luftfederbälgen
ruhende Wagenkasten sowohl vertikal als auch horizontal abgefedert und der Luftfederbalg
eine bestimmte Drehbewegung um eine lotrechte Drehachse (Z) sowie eine Längs und
Querbewegung ausführen kann. Um der Wagenfederung bzw.
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Luft federung dabei in Fahrzeuglängs- uncl -querrichtung die erwünschten
unterschiedlichen Federkennlinien zu geben, weisen die Luftfederbälge 2 nicht die
übliche kreisförmige Dzaufsicht, sondern eine nicht kreisförmige Draufsicht auf.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 4 sind als Luftfederbälge
2 zwischen den beiden abzufedernden Bahrzeugteilen, nämlich Drehgestell 1 und Wagenkasten
5, elliptische Bälge vorgesehen, die mit ihrer längsten räumlichen Ausdehnung in
Fahrtrichtung des Fahrzeuges gerichtet sind. Diese elliptischen LuStfederbälge 2
sind, wie auch die bisher üblichen, kreisförmigen BuStfederbälge über die Felgen
3 und 4 mit den gegeneinander abzufedernden Bahrzeugteilen verbunden, wobei je nach
erwünschter Federkennung eine oder beide Felgen der Grundrißform des Luftfederbalges
angepaßt sein können.
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Außerdem ist es- möglich, die Felgen 3, 4 unabhängig von der Grundrißform
des Luftfederbalges 2 beispielsweise kreisförmig auszubilden. Unabhängig von der
Porm der Felgen 3, 4, nämlich kreisförmig oder elliptisch, ist es lediglich notwendig,
die Sattelflächen der Felgen derart auszubilden, daß ,der Bereich der Luftfederbälge
2 an den Wülsten 6, 7 sich im eingefederten Zustand sanft an die Sattelflächen anschmiegen
kann. Die Längsausdehnung jedes elliptischen Luftfederbalges 2 in Fahrzeuglängsrichtung
kann dabei einem Optimalwert angenähert werden, einem Optimalwert also, der das
Durchfahren besonders enger Gleisbögen und weiter Gleisbögen gleichermassen angenehm
ermöglicht. Aus der Langs- und Querausdehnung des elliptischen Luftfederbalges 2
ergibt sich die gewünschte Kennung der Buftfederullg, nämlich mehr oder weniger
hart in Fahrzeuglängs- oder -querrichtung. -Hierbei ist die Ausdehnung der Luftfederbälge
2, wie in Figt 8 an einer Felge 3 bzw. 4 -angedeutet, maßgeblich für die Größe der
Rückstellkraft (R), die sich als Summe der auf die Länge der Felgen 3, 4 wirkenden
Einzelkräfte (K-U) ergibt. Daraus folgt, daß eine große Felgenlänge quer zur Bewegungsrichtung
eine größere Rückstellkraft (R) und eine kleine Felgenlänge quer zur Bewegungsrichtung
eine kleinere Rückstellkraft ergibt. Durch die elliptische Form des Luftfederbalges.
2 werden demnach zwei unterschiedliche Federkennlinien erreicht, von denen die eine
weicht und die andere härter ist bzw. verläuft. Durch die
weichere
Federkennlinie des Luftfederbalges 2 in Fahrzeuglängsrichtung wird der Ausdrehwiderstand
des Drehgestell es 1 vermindert. Um das mitfedernde Luftvolumen des jeweiligen Luftfederbalges
2 zu vergrößern, kann, wie an sich bekannt, jedem Luftfederbalg ein Zusatzluftvolumen
8 zugeschaltet werden, das über einen Anschluß 9 mit dem eigentlichen Raum 10 des
Bufttederbalges in Verbindung steht. Auch kann aus Sicherheitsgründen jedem Luftfederbalg
2 eine in der Zeichnung nicht dargestellte Notfeder zugeordnet werden, die beim
Ausfall der Zuluft im Buftfederbalg zur Wirkung kommt.
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Die noch ferner möglichen Ausführungsbeispiele von Luftfederbälgen
2, von denen in den Fig. 5 bis 8 aus Vereinfachungsgründen nur deren Felgenformen
11 bis 14 dargestellt sind, unterscheiden sich im wesentlichen nur durch deren Pormgebung
von den Luftfederbälgen gemäß der Fig. 1 bis 4, wogegen die Wirkungsweise dieser
weiteren Luftfederbälge der Wirkungsweise der Luftfederbälge nach den Fig. 1 bis
4 entspricht. In allen Ausführungsbeispielen ist ein Bufttederbalg 2 verwendet,
der von der kreisförmigen Grundrißform abweicht und eine nicht kreisförmige Grundrißform
aufweist.
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Diese nicht kreisförmige Grundrißform, die wie vorgenannt, eine Ellipse
(Pig. 1 bis 4) eine Doppelparabel 11 (Fig. 5) eine Doppelhyperbel 12, mit abgerundeten
Endstücken (Fig. 6)l eine aus Kurvenstücken zusammengesetzte Grundrißform 13 (Fig.
7) oder eine weitgehend rechteckige mit abgerundeten Ecken ausgeführte Form (Fig.
8) sein kann, ermöglicht die im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 4 geschilderte
Federkennung. Auch die Federkennungen, der in den Ausführungsbeispielen nach den
Fig. 5 bis 8 dargestellten Buftfederbälge 2 sind unterschiedlich, d.h. sie sind
in Fahrzeuglängsrichtung weicher als in Fahrzeugquerrichtung. Unabhängig von der
Grundrißform dieser weiteren luftfederbälge 2 nach den Fig. 5 bis 8, können deren
Felgen 3, 4 eine
den Bälgen angepaßte Selgenform il bis. 14 oder
eine in der Zeichnung nicht dargestellte kreisförmige elgenform aufweisen.
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Unabhängig von der jeweiligen Grundrißform bzw. Belgenform des betreffenden
Luftfederbalges 2 ist es lediglich erforderlich, diesen so einzubauen, daß eine
seitliche Abstützung des Balges zwischen den Einspannstellen (Felgen 3, 4) vermieden
wird und der Balg eine etwa kreisförmige oder annähemd kreisförmige lotrechte Querschnittsform
erhält. Diese Quer schnittsform hat sich insofern als besonders zweckmäßig erwiesen,
als den Luftfederbälgen 2 eine ausreichende Rückstellkraft R verliehen wird, durch
die ohne zusätzliche Einrichtungen der auf ihnen ruhende Wagenkasten 5 nach Durchfahren
enger Gleisbögen rückgestellt werden kann. Die in Fig. 8 angegebenen Achsenkreuze
bedeuten: 1) Achsenkreuz x - y, Mittelpunkt 0: Stellung der unteren Felge 4 und
Stellung der oberen Felge 3 in Kraftgleichgewicht - Mittelstellung 2) Achsenkreuz
x' - y', Mittelpunkt 0': Stellung der oberen Felge 3 nach der Auslenkung Die entstehenden
Rückstellkräfte stellen den Punkt O in den Punkt ol zurück.