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Federni-e Notabstützun Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasfederung
für Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge, mit auf einem Laufwerkrahmen angeordneten
und den Wagenkasten gegen das Laufwerk abstützenden Gasfederbälgen-sowie mit je
einer, jeaem Gasfederbalg zugeordneten federnden Abstützung, wobei mindestens die
Gasfederbälge auf einer lotrechten, den Drehpunkt des Wagenkastens über dem Laufwerk
schneidenden Querebene an jeder Längsseite des LauSwerkea-vorgeeehen sind und jede
federnde Notabstützung zwischen sich und dem einen der abzustützenden Fahrzeugteile
einen freien Spalt aufweist.
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Es ist im Fahrzeugbau, und insbesondere im Schienenfahrzeug bau, bereits
bekannt, den Wagenkasten dieser Fahrzeuge über Gasfederbälge auf den Rahmen von
Drehgestellen abzustützen und diese Gasfederbälge als freie, torusförmige Bälge
auszubilden. Die Wülste dieser Bälge weisen voneinander unterschiedliche Durchmesser
auf, wobei die Wülste an ebsnfails unterschiedliche Durchmesser aufweisenden Felgen
eingespann sind. Die Felgen sind hierbei mit den abzustützenden Fahrzeugteilen fest
verbunden; die größere Felge ist vorzugsweise mit dem Wagenkasten, die kleinere
über einen, das freie Federspiel des Balges in lotrechter Richtung ermöglichenden
zylindrischen Körper mit dem Drehgestellrahmen
verbunden. Um das
Federspiel der Gasfederbälge ;n lotrechter Richtung zu begrenzen sowie bei drucklosen
Bälgen eine Mindestfederung sicherzustellen, ist am oberen.Ende des zylindrischen
Körpers eine Notfeder, d.h. Notabstützung angebracht. Die Notfeder ist hierbei als
Gummifeder ausgebildet und an ihrer der größeren Felge zugewandten Seite mit einer
Anschlagplatte versehen, deren Durchmesser wesentlich kleiner als die lichte Öffnung
der kleineren Felge ist. Diese Anschlagplatte wird derart angebracht, daß zwischen
ihr und der zugehörigen Fläche innerhalb der größeren Felge noch so viel freie Höhe
verbleibt, wie für das Gesamtfederspiel einschließlich eines kleinen Sicherheitzuschlages
erforderlich ist. Die freie Höhe zwischen der Anschlagplatte und der Gegenfläche
am Wagenkasten kann dadurch Konstant gehalten werden, daß der Federbalg je nach
Belastung des Wagenate mit jiehr oder weniger Gas gefüllt wirdl Bei bestimmten Anwendungen
der bekannten Federung wird es jedoch als störend empfunden, daß die Höhenlage der
erwähnten Anschlagplatte wegen zwingender wagenbaulicher Vorschriften, wie z.B.
Innehaltung des unteren Grenzmaßes für die Kupplungshöhe, nicht so gewählt werden
kann, wie es der besondere Anwendungsfall, beispielsweise die gleisbogenabhängige
Steuerung an sich als wünschenswert erscheinen läßt (Stand der Tecknik; DAS 1 207
420).
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Hier setzt nun die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt,
das bekannte Gasfederungssystem dahingehend zu verbessern, daß die Gasfederung bei
Kurvenfahrt im Norrnlbetrieb und im Betrieb, beispielsweise mit eingeschalteter
gleisbogenabhängiger Steuerung unter Beibehaltung eines großen Federweges vertikal
möglichst frei spielen kann. tonne die zur Notabstützung dienende zusätzliche federnde
Abstützung zu berühren, daß aber bei Druckloswerden der Gasfederbälge der wagenkasten
nach Überwinden eines möglichst kleinen, lotrechten freien Weges über die Notabstützung
gefedert
auf dem Laufwerkrahmen abgestützt werden kann.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einer Gasfederung der eingangs
genannten Art dadurch gelöst, daß jede federnde Notabstützung zwischen den Gasfederbälgen
und dem Drehpunkt des Laufwerkes innerhalb eine3 die Mittelacnsen dei' Gasfederbälge
tangierenden Basisteilkreises angeordnet ist, und daß der Abstand jeder federnden
Notabstützung vom Drehpunkt des Laufwerkes so bemessen ist, daß die vertikaler Federwege
der Gasfederbälge bei sich neigelldem Wagenkasten größer sein können als die Fangwege
bis zum Eingriff der federnden Notabstützung.
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Die Erfindung löst nicht nur die-ihr zugrunde liegende Aufgabe in
vorteilhafter Weise, sondern beinhaltet noch weitere Vorteile Dt:y3h die von der
Gasfeder getrennte Anordnung der Notabstützung kann diese durch größere Freizügigkeit
in der Dimensionierung noch besser als bei Anordnung innerhalb des Gasfederbalges
mit optimaler Charakteristik gestaltet werden. Zudem wird die Entgleisungssicherheit
eines mit drucklosen Bälgen fanrenden Wagens in den Fällen erhöht, wenn die Aufstandspunkte
der Räder nicht in einer Ebene liegen, wie dies beispielsweise in Übergangsrampen
oder bei Gleisverwerfungen vorkommt.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist dadurch
gekennzeichnet, daß die federnden Notabstützungsen auf der gleichen lotrechten Quermittelebene
durch derl Drehpunkt, wie die Gasfederbälge, jedoch neben diesen liegen.
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Hierdurch wird eine besondere gedrängte Badweise des Drehgestelles
ermöglicht.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung liegen die federnden
Notabstützungen auf einer, die lotrechte Quermittelebene durch den Drehpunkt schneidenden
Gerades; sie können auch auf einer zur lotrechten Quermittelebene parallelen Geraden
liege. Diese letztgenannTen Anordnungsarten
sind dann vorteilhaft,
wenn im Drehgestell zwischen den Gasfederbälgen und dem Drehpunkt nicht genügend
Platz zur Unterbringung der erfindungsgemäßen federnden Notabstützungen verbleibt.
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Es ist ferner eine Abfederung bei Schienenfahrzeugen bekannt, die
aus einer Kombination einer Stahlschraubenfeder mit einer Luftfeder für die Abstützung
eines Wagenkastens auf dem Drehgestell besteht. Bei dieser bekannten Federung sind
auf der Drehgestellwiege in den Schnittpunkten eines zum Drehpunkt des Drehgestelles
konzentrischen Teilkreises mit der lotrechten Drehgestellmittelquerebene je ein
Mehrfalten-?orusbalg und in den Schnittpunkten eines kleineren Teilkreises mit der
gleichen Querebene je eine Stahlschraubenfeder angeordnet. Hierbei wird die Auflast
des leeren Wagenksstens nahezu ausschließlich über die Schraubenfedern auf das Drehgestell
übertragen, während die Luftfederbälge entsprechend der Belastung im Wagen mehr
oder weniger mit Druckluft gefüllt sind. Es wird bei dieser bekannten Pederung das
ständige parallel Qeschaltetsein von Stahl- und Luftfederung deswegen als störend
empfunden, weil die Erfahrung gelehrt hat, daß die Luftfederung hinsichtlich der
Itaufgüte dann optimal arbeitet, wenn die lotrechte Federung möglichst wenig von
anderen federnden Elementen beeinflußt wird. (Stand der Technik: Anzeigenseiten
8 und 9 aus "Railway Gazettet' vom 20. März 1970).
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den ZeIchnungen schematisch
dargestellt. Es zeigt: Fig. 1 die Federung gemäß der Erfindung mit Anordnung der
federnden Notabstützung zwischen den Gasfederbälgen und dem Drehpunkt eines Drehgestelles,
ohne Wagenkasten, Fig. 2 eine Seitenansicht der Notabstützung und des Gasfederbalges
in
einem vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1, teilweise geschnitten und Fig. 3 ein Wirkungsschema
der Federung gemäß Fig. 1 und 2.
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Die Federung gemäß der Erfindung besteht für jede Drehgestellseite
im wesentlichen aus einem torusförmigen Gaefederbalg 1, der mit seinen Wulsten an
je einer Felge unterschiedlichen Durchmessers eingeklemmt ist, wobei de eine dieser
Felgen, beispielsweise die größere Felge, direkt am einen der abzustützenden Fahrzeugteile
und die andere - in die sem Beispiel mit kleinerem Durchmesser - über einen mit
dieser Felge und dem anderen, abzustützenden FahrzeugteiL in bekannter Weise über
einen Stützkörper 2 verbunden ist.
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Dem im Balg eingeschlossenen Gasvolumen kann ein im Wagenkasten oder
im laufwerk untergebrachtes Zusatzvolumen zugeschaltet sein. Zwischen der lotrechten
Quermittelachse des Gasfederbalges 1 und dem Drehpunkt 4 des Laufwerken 8 ist jede
federnde Notabstützung 3 in der Art angebracht, daß zwischen ihr und dem zugehörigen
Teil des Wagenkastens 6 bei gefüllten Bälgen 1-und normal eingeregelter Hönenlage
des Wagenkastens 6 ein freier Fangweg c verbleibt, der so bemessen ist, daß bei
geneigtem Wagenkasten weite vertikale, Federwege d der Gasfederbälge 1 ermöglicht
werden. Die federnde Notabstützung 3 ist hierbei als eine an sich bekannte Gummiblockfeder
5 ausgeführt, sie kann aber auch als hier nicht dargestellte, progressiv wirkende
Gummihohlfeder oder auch als Metallfeder, beispielsweise als Schrauben-oder Tellerfeder,
ausgebildet sein. Der Druck in den Gasfederbälgen 1 wird in bekannter Weiße eingeregelt,
wobei zusätzlich zu dieser Grund-Regeleinrichtung eine Vorrichtung zur gleisbogenabhängigen
Neigung des Wagenkastens 6 vorgesehen sein kann. Bei dem Ausführungebeispiel nach
Fig. 1 sind die Radeätze 7 des Drehgestelles 8 in diesem angeordnet und in bekannter
Weise mittels Achslagern, Achsführungen und Achsfedern geführt. Der hier nicht dargestellte
Wagenkasten
6 ist in der lotrecilten Quermittelebene I-t des Drehgestelles 8 auf dessen Seitenträgern
9 über die Gasfedern 1 abgestützt, wobei jedem der beiden Seitenträger 9 mindestens
eine Gasfeder 1 zugeordnet ist.
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Die Gasfederbälge sind hierbei auf einem die senkrechten Mittelachsen
der Gasfederbälge 1 tangierenden Basis-Teilkreis K 1 vorgesehen. Auf einem anderen,
konzentrischen Teilkreis K 2 mit kleinerem Durchmesser als bei vorgenanntem Basis-Teilkreis
K 1 ist dea Gasfederbilgen 1 jeder Laufwerkseite 9 die federnde Notabstützung 3
zugeordnet.
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Nach diesem Ausführungsbeispiel liegen die federnden Notabstützungen
3 auf der gleichen Querinitteiebene l-I durch den Drehpunkt 4 wie die Gasfederbälge
1, jedoch eben die sen. Die Übertragung der Antriebs- und Bremskräfte erfolgt zwischen
Laufwerk 8 und Wagenkasten 6 über den Drehpunkt 4.
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Der DrehpunKt 4 ist, , wie bei wiegenlosen Drehgestellen an sich bekannt,
in Fahrzeuglängsrichtung wenig, in Fahrzeugquerrichtung hingegen stärker horizontal
nachgiebig ausgebildet.
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Wie in Fig. 2 ausführlicher dargestell-t, besteht die federnde Notabstützung
3 aus dem am einen der gegeneinander abzufedernden Fahrzeugteile angebrachten federnd-r£-
Körper 5 und dem am anderen Fahrzeugteil angebrachten Anschlagteil 10. Hierbei ist
das Anschlagteil 10 so ausgebiluet, daß der erwünschte Fangweg c sich leicht einjustieren
läßt, was beispielsweise durch hier nicht dargestellte Beil-agen erfolgen kann.
An seinem dem Anschlagteil 10 zugewandten Ende hat der federnde Körper 5 eine Gleitplatte
11, beispiel weise aus selbstschmier-endem Material. Am gleichen Ende befindet sich
eine Anschlagplatte 12, die so ausgebilde ist, daß sie durch Anliegen an dem Notstützkörper
13 das Spiel des federnden Körpers in vertikaler und horizontaler Richtung begrenzt.
Hierbei kann durch geeignete formgebung des Anschlagringes 14 oder durch hier anbringbare,
jedoch nicht dargestellte Beilagen der Spalt zwischen Anschlag
platte
und -ring 12, 14 und Notstützkörper 13 in Fahrzeuglängs- und -querrichtung unterschiedlich
ausgebildet werden.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die federnde Notabatützung
3 an dem Hauptquerträger 15 des Laufwerkes 8 angebracht, an dem auch der elastisch
geführte Drehpunkt 4 des Drehgestelles 8 angeordnet ist. Es liegt jedoch auch im
Rahmen der Erfindung, die federnden Notabstützungen 3 am Wagenkasten 6 und die zugeordneten
Abstützteile 10 am Laufwerk 8 anzubringen.
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Nach einem weiteren, hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel
der Erfindung werden die Gasfederbälge und/oder die federnden Notabstützungen 3
nicht direkt am Rahmen des Laufwerkes 8 angebracht, sondern unter Zwischenschaltung
einer pendelnden Wiege.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung bestehen darin, die federnden
Notabetützungen 3 auf einer, die lotrechte Quermittelebene I-I durch den Drehpunkt
4 schneidenden Geraden II-II in deren lotrechten Schnittlinien mit dem Teilkreis
K 2 oder aber auf einer, zur lotrechten Quermittelebene 1-1 parallelen Geraden III-III
anzuordnen. Diese Ausgestaltunger der Erfindung gestatten dem Konstrukteur größere
Freizügigkeit bei Anordnung des Erfindungsgegenstandes im Drehgestel] unter schwierigen
räumlichen Bedingungen.
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Aus Fig. 3 ist die Wirkungsweise der Federung gemäß der Erfindung
ersichtlich. Es bezeichnen a den Durchmesser des Ba-Ris-Teilkreises K1 und b den
Durchmesser des Innenteilkreisee K 2, c den freien Fangweg zwischen der Aufsetzfläche
16 und der Gleitplatte 11 sowie d den maximalen freien Federweg der Gasfederbälge
1 in vertikaler Richtung aus der Nullage bis zum Aufsetzen auf den Stützkörper 2.
Es ist bekannt, daß die Gasfeder- dann optimale Laufeigenschaften ergibt, wenn allein
das Gasvolumen federt; der Gasfederbalg
1 soll somit möglichst
wenig, andere federnde Teile überhaupt nicht Einfluß auf die normale Betriebsfederung
haben. Von der Normallage aus gerechnet, die bei leerem und vollbeladenem Fahrzeug
durch die Regeleinrichtung nahezu konstant gehalten wird, ist bei diesem AusführunirE-beispiel
ein freier Fangweg c von etwa 40 mm erforderlich.
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Die Größe des erforderlichen freien Spaltes c ist unabhängig davon,
ob die federnde Notabstützung auf dem Basis-Teilkreis K 1 oder auf dem Innenteilkreis
K 2 liegt. Im Hinblick auf einen befriedigenden Fahrzeuglauf bei drucklosen Gasfederbälgen
1 wird für die federnde Notabstützung 3 ein Federspiel e von etwa 35 mm als notwendig
erachtet, das zwischen den Anschlagplatten 12 und dem Notstützkorper 13 vorgesehen
ist. Berücksichtigt man ferner, daß gemäß EBO das Kuppiungshöhenspiel maximal 125
mm beträgt, wovon auch bei Ausgleich der Radreifenabnützung durch konstruktive Maßnahmen
für die Federung bei den Radlagern nochmals etwa 20 mm abzuziehen sind, dann verbleiben
unzureichende, für die gleisbogenabhängige Neigung cm des Wagenkastens 6 gegenüber
dem Laufwerk 8 ausnutzbare Spiele. Erwünscht wäre, bezogen auf den Basisteilkreis
K 1, ein Steuerweg f von 80 mm. Im Basisteilkreis K 1 ergibt sich somit ein Gesamtweg
c+e+f = 40+35+80 = 155 mm; dieser übersteigt den maximal zulässigen Wert. Ordnet
man hingegen die federnde Notabstützung 3 gemäß der Erfindung auf einem kleineren
Teilkreis K 2 an, dann wird unter der Annahme, daß der Durmesaer des Innenteilkreises
K 2 beispielsweise b=1/2.a ist, der Steuerweg, bezogen auf K 2 , g = 1/2 f, um den
gleichen Neigungswinkel ort zu erreichen. Es gilt nunmehr folgendes Federspiel c+e+g
= 40+35+40 = 115 mm. De geeam-tfederweg verbleibt somit innerhalb der zulässigen
Grenzen.
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Bei Fahrt mit drucklosen Gasfedern erhöht, wie an sich be kannt,
die Verringerung der Abstützbasis der federnden Notabstützung 3 auf den Innenteilkreis
K 2 bei sonst gleicher Federcharakteristik die Entgleisungssicherheit.