DE3048516C2 - - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Primärfederung für Schienenfahrzeuge, bei denen die Sekundärfedern Gasfedern sind, bei welcher als Primärfedern an jedem Achslager mindestens eine Feder dient, die als Kombination einer elastischen und einer Gasfeder ausgebildet ist.

Die Verwendung von Gasfedern ist bei Schienenfahrzeugen bekannt. Als Sekundärfedern werden bereits häufig Gasfedern verwendet, dagegen macht die Verwendung von Gasfedern als Primärfedern gewisse Schwierigkeiten. Gasfedern, in der Regel als Druckluftfedern ausgeführt, müssen mit einem Drucklufterzeuger verbunden sein, damit der erforderliche Gasdruck stets dies eine biegsame Verbindung der Primärfederung im Drehgestell mit dem Drucklufterzeuger im Wagenkasten oder für jedes Drehgestell einen Drucklufterzeuger am Drehgestell selbst. Ferner muß jeder Primärfeder oder mindestens den Primärfedern jedes Achslagers ein eigenes Niveauventil zugeordnet sein, so daß für ein Drehgestell mindestens vier Niveauventile erforderlich sind. Dadurch wird ein Drehgestell mit Gasfedern als Primärfedern kompliziert in der Wartung, teuer in der Beschaffung und damit auch störanfällig.

Die Verwendung einer als Kombination einer elastischen, mit einer Gasfeder ausgebildeten Feder als Primärfeder am Achslager eines Schienenfahrzeuges ist grundsätzlich aus der FR-PS 11 42 105 bekannt.

In der Regel werden allerdings als Primärfedern Schraubenfedern oder Gummifedern verwendet. Die Anforderungen, die an die Primärfederung gestellt werden, sind aber widersprüchlich. Einerseits sollen die Federn möglichst weich sein, um den Drehgestellrahmen und die an ihm befestigten Teile gut abzufedern, andererseits hat aber eine weiche Feder den Nachteil, daß mit zunehmender Belastung die Feder stark einfedert, d. h., der Drehgestellrahmen seine Höhe über der Schienenoberkante erheblich ändert. Diese Änderung der Höhe des Drehgestelles kann bei Triebdrehgestellen zu Problemen führen.

Vielfach sind an den Drehgestellrahmen aber auch Magnetschienenbremsen, Stromabnehmer oder Antennen zur automatischen Zugsteuerung angebracht, die ihre Höhe zur Schienenoberkante genau einhalten müssen, so daß bei einer Änderung der Niveauhöhe des Drehgestellrahmens derartige Einrichtungen direkt an den Achslagergehäusen befestigt werden müssen und damit überhaupt nicht abgefedert sind. Zur Vermeidung von Nickschwingungen ist es ferner, insbesondere bei der Verwendung von Schraubenfedern als Primärfedern, erforderlich, Schwingungsdämpfer anzubringen, die einem hohen Verschleiß unterliegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Primärfederung für Schienenfahrzeuge so auszubilden, daß eine Änderung der Niveauhöhe des Drehgestellrahmens über der Schienenoberkante bei wechselnder Belastung nicht auftritt, so daß die vorstehend genannten Schwierigkeiten nicht auftreten.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 2.

Eine Änderung der Höhe des Drehgestellrahmens über der Schienenoberkante tritt bei der erfindungsgemäßen Primärfederung nicht ein, weil die wechselnde Belastung des Wagenkastens entsprechende Druckänderungen in den Sekundärfedern und damit auch in den mit ihnen verbundenen Primärfedern bewirkt, so daß die Primärfedern, obwohl sie weiche Federn sind, bei sich ändernder Belastung stets die gleiche Höhe beibehalten. Ein solcher Ausgleich wird dadurch erreicht, daß die Summen der wirksamen Flächen der Primärfedern gleich der Summe der wirksamen Flächen der Sekundärfedern ist.

Wären die Primärfedern nicht kombinierte Federn, sondern reine Gasfedern, so würde eine Erhöhung der Belastung des Wagenkastens, die eine Erhöhung des Druckes in den Sekundärfedern zur Folge hat, auch eine Erhöhung des Druckes in den Primärfedern, die mit den Sekundärfedern verbunden sind, zur Folge haben und der Drehgestellrahmen würde bei zunehmender Belastung des Wagenkastens angehoben. Bei Verwendung der Primärfederung nach der Erfindung ist aber der elastische Teil der Primärfedern so eingestellt, daß dieser elastische Teil der Primärfedern gerade das Gewicht des Drehgestellrahmens und der daran befestigten Teile trägt. Auf diese Weise kann jede Änderung der Niveauhöhe des Drehgestellrahmens bei wechselnder Belastung des Wagens vermieden werden.

Die kombinierten Primärfedern können unterschiedlich ausgeführt sein. Ganz allgemein ist jede Kombination einer bekannten Gasfeder mit einer bekannten elastischen Feder verwendbar. Besonders zweckmäßig ist eine Primärfeder, die aus zwei einseitig offenen Zylindern besteht, die in senkrechter Richtung gegeneinander beweglich und deren offene Enden einander zugewandt sind, wobei die beiden Zylinder durch einen Ring aus elastomerem Material miteinander elastisch verbunden sind. Der Ring aus elastomerem Material kann durch einen Metallring verstärkt oder versteift sein. Die Gasfedern können Federn mit torusförmigem Balg oder mit Rollbalg sein, wobei sich, da solche Federbälge keine merkliche elastische Kraft liefern, zwischen den Felgen des Balges eine Metallfeder oder eine Gummifeder befindet. Es können aber beispielsweise auch Schraubenfedern, die mit einem Balg aus elastomerem Material kombiniert oder in diesem einvulkanisiert sind, verwendet werden.

Die Federn nach der Erfindung sind komplizierter als die bisher als Primärfedern verwendeten Schrauben- oder Gummifedern und werden deshalb in der Herstellung und Wartung teurer kommen. Um die Bedingung bezüglich der wirksamen Flächen zu erfüllen, wird der Durchmesser der Primärfedern nach der Erfindung größer als der Durchmesser der bisher verwendeten Federn.

Die Kosten sowie der Raumbedarf lassen sich ohne die Vorteile der Federung nach der Erfindung aufzugeben, dadurch vermindern, daß nach Patentanspruch 2 jedem Achslager nur je eine kombinierte Feder nach der Erfindung zugeordnet ist, und auf der anderen Seite eine elastische Feder oder ein Gelenk vorgesehen sind. In diesem Fall ändert sich die Bedingung für die wirksamen Flächen der kombinierten Primärfedern dahin, daß die Summe der wirksamen Flächen der Primärfedern gleich dem Anteil der Summe der wirksamen Flächen der Sekundärfedern ist, der dem Lastanteil der kombinierten Primärfedern entspricht. Sind die Achslager symmetrisch, d. h., an jedem Achslager die beiden Primärfedern gleich belastet, so bedeutet dies, daß die Summe der wirksamen Flächen der Primärfedern gleich der halben Summe der wirksamen Flächen der Sekundärfedern ist. Auch die Bedingung für den elastischen Teil der Primärfedern ändert sich entsprechend dahin, daß der elastische Teil der kombinierten Primärfedern zusammen mit den elastischen Federn bzw. dem Gelenk das Gewicht des Drehgestellrahmens und der daran befestigten Teile trägt.

Ausführungsbeispiele einer Primärfederung nach der Erfindung sind in den Figuren dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 schematisch die Anordnung und Verbindung der primären und sekundären Gasfedern;

Fig. 2 ein einzelnes Achslager mit Primärfedern nach der Erfindung;

Fig. 3 bis 6 Ausführungsbeispiele für Primärfedern nach der Erfindung;

Fig. 7 ein Achslager mit einer Primärfeder nach der Erfindung und einer elastischen Feder.

Wie in Fig. 1 schematisch dargestellt, sind die acht Primärfedern 1 bis 8 miteinander und mit den Sekundärfedern 9, 10 durch Druckluftleitungen 11 verbunden, die in üblicher Weise über ein Niveauregelventil 12 mit Druckluft gespeist werden.

In Fig. 2 besitzt das Achslager 27 in üblicher Weise zwei Tragarme 31, 32, auf die sich der Wagenkasten über die Primärfedern abstützt. Diese Primärfedern bestehen aus zwei einseitig offenen Zylindern 16, 17, deren offene Enden einander zugewandt sind. Diese beiden Zylinder sind miteinander durch einen Ring 15 aus elastomerem Material elastisch verbunden, so daß sie sich in senkrechter Richtung und in einem gewissen Maße auch in horizontalen Richtungen gegeneinander bewegen können. Durch den Ring 15 aus elastomerem Material wird gleichzeitig auch der Druckraum 14 zwischen den Zylindern nach außen abgeschlossen. Der Ring 15 kann durch einen Metallring 18 verstärkt oder versteift sein, um einerseits den Ring 15 gegen die Druckänderungen im Raum 14 abzustützen und andererseits die Beweglichkeit der Zylinder 16 und 17 in horizontaler Richtung zu beschränken.

In an sich bekannter Weise können in der Feder als Notfedern Gummiblöcke 33 vorgesehen sein, die bei zu starkem Absinken des Luftdruckes, beispielsweise wenn einer der Federbälge platzt, die Last von Wagenkasten und Drehgestellrahmen tragen. Die Druckräume 14 sind, wie bereits anhand von Fig. 1 erläutert, durch die Leitung 11 miteinander und mit den Druckräumen der Sekundärfedern verbunden.

In den Fig. 3 bis 6 sind verschiedene Ausführungsformen der kombinierten Feder dargestellt. Fig. 3 zeigt eine Federung mit einem Torusbalgen 20, der zwischen den beiden Felgen 29 liegt. Zwischen diesen Felgen befindet sich als elastische Feder eine Schraubenfeder 21.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform, bei der zwischen den Felgen 29 eine Schraubenfeder 34 angeordnet ist, die an der Innenseite mit einem schlauchförmigen Balg 35 verbunden oder in diesen Balg einvulkanisiert ist.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform, bei der ähnlich wie bei der Ausführungsform nach Fig. 2 die Feder aus zwei einseitig offenen Zylindern 36 und 37 besteht, die in diesem Fall aber verschieden große Durchmesser haben, so daß der elastische Ring 38 zwischen den Zylinderwänden angeordnet ist.

Fig. 6 zeigt eine Feder mit einem Rollbalg 22, der in an sich bekannter Weise zwischen den Felgen 30 angeordnet ist.

Als elastische Feder ist hier eine Gummifeder 23 vorgesehen.

Bei allen dargestellten Ausführungsformen steht der Druckraum 14 über die Leitung 11 mit den anderen Primärfedern und den Sekundärfedern in Verbindung.

Bei den Ausführungsformen nach Fig. 3 bis 5 sind, wie in Fig. 2, Notfedern 33 vorgesehen, bei der Ausführungsform nach Fig. 6 dürfte sich mit Rücksicht auf die stark progressive Charakteristik der Gummifeder 23 eine Notfeder erübrigen.

Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform, bei der nur an der linken Seite eine kombinierte Feder 24 nach der Erfindung vorgesehen ist. Rechts ist eine an sich bekannte Feder 25 vorgesehen, die aus einem metallenen Unterteil 41 und einem metallenen Oberteil 42 besteht, wobei sich zwischen Ober- und Unterteil eine Schicht 43 aus elastomerem Material befindet. Das Unterteil 41 weist zwei gegeneinander geneigte Flächen auf, die sich oberhalb bzw. unterhalb der Feder 25 in einer Firstlinie schneiden, die quer zur Fahrtrichtung liegt. Die geneigten Flächen des Oberteiles 42 sind den geneigten Flächen des Unterteiles 41 entsprechend geneigt. Das Unterteil 41 kann aber auch die Form eines Kegelstumpfes, eines Kugelabschnittes oder einer Halbkugel haben, wobei stets das Oberteil 42 entsprechend geformt ist. Haben bei dieser Federanordnung die Mittellinien 44, 45 der beiden Federn 24, 25 gleichen Abstand von der Achslagermitte 46, so verteilt sich das Gewicht gleichmäßig auf beide Federn. Die Feder 25 ist verhältnismäßig hart und federt bei Änderung der Belastung nur wenig ein. Sie trägt die Hälfte des Gewichtes des Drehgestellrahmens 28 und der daran befestigten Teile und die Hälfte des auf das Achslager entfallenden Teiles des Gewichtes des Wagenkastens. Bei der kombinierten Feder 24 trägt der elastische Ring 15 die andere Hälfte des Gewichtes des Drehgestellrahmens 28 und der daran befestigen Teile, während der Druck in dem Druckraum 14 die Hälfte des auf dieses Achslager entfallenden wechselnden Gewichtes des Wagenkastens trägt.

Bei wechselnder Belastung ändert sich die Höhe des Drehgestellrahmens über der Schienenkante nur unmerklich, weil die Feder 24 wechselnde Belastung ausgleicht und die Feder 25 auch bei wechselnder Belastung ihre Höhe nur sehr wenig ändert.

Bei der in Fig. 7 dargestellten durch ein Gelenk, zweckmäßig ein Gelenk mit einer elastomeren Zwischenschicht, so daß das Achslager in an sich bekannter Weise als Achslenker ausgebildet ist. Auch in diesem Fall trägt jeweils die Hälfte der Belastung das Gelenk, die andere Hälfte der Belastung die kombinierte Feder.

Claims (5)

1. Primärfederung für Schienenfahrzeuge, bei denen die Sekundärfedern (9; 10) Gasfedern sind, bei welcher als Primärfedern (1 bis 8) an jedem Achslager (27) mindestens eine Feder (z. B. 24) dient, die als Kombination einer elastischen (15; 21; 23; 34; 38) und einer Gasfeder (z. B. 20; 22; 35) ausgebildet ist, wobei die Druckräume (14) dieser kombinierten Primärfedern (1 bis 8) mit den Druckräumen der Sekundärfedern (9; 10) in Verbindung stehen und bei Ausbildung sämtlicher Primärfedern (1 bis 8) an jedem Achslager als kombinierte Primärfedern (1 bis 8) die Summe der wirksamen Flächen der Primärfedern (1 bis 8) gleich der Summe der wirksamen Flächen der Sekundärfedern (9; (10) ist, und wobei der elastische Teil (15) der Primärfedern das Gewicht des Drehgestellrahmens (28) und der daran befestigten Teile trägt.

2. Primärfederung für Schienenfahrzeuge, bei denen die Sekundärfedern (9; 10) Gasfedern sind, bei welcher als Primärfedern (z. B. 1; 4; 5; 8) an jedem Achslager (27) mindestens eine Feder (z. B. 24) dient, die als Kombination einer elastischen (15; 21; 23; 34; 38) und einer Gasfeder (z. B. 20; 22; 35) ausgebildet ist, wobei die Druckräume (14) dieser kombinierten Primärfedern (24) mit den Druckräumen der Sekundärfedern (9; 10) in Verbindung stehen und an jedem Achslager (27) je eine kombinierte Primärfeder (24) in Verbindung mit einer elastischen Feder (25) oder einem Gelenk vorgesehen sind, und wobei die Summe der wirksamen Flächen der Primärfedern (24) gleich dem Anteil der Summe der wirksamen Flächen der Sekundärfedern (9; 10) ist, der dem Lastanteil der kombinierten Primärfeder (24) entspricht, und der elastische Anteil der kombinierte Primärfedern (24) zusammen mit der elastischen Feder (25) bzw. dem Gelenk das Gewicht des Drehgestellrahmens (28) und der daran befestigten Teile trägt.

3. Primärfederung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kombinierte Primärfeder aus zwei einseitig offenen Zylindern (16; 17) besteht, die in senkrechter Richtung gegeneinander beweglich und deren offene Enden einander zugewandt sind, und die beiden Zylinder durch einen Ring (15) aus elastomerem Material miteinander elastisch verbunden sind.

4. Primärfederung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (15) aus elastomerem Material durch einen Metallring (18) verstärkt ist.

5. Primärfederung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kombinierte Primärfeder eine Gasfeder mit torusförmigem Balg (20) oder Rollbalg (22) ist und sich zwischen den Felgen (29; 30) des Balges (20; 22) eine Metallfeder (21) oder eine Gummifeder (23) befindet.