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Federung für ein Drehgestell von Schienenfahrzeugen
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Die Erfindung betrifft eine Federung für ein Drehgestell von Schienenfahrzeugen
zwischen einem Querträger und jeweils Räder verbindenden, längslaufenden Trägern.
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Bekannt sind antriebslose Drehgestelle, die in der Regel aus vier
über Achsen sowie Tragrahmen (sog. Schwingen) verbundenen Rädern bestehen und etwa
mittig einen Drehzapfen zum Aufsetzen eines Wagenkastens aufweisen.
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Es gibt weiterhin Drehgestelle, in welche Antriebsmotoren bzw. Getriebe
integriert sind. Insbesondere aus der DE-OS 30 30 594 ist ein Drehgestell bekannt,
bei welchem jedes einzelne Rad über Arme mit dem Motorengehäuse verbunden ist. Hierbei
übertragen sich die Erschütterungen vom Laufweg direkt auf den Motor. Dieser Nachteil
wird auch nicht dadurch beseitigt, dass eine Primärfederung direkt die Radachsen
mit dem Drehgestell verbindet, während eine Sekundärfederung (sog. Kastenfederung)
zwischen Drehgestell und Wagenkasten angeordnet ist. Die relativ harte Primärfederung
bringt in Verbindung mit einem torsionssteifen Drehgestellrahmen bei Gleisverwindungen
grosse prozentuale Radentlastungen mit sich, was sich negativ auf die geforderte
Entgleisungssicherheit des Drehgestells auswirkt. Zudem werden die Bauteile des
Drehgestellrahmens nur schlecht gegen harte Schläge abgefedert.
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Aus der DE-PS 564 510 ist ein Drehgestell bekannt, bei welchem in
Laufrichtung je zwei Räder über einen Tragrahmen bzw. eine Schwinge verbunden, sowie
quer zur Laufrichtung an eine Achse angekoppelt sind, wobei die Achsen von einem
längsliegenden Motor über je ein Getriebe angetrieben werden. Der Motor liegt abgestützt
mit einem Querträger über Schraubenfedern jeweils auf den Schwingen. Diese Federung
zwischen Querträger und Schwinge ist sehr einfach und sehr wenig wirkungsvoll ausgestaltet.
Die Schraubenfeder muss kräftig ausgestaltet sein, um den Querträger in ruhiger
Lage halten zu können, was aber wiederum die Federung sehr hart macht.
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Der Erfinder hat sich zum Ziel gesetzt, eine Federung der oben genannten
Art zu entwickeln, welche insbesondere die empfindlichen Aggregate, wie Motor und
Getriebe, schont, dabei aber die Vorteile einer integrierten Motor-Getriebe-Drehgestellrahmenkonstruktion
in sich vereint. Zudem soll einerseits der Querträger bei ruhigem Lauf in horizontaler
Lage gehalten, andererseits harte Schläge sehr wirkungsvoll aufgefangen werden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe führt, dass ein Balg od. dgl.
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eine Luftkammer mit veränderlichem Volumen zwischen dem Querträger
und einer Schwinge luftdicht umschliesst und die Luftkammer über ein Drosselventil
od. dgl. mit einem Hohlraum, Lufttank od. dgl. in Verbindung steht.
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In der Luftkammer bzw. dem Hohlraum oder Lufttank herrscht in Ruhelage
ein bestimmter Druck, durch welchen der Querträger bzw. der aufgesetzte Wagenkasten
angehoben lagert
und in einer horizontalen Ebene gehalten wird.
Um diesem Luftinnendruck stand zu halten sollte der Balg in geeignetem Masse verstärkt
sein. Im Rahmen der Erfindung liegt es jedoch auch, dass als Strömungsmedium zwischen
der Luftkammer und dem Hohlraum bzw. Lufttank ein anderes Medium als Luft, wie beispielsweise
Wasser, Oel oder ein anderes Gas, Anwendung findet.
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Bevorzugt soll nach der Erfindung die Schwinge selbst als ein Hohlraum
ausgebildet sein, wobei in einer Bohrung zur Luftkammer hin das Drosselventil sitzt.
Es ist jedoch auch daran gedacht, die Luftkammer über geeignete Vorrichtungsteile
mit einem auf der Schwinge oder sonst in der Nähe angeordneten Lufttank zu verbinden.
Die Dämpfung kann in geeigneter Weise durch Einstellen oder nachträgliches Verstellen
des Drosselventils bestimmt werden.
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Weiterhin soll in der Luftkammer ein die Federbewegung begrenzender
Endanschlagsbolzen angeordnet sein. Dadurch wird ermöglicht, sowohl den Einfeder-
als auch den Ausfederweg zu begrenzen, bevor der Querträger auf der Schwinge aufschlägt
bzw. der Balg reisst. Am günstigsten dürfte es sein, wenn der Endanschlagsbolzen
über zwischengelagerte Elemente an dem Querträger festliegt und mit seinem freien
Kopf in eine Axialbohrung einer Primärfeder-Zentrierung einragt, wobei die Axialbohrung
einen schulterartigen Absatz aufweist, welcher als Endanschlag für den Kopf des
Endanschlagbolzens beim Ausfedern dient. Es ist weiterhin vorgesehen, dass die Axialbohrung
der Primärfeder-Zentrierung mit dem Drosselventil bzw. der Bohrung in der Schwinge
in Verbindung steht. Dies gilt für den Fall, dass die
Schwinge selbst
als Hohlraum zur Aufnahme oder zur Abgabe des Strömungsmediums dient.
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Eine weitere Verbesserung der Lösung der Aufgabe wird dadurch angestrebt,
dass der Endanschlagsbolzen von einem Druckring gehalten und diesem Druckring ein
Stützring in einem bestimmten Abstand zugeordnet ist. Sowohl Druckring wie auch
Stützring weisen zwei flanschartige Ansätze auf, gegen die sich eine den Druckring
und den Stützring umfangende Schraubfeder abstützt. Gegen den Druck dieser Schraubenfeder
ist der vorbestimmte Abstand veränderbar. Diese ganze, sogenannte Notlauffederung
soll in einem Druckrohr angeordnet sein, welches am Querträger festliegt. Dabei
ist das Druckrohr jenseits des Querträgers mit einem nach innen geformten wulstartigen
Auflager versehen, auf welchem sich der Stützring mit seinem flanschartigen Ansatz
abstützt.
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Weiterhin soll der Stützring mit seiner Stirnfläche einen veränderbaren
Abstand zu einer Kopffläche der Primärfeder-Zentrierung aufweisen. Beim Einfedern
trifft diese Stirnfläche auf die Kopffläche der Primärfeder-Zentrierung, wobei dann
erst die Federwirkung der sog. Notlauf federung einsetzt, bis der Abstand zwischen
Stützring und Druckring ebenfalls auf Null reduziert ist.
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Zu einer nochmaligen weiteren Verbesserung der Federung trägt eine
in der Luftkammer angeordnete Schraubenfeder od. dgl. Kraftspeicher bei, welche
gegebenenfalls die Primärfeder-Zentrierung und das Druckrohr mit der Notlaufrs tll)
f 't ngt,
Um einen besseren Zusammenbau der gesamten Federvorrichtungselemente
zu ermöglichen soll der Endanschlagsbolz und/ oder der Druckring und/oder das Druckrohr
sowie die Schraubenfeder eine Ausnehmung im Querträger durchsetzen. Sie sind dann
oberhalb des Querträgers, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Ringflansches
bzw. einer Zentrierung über einen Stützring mit einem Deckel verbunden. Das Einsetzen
der einzelnen Vorrichtungsteile erfolgt dann von oben durch die Ausnehmung des Querträgers
hindurch. Als letztes Element wird der Deckel aufgesetzt. Die gesamten Elemente
sind luftdicht zueinander festgelegt.
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Selbstverständlich kann diese Federung auch umgekehrt angeordnet sein,
wobei beispielsweise auf dem Querträger ein Lufttank liegt, welcher über ein Drosselventil
in der Ausnehmung im Querträger mit der Luftkammer verbunden ist.
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Insgesamt weist die Vorrichtung wenige dem Verschleiss ausgesetzte
Teile auf. Sie arbeitet sehr wirkungsvoll, was sowohl das Halten des Querträgers
in einer horizontalen Lage als auch das Abfangen harter Schläge anbelangt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie
anhand der Zeichnung; diese zeigt in Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Drehgestell
von Schienenfahrzeugen;
Fig. 2 eine Seitenansicht eines Drehgestells
nach Fig. 1; Fig. 3 einen vergrössert dargestellten Schnitt entlang Linie III -
III in Fig. 1.
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Ein Drehgestell D nach Fig. 1 besteht aus vier Wagenrädern 1, wobei
jeweils zwei sich gegenüberliegende Räder 1 mit einer Achse 2, sowie jeweils zwei
in Laufrichtung x hintereinander angeordnete Räder 1 durch einen Tragrahmen oder
eine sog. Schwinge 3 verbunden sind.
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An beiden Achsen 2 ist etwa mittig jeweils ein Getriebe 4 angeordnet.
Beide Getriebe sind über einen längsliegenden, von einem Gehäuse 5 umgebenen Antriebsmotor
miteinander verbunden.
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Von dem Motorengehäuse 5 ragen Querträger 6 ab, welche nach Fig. 2
durch eine Primärfederung 7 abgestützt auf den Schwingen 3 lagern.
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Auf dem Motorengehäuse 5 bzw. dem Querträger 6 ist -- nicht näher
dargestellt -- ein Drehkranz od. dgl. angeordnet, auf welchem ein Wagenkasten ruht.
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Die Schwinge 3 weist nach Fig. 3 einen Hohlraum 8 auf, welcher als
Zusatzvolumen für eine später beschriebene Luftfederung dient. Zur eigentlichen
Primärfederung 7 hin ist jedoch eine Oeffnung 9 vorgesehen, welche mit einem verstellbaren
Drosselventil 10 belegt ist. Den eigentlichen Querschnitt für einen Luftdurchlass
bietet eine weitere Boh-
rung 13 in einer Stützplatte 11. Auf dieser
sitzt mit einem Flansch 12 versenkt eine Primärfeder-Zentrierung 14 mit einer Axialbohrung
15, welche mit dem Drosselventil 10 in Verbindung steht. In der Axialbohrung 15
ist ein Endanschlagsbolzen 16 mit einem Bolzenkopf 17, gehalten von einer Mutter
18, beweglich angeordnet, wobei die Bewegung von einem schulterartigen Absatz 19
in der Axialbohrung 15 begrenzt wird. Die Axialbohrung 15 steht weiterhin durch
eine Oeffnung 20 mit einer von einem Balg 21 umfangenen Luftkammer 22 der Primärfederung
7 in Verbindung. Dieser Balg 21 wird einends an der Stützplatte 11 von einem querschnittlich
hakenförmig nach innen gebogenen Ringkragen 24 und andernends von einem weiteren
Ringkragen 25 an dem Querträger 6 gehalten und durch Einlagen 26 verstärkt. Er umgibt
dabei eine Schraubenfeder 28, welche sich einends gegen den Flansch 12 und andernends
nach Durchsetzen einer Ausnehmung 29 in dem Querträger 6 gegen einen Ringflansch
30 abstützt. Dieser Ringflansch 30 ist innerhalb der Schraubenfeder 28 über eine
Schweissnaht 32 mit einem Primärfeder-Druckrohr 33 verbunden, welches jenseits der
Schweissnaht 32 unter Bildung eines nach innen gerichteten wulstartigen Auflagers
34 als Anschlag für einen in ihm angeordneten flanschartigen Notlauffeder-Stützring
35 endet. Diesem ist ein Notlauffeder-Druckring 36 zugeordnet.
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Beide Ringe 35 und 36 umfängt eine Schrauben-Druckfeder 37, welche
sich beidends gegen flanschartige Ansätze 38 und 39 von Stützring 35 bzw. Druckring
36 abstützen kann. Der Stützring 35 ist in einem Abstand a von dem Druckring 36
und andernends in einem Abstand b von der Primärfeder-Zentrierung 14 angeordnet.
Sowohl Stützring 35 wie Druckring
36 weisen eine Axialbohrung 41
und 42 auf, welche von dem Endanschlagsbolzen 16 durchsetzt wird. Dieser liegt mit
einer endwärtigen Aufbauchung 43 der Innenwand 44 der Axialbohrung 42 nahe deren
Ausgang an und durchsetzt, dann wieder verjüngt, eine den Querschnitt der Axialbohrung
42 verkleinernde Scheibe 46. Diese Scheibe 46 ist zwischen dem Druckring 36 und
eine den Ringflansch 30 übergreifende Zentrierung 47 eingeklemmt, welche wiederum
zwischen einem Distanzring 48 und einem Deckel 49 gehalten wird. Der Distanzring
48 steht dabei dem Querträger 6 anderseits von dem Ringkragen 25 auf.
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Der Endanschlagsbolzen 16 ist durch die zwischen der Aufbauchung 43
und Muttern 50 nebst Unterlagsscheibe 51 aufgenommene Scheibe 46 festgelegt.
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Die ganze Primärfederung 7, der Hohlraum 8 und ein von Deckel 49 und
Distanzring 48 umschlossener Kopfraum 52 ist luftdicht abgeschlossen, wobei sowohl
beim Einfedern wie auch beim Ausfedern die Federwirkung der Schraubenfedern 28 und
37 durch eine gezielte Steuerung des Luftdurchlasses zwischen Luftkammer 22 und
Hohlraum 8 im Bereich des Drosselventils 10 mittels einer Stellschraube 53, welche
einen in der Drossel vorgesehenen -- nicht dargestellten -- Luftöffnungsquerschnitt
verändert, gedämpft wird.
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Beim Einfedern wirkt nun zuerst die Schraubenfeder 28 dem Druck entgegen,
wobei sich der Abstand b zwischen Stützring 35 und Primärfeder-Zentrierung 14 verkleinert.
Schliesslich schlägt der Stützring 35 mit einer Stirnfläche 54 seines flanschartigen
Ansatzes 39 an einer Kopffläche 55 der Pri-
märfeder-Zentrierung
14 an und der Stützring 35 wird von dem Auflager 34 abgehoben. Jetzt setzt zusätzlich
die Federwirkung der Schraubenfeder 37 ein, gegen deren Druck sich der Abstand a
zwischen dem Stützring 35 und dem Druckring 36 verringert. Ein Endanschlag ist bei
einem Abstand a = 0 gegeben.
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Beim Ausfedern wird zunächst der maximale Abstand a hergestellt, der
dann gegeben ist, wenn der Stützring 35 wieder dem Auflager 34 mit seinem flanschartigen
Ansatz 39 aufliegt. Sodann hebt sich die Stirnfläche 54 des Stützringes 35 von der
Kopffläche 55 der Primärfeder-Zentrierung 14 ab, der Abstand b zwischen beiden vergrössert
sich. Bei dieser Bewegung durchfährt der Anschlagsbolzen 16 mit seinem Bolzenkopf
17 die Axialbohrung 15 bis der Bolzenkopf 17 auf den schulterartigen Absatz 19 in
der Axialbohrung 15 auftrifft. Jetzt wird über die Scheibe 46 der Druckring 36 gegen
die Federkraft der Schraubenfeder 37 nach unten geführt, der Abstand a zwischen
dem Stützring 35 und dem Druckring 36 verringert sich. Der Endanschlag beim Ausfedern
ist bei einem Abstand a = 0 gegeben.
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Beim Einfedern wie beim Ausfedern findet eine Luftströmung zwischen
der Luftkammer 22 und dem Hohlraum 8 über die Oeffnung 20, durch die Axialbohrung
15, die Bohrung 13 und das Drosselventil 10 statt. Solange die Stirnfläche 54 des
Stützringes 35 noch nicht der Kopffläche 55 der Primärfeder-Zentrierung 14 anliegt,
kann auch Luft zwischen der Luftkammer 22 direkt durch die Axialbohrung 15, die
Bohrung 13, das Drosselventil 10 in den Hohlraum 8 strömen.
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