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Grubenwagen Die Erfindung betrifft einen Grubenwagen mit einem auf
einem Fahrgestell gelagerten Wagenkasten, der eine nach außen geneigte Seitenwand
aufweist und nach einer Seite nacheinander um mindestens zwei zueinander parallele
Kippachsen kippbar isst, von denen die eine, den Wagenkasten im letzten Teil des
Kippvorgangs abstützende, durch am Wagenkasten befestigte Kippgelenke verläuft.
Diese Merkmale waren bei Muldenkippern bekannt.
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Der Erfinder hat sich die Aufgabe gestellt, Grubenwagen, und zwar
Einseitankippwagen der sogenannten »Luxemburger Bauart.«, bei deren Verwendung der
Wagenkasten mit Hilfe einer rampenartigen Vorrichtung neben dem Gleiskörper während
der Fahrt nach der Seite gekippt wird und dann mit einer Seitenwand auf einer Rutsche
gleitet, hinsichtlich der Unterbringung des Kippgelenks der Höhe nach und hinsichtlich
der Übertragung von Bewegungen des Wagenkastens auf den Fahrgestellrahmen und damit
hinsichtlich der Sicherheit gegen Ausheben aus den Schienen zu verbessern.
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Die Erfindung besteht darin, daß der eine Teil der Kippgelenke am
Übergang des sich vor Beginn des Kippvorgangs auf dem Fahrgestell abstützenden,
flachen Bodens zur geneigten Seitenwand des Wagenkastens befestigt ist und der andere
Teil ein Gleitstück ist, das in einer an einer Seite des Fahrgestells angebrachten
Führung entlang einer senkrechten,
durch den Schienenkopf verlaufenden
Linie verschiebbar ist, während mindestens eine den Wagenkasten im ersten. Teil
des Kippvorgangs abstützende Kippachse durch die Kante einer an einer am Fahrgestell
befestigten, mit einer waagerechten Fläche des Boden des Wagenkastens, vor Beginn
desKippvorgangs abstützendenPlatte vorgesehenen schrägen Fläche, die zur Seite des
Wagenkastens hin abfällt, verläuft.
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Bei dem erfindungsgemäßen Grubenwagen sind die Kippachsen in der aufgerichteten
Stellung des Wagenkastens unbelastet. Der Wagenkasten stützt sich in dieser Stellung
mit seinem flachen Boden breit auf dem Fahrgestell ab und ist sowohl in dieser Stellung
als auch in jeder der möglichen Kippstellungen gegen seitliches Verschieben durch
die Kippgelenke gesichert. Die Kippachsen liegen außerdem trotz des geringen, zwischen
dem Wagenkasten und dem Fahrgestell gebrauchten Raumes in der aufgerichteten Stellung,
in der der Wagenkasten beladen wird, geschützt unter denn Boden. Dadurch, daß die
Kippachsen sehr tief liegen, kann auch bei gesteigertem Fassungsvermögen der Schwerpunkt
des Grubenwagens sehr tief gelegt werden.; bezogen auf gleiches Fassungsvermögen
bekannter Bauarten, läßt sich die Bauhöhe geringer machen, was für die Verwendung
solcher Wagen unter Tage von Vorteil ist. Das die größere Standfestigkeit gegenüber
vergleichbaren Wagen anderer Bauart ohne Steigerung des Eigengewichts des Fahrgestelles
und des Wagenkastens erzielt wird, ist für Wagen großen Fassungsvermögens deshalb
besonders wichtig, weil mit steigendem Fassungsvermögen der Anteil des Eigengewichts
am Gesamtgewicht des beladenen Wagens immer kleiner wird und weil andererseits die
Massenkräfte mit denn Lademassen und mit der Steigerung der Geschwindigkeit des
Entladens zunehmen. Dabei werden die erwähnten Vorteile mit verhältnismäßig einfach
arbeitenden, einfach und billig herzustellenden Mitteln erzielt. Die Wirkungen plötzlich
auftretender Stoßkräfte werden unschädlich gemacht. Das Entstehen von den Kastenboden
biegenden Momenten wird vermieden. Der Massenschwerpunkt des beladenen Wagens hat
einen kleinen Abstand von der bei Beginn des Kippens wirksamen Kippachse, so daß
auch aus diesem Grund die zum Einleiten des Kippens notwendigen Kräfte klein werden.
Allen diesen Vorteilen kommt besondere Bedeutung zu, wenn der Wagenkasten in an
sich bekannter Weise während der Fahrt des Wagens gekippt und entleert und wieder
in die Ausgangsstellung zurückgebracht wird.
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Die Zeichnung erläutert Ausführungsbeispiele der Erfindung.
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Fig. i zeigt teils in Ansicht, teils im Querschnitt die beim Kippen
wirksamen Bauteile eines erfindungsgemäß ausgebildeten Grubenwagens, von der Stirnseite
des Wagens her gesehen; Fig. 2 ist eine Vorderansicht der in Fig. i gezeigten Elemente,
in Richtung auf die geneigte Seitenwand des Wagens gesehen; Fig. 3 ist ein Schnitt
nach Linie IV-IV in Fig. 2; Fig. 4 ist eine der Fig. i ähnliche, jedoch stärker
schematisierte und die Vorgänge beim Beginn des Kippens erläuternde Darstellung;
Fig.5 entspricht dem Schema nach Fig.4 bei vollständig gekipptem Wagenkasten; Fig.
6 zeigt im Schnitt die Stellung der beim Kippen wirksamen Elemente zu Beginn einer
Kippphase.
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Der Wagen weist einen Fahrgestellrahmen a auf, in welchem die Räder
o gelagert sind, die auf den Schienen r laufen. Auf dem Fahrgestellrahmen liegt
ein Wagenkasten W auf, der einen. flachen Boden f hat, während seine, in Fig. 4
rechte Seitenwand d senkrecht und die ihr gegenüberliegende, in Fig. i und 4 linke
Seitenwand la von unten nach oben und außen geneigt verläuft. Bezogen auf Fig. i
und 4, ruht der Wagenkasten W rechts auf einer nicht gezeichneten Stütze und links
auf einer Platte w. Nahe der linken unteren Wagenkastenkante ist die geneigte Seitenwand
h mit Kippgelenken verbunden, welche Gelenkbolzen i enthalten. Diese gehen, durch
am unteren Teil der geneigten Seitenwand h angebrachte Scharnierköpfes und durch
unten näher beschriebene Gleitstücke t hindurch, die in Führungen H auf und ab beweglich
geführt sind, welche ihrerseits an dem, in Fig. i linken Längsträger a2 des Fahrgestellrahmens
ca fest angebracht sind. Die Scharnierköpfe s stellen also die mit dem Wagenkasten
verbundenen Teile der Kippgelenke dar. Der Abstand zwischen zwei zu einem Gelenk
gehörenden Scharnierköpfen s ist größer als die Breite der am Fahrgestell befestigten
Führung H für das Gleitstück t dieses Gelenks (Fig. 6).
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Die Achse des Gelenkbolzens i liegt in einer durch die Spurlinie ff
angedeuteten, senkrecht zur Zeichenebene und senkrecht zu der durch die Schienen
r bestimmten Fahrebene stehenden Ebene, welche durch die parallel zur Fahrebene
verlaufende Linie hindurchgeht, in der das, in Fig. i linke Rad o den. Kopf der
Schiene r berührt. Die geneigte Seitenwand h geht über eine sich im Querschnitt
als Kreisbogen abbildende Zylinderfläche in den flachen Kastenboden f über. Die
Zylinderachse geht durch O, der Krümmungshalbmesser ist R.
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Die Zylinderfläche setzt am Kastenboden f längs einer Linie an, deren
Durchstoßpunkt in der Zeichenebene in Fig. i mit T bezeichnet ist. T liegt in Fig.
i links von der durch die Spurlinie E angedeuteten; senkrechten Mittelebene des
linken Längsträgers a2 des Fahrgestellrahmens a. Dadurch, daß der Boden f mit der
beschriebenen gekrümmten Fläche in die geneigte Seitenwand h übergeht, ist Raum
für eine solche Anordnung des Kippgelenkes gewonnen, bei der der Wagenkasten W dicht
über dem Fahrgestellrahmen a und der Gelenkbolzen i nahe der Ebene des Kastenbadens
fliegt.
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Die Führungen H führen die Gleitstücke t, die z. B.
den in Fig. 3 ersichtlichen Querschnitt haben und von oben in die Führungen H hineingesteckt
sind, parallel zur Ebene der Spurlinie ff. Die Seitenwände der Führungen H sind
stufenförmig
abgesetzt. Im vorderen Teil bilden sie Auflageflächen
k, im hinteren, nach oben ragenden Teil Riegel p. An den inneren Stirnflächen der
Scharnierköpfe s sind Nocken n angebracht, die einen Winkelbereich von etwa 5o°
überdecken und in die Zwischenräume zwischen dem oberen Ende des Gleitstücks t und
den Stirnflächen der Scharnierköpfe s hineinragen. Die Nocken n weisen an ihrer
dein Gelenkbolzen i zugewendeten Seite Ausrundungen auf, die auf die zwischen dein
Gleitstück t und den Stirnflächen der Scharnierköpfe s befindlichen Abschnitte des
Gelenkbolzens i passen und mit denen sie sich beim Kippen des Wagenkastens W um
eine unten näher beschriebene außenliegende Kippachse Z1 (Fig. 5) auf den Gelenkbolzen
i auflegen, wenn Lage und Belastung der Teile das Spiel zwischen den Scharnierköpfen
und den Nocken einerseits und dem Gelenkbolzen i andererseits zum Verschwinden bringe.
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Mit 4 ,ist in Fig. i der Hub bezeichnet, den i in der Ebene der Spurlinie
fl zurücklegen kann.
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Der Winkel, um den die geneigte Seitenwand h gegenüber der Ebene der
Spurlinie fl und der Wand d, wenn der Wagen bei nicht gekipptem Kasten auf einer
waagerechten Ebene steht, also gegenüber der Senkrechten geneigt ist, ist in Fig.
i mit ß bezeichnet. Zweckmäßig wird dieser Winkel gleich dein Böschungswinkel des
aus den Wagen auszukippenden Massengutes gewählt.
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Am Kastenboden f ist eine Verstärkungsplatte u
befestigt,
mit der der Kastenboden bei nicht gekipptem Kasten auf einer auf dem Längsträger
a2 befestigten Stützplatte w flach in einer senkrecht zu der Ebene der Spurlinie
fl gerichteten Auflageebene aufliegt. Diese Auflageebene schneidet die durch die
Spurlinie E bezeichnete Mittelebene des Längsträgers a2 in einer den Wagenkasten
im ersten Teil des Kippvorgangs abstützenden Kippachse Z.
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Von der Kippachse Z aus erstrecken sich die Stützplatten
u und w in Fig. i und 4 nach links, so daß sie schiefe Ebenen bilden,
die miteinander den Winkel a (Fig. 4) einschließen. Um die eine Stützkante bildende
Kippachse Z bewegt sich der Wagenkasten W, wenn er aus der in Fig. i und 4 gezeichneten
Stellung nach links entgegen dem Uhrzeigerdrehsinn gekippt zu werden beginnt. Wenn
die von den Stützplatten u, w gebildeten schiefen Ebenen aufeinanderzuliegen
kommen, legt der Bolzen, i dabei den Hub 5 (Fig. 4) zurück und gelangt aus der in
Fig.4 ausgezogen gezeichneten in die dort gestrichelt gezeichnete Lage, in der er
mit i bezeichnet ist.
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Die obere Kante Z1, mit der die Stützplatte w mit der von ihr gebildeten
schiefen Ebene in Fig. 4 und 5 links endet, bildet beim weiteren Kippen des Wagenkastens
wieder eine Stützkante für diesen, also eine weitere Kippachse. Diese liegt etwa
in der Mitte zwischen fl und E.
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Der Hub, den der Gelenkzapfen i bei Bewegung des Wagenkastens um Z1
noch zurücklegt, bis er auf de Auflageflächen k der Führung H aufruht,
ist in Fig. 5 mit 6 bezeichnet. Er entspricht einem Winkel a'. Der Gesamthub 4 von
i (Fig. i) setzt sich aus den Hüben 5 (Fig. 4) und 6 (Fig. 5) zusamMen.
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Die Wirkungsweise ist folgende. Das Kippen der Wagen erfolgt während
der Fahrt. Mehrere Wagen sind zu einem Zuge zusammengehängt, der in der übliche
Weise von einer Lokomotive oder in anderer Weise mit einer Geschwindigkeit von etwa
.2o km/h vorwärts bewegt wird. An der Stelle, wo der Wageninhalt ausgekippt werden
soll, sind neben dein Gleiskörper rampenartige Vorrichtungen angeordnet, die auf
die Wagenwand d einwirken und den Wagekaste mit der geneigte. Seitenwand h voran
umkippen, bis diese auf einer ebenfalls neben dem Gleiskörper befindlichen Rutsche
e (Fig. 5) aufliegt. Auch wenn sich die Wand h in dieser Stellung befindet, fährt
der Zug weiter. Die Wand h schleift dabei über die Rutsche e, so daß
von dort her, wenn die Rutsche nicht ganz glatt und eben ist, Stöße auf den. Wagenkasten
ausgeübt werden. Ist ein Wagen an der Entladestelle vorbeigegangen, so wird der
Wagenkasten durch andere neben dem Gleis angeordnete Vorrichtungen, die ihn an seiner
tiefliegenden Seite erfassen, wieder aufgerichtet.
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Da sich die erfindungsgemäßen Wagen ohne weiteres für ein Fassungsvermögen,
von io t bauen lassen, lassen sich auf diese Weise z. B. alle 5 Sekunden io t Massengut,
wie Erz oder Kohle, entleeren.
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Die Kippbewegung des Wagenkastens gegenüber dem Fahrgestell vollzieht
sich in drei Phasen. Die erste Phase ist diejenige, während der sich der Wagenkasten
aus der Stellung nach Fig. i um die Kippachse Z bewegt, bis die auf den Stützplatten
u und w gebildeten schiefen. Ebenen aufeinanderzuliegen kommen. Dieser ersten Phase
entspricht der Winkel a und der Hub 5 des Gelenkbolzens i in Fig.4.
Dann schließt sich eine Phase an, bei der sich der Wagenkasten um die weitere Kippachse
Z1 weiterbewegt, bis der Gelenkbolzen i auf den Stützflächen k der Führung
H aufliegt. Diese zweite Phase entspricht dem Winkel ä und dem Hub 6 des
Bolzens i in Fig. 5. Bei auf den Stützflächen k
aufliegendem Bolzen
i vollzieht sich dann die dritte Kippphase, in der sich der Wagenkasten W mit seinen
Scharnierköpfen s um den Zapfen i weiterdreht, bis er etwa in die in Fig.5 gezeichnete
Stellung gelangt, in der die Wand h auf der Rutsche e aufliegt. Bei dem gezeichneten
Beispiel ist dann der Wagenkasten W um den Bolzen i um 9o° gekippt, wobei aber der
Bolzen i aus seiner in Fig. i gezeichneten obersten. Lage in seine in Fig. 5 gezeichnete
unterste Lage gewandert ist, in der er auf den Stützflächen k der Führung
H aufliegt und die er schon erreicht, wenn die Kippung den Betrag a -f- ä
ausmacht. Durch die stärkere Schematisierung der Fig.5 gegenüber der Fig.4 ergibt
sich insofern eine Abweichung, als in Fig. 5 die die Anfangslagen des ebenen Wagenbodens
f bezeichnenden Linien gerade verlaufen, während die untere Fläche der Stützplatte
u (Fig. 4) von der ersten Kippachse Z an nach oben zurückweicht, und zwar
um
den Winkel Würde sie nicht zurückweichen, sondern der ebene
Wagenboden um die erste Kippachse Z wandern, wie in Fig. 5 dargestellt, so würde
bis zum Aufliegen des Bodens auf der von der Stützplatte w gebildeten schiefen Ebene
nicht der Winkel a zurückgelegt werden, wie in Fig. 4 gezeichnet, sondern nur der
Winkel 2, wie in Fig. 5 gezeichnet. Der Hub 5 wäre also entsprechend kleiner.
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Wegen der Führung der Gleitstücke t in den Führungen H setzt sich
die Kippbewegung um die Kippachsen Z und Z1 aus einer Drehung und einer Verschiebung
zusammen. Die Verschiebung, die dem Hubteil 5 entspricht, ist so groß wie der Stich
des zum Winkel a gehörenden Kreisbogens, den der Durchstoßpunkt der Achse des Gelenkbolzens
i beschreiben würde, wenn dieser sich mit dem seiner Ausgangslage entsprechenden
Radius, welcher wenig größer als S ist, um Z bewegeng könnte. Entsprechend liegen,
die Verhältnisse für den Hubteil 6, wo der Stich des zu dem Winkel ä gehörenden
Kreisbogens in Betracht kommt, um den sich i um Z1 mit entsprechend kleinerem Radius
weiterdrehen würde, beides vermindert um den Betrag; der von dem Spiel des Gleitstücks
t in der Führung H aufgenommen werden kann. Dieses Spiel ist nicht besonders bemessen,
sondern entspricht den im Wagenkastenbau üblichen Toleranzen. Nach dem Zurückkippen
des Wagenkastens kann dessen Auflage auf den Stützplatten w quer zum Fahrgestell
kleine Unterschiede aufweisen, die dem Führungsspiel der Gleitstücke t in den Führungen
H entsprechen. Diese Lageunterschiede haben keine praktische Bedeutung.
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Da im ersten Augenblick des Umkippens keine Drehung um die Kippachse
Z stattfindet, braucht die das Kippen einleitende Kraft noch keine Verschiebungsreibung
zu überwinden. Ist aber die Bewegung erst einmal eingeleitet, so ist die Wucht der
in Bewegung befindlichen schweren Massen so groß, daß die für die Überwindung der
Verschiebungsreibung notwendige zusätzliche Kraft zur Verfügung steht; diese Kraft
ist klein, weil die Verschiebebewegung nicht am ruhenden, sondern an dem sich bereits
drehenden Kasten erzeugt wird.
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Der Wagenkasten W ruht lose auf dem Fahrgestellrahmen, ohne gegen
Bewegung nach oben gehalten zu sein. Wenn eine Kraft den Wagenkasten anhebt, ziehen
sich nur die Gleitstücke t aus ihren Führungen H heraus, solange die den Wagenkasten
anhebende Kraft anhält. Dies wirkt sich sowohl dann aus, wenn der Wagenkasten in
Fahrstellung ist, als auch wenn er in gekippter Stellung ist. Gelangt z. B. das
eine Ende des Fahrgestellrahmens beim Überfahren eines Schienenstoßes auf eine etwas
tiefer gelegene Schiene, so kann der Wagenkasten, unter dem Einfluß der Massenträgheit
zunächst seine Lage beibehalten, wobei er sich von dem tiefergehenden Ende des Fahrgestells
ein wenig abhebt und die Gleitstücke t an diesem Wagenende sich aus ihren Führungen
H etwas nach oben hinausziehen. Unmittelbar danach senkt sich der Wagenkasten wieder
auf das Fahrgestell ab. Diese Bewegungsmöglichkeit wirkt der Gefahr des Entgleisens
entgegen.
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Während des Kippvorgangs und beim Entlang= schleifen der geneigten
Seitenwand 1a des gekippten Kastens auf der Rutsche e wirkt die erfindungsgemäße
Ausbildung der Kippelemente dahin, daß diejenigen Kräfte, die geneigt zur Horizontalen
und Vertikalen durch die Gelenkbolzen i hindurchgehen, wegen der freien Beweglichkeit
der Gleitstücke t in den Führungen H in senkrecht nach oben und in
quer zu den Führungen gerichtete Komponenten aufgespalten werden. Die senkrecht
nach oben gerichteten Komponenten bewirken ein unschädliches vorübergehendes Anheben
der Gelenkbolzen i und der Gleitstücke t. Die quergerichteten Komponenten
bleiben klein. Wegen der tiefliegenden Anordnung der Kippelemente üben sie auf das
Fahrgestell nur kleine, ungefährlich bleibende Kippmomente aus. Soweit sie als reine
Querkräfte in die Räder geleitet werden, übertragen. die Spurkränze der Räder sie,
an den Schienenköpfen anliegend, in unschädlicher Weise auf diese.
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Bei der Aufspaltung der über die Gelenkbolzen i und die Gleitstücke
t in die Führungen H übertragenen Kräfte wird, weil auch wegen der
vorhandenen Spiele immer eine Bewegung des Wagenkastens gegenüber dem Fahrgestell
möglich bleibt, zunächst auch ein kleiner Zeitteil verbraucht, nach dessen Verlauf
eine plötzlich und stoßartig auftretende große Kraft bereits wieder abgeklungen
oder von einer andersgerichteten abgelöst ist, so daß sie sich nicht in der Weise
auswirken kann, wie wenn sie an einem in sich starren Körper angriffe, in den auch
das Fahrgestell einbezogen wäre. .
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Ein unzulässiges Kippen des Wagenkastens W aus der Fahrstellung um
die nicht gezeichnete, in Fig. r und 4 rechte Stütze entsteht auch bei heftigen
Stößen nicht, weil infolge der Führung der Gleitstücke t in den Führungen
H nach überwindung der Spiele bei Einleitung eines Kippens des Wagenkastens
in Fig. z und 4 im Uhrzeigersinn der Wagenkasten nach links verschoben zu werden
beginnt, so daß die damit verbundene Einleitung einer entsprechenden. Schwerpunktsverlagerung
und die Energieverzehrung durch Verschiebereibung einem solchen Kippen, etwa mit
dem Radius S+L in Fig. 4 entgegenwirken. Dies tritt in erwünschter Weise auch dann
ein, wenn der geleerte Wagenkasten in die Fahrstellung zurückgekippt wird, so daß
dann die dem leeren Kasten innewohnenden dynamischen Massenkräfte das Fahrgestell
nicht kippend anheben können, sondern höchstens bewirken, daß die Gleitstücke t
vorübergehend um einen geringen Betrag aus den Führungen .H nach oben herausgezogen
werden. Es kann daher mit hohen Geschwindigkeiten gearbeitet werden, ohne daß die
den bewegten Massen innewohnenden Kräfte die Standsicherheit des Wagens und seine
Führung auf den Schienen schädlich beeinflussen könnten.
Dadurch,
daß von den Führungen H gebildete Riegel p bei der Fahrstellung des Wagenkastens
zwischen die an diesem befestigten Scharnierköpfe s ragen, werden Stoßkräfte, die
während des Fahrens in Fahrtrichtung auf den Wagenkasten einwirken oder vom Fahrgestell
in den Wagenkasten eingeleitet werden, übertragen, ohne über die Gleitstücke t geleitet
zu werden, so daß diese nicht verbogen werden. Auch bei gekipptem Wagenkasten geschieht
die Übertragung solcher Längskräfte zwischen Fahrgestell und Wagenkasten unmittelbar,
ohne daß diese Kräfte über die Gleitstücke geleitet würden, weil die Innenflächen
der am Wagenkasten angebrachten Scharnierköpfe s bei gekipptem Wagenkasten die Außenflächen
der Seitenwände der Führungen H umfassen (Fig. 6).
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Die erfindungsgemäße Ausführung der an der Lagerung und Führung des
Wagenkastens beim Kippen beteiligten Elemente ist auch dann vorteilhaft, wenn an
Stelle eines Wagenkastens mit geneigter Seitenwand ein Wagenkasten mit aufklappbarer
Seitenwand verwendet wird. Auch hierbei kann die Seitenwand mit einer Zylinderfläche
in den flachen Kastenboden übergehen.