EP0271690B1

EP0271690B1 - Abstützung des Kastens eines Schienenfahrzeuges auf einem Drehgestell

Info

Publication number: EP0271690B1
Application number: EP87116191A
Authority: EP
Inventors: Alberto Cortesi
Original assignee: Schweizerische Lokomotiv und Maschinenfabrik AG (SLM)
Current assignee: Schweizerische Lokomotiv und Maschinenfabrik AG (SLM)
Priority date: 1986-12-16
Filing date: 1987-11-04
Publication date: 1990-11-07
Anticipated expiration: 2007-11-04
Also published as: JP2781385B2; EP0271690A1; DE3766082D1; CH672100A5; JPS63162367A; ATE58099T1

Description

Die Erfindung betrifft eine Abstützung des Kastens eines Schienenfahrzeuges auf einem Drehgestell, mit mindestens zwei seitlich angeordneten, vertikale und horizontale Relativbewegungen aufnehmenden Stützeinheiten, welche je ein Federelement und mindestens einen Federteller sowie mindestens eine Zwischenlage aus einem gummielastischen Material enthalten, über die sich der Federteller gegen den benachbarten Fahrzeugteil - Kasten bzw. Drehgestell - in Fahrzeug-Längsrichtung neigbar abstützt, wobei die Stützeinheit in Fahrzeug-Längsrichtung eine kleinere horizontale Federkonstante aufweist als in Fahrzeug-Querrichtung.
Bei einer bekannten Abstützung der genannten Art sind die unterschiedlichen horizontalen Federkonstanten der die Federelemente enthaltenden Stützeinheiten durch an den Federtellern ausgebildete, in Querrichtung verlaufende Abstütznocken bestimmt, die beim Ausdrehen des Drehgestells jeweils eine elastische Neigung der Stützeinheit in Fahrzeug-Längsrichtung zulassen, eine Neigung in Querrichtung jedoch verhindern (DE-B 1 530 102). Die bekannte Abstützung erfordert eine relativ aufwendige Ausführung der jeweils beidseits des Abstütznockens anzubringenden elastischen Zwischenlagen, welche sich je über den halben Federteller erstrecken. Durch das jeweils dem Durchmesser des Federtellers entsprechende Aussenmass der beiden Zwischenlagen in Fahrzeug- Längsrichtung wird der grösstmögliche Neigungswinkel des Federtellers auf relativ kleine Werte begrenzt, die insbesondere beim Befahren enger Kurven zu starken Auslenkungen und entsprechend hohen Beanspruchungen des dabei S-förmig verformten Federelementes führen können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine insbesondere in dieser Hinsicht verbesserte Abstützung zu schaffen, welche, ohne Beeinträchtigung der Uebertragung der vertikalen und horizontalen Stützkräfte, in FahrzeugLängsrichtung grössere Neigungen des Federtellers als bisher ermöglicht und welche eine gezielte Beeinflussung des Verhältnisses der Längs- und Querrichtung wirksamen horizontalen Federkonstanten der Stützeinheit gestattet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Zwischenlage durch mindestens ein unter der vollen vertikalen Stützkraft des belasteten Federelementes durch Druckspannungen vorbelastetes schienenartiges, in der Draufsicht im wesentlichen rechteckförmiges Tragstück gebildet ist, welches mit quer zur Fahrzeug-Längsrichtung orientierten langen Seiten und im wesentlichen in Fahrzeug-Längsrichtung orientierten schmalen Seiten angeordnet ist.
Die erfindungsgemässe Ausbildung der Abstützung gestattet die Verwendung einfacher, handelsüblicher Stützelemente aus gummiartigem Material, welche in zahlreichen Abmessungsvarianten, z.B. in Platten- oder Stangenform, erhältlich sind und welche - auf das jeweils erforderliche Mass abgelängt - ohne wesentliche Nachbearbeitung als Tragstücke einsetzbar sind. Durch die erfindungsgemässen Tragstücke wird ein metallischer Kontakt zwischen den Drehgestellen und dem Kasten vermieden und damit eine Schalldämmung erzielt. Zugleich wird eine günstige Belastung der jeweils die volle vertikale Stützkraft des zugehörigen Federelementes übertragenden und damit unter Druckvorspannung stehenden Tragstücke erzielt. Beim Ausdrehen des Drehgestells neigen sich die Federteller, wobei in den Tragstücken Rückstellmomente als Folge von Normalspannungsänderungen auftreten. Aufgrund der überlagerten Druckvorspannung werden grössere, für gummielastische Werkstoffe unzulässige Zugspannungen vermieden. Die neigbaren Federteller entlasten zudem das Federelement wesentlich von unerwünschten grossen Querauslenkungen in Fahrzeug-Längsrichtung und den damit verbundenen Federbeanspruchungen. Das Verhältnis zwischen den in Längsrichtung und in Querrichtung wirksamen, unterschiedlichen horizontalen Federkonstanten jeder der Stützeinheiten ist durch das Verhältnis der entsprechenden Abmessungen des zugehörigen Tragstücks bestimmt. Durch entsprechende Wahl der Abmessungen, insbesondere der Breite des Tragstücks, lässt sich somit auf einfache Weise die Ausdrehsteifigkeit (Längssteifigkeit) der Abstützung innerhalb eines weiten Bereichs, ohne nennenswerte Beeinflussung der Quersteifigkeit und der vertikalen Steifigkeit, optimieren. So ist eine Drehgestell-Ausdrehsteifigkeit mit dem Wert "Null", welche derjenigen eines reibungsfreien Drehkranzes entspricht, ohne weiteres realisierbar. Bei Bedarf können auch negative Ausdrehsteifigkeiten erzielt werden.
Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Die Vorteile der erfindungsgemässen Ausführung sind insbesordere durch Tragstücke von in der Draufsicht relativ schmaler Rechteckform erzielbar. Entsprechend der Ausführungsform nach Anspruch 2 kann das vom Tragstück ausgeübte, den Neigungen des Federtellers in Fahrzeugquerrichtung entgegenwirkende Rückstellmoment mindestens viermal grösser sein als das entsprechende, den Neigungen des Federtellers in Fahrzeug- Längsrichtung entgegenwirkende Rückstellmoment.
Die Ausführungsform nach Anspruch 3 ist insbesondere für Abstützungen mit mehr als einer Stützeinheit pro Seite des Drehgestells von Vorteil, da sie eine bezüglich der Drehachse des Drehgestell radiale Einstellung der Tragstücke gestattet, und damit eine entsprechend günstige Beanspruchung der Tragstücke beim Ausdrehen des Drehgestells gewährleistet.
Die Ausführungsform nach Anspruch 4 gestattet die Verwendung eines Tragstücks, dessen Länge grösser sein kann als der durch die Abmessungen des Federelementes bestimmte Durchmesser des Federtellers.
Die Ausführungsform nach Anspruch 5 gestattet eine Erhöhung der zulässigen Druckbelastung des Tragstücks ohne nennenswerte Beeinflussung seiner Quer- und Neigungssteifigkeit.
Die Ausführungsform nach Anspruch 6 ermöglicht eine genaue Positionierung des Tragstücks und eine Sicherung des Federelementes gegen ein seitliches Abgleiten des Federtellers im Falle einer Beschädigung oder Zerstörung des Tragstücks.
Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Patentansprüchen. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein mit einer erfindungsgemässen Abstützung versehenes Schienenfahrzeug in einer Teilansicht;
Fig. 2 das Schienenfahrzeug im Horizontalschnitt 11-11 aus der Fig. 1;
Fig. 3 eine Einzelheit der Abstützung in einer Teilansicht gemäss Pfeil 111 in Fig. 2, in einer grösseren Darstellung;
Fig. 4 die Abstützung im Schnitt IV-IV aus der Fig. 3;
Fig. 5 die Abstützung nach Fig. 3 bei ausgedrehter Drehgestellage, in einer entsprechenden Teilansicht mit Teilschnitt;
Fig. 6 eine Einzelheit einer Abstützung in einer abgewandelten Ausführungsform, in einer der Fig. 3 entsprechenden Teilansicht.

Das Schienenfahrzeug nach den Fig. 1 und 2, z.B. eine Lokomotive, weist einen Kasten 1 und mindestens zwei Drehgestelle 2 auf, von denen nur eines dargestellt ist. Jedes Drehgestell 2 enthält einen Drehgestellrahmen 3 mit Längsträgern 4, auf denen der Kasten 1 über zwei Paar seitlich angeordnete Stützeinheiten 9 abgestützt ist, welche je ein aus einer Schraubenfeder gebildetes Federelement 5 enthalten. Der Drehgestellrahmen 3 ist über bekannte Primärfedern 6 auf den Achsen zweier Radsätze 7 abgestützt. Die Radsätze 7 sind in bekannter Weise mit nicht dargestellten, am Drehgestellrahmen 3 befestigten Antriebsmotoren gekuppelt. Der Drehgestellrahmen 3 ist über eine nicht dargestellte Einrichtung zur Uebertragung der Zug- und Bremskräfte, z.B. eine, etwa aus der CH-PS 638 731 bekannte Tiefzugvorrichtung, mit dem Kasten 1 um eine vertikale Drehachse (Hochachse) Z drehbar verbunden.
Die Stützeinheiten 8 enthalten ferner je zwei an den Enden der Federteller 5 angeordnete Federteller 8 und zwei schienenartige Tragstücke 10 aus Gummi oder einem entsprechenden gummiartigen Material, die je zwischen einem der Federteller 8 und dem benachbarten Fahrzeugteil - dem Kasten 1 bzw. dem Drehstell 2 - angeordnet sind. Die schienenartigen Tragstücke 10 sind je in Form einer im wesentlichen horizontal angeordneten, im wesentlichen rechteckigen Platte ausgeführt, welche - in der Draufsicht gesehen - eine über die langen Seiten gemessene Länge L aufweist, die mindestens das 2-fache der über die schmalen Seiten gemessenen Breite B beträgt. Entsprechend einer ausgeführten Abstützung der beschriebenen Art können die Tragstücke 10 z. B. je eine Länge L = 350 mm, eine Breite B = 120 mm und eine Höhe H = 35 mm aufweisen.
Die Tragstücke 10 sind mit quer zur Fahrzeug- Längsrichtung x orientierten langen Seiten und entsprechend im wesentlichen in Längsrichtung x orientierten schmalen Seiten angeordnet. Wie insbesondere aus der Fig. 2 hervorgeht, können die Tragstücke 10 so eingestellt sein, dass ihre im wesentlichen parallel zu ihren langen Seiten verlaufenden, verlängert gedachten horizontalen Längsachsen 11 je die vertikale Drehachse Z des Drehgestells 2 schneiden.
Entsprechend der Darstellung nach den Fig. 3 und 4 können die Tragstücke 10 je mit zwei an ihrer oberen und ihrer unteren Stützfläche angebrachten, z.B. anvulkanisierten oder angeklebten, vorzugsweise metallischen äusseren Versteifungsplatten 12 und 12a versehen sein. Wie aus der Fig. 4 hervorgeht, können die Tragstücke 10, die Versteifungsplatten 12, 12a und die Federteller 8 je mit mindestens einer sie vertikal durchsetzenden Bohrung 13 verseher sein, die zur Aufnahme eines auf dem benachbarten Fahrzeugteil, dem Kasten 1 bzw. dem Drehgestell 2, befestigten Domes 14 geeignet ist. Die Durchmesser der Bohrungen 13 im Federteller 8, in der daran anschliessenden Versteifungsplatte 12 und im Tragstück 10 sind um ein relativ grosses Spiel, das die betriebsmässigen Verformungen des Tragstücks 10 zulässt, grösser als der Durchmesser des Domes 14, während die am Fahrzeugteil anliegende Platte 12a nach dieser Darstellung einen zur Zentrierung des Tragstücks 10 geeigneten, nur geringfügig grösseren Durchmesser als der Dorn 14 aufweisen kann.
Nach einer abgewandelten, nicht dargestellten Ausführungsform kann ein entsprechender Dorn 14 auch jeweils am Federteller 8 angebracht sein und durch die Bohrungen 13 des Tragstücks 10 und der Versteifungsplatten 12, 12a hindurch in eine am benachbarten Fahrzeugteil, am Kasten 1 bzw. am Drehgestell 2, vorgesehene Bohrung ragen.
Entsprechend der Ausführungsform nach Fig. 6 können die Federelemente 5 der Stützeinheiten 9 auch je mit einem einzigen Tragstück 10 versehen sein und mit dem anderen Ende über den Federteller 8 am betreffenden Fahrzeugteil, beim dargestellten Beispiel am Kasten 1, direkt abgestützt sein. Wie aus der Fig. 6 weiter hervorgeht, können die Tragstücke 10 auch je mit einer ihre Höhe H unterteilenden, zwischen zwei Teilstücke 10a und 10b, z.B. einvulkanisierten oder eingeklebten, inneren Versteifungsplatte 15 versehen sein. Es können auch mehrere entsprechende Versteifungsplatten 15 vorgesehen sein.
Die schienenartigen Tragstücke 10 sind je um ein durch ihre relativ geringe Breite B bestimmtes, relativ grosses Mass im wesentlichen um die Längsachse 11 sowie um ein dem Verhältnis zwischen der Länge L und der Breite B entsprechend wesentlich geringeres Mass um eine im wesentlichen parallel zur Breitenerstreckung B verlaufende Querachse 17 verformbar. Die durch die vertikalen Stützkräfte der belasteten Federelemente 5 vorgespannten schienenartigen Tragstücke 10 gestatten daher je relativ starke Neigungen des Federtellers 8 gegenüber dem benachbarten Fahrzeugteil - Kasten 1 bzw. Drehgestell 2 - in Fahrzeug-Längsrichtung x und entsprechend geringere Neigungen des Federtellers 8 in Fahrzeug-Querrichtung y sowie geringe Verschränkungen der Versteifungsplatten 12, 12a um die Achse A des Federelementes 5. Beim Durchfahren von Kurven werden durch die Ausdrehbewegungen des Drehgestells 2 gegenüber dem Kasten 1 die Stützeinheiten 9 je sowohl in Längsrichtung x als auch in Querrichtung y ausgelenkt, wobei das Verhältnis der in Längsrichtung x wirksamen horizontalen Steifigkeit C_x und der in Querrichtung y wirksamen Steifigkeit Cy jeder Stützeinheit 9 durch das Verhältnis zwischen der Breite B und der Länge L des zugehörigen Tragstücks 10 beeinflussbar ist.
Wie in der Fig. 5 angedeutet, kann durch die erfindungsgemäss ausgebildete Abstützung eine relativ grosse gegenseitige Verschiebung V des Kastens 1 und des Drehgestells 2 in Drehgestell-Längsrichtung x durch eine relativ starke Neigung des Federelementes 5 und eine entsprechend geringe gegenseitige Verschiebung U der Enden des Federelementes 5 aufgenommen werden. In der Fig. 5 sind die Verhältnisse in der entsprechend geneigten Betriebsstellung der zusammenwirkenden Teile angedeutet, in welcher die unter Normalbelastung - z.B. gemäss Fig. 3 - gerade verlaufende zentrale Achse A des Federelementes 5 in einer leicht S-förmig gebogenen Linie A' verläuft.
Durch die bezüglich der Drehachse Z "radiale" Einstellung der Tragstücke 10 wird eine entsprechend günstige Beanspruchung der Tragstücke 10 erzielt. Die mit den äusseren Versteifungsplatten 12, 12a verbundenen Tragstücke 10 können, wie aus den Fig. 2 und 4 hervorgeht, je mit einer Länge L ausgeführt sein, die grösser ist als der Durchmesser des zugehörigen Federtellers 8, so dass die für das vorbestimmte Verhältnis der horizontalen Steifigkeiten C_x/Cy massgebende Bemessung der Tragstücke 10 weitgehend unabhängig von den Abmessungen der Federteller 8 vorgenommen werden kann.
Tragstücke 10 mit einer oder mehreren inneren Versteifungsplatten 15 sind vor allem bei Ausführungen mit relativ grosser Höhe H vorteilhaft, weil damit ein seitliches Herausquetschen des elastischen Materials der Tragstücke 10 verhindert und somit die Druckbelastbarkeit der Tragstücke 10 erhöht wird. Relativ grosse Höhen H werden vorzugsweise vorgesehen, wenn grosse Neigungswinkel der Federteller 8 in Fahrzeug-Längsrichtung x angestrebt werden.
Nach einer abgewandelten, nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung können die Tragstücke 10 auch je mit lediglich einer äusseren Versteifungsplatte 12 bzw. 12a versehen sein und mit der unversteiften Seite direkt am Federteller 8 oder am benachbarten Fahrzeugteil - Kasten 1 bzw. Drehgestell 2 - anliegend angeordnet sein. Auch Ausführungen ohne äussere Versteifungsplatten sind denkbar. Die in den Tragstücken 10 ausgebildeten Bohrungen 13 können auch als Sackbohrungen ausgeführt und je zur Aufnahme eines lediglich über einen Teil der Höhe H des Tragstücks 10 sich erstreckenden Sicherungsteils vorgesehen sein.
Es versteht sich, dass bei Ausführungen mit lediglich zwei, z. B. im Bereich der Quermittelebene jedes Drehgestell angeordneten Stützeinheiten 9 die Tragstücke 10 mit parallel zur Fahrzeug-Querrichtung y verlaufenden langen Seiten eingestellt sind. Ebenso ist eine Ausführung mit entsprechend der Darstellung nach den Fig. 1 und 2 angeordneten Stützeinheiten 9 denkbar, deren Tragstücke 10 mit parallel zur Querrichtung y verlaufenden langen Seiten angeordnet sind. Die erfindungsgemäss ausgebildete Abstützung ist auch für Laufdrehgestelle ohne Antriebseinrichtung geeignet.

Claims

1. Abstützung des Kastens (1) eines Schienenfahrzeuges auf einem Drehgestell (2), mit mindestens zwei seitlich angeordneten, vertikale und horizontale Relativbewegungen aufnehmenden Stützeinheiten (9), welche je ein Federelement (5) und mindestens einen Federteller (8) sowie mindestens eine Zwischenlage aus einem gummielastischen Material enthalten, über die sich der Federteller (8) gegen den benachbarten Fahrzeugteil - Kasten (1) bzw. Drehgestell (2) - in Fahrzeug-Längsrichtung (x) neigbar abstützt, wobei die Stützeinheit (9) in Fahrzeug-Längsrichtung (x) eine kleinere horizontale Federkonstante aufweist als in Fahrzeug-Querrichtung (y), dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlage durch mindestens ein unter der vollen vertikalen Stützkraft des belasteten Federelementes (5) durch Druckspannungen vorbelastetes schienenartiges, in der Draufsicht im wesentlichen rechteckförmiges Tragstück (10) gebildet ist, welches mit quer zur Fahrzeug-Längsrichtung (x) orientierten langen Seiten und im wesentlichen in Fahrzeug-Längsrichtung (x) orientierten schmalen Seiten angeordnet ist.

2. Abstützung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen (L) der langen Seiten des Tragstücks (10) je mindestens das 2-fache der Abmessung (B) einer der schmalen Seiten des Tragstücks (10) betragen.

3. Abstützung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragstück (10) mit gegen die vertikale Drehachse (Z) des Drehgestells (2) gerichteter, im wesentlichen parallel zu den langen Seiten des Tragstücks (10) verlaufender Längsachse (11) angeordnet ist.

4. Abstützung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragstück (10) an mindestens einer seiner oberen und unteren Stützflächen mit einer äusseren Versteifungsplatte (12, 12a) verbunden ist.

5. Abstützung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragstück (10) aus mindestens zwei übereinander angeordneten Teilstücken (10a, 10b) gebildet ist, die mit einer zwischen ihnen angeordneten, ebenen inneren Versteifungsplatte (15) verbunden sind.

6. Abstützung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragstück (10) mit mindestens einer zumindest über einen Teil seiner Höhe (H) sich erstreckenden Ausnehmung (Bohrung 13) versehen ist, die zur Aufnahme zumindest eines Abschnitts eines vom benachbarten Fahrzeugteil - Kasten (1) bzw. Drehgestell (2) - oder vom Federteller (8) abstehenden Sicherungsteils (Dom 14) geeignet ist, wobei die Abmessungen der Ausnehmung (Bohrung 13) um ein alle betriebsmässigen Verformungen des Tragstücks (10) zulassendes Spiel grösser sind als die entsprechenden Abmessungen des Sicherungsteils (Dorn 14).