EP0687231A1

EP0687231A1 - Abstützfedersystem für schienenfahrzeuge

Info

Publication number: EP0687231A1
Application number: EP95903745A
Authority: EP
Inventors: Richard Schneider
Original assignee: Schweizerische Industrie Gesellschaft
Current assignee: Schweizerische Industrie Gesellschaft
Priority date: 1994-01-11
Filing date: 1995-01-04
Publication date: 1995-12-20
Also published as: CZ256395A3; NO953524L; HUT76195A; NO953524D0; PL310545A1; ZA95129B; AU1270995A; SI9520001A; BG100011A; WO1995018734A1; FI954200A0; HU9502644D0; CH688888A5; FI954200A

Abstract

Das Federsystem für Schienenfahrzeuge besteht aus einer Gasfeder (2), welche sich ihrerseits vorzugsweise auf einer Gummischichtfeder (1) abstützt, an deren Oberseite eine Kalottenfeder (3) angeordnet ist, an welcher die Last angreift.

Description

Abstutzfedersystem fύr Schienenfahrzeuge

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abstutzfedersystem für Schienenfahrzeuge, mit einer zur Aufnahme vertikaler Kräfte bestimmten Gasfeder.

Es ist bekannt, als vertikale Federung von Schienenfahrzeugen Gasfedern, insb sondere Luftfedern einzusetzen. Um die Querwege des Federsyεtems zu erhöhen und um die Quersteifigkeit zu reduzieren, werden die Luftfedern meist in Serie mit einer Gummischichtfeder montiert. Falls eine solche Konstruktion aber bei QuerneigungsSystemen angewendet wird, so ist nicht zu vermeiden, dass die Luftfeder sehr stark in Querrichtung und kardanisch ausgelenkt wird. Dies führt einerseits zu einer ausserordentlich hohen Beanspruchung der Luftfeder und andererseits zu einer erhöhten Quersteifigkeit des Systems.

Falls die Verschiebungen nur über die Luftfeder übertragen werden sollten, muss die Luftfeder derart gross dimensioniert werden, dass deren Einbau im Drehgestell aus Platzgründen oft kaum mehr in Frage kommt. Dies gilt insbesondere dort, wo nicht nur eine zentrale Luftfeder, sondern mehrere solche Federsysteme (z.B. zwei oder vier) in ein Drehgestell eingebaut werden sollen.

Um diesem Nachteil zu begegnen, wurden Federsysteme vorgeschlagen, bei denen Luftfedern mit Stahlfedern statt mit Schichtfedern kombiniert wurden, ohne jedoch die geforderten Kriterien bezüglich Beanspruchung, Quersteifigkeit und Einbauvolumen optimal zu erfüllen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war somit die Entwicklung eines Federsystems, welche allen Anforderungen genügt.

Diese Aufgabe wurde nun bei einem Federsystem der eingangs definierten Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass am oberen Ende bzw. am Kopf der Gasfeder zusätzlich eine Kalottenfeder, vorzugsweise in Form einer sphärischen Gummifeder vorgesehen wurde.

Durch diese konstruktiv einfache Kombination einer Luftfeder mit einer Kalottenfeder lassen sich beliebige kardanische Winkel erreichen, dies bei gleichbleibender horizontaler Lage der Luftfederung. Mit dieser Konstruktion wird eine niedrige Beanspruchung, eine geringe Quersteifigkeit bei wesentlich verbesserter Querwegausnutzung erreicht , dies alles bei einer vertretbaren Vergrösserung der Einbauhόhe.

Solche Federsysteme lassen sich somit problemlos auch in grösserer Zahl zwischen ein Drehgestell und den Unterteil des Wagenkastens einbauen.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird unterhalb der Gasfeder zusätzlich eine Gummischichtfeder angeordnet.

Dank der erfindungsgemässen Konstruktion werden folgende Leistungsmerkmale erzielt:

eine hohe kardanische Beanspruchbarkeit des FederSystems; niedrigste System-Quersteifigkeit unter kardanischer Beanspruchung;

grosse Querwege;

ein optimales Einbauvolume .

Neben der Anwendung, wo die Luftfeder praktisch ständig horizontal bleibt, sind Ausführungsformen möglich, bei denen die Kalottengeometrie und die Kalottensteifigkeiten so ausgelegt sind, dass die Luftfeder einen definierten, d.h. begrenzten kardanischen Winkel positiv oder negativ ausführt. Damit kann die Quersteifigkeit des Systems in weiten Grenzen beeinflusst werden, insbesondere hin zu niedrigen, komfortgünstigen Werten.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch etwas näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 rein schematisch ein bekanntes Federsystem, bestehend aus unterer Schichtfeder und darüber angeordneter Gasfeder in Normalsteilung (ausgezogen) und deformiert (gestrichelt) ;

Fig. 2 ebenfalls rein schematisch ein erfindungsgemäss aufgebautes Federsystem, mit unterer Schichtfeder, darüber angeordneter Gasfeder und an deren oberem Ende vorgesehener Kalottenfeder, in denselben Belastungszuständen wie das Federsystem nach Fig. 1, und

Fig. 3a ebenfalls rein schematich einige Anordnungsmöglich- bis 3d keiten der Federsysteme an Drehgestellen. Die in der Zeichnung dargestellten Federsysteme zeigen rein schematisch je einen Abstützpunkt für Schienenfahrzeuge, wobei die Federsysteme zwischen Drehgestell und Wagenkasten oder zwischen Drehgestell und einer Traverse angeordnet werden.

Je nach Konstruktionsprinzip können zwischen Drehgestell und Wagenkasten oder Traverse ein zentrales Federsystem oder eine Mehrzahl Federsysteme vorgesehen werden. Die Baugrössen sind in solchen Fällen selbstverständlich von den zu erwartenden Belastungen abhängig. Fig. 3a - d der Zeichnung zeigen einige Anordnungsmöglichkeiten der Federsysteme in Drehgestellen.

Fig. 1 der Zeichnung zeigt (Schematisch ein konventionelles Federsystem für Schienenfahrzeuge, mit einer untenliegenden Schichtfeder 1 (Gummischichtfeder, d.h. abwechselnd überein¬ ander angeordneten Gummi- und Metallplatten). Solche Schichtfedern sind bekannt und brauchen hier nicht näher erläutert zu werden. Direkt über der Schichtfeder 1 ist eine Gasfeder angeordnet. Auch Gasfedern sind im Fahrzeugbau allgemein bekannt und bedürfen keiner weiteren Erläuterung.

Derartige Federkombinationen sind z.B. bekannt aus DE-OS 23 05 878 und DE-OS 26 04 769.

Zur Aufnahme von rein vertikalen Kräften würde ein einziger Federtyp, z.B. eine Gasfeder ausreichen. Da bei Schienenfahrzeugen jedoch unvermeidbar Querkräfte auftreten, wurden zur Erhöhung der Querwege des FederSystems und zur Reduktion der Quersteifigkeit, wie in den genannten Druckschriften beschrieben, die Gasfedern in Serie mit Gummischichtfedern angeordnet. Bei QuerneigungsSystemen wird die Luftfeder bei derartigen Konstruktionen, wie in Fig. 1 gezeigt, allerdings stark quer (Y) und kardanisch (φ) ausgelenkt. Dies führt einerseits zwangsläufig zu einer hohen Beanspruchung der Gasfeder und andererseits zu einer höheren Quersteifigkeit des Federsystems. Um die gezeigten Verschiebungen allein über die Gasfeder zu übertragen, muss die Gasfeder so gross dimensioniert werden, dass deren Unterbringung in einem Drehgestell auf grosse Schwierigkeiten stösst.

Dank der erfindungsgemässen Konstruktion, wie in Fig. 2 dargestellt, können diese Nachteile bezüglich übermässiger Beanspruchung, hoher Quersteifigkeit und Einbauvolumen vermieden werden.

Das Federsystem gemäss der Erfindung ist im unteren Teil im wesentlichen gleich aufgebaut wie beim Stand der Technik, d.h. es weist neben der Luftfeder 2 vorzugsweise ebenfalls eine Gummischichtfeder 1 auf. Der wesentliche Unterschied besteht nun darin, dass zusätzlich am Kopf der Gasfeder 2 eine sphärische Gummifeder 3 (Kalottenfeder) angeordnet ist.

Dieses System kann nun durch vertikale Kräfte F allein oder durch Querneigungskräfte F' und Momente M belastet werden und wird sich wie in der Zeichnung gezeigt, verhalten.

Je nach Kalottengeometrie und Kalottensteifigkeit wird das Gasfederoberteil auch im Betrieb unter kardanischer Auslenkung und Querauslenkung im wesentlichen die horizontale Lage beibehalten. Die Querauslenkung wird von der Gummischichtfeder 1 und der Gasfeder 2 aufgenommen.

Abhängig von der Auswahl der elastischen Eigenschaften des elastomeren Körpers 5 sowie der Kalottengeometrie, kann sich das System gegebenenfalls derart deformieren, dass im Betrieb bei beliebiger Querauslenkung das Gasfederoberteil einen vorbestimmten Winkel zur Horizontalen einnimmt.

Das Wichtigste dabei ist, dass sich beliebige kardanische Winkel erreichen lassen.

Bei vertretbarer Vergrosserung der Einbauhöhe wird mit diesem System eine niedrigere Beanspruchung und Steifigkeit sowie eine bessere Querwegausnutzung erzielt.

Claims

Patentansprüche

1. Abstutzfedersystem für Schienenfahrzeuge, mit einer zur Aufnahme vertikaler Kräfte bestimmten Gasfeder, dadurch gekennzeichnet , dass am oberen Ende der Gasfeder zusätzlich eine Kalottenfeder vorgesehen ist .

2. Federsystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass unter der Gasfeder zusätzlich eine Schichtfeder angeordnet ist .

3. Federsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalottenfeder als sphärische Gummifeder oder schalenförmig ausgebildet ist.

4. Federsystem nach einem der Ansprüche 1 - 3 , dadurch gekennzeichnet , dass die Kalottengeometrie und die Kalottensteif igkeit derart gewählt sind, dass der Gasfederoberteil im Betrieb horizontal bleibt.

5. Federsystem nach einem der Ansprüche 1 - 3 , dadurch gekennzeichnet , das s die Kalottengeomentrie und Kalottensteif igkeiten derart gewählt sind, dass der Gas f ederobertei l im Betrieb , abhängig von der Queraus lenkung , einen vorbes timmten Winkel zur Horizontalen bildet.

6. Schienenfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jedem Drehgestell und dem Wagenkasten jeweils mindestens ein Abstutzfedersystem gemäss einem der Ansprüche 1 -3 vorgesehen ist .