EP0760322A2

EP0760322A2 - Federwerk für Schienenfahrzeugfahrwerke und für Kuppelstellen bei Gliederzügen

Info

Publication number: EP0760322A2
Application number: EP96250182A
Authority: EP
Inventors: Franz Ing. Moeschler; Detlef Dipl.-Ing. Ziemann; Steffen Dipl.-Ing. Worbs; Thilo Dr.-Ing. Haeussler
Original assignee: Institut fur Schienenfahrzeuge GmbH
Current assignee: DWA Deutsche Waggonbau GmbH
Priority date: 1995-08-28
Filing date: 1996-08-27
Publication date: 1997-03-05
Anticipated expiration: 2016-08-27
Also published as: EP0760322B1; ATE198299T1; DE19532833C1; ES2154786T3; EP0760322A3

Abstract

Federwerk für Schienenfahrzeugfahrwerke zur Verbesserung des Fahrzeuglaufes durch Ankoppelung an das Fahrwerk und/oder durch beidseitige Ankoppelung an den miteinander verbundenen Enden eines Gliederzuges. Die Verbesserung entsteht durch eine große Federsteifigkeit bzw. Federkonstante bei den kleinen Amplituden des Federweges beim Sinuslauf während bei den größeren Amplituden, die beim Durchfahren eines Gleisbogens entstehen, nur die halbe Federkonstante c wirksam ist. Dieser Effekt entsteht dadurch, daß die Federn (3, 3') nur bis zur Sinusamplitude gegenseitig verspannt und wirksam sind. Bei größeren Amplituden während der Fahrt im Gleisbogen wird nur noch eine Feder (3 oder 3') weiter zusammengedrückt. Ein Gehäuseanschlag (8, 8') verhindert das Klappern der entspannten Feder (3 oder 3'). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Federwerk zur Verbesserung des Fahrzeuglaufes, das bei Ankopplung an die Fahrwerke eines Schienenfahrzeuges im geraden Gleis die Amplituden des Sinuslaufes bei Streckung der Wellenlänge vermindert und im Gleisbogen die Radialeinstellung nicht behindert. Bei beidseitiger Ankoppelung des Federwerkes zwischen den Enden kurzer Gliederzugteile wird eine Beruhigung des Fahrzeuglaufes im geraden Gleis herbeiführt, ohne daß im Gleisbogen unzulässige Richtkräfte erzeugt werden.
Zur Lösung dieses Problemes werden häufig starke hydraulische Dämpfer mit spezieller Kennlinie, sogenannte Schlingerdämpfer, eingesetzt. Diese vermögen nicht die Länge der Sinusbahn zu strecken, sie vermindern nur die Sinusamplituden.
In der DE 31 45 666 Al wird eine mit hydraulischer Flüssigkeit gefüllte in zwei Kammern unterteilte Vorrichtung vorgeschlagen, in der zwei Federn mit Abstandselementen zum Einstellen der Vorspannung angeordnet sind. Nachteilig ist hierbei, daß die Federn bei größeren Amplituden klappern, und die Drosselstelle zwischen Zylinderbohrung und Kolben bzw. Scheibe infolge Federkräfte und Abnutzung je nach Beanspruchung zwischen einem gewollten ringförmigen Dämpfungsspalt oder einem sichelförmigen Spalt, mit geringerer Dämpfungswirkung wechselt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Federwerk der eingangs genannten Art mit spezieller Kennlinie zu schaffen, das mit großer Federsteifigkeit die Amplituden des Sinuslaufes bei Streckung der Wellenlänge vermindert und mit geringer Federsteifigkeit die Radialeinstellung der Radsätze im Gleisbogen gestattet. Die gleiche Aufgabe besteht bei Gliederzügen an den Kuppelstellen, wo im geraden Gleis eine hohe Federsteifigkeit zur Beruhigung des Fahrzeuglaufes erforderlich ist und im Gleisbogen die Federsteifigkeit zur Einhaltung zulässiger Richtkräfte geringer sein muß.
Außerdem sollen Klappergeräusche vermieden und eine verschleißunempfindliche Lösung geschaffen werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merklmale des Patentanspruches gelöst, d.h. durch die besondere Anordnung von teilweise gegeneinander verspannten Federn. Hierbei kann es sich um Schrauben-, Teller- oder Gummifedern handeln.
Bei hohen Fahrgeschwindigkeiten wird die parallele Anordnung von hydraulischen Dämpfern erforderlich.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1:: ein konstruktives Beispiel eines Federwerkes im Längsschnitt, bei dem Gummifedern Anwendung finden,
Fig. 2:: ein Schema des Federwerkes in Ruhestellung,
Fig. 3:: ein Schema des Federwerkes, das um die größte Amplitude des Sinuslaufes ausgelenkt ist,
Fig. 4:: ein Schema des Federwerkes, das um den größten Betrag der Wegamplitude, die beim Durchlaufen im engen Gleisbogen entsteht, ausgelenkt ist,
Fig. 5:: die beiden Federkennlinien der beiden Federn des Federwerkes,
Fig. 6:: die wirksame Kennlinie des Federwerkes,
Fig. 7:: die prinzipielle Anordnung des Federwerkes im 2achsigen Fahrzeug bzw. zweiachsigen Fahrwerk,
Fig. 8:: die Draufsicht auf zwei miteinander gekuppelten kurzen Wagenglieder eines Gliederzuges.

Gemäß Fig. 1 sind in einem Federwerk 10 Federn 3, 3' als Gummifedern wegen der guten Isolation hochfrequenter Schwingungen ausgeführt. Eine Anlenkstange 1 besitzt an ihrem Ende ein Anlenkauge 6', mit dem es beispielsweise an einem Fahrzeug- bzw. Fahrwerksrahmen 11 angekoppelt wird. Weiterhin befindet sich auf der Anlenkstange 1 ein Stangenwiderlager 2', die erste Feder 3', ein Gehäusewiderlager 5, die zweite Feder 3 und ein Stangenwiderlager 2. Diese Teile werden mit einem Vorspannweg f_V vorgespannt und beispielsweise mittels eines Verschlußringes 7 gehalten. Die Anlenkstange 1, die Stangenwiderlager 2; 2', die Federn 3; 3' und der Verschlußring 7 werden von einem Gehäuse 4 umfaßt, das in seiner Mitte mit dem Gehäusewiderlager 5 verschraubt ist. Dabei entsteht beidseitig zwischen einem Gehäuseanschlag 8, 8' ein Abstand a. Dieser Abstand a ist geringfügig kleiner als eine Wegamlitude f' bzw. kleiner als der halbe Vorspannweg f_V. Hierdurch wird ein Klappern der fast völlig entspannten Feder 3 und Widerlager 2 bei Bewegungsamplituden, die größer als eine Wegamplitude f sind, vermieden.
Die Fig. 2 zeigt das Schema des Federwerkes 10 in Ruhebzw. Normalstellung. Die Anlenkstange 1 begrenzt mit ihrem Stangenwiderlager 2; 2' die vorgespannten Federn 3; 3', die innerhalb des Gehäuses 4 an dem Gehäusewiderlager 5 anliegen. Zwischen den Gehäuseanschlägen 8; 8' besteht der Abstand a.
Die Wirkung einer Kraft F, die bei Wegamplituden f des Sinuslaufes des angekoppelten Radsatzes im Federwerk 10 entsteht und der Sinusbewegung entgegenwirkt, zeigt Fig. 3. Die Feder 3' ist weiter zusammengedrückt und die Feder 3 fast völlig entspannt und wird durch das Stangenwiderlager 2 vom Gehäuseanschlag 8 gehalten. Der Anstieg der Kraft F beruht einmal auf der weiteren Zusammendrückung um den Betrag der Wegamplitude f der Feder 3' und zum anderen auf der Entspannung um den gleichen Betrag der Wegamplitude f der Feder 3. Da beide Federn 3, 3' eine gleiche Federkonstante c haben, ist eine wirksame Federkonstante c_F des Federwerkes 10 bis zur Entspannung einer Feder 3, 3' c_F = 2c.
Bei der Radialstellung des Fahrwerkes im Gleisbogen entsteht eine erheblich größere Wegamplitude f'.
Fig. 4 zeigt die zusätzlich zu der Vorspannung weiter um den Betrag der Wegamplitude f' zusammengedrückte Feder 3'.
Die Feder 3' bleibt nahezu völlig kraftlos und wird weiterhin über das Stangenwiderlager 2 vom Gehäuseanschlag 8 gehalten. Das Federwerk 10 hat in diesem Bereich eine wirksame Federkonstante c_F von c_F = c.
Fig. 5 zeigt oben die Federcharakteristik der Feder 3' und unten die der Feder 3. Außerdem ist der Vorspannweg f_V beider Federn 3, 3' erkennbar, dieser entspricht der doppelten Wegamplitude f beim Sinuslauf.
Fig. 6 zeigt die wirksame Federcharakteristik des Federwerkes 10. Die Kennlinie zeigt das starke Abknicken der Kraft F nach der Wegamplitude f des Sinuslaufes und die Halbierung der bis dahin wirksamen Federkonstante c_F des Federwerkes 10 in diesem Bereich.
Gemäß Fig. 7 ist das Federwerk 10 durch das Anlenkauge 6' an einem Fahrzeug- bzw. Fahrzeugrahmen 11 angelenkt. Die dargestellte Anordnung von Federwerken 10 vermindert die Amplituden des Sinuslaufes bei Streckung der Wellenlänge. Die Federwerke 10 können zwischen Radsatzlagerungen 9 und dem Fahrzeug- bzw. Fahrwerksrahmen 11 bei 2achsigen Fahrzeugen bzw. Fahrwerken bei 4achsigen Fahrzeugen angelenkt sein. Die Fig. 8 zeigt in der Draufsicht zwei miteinander gekuppelte Enden 12, 12' eines Gliederzuges, der aus kurzen Wagengliedern besteht. Diese Wagenglieder besitzen gegenüber neueren Reisezugwagen ein für einen ruhigen Fahrzeuglauf zu geringes Massenträgheitsmoment. Durch eine straffe Koppelung der einzelnen Wagenglieder läßt sich dieser Mangel beheben. Jedoch muß der Gliederzug die Gleisbögen durchfahren können, ohne daß unzulässige Richtkräfte entstehen, die den Verschleiß erhöhen und die Entgleisungssicherheit vermindern. Aus diesem Grund müssen auch hier die wirksamen Federkonstanten c bei den Amplituden des Sinuslaufes größer sein als bei der Amplitude im Gleisbogen. Die Federwerke 10 sind deshalb in möglichst großem Abstand voneinander an den Enden 12, 12' der einzelnen Wagenglieder angelenkt.
Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen:

1: Anlenkstange
2, 2': Stangenwiderlager
3, 3': Feder
4: Gehäuse
5: Gehäusewiderlager
6,6': Anlenkauge
7: Verschlußring
8,8': Gehäuseanschlag
9: Radsatzlagerung
10: Federwerk
11: Fahrzeug- bzw. Fahrwerksrahmen
12,12': Enden der Wagenglieder

F: Kraft
f: Wegamplitude beim Sinuslauf
f': Wegamplitude beim Lauf durch einen Gleisbogen
fv: Vorspannweg beider Federn 3,3'
c: Federkonstante einer Feder
cF: wirksame Federkonstante des Federwerkes
a: Abstand

Claims

Federwerk für Schienenfahrzeugfahrwerke und für Kuppelstellen bei Gliederzügen, bei dem in einem Gehäuse zwei Federn auf einer Anlenkstange zwischen Widerlagern angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß Federn (3, 3') auf einer Anlenkstange (1) zwischen äußeren Stangenwiderlagern (2, 2') und einem inneren Gehäusewiderlager (5) bis zu einer Wegamplitude (f) gegenseitig verspannt angeordnet sind und bei größeren Wegamplituden (f') nur die Feder (3' oder 3) weiter zusammengedrückt wird, während die Feder (3 oder 3') im nahezu entspannten Zustand zwischen dem Gehäusewiderlager (5), dem verschiebbaren Stangenwiderlager (2) und dem Gehäuseanschlag (8) verbleibt.