EP1413493A1

EP1413493A1 - Druck-Zug-Dämpfungssystem mit Richtgelenkwirkung

Info

Publication number: EP1413493A1
Application number: EP03023457A
Authority: EP
Inventors: Manfred Bartel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-10-26
Filing date: 2003-10-18
Publication date: 2004-04-28
Also published as: DE10250057A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Zug-Druck-Dämpfungssystem mit Richtgelenkwirkung für Kuppelstangen von Eisenbahngüterwageneinheiten in wirtschaftlicher Bauweise. Das Dämpfungssystem mit Richtgelenkwirkung befindet sich in den Richtgelenken an den Enden der Kuppelstangen, an denen Endzugstangenteile sowie Richtgelenkplatten mit Einzelfederelementen und Stützlagerplatten verwendet werden, wobei mindestens zwischen den Richtgelenkplatten 3 und den Stützlagerplatten 4 Einzelfederelemente 6 oder Federsäulen aus diesen Elementen angeordnet sind, welche in ihren Randbegrenzungen 8 eine annährend rechteckige oder quadratische Grundform besitzen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Druck-Zug-Dämpfungssystem mit Richtgelenkwirkung für Kuppelstangen von Eisenbahnwageneinheiten gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Zug-Druck-Dämpfungssysteme mit Richtgelenkwirkungen für gefederte Kuppelstangen an Eisenbahngütewagen sind hinreichend bekannt.
So betreibt zum Beispiel die Firma AAE Ahaus - Alstätter Eisenhan mit Sitz in CH - 6301 Zug - Poststraße 6 seit 1998 zweigliedrige kurzgekuppelte Niederflurtragwageneinheiten vom Typ Megatret - Sffggmrrss für den kombinierten Ladungsverkehr, bei dem die Wagen über gefederte Druck-Zug-Kuppelstangen verbunden sind.
Diese Kuppelstangen besitzen an ihren Anlenkpunkten in den Untergestellen Endteile, über die sie mittels separat angeordneter druckseitiger und zugseitiger runder Federscheiben über Stützlagerplatten mit dem Tragwagen spielfrei verspannt sind.
Bei Kuppelstangenausschlägen erzeugen die eingespannten runden Federscheiben infolge ihrer keilförmigen Deformation zwischen den Endplatten in den Wagen ein Rückstellmoment, welches bei gleichzeitigem Wirken von Längsdruckkräften erhöht wird.
Desweiteren wurden Kuppelstangen mit einbauten Richtgelenken, die Zug-Druck-Dämpfungssysteme mit Richtgelenkwirkung aufweisen vorgeschlagen, welche vorzugsweise "Federplattendämpfungselemente" oder "Einzelfederelemente" mit üblichen runden Federscheiben druckseitig, wie auch zugseitig verwenden.
Dies betrifft die vorgeschlagenen Lösungen nach Aktenzeichen DE 10246 428.6 und DE 102 47 621.7 .
In beiden Fällen werden die druckseitigen Einzelfederelemente durch ihre Ausführungen, Anordnungen und Abmessungen für die Erzielung eines möglichst großen Rückstellmomentes zwischen den End- und Mittelwagen sowie zwischen den Mittelwagen selbst ausgebildet.
So werden bei der Anmeldung nach DE - 102 46 428.6 Federplattendämpfungselemente als runde Federscheiben von einem ringförmigen Stützkäfig aufgenommen.
In dem Lösungsvorschlag nach DE 102 47 621.7 gemäß Figur 5 werden seitlich voneinander runde Federscheiben in einem Abstand "a" angeordnet. In beiden Fällen dienen diese Fedescheiben zur Erzeugung eines möglichst großen Rückstellmomentes.
Allen drei genannten Anwendungsfällen liegt der gemeinsame Nachteil zu Grunde, dass beim Kuppelstangenausschlag in Kurven und der keilfömrigen Deformation der Federscheiben zwischen den Endplatten im Richtgelenk nur eine verhältnismäßig geringe Außermittigkeit der Längsdruckübertragung erzielt wird. Die Kippkante als Kraftübertragungspunkt der Längsdruckkraft erreicht nicht im Entferntesten den äußeren Rand der Federn. Dies hat den entscheidenden Nachteil, dass nur geringe Rückstellmomente erzielt werden, wobei in den Randbereichen Überbelastungen der Federelemente zu verzeichnen sind.
Diese Umstände führen dazu, dass keine optimalen Gewichts- und Längenparameter der Fahrzeuge realisiert werden können.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Zug- Druck-Dämpfungssystem mit Richtgelenkwirkung für Kuppelstangen zu schaffen, welches die Nachteile der bekannten Lösungen vermeidet, und welches bei nahezug gleichem Aufwand und gleichem Gewichtsanteil eine bedeutende Erhöhung der vertikalen und horizontalen Stabilisierung von leichtgewichtigen Tragwagen sichert und damit zu einem wirtschaftlichen Transport auf der Schiene beiträgt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ergänzungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Erfindungsgemäß ist, dass mindestens zwischen den Richtgelenkplatten und den Stützlagerplatten Einzelfederelemente oder Federsäulen aus diesen Elementen angeordnet sind, welche in ihren Randbegrenzungen eine annähernd rechteckige oder quadratische Grundform besitzen,
und dass die druckseitig angeordneten Einzelfederelemente gegenüber den zugseitig vorgesehenen Einzelfederelementen eine größere Federqueschnitssfläche besitzt.
Weiter ist erfindungsgemäß, dass die druckseitigen Einzelfederelemente oder die Federsäulen aus diesen Elementen gegenüber den zugseitigen Einzelfederelementen oder Fedesäulen aus diesen Elementen insgesamt eine größere Federhärte besitzen, und dass Zwischenplatten und analog dazu die Teile 3 und 4 mit ihren Anlageflächen eine Form besitzen, die der zu erwartenden radialen Fließrichtung des Federwerkstoffes unter extremer Druckbelasung entsprechen, angeordnet sind.
Der besondere Vorteil des vorgeschlagenen Dämpfungssystems mit Richtgelenkwirkung ist die für ein ständiges Kippen der Richtgelenkplatten um eine feste Kippkante optimal ausgeführte Form der Federelemente, welche eine in ihrer Randbegrenzung annähernd rechteckige oder quadratische Grundläche besitzen.
Gegenüber einer runden Federscheibe, die im angekippten Zustand im oberen Randbereich eine stark verkleinerte und auch wesentlich höher beanspruchte Kraftübertragungsfläche im Sinne eines Berührungspunktes besitzt, hat zum Beispiel eine rechteckige Fedescheibe im oberen Randberich ein breites Berührungsband im Sinne einer über die gesamte Breite verlaufenden Berührungslinie, die mit ihrer Flächenresultierenden Kraft optimal weit von der Längsachse der Kuppelstange ausgelagert ist.
Im Vergleich der herkömmlichen kreisrunden Federscheibe ist der tragende Flächenanteil im äußeren Bereich bei der vorgeschlagenen Ausführung ca. doppelt so groß. Damit sind ca. 50 bis 100% höhere Richtgelenkwirkungen zu erzielen.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass auf grund des Tatbestandes, dass die horizontale Stabilisierung stets größer sein muss als die vertikale Stabilisierung, hier mit rechteckigen federelementen leicht und wirtschaftlich eine größere horizontale Stabilisierung durch eine Variierung des Verhältnisses der Höhe zur Breite des Federlementes erreicht werden kann.
Dies wird erzielt mit einfachen Mitteln bei annähernd gleichen Kosten und gleichen Gewichtsanteilen gegenüber den bisherigen Lösungen.
Durch Verringerung der Druckbeanspruchung im Kippkantenbereich wird die Zuverlässigkeit vergrößert.
Durch die Erfindung wird insgesamt die Voraussetzung geschaffen, hocheffektive leichte Wagen mit einem größerten Nutzlastanteil zu schaffen mit dem Ziel, den Eisenbahntransport wirtschaftlicher zu gestalten.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1:: einen Längsschnitt durch ein Kuppelstangenende,
Figur 2:: einen Querschnitt gemäß Figur 1 mit einem quadratischen Federelement,
Figur 3:: einen Querschnitt gemäß Figur 1 mit einem rechteckigen Federelementen,
Figur 4:: einen Querschnitt gemäß Figur 1 mit paarweise angeordneten Federelementen.

Die Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein die Erfindung betreffenden Kuppelstangenende.
Die Kuppelstange 1 beistz an ihren Enden Endzugstangenteile 5, die die Richtgelenkplatten 3 überragen. Über die Richtgelenkplatte 3 und Einzelfederelemente 6 wird die Kuppelstange 1 mit der Stützlagerplatte 4 und damit mit dem Untergestell spielfrei verspannt. Auf dem Endzugstangenteil 5 sind druck- wie auch zugseitige Einzelfederelemente 6 angeordnet.
Das besondere Merkmal ist, dass mindestens zwischen den Richtgelenkplatten 3 und den Stützlagerplatten 4, Einzelfederelemente 6 oder Federsäulen aus diesen Elementen angeordnet sind, welche in ihren Randbegrenzungen 8 eine annähernd rechteckige oder quadratische Grundform besitzen,
und dass die druckseitig angeordneten Einzelfederelemente 6 gegenüber den zugseitig vorgesehenen Einzelfederelementen 6 eine größere Federquerschnittsfläche besitzen,
und dass weiter die druckseitigen Einzelfederelemente 6 oder die Federsäulen aus diesen Elementen gegenüber den zugseitigen Einzelfederelementen 6 oder Federsäulen aus diesen Elementen insgesamt eine größere Federhärte besitzen.
Die erfindungsgemäß vorgesehenen Flächenformen und Anordnungen der Einzelfederelemente 6 gehen aus den Figuren 2,3 und 4 hervor. Die zugseitig angeordneten Einzelfederelemente 6 besitzen, wie die Figuren zeigen, herkömmliche kreisrunde Federscheiben mit dem Durchmesser "D".
Die druckseitigen Einzelfederelemente 6, wovon in Figur 1 zwei Stück hintereinander liegend vorgesehen sind und in Figur 2 etwa quadratisch, in Figur 3 etwa rechteckig und in Figur 4 rechteckig und zwar paarweise im Abstand "a" zwischen den Platten 3 und 4 und damit längsdruckseitig angeordnet sind.
In Figur 1 ist gezeigt, wie bei einem Kuppelstangenausschlag mit dem Ausschlagwinkel "α" die Einzelfederelemente 6 keilförmig deformiert und belastet wurden.
In den streifenförmigen Randbereichen der Einzelfederelemente 6 und damit in der Nähe der Randbegrenzungen 8 erfolgt beim Ausschlag die Kraftübertragung weit außerhalb der Längsachse der Kuppelstange.
Die Übertragungsfläche ist ein schmales Rechteck an der Seite und unmittelbar in der Nähe der Kippkante 10. Damit ist auch die Flächenresultierende der übertragenden Längsdruckkraft extrem weit ausgelagert, und das Rückstellmoment ist maximal. Gegenüber der Verwendung üblicher runder Fedescheiben sind bedeutende Steigerungen der Rückstellwirkung in Kurven unter Längsdruckkraft möglich. Die wirksame Federfläche hält auf Grund ihrer Größe die Druckspannungen in einem ertragbaren Bereich.
Weiter ist vorgesehen, dass, wie die einzelnen Figuren zeigen, Zwischenplatten 7 und analog dazu die Teile 3 und 4 mit ihren Anlageflächen eine Form besitzen, die der zu erwartenden Fließrichtung des Federwerkstoffes unter extremer Druckbelastung entsprechen, angeordnet sind,
und dass Einzelfederelemente 6, die im Betriebszustand im Querschnitt und/oder im Axiallängsschnitt Querschnittsfreiräume 9 besitzen, die vorteilhaft so angeordnet sind, dass die Federkraftverteilung auf den Flächen der Richtgelenkplatte 3 und der Stützlagerplatte 4 so erfolgt, dass bei horizontalen und/oder vertikalen Kuppelstangenausschlägen die Längsdruckkraft weitgehendst in den äußeren Randbegrenzungen 8 der Platten 3 und 4 übertragen werden, angeordnet sind.
Gemäß den Figuren 2 bis 4 sind Führungs- und Sicherungselemente 11, die für die Einzelfederelemente 6 Stabilisations- und Führungsfunktionen übernehmen und dabei den freien Federweg zulassen, an/oder zwischen den Teilen 2, 3 und/oder 7 angeordnet.
Sie dienen zur Lagestabilisation, Führung und Formhaltung der Einzelfederelemente 6 während des Betriebes. So gewährleisten sie zum Beispiel den drehsicheren Sitz der Einzelfederelemente und sind einzeln oder paarweise angeordnet.
Gemäß Figur 4 ist auch eine Anordnung von Führungs- und Sicherungselementen 11 außerhalb der Einzelfederelemente 6 in deren unmittelbarer Nähe möglich.
Die Figur 4 weiter zeigt eine Ausführung mit im Abstand "a" angeordneten getrennten und paarweisen Einzelfederelementen 6 zwischen der Richtgelenkplatte 3 und der Stützlagerplatte 4.
Beim horizontalen Ausschlag der Kuppelstange 1 mit dem Ausschlagwinkel "α" wirkt hier als Richtgelenkhebelarm "R_H" = ^a/2 + ^B/2 mit entsprechend vergrösserter Richtgelenkwirkung.
Es ist ebenfalls denkbar, die Federsäulen auch an der Zugseite mit rechteckigen oder quadratischen Einzelfederelementen auszurüsten.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1: Kuppelstange
2: Richtgelenk
3: Richtgelenkplatte
4: Stützlagerplatte
5: Endzugstangenteil
6: Einzelfederelement
7: Zwischenplatte
8: Randbegrenzung
9: Querschnittsfreiräume
10: Kippkante
11: Führungs- und Sicherungselement

a: Abstand
B: Breitenmaß
H: Höhenmaß
D: Durchmesser
L_K: Längsdruckkraft
R_H: Richtgelenkhebelarm
α: Ausschlagwinkel

Claims

Zug-Druck-Dämpfungssystem mit Richtgelenkwirkung für Kuppelstangen mit an ihren Enden angeordneten allseitig wirkenden Richtgelenken für Eisenbahngüterwageneinheiten,
dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwischen den Richtgelenkplatten (3) und den Stützlagerplatten (4) Einzelfederelemente (6) oder Federsäulen aus diesen Elementen angeordnet sind, welche in ihren Randbegrenzungen (8) eine annähernd rechteckige oder quadratische Grundform besitzen.
Durck-Zug-Dämpfungssystem mit Richtgelenkwirkung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die druckseitig angeordneten Einzelfederelemente (6) gegenüber den zugseitig vorgesehenen Einzelfederelementen (6) eine größere Federquerschnittsfläche besitzt.
Druck-Zug-Dämpfungssystem mit Richtgelenkwirkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die druckseitigen Einzelfederelemente (6) oder die Federsäulen aus diesen Elementen gegenüber den zugseitigen Einzelfederelementen (6) oder Federsäulen aus diesen Elementen insgesamt eine größere Federhärte beitzen.
Druck-Zug-Dämpfungssystem mit Richtgelenkwirkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass Zwischenplatten (7) und analog dazu die Teile (3) und (4) mit ihren Anlagefächen eine Form besitzen, die der zu erwartenden radialen Fließrichtung des Federwerkstoffes unter extremer Druckbelastung entsprechen, angeordnet sind.
Druck-Zug-Dämpfungssystem mit Richtgelenkwirkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass Einzelfederelemente (6), die im Betriebszustand im Querschnitt und/oder im Axiallängsschnitt Querschnittsfreiräume (9) besitzen, die vorteilhaft so angeorndet sind, dass die Federkraftverteilung auf den Flächen der Richtgelenkplatte (3) und der Stützlagerplatte (4) so erfolgt, dass bei horizontalen und/oder vertikalen Kuppelstangenausschlägen die Längsdruckkraft weitgehendst in den äußeren Randbegrenzungen (8) der Platten (3) und (4) übertragen werden, angeordnet sind.
Druck-Zug-Dämpfungssystem mit Richtgelenkwirkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass Führungs- und Sicherungselemente (11), die für die Einzelfederelemente (6) Stabilisitations- und Führungsfunktionen übernehmen, an/oder zwischen den Teilen (2), (3) und/oder (7) angeordnet sind.