EP2159125A1 - Drehhemmungseinrichtung für ein Fahrzeug - Google Patents

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EP2159125A1
EP2159125A1 EP09168860A EP09168860A EP2159125A1 EP 2159125 A1 EP2159125 A1 EP 2159125A1 EP 09168860 A EP09168860 A EP 09168860A EP 09168860 A EP09168860 A EP 09168860A EP 2159125 A1 EP2159125 A1 EP 2159125A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
force
vehicle
friction element
chassis
support arm
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP09168860A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2159125B1 (de
Inventor
Alfred Lohmann
Michael Wusching
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alstom Transportation Germany GmbH
Original Assignee
Bombardier Transportation GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bombardier Transportation GmbH filed Critical Bombardier Transportation GmbH
Priority to PL09168860T priority Critical patent/PL2159125T3/pl
Publication of EP2159125A1 publication Critical patent/EP2159125A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2159125B1 publication Critical patent/EP2159125B1/de
Active legal-status Critical Current
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61F—RAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
    • B61F5/00—Constructional details of bogies; Connections between bogies and vehicle underframes; Arrangements or devices for adjusting or allowing self-adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves
    • B61F5/02—Arrangements permitting limited transverse relative movements between vehicle underframe or bolster and bogie; Connections between underframes and bogies
    • B61F5/22—Guiding of the vehicle underframes with respect to the bogies
    • B61F5/24—Means for damping or minimising the canting, skewing, pitching, or plunging movements of the underframes
    • B61F5/245—Means for damping or minimising the canting, skewing, pitching, or plunging movements of the underframes by active damping, i.e. with means to vary the damping characteristics in accordance with track or vehicle induced reactions, especially in high speed mode
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61F—RAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
    • B61F5/00—Constructional details of bogies; Connections between bogies and vehicle underframes; Arrangements or devices for adjusting or allowing self-adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves
    • B61F5/02—Arrangements permitting limited transverse relative movements between vehicle underframe or bolster and bogie; Connections between underframes and bogies
    • B61F5/14—Side bearings

Definitions

  • the present invention relates to a rotation inhibiting device for a vehicle, in particular a rail vehicle, with a chassis as the first vehicle component and a car body supported thereon as a second vehicle component.
  • the rotational inhibiting device comprises a friction element carrier for a first friction element, wherein the friction element carrier is designed to be connected in such a rotatable about a vertical axis of the vehicle with the chassis or the car body, that the car body is supported on the chassis via the first friction element.
  • the car body is in this case rotatable relative to the under suspension under a rotation about the vertical axis inhibiting frictional relative movement between the first friction element and a second friction element.
  • the first friction element is mounted directly on a cradle, which sits on a secondary suspension on a chassis frame, while the second friction element directly on the Car body structure is attached.
  • This rigid connection of the friction elements on the chassis or the car body has the disadvantage that it may come in certain driving situations to a non-uniform contact force between the friction elements and thus to an undesirable uneven damping of Auscardterrorism.
  • a generic rotation inhibiting device in which the first friction element is seated on a Reibelementdisposed in the form of an arcuately along its longitudinal direction formed leaf spring.
  • the leaf spring is connected at one end via a (non-rotatable about the vertical axis) swivel joint with the chassis while at the other end (in its longitudinal direction) slidably seated in a guide on the chassis.
  • the curved towards the car body center part of the leaf spring forms the first friction element, so that the leaf spring is deflected when placing the car body on the chassis and thus biased. Accordingly, the first friction element relative movements between the car body and the chassis follow in the direction of the vertical axis, so that even in such cases, a certain contact force between the friction elements and thus a certain damping of the boring movement is achieved.
  • the present invention is therefore based on the object to provide a rotation inhibiting device of the type mentioned above, which does not have the disadvantages mentioned above or at least to a much lesser extent and in particular with simple and cost manufacturability under different operating conditions a permanent, over the entire Movement as even and high damping of the Ausfrise the chassis relative to the car body allows.
  • the present invention solves this problem starting from a rotation inhibiting device according to the preamble of claim 1 by the features stated in the characterizing part of claim 1.
  • the present invention is based on the technical teaching that with simple and cost manufacturability under different operating conditions a permanent, as uniform and high as possible over the entire motion damping of the Ausfrise the chassis relative to the car body can be realized when a force generating device is provided with a contact element acting on the friction element carrier and thus generates a variable contact force between the first friction element and the second friction element.
  • the force generating device can be optimized in a simple manner for their primary function of force application, while the friction element itself can be easily optimized in terms of its primary function of the backlash-free initiation of the damping friction torque in the vehicle component connected to it.
  • the force-generating device can be designed in a simple manner to the effect that as uniform as possible contact force, regardless of the load of the vehicle causes between the friction elements, so that a possible independent of the load of the vehicle damping of Ausfieri is achieved.
  • this relates to a rotational inhibiting device for a vehicle, in particular a rail vehicle, with a chassis as the first vehicle component and a body supported thereon as the second vehicle component, comprising a friction element carrier for a first friction element.
  • the friction element carrier is adapted to be rotatably connected to the landing gear or car body about a vertical axis of the vehicle such that the car body is supported on the landing gear via the first friction element, the vehicle body being rotated about the vertical axis relative to the landing gear inhibiting frictional relative movement between the first friction element and a second friction element is rotatable.
  • a force generating device is provided with a contact element, wherein the force generating device is connectable with the frictional element carrier bearing vehicle component such that it acts to generate a contact force between the first friction element and the second friction element via the contact element on the Reibelement lacking.
  • the friction element carrier can be connected in a rotationally fixed manner both to the chassis and (in other variants) to the vehicle body.
  • an embodiment, which is initially intended for attachment to the chassis optionally be used by simply turning by 180 ° (about a horizontal axis) in an embodiment in which the attachment to the car body takes place. This brings with it the advantage of a very high degree of flexibility when using the rotary inhibiting device according to the invention.
  • the force-generating device can in principle be designed in any suitable manner. For example, it can be provided that the contact element occupies a different position for each value of the contact force between the two friction elements. This may be the case, for example, if the force-generating device is designed as a simple spring device, which is connected between the associated vehicle component and the friction element carrier.
  • the force-generating device defines a breakaway force which, when exceeded, causes a deflection of the contact element.
  • This can be achieved that initially up to a certain loading of the car body load-dependent increase in the friction torque takes place up to a certain Reibmonentschwelle, which is present upon reaching the breakout force. Above this Reibmomentschwelle can then be achieved by the incipient deflection of the contact element (depending on the characteristic of the force generating device) a flatter increase in the friction torque up to an at least almost constant course of the friction torque.
  • a limitation of the friction torque and thus the damping of the boring movement can be achieved in an advantageous manner above a certain predefinable loading of the car body.
  • the height of the breakaway force can be fixed by the dimensioning of the force generating device.
  • the force-generating device preferably has a pretensioning device for setting the breakaway force, in order to advantageously achieve an adjustment of the load-dependent course of the friction torque, and thus the damping of the boring movement, which is coordinated with the particular application.
  • the force-generating device can basically be designed in any suitable manner, in particular achieve its force effect according to any mode of action. For example, you can work according to a hydraulic or pneumatic operating principle. Because of the particularly simple and low-maintenance construction, however, it is preferably provided that the force-generating device operates according to a mechanical action principle.
  • the force-generating device can be an active device with one or more active components, in which the force effect is set via a corresponding control.
  • the force-generating device preferably comprises a passive device, in particular a simple spring device, for generating a contact force.
  • the spring device can in principle be constructed in any suitable manner.
  • a simple pneumatic spring can be provided.
  • a simple mechanical spring such as a coil spring or the like may be provided.
  • the spring device comprises at least one plate spring and a plate spring guide, wherein the plate spring defines a main spring direction in which the plate spring exerts its main spring force, and the plate spring guide, the plate spring leads transversely to the main spring direction.
  • the force of the force-generating device defined by the at least one disc spring is exerted on the friction element carrier via a separate contact element.
  • the at least one disc spring itself forms the contact element.
  • the force-generating device is preferably designed such that (possibly above a predefinable threshold) a variation of the loading of the car body causes only a small variation of the contact force between the first friction element and the second friction element and thus only a slight variation of the damping friction torque.
  • the force-generating device is for this purpose preferably designed such that the contact element performs a predetermined stroke between a first extreme position and a second extreme position during normal operation of the vehicle, the contact element in the first extreme position exerts a (possibly maximum) first force on the Reibelementluster and in the second Extreme position exerts a second force on the Reibelementriad.
  • the second force can deviate from the first force by up to 30% of the first force.
  • the second force in this case deviates from the first force by at most 20% of the first force, preferably at most 10% of the first force, more preferably at most 5% of the first force.
  • damping frictional torque is then (possibly above a predefinable threshold) not only largely independent of load, even when exposed to vertical inertial forces, which causes a strong variation of the frictional torque in known designs, the frictional torque advantageously remains within narrow predeterminable limits.
  • the contact element can engage at any suitable point on the friction element carrier.
  • the contact element in the region of the first friction element act on the Reibelementlini.
  • the contact element can also act on the friction element carrier on a side facing away from the first friction element.
  • the friction element carrier can in principle be designed in any suitable manner from one or more components.
  • the friction element carrier is designed as a simple structural unit which has at least one carrier arm with a first end region and a second end region spaced apart in the direction of a longitudinal axis of the carrier arm.
  • the carrier arm has, in the first end region, a connection region which is designed for connection to the vehicle component carrying the friction element carrier. In a region spaced from the first end region in the direction of the longitudinal axis of the carrier arm, the carrier arm then carries the first friction element.
  • the support arm can basically be designed in any suitable manner.
  • it can be designed as a simple (compared to its longitudinal extent) narrow component, which is connected in one or more along its longitudinal axis spaced connection sections with the friction element carrier bearing vehicle component.
  • the connection region of the support arm has at least two connection sections, which are designed for connection to the friction element carrier carrying vehicle component, wherein the two connection sections are spaced transversely to the longitudinal axis of the Reibelementlessnesss to each other.
  • At least one of the connecting portions is adapted to be connected without play with the Reibelement basically carrying the vehicle component in order to ensure at any time (ie even with a reversal of direction of the Auscardish) the initiation of the desired friction torque.
  • This can be done by a corresponding joint.
  • a rigid connection is preferably provided in this connection section.
  • the friction element carrier is then preferably made correspondingly soft in the direction of the vertical axis in order to be able to follow relative movements between the chassis and the vehicle body. In a plane perpendicular to the vertical axis, however, the friction element carrier is preferably sufficiently rigid to ensure the initiation of the desired friction torque at any time (that is, even when the direction of rotation of the boring movement reverses).
  • the support arm is designed substantially plate-shaped, wherein the plane of the plate (thus therefore the main extension plane of the Reibelementizis) is transverse to the vertical axis.
  • the outer contour of the plate-shaped support arm can then be designed in any suitable manner.
  • the support arm is formed substantially triangular, since hereby a particularly adapted to the actual load conditions design can be achieved.
  • connection region extends between two corner regions of the support arm and the friction element is arranged in the third corner region of the support arm.
  • Such a configuration particularly effectively takes into account the load conditions when the frictional torque is introduced into the vehicle component carrying the carrier arm, since, on the one hand, there is still a comparatively small bending moment about the vertical axis at the triangular tip with the friction element, so that the small cross-section of the carrier arm is sufficient for this purpose take.
  • the cross-section also increases in this design, so that, on the one hand, optimum cross-sectional utilization of the support arm can be achieved.
  • a high support width can be achieved in the connection area, whereby the loads introduced into the load-bearing vehicle component can be reduced and the connection in the connection area can be correspondingly made simple.
  • the substantially triangular shape of the support arm does not necessarily have to have rectilinear sides. Rather, in preferred variants of the invention, an at least partially polygonal and / or curved contour of the sides is provided.
  • the bending resistance moment of the support arm about the bending axis to be considered in each case can be selected so that the support arm undergoes no appreciable deformation in actual operation at the expected loads around a bending axis (eg the vertical axis), while it has another bending axis (FIG. which, for example, extends transversely to the vertical axis and the longitudinal axis of the carrier arm) experiences a desired deformation.
  • a bending axis eg the vertical axis
  • FOG. which, for example, extends transversely to the vertical axis and the longitudinal axis of the carrier arm
  • the carrier arm has an area moment of inertia about an axis of inertia, the axis of inertia being transverse to a plane defined by the longitudinal axis of the carrier arm and the vehicle's vertical axis, and it is provided that the area moment of inertia corresponding to the longitudinal axis of the carrier arm a desired deformation of the support arm varies in normal operation, in particular decreases towards the second end.
  • the desired deformation can be adapted to any specifications. These are preferably specifications relating to the connection of the carrier arm to the load-bearing vehicle component and / or the introduction of the loads into the load-bearing vehicle component.
  • the area moment of inertia is varied such that a deformation of the carrier arm which is to be expected during normal operation of the vehicle does not substantially extend into the connection area.
  • the connection of the support arm designed particularly simple.
  • the carrier arm has a cross-sectional plane in a cross-sectional plane extending transversely to its longitudinal axis, wherein the cross section of the carrier arm decreases in order to vary the area moment of inertia in the direction of the longitudinal axis of the carrier arm.
  • the present invention further relates to a vehicle, in particular a rail vehicle, with a chassis, a body supported thereon and a rotation inhibiting device according to the invention, wherein the friction element carrier is rotatably connected about a vertical axis of the vehicle with the chassis or car body such that the car body on the first Friction element is supported on the chassis.
  • the car body is rotatable relative to the landing gear, wherein there is a rotation about the vertical axis inhibiting frictional relative movement between the first friction member and a second friction member, and the force generating means is connected to the Reibelementdung bearing vehicle component.
  • the Reibelementizi and the force generating device are connected to the chassis, as such a design can be particularly easily implemented.
  • the chassis can be designed arbitrarily, and it is particularly advantageous if the chassis includes a chassis frame and a cradle, which has a Secondary suspension is supported on the chassis frame and extends in the transverse direction of the vehicle, the car body is supported on the rotation inhibiting means on the cradle and the rotation inhibiting means is arranged in an end region of the cradle.
  • the friction element carrier and the force-generating device are connected to the cradle.
  • the present invention can be applied in connection with any support of the car body on the chassis.
  • it can be used for example in variants in which the car body is supported in the direction of the vertical axis only via the friction elements, while longitudinal and transverse forces between the car body and chassis are transmitted via a pivot or the like.
  • it can also be used to particular advantage in vehicles in which the vehicle body is supported on the chassis via a bearing device defining the axis of rotation of the relative movement between the vehicle body and the chassis, for example a turntable or the like, in the direction of the vertical axis.
  • FIGS. 1 to 3 show schematic representations of a rail vehicle according to the invention 101.
  • a coordinate system (x, y, z) is used in the figures, in which the x-axis denotes the vehicle longitudinal direction, the y-axis, the vehicle transverse direction and the z-axis Vehicle vertical direction called.
  • the information given below on the orientation or position of individual components of the vehicle always refer to a static state with a straight, horizontal track position.
  • the rail vehicle 101 comprises a body 102, which is supported in the region of its two ends in each case on a chassis in the form of a bogie 103.
  • the bogie 103 comprises in each case two sets of wheels 103.1 on which a bogie frame 103.3 is supported via a primary suspension 103.2 (shown only in a highly schematized manner in the figures).
  • a cradle 103.5 is supported in a conventional manner via a secondary suspension 103.4 (shown only in a highly schematized manner in the figures).
  • the vehicle body 102 is respectively supported on the cradle 103.5 via the friction elements 104.1 and 104.2 of a rotational inhibiting device 104 according to the invention. Furthermore, the vehicle body 102 is supported on the cradle 103.5 in the center region of the cradle 103.5 via a supporting device 105 designed in the manner of a turntable, so that the supporting forces (in the vehicle vertical direction) are distributed between the centrally arranged supporting device 105 and the rotational inhibiting devices 104.
  • the rotation inhibiting device 104 comprises a fixed to the cradle 103.5 friction element carrier 104.3, which carries the first friction element 104.1.
  • the friction element carrier 104.3 is in this case designed as a substantially triangular carrier arm whose longitudinal axis extends in the vehicle transverse direction.
  • connection region 104.4 is formed in a first end region of the support arm 104.3 (forming the base of the support arm 104.3).
  • the connection region 104.4 has (at two corners, namely the two ends of the base of the support arm 104.3) two spaced apart in the vehicle longitudinal direction (x-direction) Connecting portions 104.5 and 104.6, via which the support arm 104.3 is connected to the cradle 103.5.
  • the first friction element 104.1 is arranged on the upper side of the support arm 104.3 facing the carriage body 102.
  • the first friction element 104.1 can be detachably fastened to the carrier arm 104.3 in order to ensure rapid interchangeability of the first friction element 104.1.
  • the first friction element 104.1 cooperates with the second friction element 104.2, which is also releasably attached to the car body 102, to ensure its quick and easy replacement.
  • a separate force-generating device 104.7 of the rotation-inhibiting device 104 is arranged in the second end region of the support arm 104.3.
  • the force generating device acts via a contact element 104.8 on the side facing away from the first friction element 104.1 side of the support arm 104.3 and thus generates a contact force F between the first friction element 104.1 and the second friction element 104.2.
  • the force-generating device 104.7 has a mechanical spring device in the form of a cup spring package 104.9 which is arranged in a cylindrical chamber of a housing 104.10 of the force-generating device 104.7 (guiding the individual disc springs transversely to their main spring direction).
  • the disk spring assembly 104.9 is supported on the one hand against an annular shoulder 104.11 on the contact element 104.8 and on the other hand on a housing cover 104.12 of the housing 104.10.
  • the housing 104.10 is rigidly connected to the cradle 103.5, so that the guided through the housing 104.10 contact element 104.8 is pressed by the spring force of the disk spring assembly 104.9 (in its main spring direction) up against the support arm 104.3, whereby the contact force K is generated.
  • the contact force K is determined in this case from the current axial length L of the cup spring package 104.9.
  • the height of the biasing force FV can be set in the present example within wide limits via a biasing device according to the requirements of the current application.
  • the pretensioning device is formed by the housing cover 104.12 which is detachably connected to the housing 104.10 and optionally one of the several exchangeable spacer disks 104.14.
  • the disk spring assembly 104.9 is more or less strongly compressed in the unloaded state of the force generating device 104.7 and thus the shoulder 104.11 is more or less strongly biased against the stop 104.13.
  • the design with the detachable housing cover 104.12 also has the advantage that the force-generating device can be disabled by removing the housing cover 104.12, for example, for maintenance purposes. Hereby, it is then possible in a simple manner to replace the friction elements 104.1 and 104.2 or the entire carrier arm 104.3.
  • the contact element 104.8 is loaded by the carriage body 102 placed on the cradle 103.5, initially there is no deflection of the contact element 104.8 until the contact element 104.8 exerts a force on the support arm 104.3 in the longitudinal direction of the cup spring package 104.9 which is greater than the preload force FV , In other words, the biasing force FV defines a breakaway force, beyond which a deflection of the contact element 104.8 occurs.
  • the increase in the force exerted by the plate spring package 104.9 force can be adjusted by the choice of disc springs used.
  • comparatively soft disc springs are used, which, however, are preloaded comparatively strongly even in the unloaded initial state of the force-generating device 104.7 in order to achieve the desired preload force FV.
  • This has the advantage that when the breakaway force FV is exceeded, only a comparatively shallow increase of the contact force K occurs, so that in other words a limitation of the friction torque and thus a limitation of the damping of the boring movement can be achieved.
  • the breakaway force FV is exceeded even in the unloaded state of the car body 102, so that already in this state, a deflection of the contact element 104.8.
  • a strong increase in the contact force is avoided. Rather, in this case, then a greater proportion of the weight of the car body 102 is introduced via the central support means 105 in the bogie 103.
  • the breakaway force FV is reached only at a predefinable loading of the car body 102.
  • the cup spring assembly 104.9 is designed so that the contact element 104.8 during normal operation of the vehicle 101 a predetermined hub between a first extreme position (the paragraph 104.11 is the stop 104.13) and a second extreme position (support 104.3 is just before hitting the housing 104.10) performs. In the direction of the vehicle vertical axis (z-direction), the contact element 104.8 exerts the breakaway force FV on the carrier arm 104.3 in the first extreme position as a maximum first force, while exerting a second force on the carrier arm 104.3 in the second extreme position.
  • the disc spring assembly 104.9 is designed so that the second force in the present example deviates by at most 5% of the first force from the first force. It is understood, however, that in other variants of the invention, a greater deviation of the second force from the first force is possible. In particular, deviations by up to 30% of the first force are possible.
  • the damping friction torque MR is then (possibly above a predefinable threshold) not only largely independent of load, even with the action of vertical inertial forces, which causes a strong variation of the friction torque in known designs, the friction torque MR advantageously remains within narrow predeterminable limits.
  • the inventive functional separation of the Reibelement disposs 104.3 and the force generating device 104.7 it is on the one hand, the first friction element with respect to achieving a high damping the Auscardzi friction torque at a favorable, in the vehicle transverse direction far from the (defined by the support means 105) axis of rotation Auscardish remote position to arrange.
  • Another advantage is that the force generator 104.7 can be easily optimized for its primary force application function as described above.
  • the Reibelement constitu 104.3 can in turn be easily optimized in terms of its primary function of the least backlash introduction of the damping friction torque MR in the bogie 103.
  • a backlash-free introduction of the damping friction torque MR in the present example is realized in that the carrier arm 104.3 is rigidly connected to the cradle 103.5 in the region of the connection sections 104.5 and 104.6. This can be done via any, preferably releasable connection.
  • a simple screw connection may be provided, in which case preferably a rotationally fixed connection is realized via a toothing of the contact surfaces or the like.
  • the support arm 104.3 is designed as a substantially plate-shaped component, wherein the plane of the plate (or the main extension plane of the support arm 104.3) transverse to the vertical axis (z-direction).
  • the support arm 104.3 in the plan view shown a partially curved contour.
  • the area moment of inertia and thus the bending resistance moment of the support arm 104.3 is varied in the longitudinal direction of the support arm 104.3 such that it extends to the bending axis running transversely to its longitudinal direction and parallel to its main extension plane (which runs parallel to the x direction in the present example) first friction element 104.1 decreases toward a predetermined course.
  • the cross-sectional profile of the support arm 104.3 is selected so that the support arm 104.3 undergoes no appreciable deformation in actual operation at the expected loads about a bending axis parallel to the vehicle vertical axis, while he undergoes a desired deformation about a bending axis parallel to the vehicle longitudinal axis.
  • the variation of the area moment of inertia of the support arm 104.3 is selected so that a expected during normal operation of the vehicle Deformation of the support arm 104.3 substantially does not extend into the connection area 104.4.
  • the connection of the support arm 104.3 to the cradle 103.5 is particularly simple.
  • the support arm can of course also have any other shape in other variants of the invention.
  • a substantially trapezoidal support arm may be provided, as in FIG. 2 is indicated by the dashed contour 107.
  • FIG. 4 shows (in one of the FIG. 3 corresponding view) a further embodiment of a rail vehicle according to the invention 201.
  • the rail vehicle 201 corresponds in its basic design and operation of the rail vehicle 101, so that only the differences should be discussed here.
  • identical components are provided with identical reference numerals, while similar components are provided with increased by the value 100 reference numerals. Unless otherwise stated below, reference is made expressly to the above statements regarding the properties of these components.
  • the support arm 104.3 (the first friction element 104.1) of the rotational inhibiting device 204 is rigidly connected to the vehicle body via its connecting sections 104.5 and 104.6 and thus about the vehicle vertical axis (z direction) 202 is fixed, while the second friction element 104.2 is attached to the cradle 103.5.
  • a further difference consists in that the force-generating device 204.7 comprises only one disk spring package 204.9 which is guided transversely to its longitudinal direction or main spring direction by a guide pin 204.15 fixed rigidly to the carrier arm 104.3 (which dips into a recess 202.1 in the vehicle body 202 during operation).
  • the plate spring 204.8 contacting the carrier arm forms the contact element of the force-generating device 204.7.
  • the deformability of the carrier arm transversely to its main plane of extension ensures a uniform surface pressure between the friction elements 104.1 and 104.2, so that on the one hand always a well-defined friction torque MR is present and on the other hand results in an advantageous uniform wear pattern of the friction elements 104.1 and 104.2.

Abstract

Drehhemmungseinrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere ein Schienenfahrzeug, mit einem Fahrwerk (103) als erster Fahrzeugkomponente und einem darauf abgestützten Wagenkasten (102) als zweiter Fahrzeugkomponente, umfassend einen Reibelementträger (104.3) für ein erstes Reibelement (104.1), wobei der Reibelementträger (104.3) dazu ausgebildet ist, derart um eine Hochachse des Fahrzeugs drehfest mit dem Fahrwerk (103) oder dem Wagenkasten (102) verbunden zu werden, dass der Wagenkasten (102) über das erste Reibelement (104.1) auf dem Fahrwerk (103) abgestützt ist, wobei der Wagenkasten (102; 202) relativ zu dem Fahrwerk (103) unter einer eine Drehung um die Hochachse hemmenden reibungsbehafteten Relativbewegung zwischen dem ersten Reibelement (104.1) und einem zweiten Reibelement (104.2) drehbar ist. Es ist eine Krafterzeugungseinrichtung (104.7) mit einem Kontaktelement (104.8) vorgesehen, wobei die Krafterzeugungseinrichtung (104.7) derart mit der den Reibelementträger (104.3) tragenden Fahrzeugkomponente (103) verbindbar ist, dass sie zur Erzeugung einer Kontaktkraft zwischen dem ersten Reibelement (104.1) und dem zweiten Reibelement (104.2) über das Kontaktelement (104.8) auf den Reibelementträger (104.3) einwirkt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehhemmungseinrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere ein Schienenfahrzeug, mit einem Fahrwerk als erster Fahrzeugkomponente und einem darauf abgestützten Wagenkasten als zweiter Fahrzeugkomponente. Die Drehhemmungseinrichtung umfasst einen Reibelementträger für ein erstes Reibelement, wobei der Reibelementträger dazu ausgebildet ist, derart um eine Hochachse des Fahrzeugs drehfest mit dem Fahrwerk oder dem Wagenkasten verbunden zu werden, dass der Wagenkasten über das erste Reibelement auf dem Fahrwerk abgestützt ist. Der Wagenkasten ist hierbei relativ zu dem Fahrwerk unter einer eine Drehung um die Hochachse hemmenden reibungsbehafteten Relativbewegung zwischen dem ersten Reibelement und einem zweiten Reibelement drehbar.
  • Bei herkömmlichen Schienenfahrzeugen mit einem um eine Hochachse des Fahrzeugs drehbar auf einem Fahrwerk abgestützten Wagenkasten ist es unter anderem bekannt, dem Ausdrehen des Fahrwerks (um die Hochachse des Fahrzeugs) gegenüber dem Wagenkasten über eine Drehhemmungseinrichtung, wie sie beispielsweise aus der WO 93/01076 A1 bekannt ist, einen dämpfenden Widerstand entgegenzusetzen, um so einen stabilen Fahrzeuglauf zu erzielen, insbesondere das Schlingern des Fahrwerks bei Geradeausfahrt in vorgegebenen Grenzen zu halten. Die Drehachse für diese Ausdrehbewegung ist meist durch einen Drehzapfen definiert, über den der Wagenkasten mit dem Fahrwerk verbunden ist.
  • Typischerweise wird dies über separate Dämpferelemente (so genannte Schlingerdämpfer) und/oder eine so genannte Reibdrehhemmung zwischen dem Fahrwerk und dem Wagenkasten realisiert. Bei der Reibdrehhemmung ist eine Reibpaarung zwischen einem an dem Fahrwerk befestigten ersten Reibelement und einem zweiten Reibelement am Wagenkasten vorgesehen. Bei dem Ausdrehen des Fahrwerks gegenüber dem Wagenkasten kommt es zu einer reibungsbehafteten Relativbewegung zwischen dem ersten Reibelement und dem zweiten Reibelement, welche dem Ausdrehen einen dämpfenden Widerstand entgegengesetzt und somit die Drehung hemmt.
  • Bei dem aus der WO 93/01076 A1 bekannten Fahrzeug ist das erste Reibelement unmittelbar auf einer Wiege befestigt, die über eine Sekundärfederung auf einem Fahrwerksrahmen sitzt, während das zweite Reibelement unmittelbar an der Wagenkastenstruktur befestigt ist. Diese starre Anbindung der Reibelemente an dem Fahrwerk bzw. dem Wagenkasten hat den Nachteil, dass es in bestimmten Fahrsituationen zu einer ungleichmäßigen Kontaktkraft zwischen den Reibelementen und damit zu einer unerwünschten ungleichmäßigen Bedämpfung der Ausdrehbewegung kommen kann.
  • Aus der EP 0 004 585 A1 ist eine gattungsgemäße Drehhemmungseinrichtung bekannt, bei welcher das erste Reibelement auf einem Reibelementträger in Form einer entlang ihrer Längsrichtung bogenförmig ausgebildeten Blattfeder sitzt. Die Blattfeder ist an einem Ende über ein (um die Hochachse drehfestes) Drehgelenk mit dem Fahrwerk verbunden, während sie an ihrem anderen Ende (in ihrer Längsrichtung) verschieblich in einer Führung am Fahrwerk sitzt. Der zum Wagenkasten hin gewölbte Mittelteil der Blattfeder bildet das erste Reibelement, sodass die Blattfeder beim Aufsetzen des Wagenkastens auf das Fahrwerk ausgelenkt und damit vorgespannt wird. Demgemäß kann das erste Reibelement Relativbewegungen zwischen dem Wagenkasten und dem Fahrwerk in Richtung der Hochachse folgen, sodass auch in solchen Fällen noch eine gewisse Kontaktkraft zwischen den Reibelementen und damit eine gewisse Bedämpfung der Ausdrehbewegung erzielt wird.
  • Ein Problem bei dieser gattungsgemäßen Drehhemmungseinrichtung besteht jedoch zum einen darin, dass sie vergleichsweise viel Bauraum beansprucht, da zur Erzeugung einer hohen Kontaktkraft und damit eines hohen Reibmoments um die Hochachse (also einer guten Dämpfung der Ausdrehbewegung) bei ausreichendem Federweg in Richtung der Hochachse eine vergleichsweise lange Blattfeder erforderlich ist. Dies hat zur Folge, dass der Abstand (quer zur Hochachse) zwischen der Drehachse der Ausdrehbewegung und den beiden Reibelementen und damit auch das Reibmoment vergleichsweise klein ausfällt, da eine derart lange Blattfeder aufgrund des im Bereich des Fahrwerks begrenzten Bauraumes in Fahrzeuglängsrichtung üblicherweise nur mit in Querrichtung des Fahrzeugs ausgerichteter Längsachse angeordnet werden kann.
  • Ein weiterer Nachteil der Drehhemmungseinrichtung aus der EP 0 004 585 A1 liegt darin, dass die gelenkige Anbindung der Blattfeder im Hinblick auf die drehfeste Anbindung um die Hochachse typischerweise ein gewisses Spiel aufweist, welches das Einsetzen der Dämpfungswirkung bei einer Drehrichtungsumkehr der Ausdrehbewegung verzögert.
  • Ein weiterer Nachteil der Drehhemmungseinrichtung aus der EP 0 004 585 A1 liegt schließlich darin, dass die Blattfeder im Normalbetrieb des Fahrzeugs (insbesondere bei unterschiedlicher Beladung) einen Hub zwischen zwei Extremstellungen vollführt, über den in der Regel eine vergleichsweise starke Variation der durch die Blattfeder ausgeübten Kraft erfolgt, sodass die Bedämpfung der Ausdrehbewegung stark von der tatsächlichen Beladung des Fahrzeugs abhängt. So kann bei hoher Beladung des Wagenkastens ein unerwünscht starker Anstieg der Bedämpfung eintreten, welcher sich nachteilig auf den Fahrkomfort auswirkt.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Drehhemmungseinrichtung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, welche die oben genannten Nachteile nicht oder zumindest in deutlich geringerem Maße aufweist und insbesondere bei einfacher und kostengünstiger Herstellbarkeit unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen eine dauerhafte, über den gesamten Bewegungsablauf möglichst gleichmäßige und hohe Dämpfung der Ausdrehbewegung des Fahrwerks gegenüber dem Wagenkasten ermöglicht.
  • Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe ausgehend von einer Drehhemmungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die technische Lehre zu Grunde, dass bei einfacher und kostengünstiger Herstellbarkeit unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen eine dauerhafte, über den gesamten Bewegungsablauf möglichst gleichmäßige und hohe Dämpfung der Ausdrehbewegung des Fahrwerks gegenüber dem Wagenkasten realisiert werden kann, wenn eine Krafterzeugungseinrichtung mit einem Kontaktelement vorgesehen ist, das auf den Reibelementträger einwirkt und so eine variable Kontaktkraft zwischen dem ersten Reibelement und dem zweiten Reibelement erzeugt.
  • Durch die funktionale Trennung von Reibelementträger und Krafterzeugungseinrichtung ist es zum einen möglich, das erste Reibelement im Hinblick auf eine Erzielung eines hohen die Ausdrehbewegung dämpfenden Reibmoments an einer günstigen, weit von der Drehachse der Ausdrehbewegung entfernten Position anzuordnen. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Krafterzeugungseinrichtung in einfacher Weise für ihre primäre Funktion der Kraftaufbringung optimiert werden kann, während der Reibelementträger selbst wiederum einfach hinsichtlich seiner primären Funktion der möglichst spielfreien Einleitung des dämpfenden Reibmoments in die mit ihm verbundene Fahrzeugkomponente optimiert werden kann. Ein weiterer Vorteil dieser Gestaltung liegt insbesondere darin, dass die Krafterzeugungseinrichtung in einfacher Weise dahingehend gestaltet werden kann, dass sie unabhängig von der Beladung des Fahrzeugs eine möglichst gleichmäßige Kontaktkraft zwischen den Reibelementen bewirkt, sodass eine von der Beladung des Fahrzeugs möglichst unabhängige Dämpfung der Ausdrehbewegung erzielt wird.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung betrifft diese daher eine Drehhemmungseinrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere ein Schienenfahrzeug, mit einem Fahrwerk als erster Fahrzeugkomponente und einem darauf abgestützten Wagenkasten als zweiter Fahrzeugkomponente, umfassend einen Reibelementträger für ein erstes Reibelement. Der Reibelementträger ist dazu ausgebildet, derart um eine Hochachse des Fahrzeugs drehfest mit dem Fahrwerk oder dem Wagenkasten verbunden zu werden, dass der Wagenkasten über das erste Reibelement auf dem Fahrwerk abgestützt ist, wobei der Wagenkasten relativ zu dem Fahrwerk unter einer eine Drehung um die Hochachse hemmenden reibungsbehafteten Relativbewegung zwischen dem ersten Reibelement und einem zweiten Reibelement drehbar ist. Weiterhin ist eine Krafterzeugungseinrichtung mit einem Kontaktelement vorgesehen, wobei die Krafterzeugungseinrichtung derart mit der den Reibelementträger tragenden Fahrzeugkomponente verbindbar ist, dass sie zur Erzeugung einer Kontaktkraft zwischen dem ersten Reibelement und dem zweiten Reibelement über das Kontaktelement auf den Reibelementträger einwirkt.
  • Es sei an dieser Stelle nochmals explizit angemerkt, dass der Reibelementträger sowohl mit dem Fahrwerk als auch (bei anderen Varianten) mit dem Wagenkasten drehfest verbunden werden kann. Insbesondere kann eine Ausführung, die zunächst für eine Befestigung an dem Fahrwerk vorgesehen ist, gegebenenfalls durch einfaches Drehen um 180° (um eine horizontale Achse) in einer Ausführung genutzt werden, bei der die Befestigung an dem Wagenkasten erfolgt. Dies bringt den Vorteil einer sehr hohen Flexibilität beim Einsatz der erfindungsgemäßen Drehhemmungseinrichtung mit sich.
  • Die Krafterzeugungseinrichtung kann grundsätzlich auf beliebige geeignete Weise gestaltet sein. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das Kontaktelement für jeden Wert der Kontaktkraft zwischen den beiden Reibelementen eine unterschiedliche Position einnimmt. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn die Krafterzeugungseinrichtung als einfache Federeinrichtung ausgebildet ist, welche zwischen die zugehörige Fahrzeugkomponente und den Reibelementträger geschaltet ist.
  • Bei besonders vorteilhaften Varianten der erfindungsgemäßen Drehhemmungseinrichtung ist vorgesehen, dass die Krafterzeugungseinrichtung eine Losbrechkraft definiert, bei deren Überschreiten eine Auslenkung des Kontaktelements erfolgt. Hiermit kann erreicht werden, dass zunächst bis zu einer bestimmten Beladung des Wagenkastens ein beladungsabhängiger Anstieg des Reibmoments bis zu einer bestimmten Reibmonentschwelle erfolgt, welche bei Erreichen der Losbrechkraft vorliegt. Oberhalb dieser Reibmomentschwelle kann dann durch die einsetzende Auslenkung des Kontaktelements (abhängig von der Kennlinie der Krafterzeugungseinrichtung) ein flacherer Anstieg des Reibmoments bis hin zu einem zumindest nahezu konstanten Verlauf des Reibmoments erzielt werden. Mit anderen Worten kann also in vorteilhafter Weise oberhalb einer bestimmten vorgebbaren Beladung des Wagenkastens eine Begrenzung des Reibmoments und damit der Bedämpfung der Ausdrehbewegung erzielt werden.
  • Hierbei kann die Höhe der Losbrechkraft fest durch die Dimensionierung der Krafterzeugungseinrichtung vorgegeben sein. Bevorzugt weist die Krafterzeugungseinrichtung jedoch eine Vorspanneinrichtung zur Einstellung der Losbrechkraft auf, um so in vorteilhafter Weise gegebenenfalls eine auf den jeweiligen Einsatzfall abgestimmte Einstellung des beladungsabhängigen Verlaufs des Reibmoments und damit der Bedämpfung der Ausdrehbewegung zu erzielen.
  • Die Krafterzeugungseinrichtung kann grundsätzlich in beliebiger geeigneter Weise gestaltet sein, insbesondere ihre Kraftwirkung nach einem beliebigen Wirkprinzip erzielen. So kann beispielsweise nach einem hydraulischen oder pneumatischen Wirkprinzip arbeiten. Wegen des besonders einfachen und wartungsarmen Aufbaus ist jedoch vorzugsweise vorgesehen, dass die Krafterzeugungseinrichtung nach einem mechanischen Wirkprinzip arbeitet.
  • Weiterhin kann es sich bei der Krafterzeugungseinrichtung um eine aktive Einrichtung mit einer oder mehreren aktiven Komponenten handeln, bei der die Kraftwirkung über eine entsprechende Ansteuerung eingestellt wird. Wegen des einfachen und robusten Aufbaus umfasst die Krafterzeugungseinrichtung jedoch bevorzugt eine passive Einrichtung, insbesondere eine einfache Federeinrichtung, zur Erzeugung einer Kontaktkraft.
  • Die Federeinrichtung kann grundsätzlich in beliebiger geeigneter Weise aufgebaut sein. So kann beispielsweise eine einfache pneumatische Feder vorgesehen sein. Ebenso kann eine einfache mechanische Feder, beispielsweise eine Schraubenfeder oder dergleichen vorgesehen sein. Bevorzugt umfasst die Federeinrichtung wenigstens eine Tellerfeder und eine Tellerfederführung, wobei die Tellerfeder eine Hauptfederrichtung definiert, in der die Tellerfeder ihre Hauptfederkraft ausübt, und die Tellerfederführung die Tellerfeder quer zu der Hauptfederrichtung führt. Mit derartigen Tellerfedern lässt sich in besonders einfacher Weise auf besonders kleinem Bauraum ein gewünschter Kraftverlauf der Krafterzeugungseinrichtung erzielen.
  • Hierbei kann vorgesehen sein, dass die durch die wenigstens eine Tellerfeder definierte Kraft der Krafterzeugungseinrichtung über ein separates Kontaktelement auf den Reibelementträger ausgeübt wird. Bei besonders einfach aufgebauten Varianten der erfindungsgemäßen Drehhemmungseinrichtung ist jedoch vorgesehen, dass die wenigstens eine Tellerfeder selbst das Kontaktelement ausbildet.
  • Die Krafterzeugungseinrichtung ist wie erwähnt bevorzugt so gestaltet, dass (gegebenenfalls oberhalb einer vorgebbaren Schwelle) eine Variation der Beladung des Wagenkastens nur eine geringe Variation der Kontaktkraft zwischen dem ersten Reibelement und dem zweiten Reibelement und damit nur eine geringe Variation des dämpfenden Reibmoments bewirkt. Die Krafterzeugungseinrichtung ist hierzu bevorzugt derart ausgebildet, dass das Kontaktelement im Normalbetrieb des Fahrzeugs einen vorgebbaren Hub zwischen einer ersten Extremstellung und einer zweiten Extremstellung ausführt, wobei das Kontaktelement in der ersten Extremstellung eine (gegebenenfalls maximale) erste Kraft auf den Reibelementträger ausübt und in der zweiten Extremstellung eine zweite Kraft auf den Reibelementträger ausübt. Die zweite Kraft kann dabei um bis zu 30% der ersten Kraft von der ersten Kraft abweichen. Bevorzugt weicht die zweite Kraft in diesem Fall um höchstens 20% der ersten Kraft, vorzugsweise höchstens 10% der ersten Kraft, weiter vorzugsweise höchstens 5% der ersten Kraft, von der ersten Kraft ab.
  • Hierdurch kann ein unter fahrdynamischen Gesichtspunkten besonders günstiger Verlauf des dämpfenden Reibmoments erzielt werden. Das dämpfende Reibmoment ist dann (gegebenenfalls oberhalb einer vorgebbaren Schwelle) nicht nur weit gehend beladungsunabhängig, auch beim Einwirken von vertikalen Trägheitskräften, welches bei bekannten Gestaltungen eine starke Variation des Reibmoments hervorruft, bleibt das Reibmoment in vorteilhafter Weise in engen vorgebbaren Grenzen.
  • Das Kontaktelement kann an beliebiger geeigneter Stelle am Reibelementträger angreifen. So kann das Kontaktelement im Bereich des ersten Reibelements auf den Reibelementträger einwirken. Bei anderen Varianten der Erfindung kann das Kontaktelement aber auch auf einer dem ersten Reibelement abgewandten Seite auf den Reibelementträger einwirken.
  • Der Reibelementträger kann grundsätzlich auf beliebige geeignete Weise aus einer oder mehreren Komponenten gestaltet sein. Bevorzugt ist der Reibelementträger als eine einfache Baueinheit gestaltet, die wenigstens einen Trägerarm mit einem ersten Endbereich und einem in Richtung einer Längsachse des Trägerarms beabstandeten zweiten Endbereich aufweist. Der Trägerarm weist in dem ersten Endbereich einen Anschlussbereich auf, der zur Verbindung mit der den Reibelementträger tragenden Fahrzeugkomponente ausgebildet ist. In einem von dem ersten Endbereich in Richtung der Längsachse des Trägerarms beabstandeten Bereich trägt der Trägerarm dann das erste Reibelement.
  • Der Trägerarm kann grundsätzlich in beliebiger geeigneter Weise gestaltet sein. So kann er beispielsweise als einfaches (im Vergleich zu seiner Längserstreckung) schmales Bauteil gestaltet sein, welches in einem oder mehreren entlang seiner Längsachse voneinander beabstandeten Anschlussabschnitten mit der den Reibelementträger tragenden Fahrzeugkomponente verbunden ist. Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass der Anschlussbereich des Trägerarms wenigstens zwei Anschlussabschnitte aufweist, die zur Verbindung mit der den Reibelementträger tragenden Fahrzeugkomponente ausgebildet sind, wobei die beiden Anschlussabschnitte quer zu der Längsachse des Reibelementträgers zueinander beabstandet sind. Hierdurch kann eine (insbesondere im Hinblick auf die möglichst spielfreie Einleitung des Reibmoments) besonders vorteilhafte Abstützung des Reibmoments an der den Reibelementträger tragenden Fahrzeugkomponente erzielt werden.
  • Vorzugsweise ist wenigstens einer der Anschlussabschnitte dazu ausgebildet, spielfrei mit der den Reibelementträger tragenden Fahrzeugkomponente verbunden zu werden, um zu jedem Zeitpunkt (also auch bei einer Richtungsumkehr der Ausdrehbewegung) die Einleitung des gewünschten Reibmoments zu gewährleisten. Dies kann durch ein entsprechendes Gelenk erfolgen. Wegen der besonders einfachen Gestaltung ist jedoch bevorzugt eine starre Verbindung in diesem Anschlussabschnitt vorgesehen. Der Reibelementträger ist dann bevorzugt in Richtung der Hochachse entsprechend weich ausgebildet, um Relativbewegungen zwischen dem Fahrwerk und dem Wagenkasten folgen zu können. In einer Ebene senkrecht zu der Hochachse ist der Reibelementträger jedoch bevorzugt ausreichend steif, um zu jedem Zeitpunkt (also auch bei einer Richtungsumkehr der Ausdrehbewegung) die Einleitung des gewünschten Reibmoments zu gewährleisten.
  • Dies kann grundsätzlich auf beliebige geeignete Weise erfolgen, beispielsweise indem der Trägerarm im Wesentlichen plattenförmig gestaltet ist, wobei die Plattenebene (mithin also die Haupterstreckungsebene des Reibelementträgers) quer zur Hochachse verläuft. Die Außenkontur des plattenförmigen Trägerarms kann dann auf beliebige geeignete Weise gestaltet sein. Bevorzugt ist der Trägerarm im Wesentlichen dreieckförmig ausgebildet, da hiermit auf besonders einfache Weise eine an die tatsächlichen Lastverhältnisse angepasste Gestaltung erzielt werden.
  • So ist beispielsweise bevorzugt vorgesehen, dass sich der Anschlussbereich zwischen zwei Eckbereichen des Trägerarms erstreckt und das Reibelement in dem dritten Eckbereich des Trägerarms angeordnet ist. Eine solche Konfiguration trägt den Lastverhältnissen bei der Einleitung des Reibmoments in die den Trägerarm tragende Fahrzeugkomponente besonders effektiv Rechnung, da zum einen an der Dreiecksspitze mit dem Reibelement noch ein vergleichsweise geringes Biegemoment um die Hochachse vorliegt, sodass der geringe Querschnitt des Trägerarms ausreicht, um dieses aufzunehmen. Mit dem zum Anschlussbereich hin zunehmenden Biegemoment nimmt bei dieser Gestaltung dann auch der Querschnitt zu, sodass zum einen zu jedem Zeitpunkt eine optimale Querschnittsausnutzung des Trägerarms erzielt werden kann. Zum anderen kann eine hohe Stützbreite im Anschlussbereich erzielt werden, wodurch die in die tragende Fahrzeugkomponente eingeleiteten Lasten reduziert und die Verbindung im Anschlussbereich entsprechend einfach gestaltet werden kann.
  • Es versteht sich hierbei, dass die im Wesentlichen dreiecksförmige Gestalt des Trägerarms nicht notwendigerweise geradlinige Seiten aufweisen muss. Vielmehr ist bei bevorzugten Varianten der Erfindung eine zumindest abschnittsweise polygonale und/oder gekrümmte Kontur der Seiten vorgesehen.
  • Vorzugsweise wird bei der Gestaltung des Trägerarms nicht nur der Verlauf des aus dem Reibmoment resultierenden Biegemoments um die Hochachse berücksichtigt. Vielmehr kann auch eine aus einer Relativbewegungen zwischen dem Fahrwerk und dem Wagenkasten erforderliche ausgleichende Verformung des Trägerarms berücksichtigt werden. So kann das Biegewiderstandsmoment des Trägerarms um die jeweils zu betrachtende Biegeachse so gewählt werden, dass der Trägerarm im tatsächlichen Betrieb bei den zu erwartenden Lasten um eine Biegeachse (z. B. die Hochachse) keine nennenswerte Verformung erfährt, während er um eine andere Biegeachse (die z. B. quer zu der Hochachse und der Längsachse des Trägerarms verläuft) eine gewünschte Deformation erfährt.
  • Die entsprechende Variation des Biegewiderstandsmoments kann auf beliebige geeignete Weise erfolgen, nämlich über das Material und/oder die Querschnittsgeometrie. Bei bevorzugten Varianten der Erfindung weist der Trägerarm um eine Trägheitsachse ein Flächenträgheitsmoment auf, wobei die Trägheitsachse quer zu einer durch die Längsachse des Trägerarms und die Hochachse des Fahrzeugs definierte Ebene verläuft, und es ist vorgesehen, dass das Flächenträgheitsmoment in Richtung der Längsachse des Trägerarms entsprechend einer gewünschten Verformung des Trägerarms im Normalbetrieb variiert, insbesondere zum zweiten Ende hin abnimmt. Hierbei kann die gewünschte Verformung an beliebige Vorgaben angepasst sein. Vorzugsweise handelt es sich dabei um Vorgaben hinsichtlich der Anbindung des Trägerarms an der tragenden Fahrzeugkomponente und/oder der Einleitung der Lasten in die tragende Fahrzeugkomponente.
  • Bei vorteilhaften Varianten der erfindungsgemäßen Drehhemmungseinrichtung wird das Flächenträgheitsmoment derart variiert, dass sich eine im Normalbetrieb des Fahrzeugs zu erwartende Deformation des Trägerarms im Wesentlichen nicht bis in den Anschlussbereich erstreckt. Hierdurch gestaltet sich die Anbindung des Trägerarms besonders einfach. Der Trägerarm weist in einer quer zu seiner Längsachse verlaufenden Querschnittsebene einen Querschnitt auf, wobei der Querschnitt des Trägerarms zur Variation des Flächenträgheitsmoments in Richtung der Längsachse des Trägerarms abnimmt.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Fahrzeug, insbesondere ein Schienenfahrzeug, mit einem Fahrwerk, einem darauf abgestützten Wagenkasten und einer erfindungsgemäßen Drehhemmungseinrichtung, wobei der Reibelementträger derart um eine Hochachse des Fahrzeugs drehfest mit dem Fahrwerk oder dem Wagenkasten verbunden ist, dass der Wagenkasten über das erste Reibelement auf dem Fahrwerk abgestützt ist. Der Wagenkasten ist relativ zu dem Fahrwerk drehbar, wobei es zu einer eine Drehung um die Hochachse hemmenden reibungsbehafteten Relativbewegung zwischen dem ersten Reibelement und einem zweiten Reibelement kommt, und die Krafterzeugungseinrichtung ist mit der den Reibelementträger tragenden Fahrzeugkomponente verbunden.
  • Vorzugsweise sind der Reibelementträger und die Krafterzeugungseinrichtung mit dem Fahrwerk verbunden, da sich eine solche Gestaltung besonders einfach realisieren lässt. Das Fahrwerk kann beliebig gestaltet sein, wobei es von besonderem Vorteil ist, wenn das Fahrwerk einen Fahrwerksrahmen und eine Wiege umfasst, die über eine Sekundärfederung auf dem Fahrwerksrahmen abgestützt ist und in Querrichtung des Fahrzeugs verläuft, der Wagenkasten über die Drehhemmungseinrichtung auf der Wiege abgestützt ist und die Drehhemmungseinrichtung in einem Endbereich der Wiege angeordnet ist. Hierdurch kann eine einfache und effektive Integration der Drehhemmungseinrichtung erzielt werden. Vorzugsweise sind dabei der Reibelementträger und die Krafterzeugungseinrichtung mit der Wiege verbunden.
  • Die vorliegende Erfindung lässt sich im Zusammenhang mit einer beliebigen Abstützung des Wagenkastens auf dem Fahrwerk anwenden. So kann sie beispielsweise bei Varianten zum Einsatz kommen, bei denen der Wagenkasten in Richtung der Hochachse nur über die Reibelemente abgestützt ist, während Längs- und Querkräfte zwischen Wagenkasten und Fahrwerk über einen Drehzapfen oder dergleichen übertragen werden. Besonders vorteilhaft lässt sie sich aber auch bei Fahrzeugen einsetzen, bei denen der Wagenkasten über eine die Drehachse der Relativbewegung zwischen dem Wagenkasten und dem Fahrwerk definierende Lagereinrichtung, beispielsweise einen Drehkranz oder dergleichen, in Richtung der Hochachse auf dem Fahrwerk abgestützt ist.
  • Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen bzw. der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt. Es zeigt:
    • Figur 1
    eine schematische Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs mit einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehhemmungseinrichtung;
    Figur 2
    ein Detail des Schienenfahrzeugs aus Figur 1 in einem schematischen Schnitt entlang der Linie II-II;
    Figur 3
    ein Detail des Schienenfahrzeugs aus Figur 1 in einem schematischen Schnitt entlang der Linie III-III;
    Figur 4
    einen schematischen Schnitt durch ein Detail einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs mit einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehhemmungseinrichtung.
    Erstes Ausführungsbeispiel
  • Die Figuren 1 bis 3 zeigen schematische Darstellungen eines erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs 101. Zur Vereinfachung der nachfolgenden Beschreibung wird in den Figuren ein Koordinatensystem (x, y, z) verwendet, bei dem die x-Achse die Fahrzeuglängsrichtung bezeichnet, die y-Achse die Fahrzeugquerrichtung und die z-Achse die Fahrzeughochrichtung bezeichnet. Es sei hier angemerkt, dass die im Folgenden getroffenen Angaben zur Ausrichtung bzw. Lage einzelner Komponenten des Fahrzeugs (sofern nachfolgend nicht ausdrücklich Anderes angegeben wird) stets auf einen statischen Zustand bei gerader, horizontaler Gleislage beziehen.
  • Das Schienenfahrzeug 101 umfasst einen Wagenkasten 102, der im Bereich seiner beiden Enden jeweils auf einem Fahrwerk in Form eines Drehgestells 103 abgestützt ist. Das Drehgestell 103 umfasst jeweils zwei Radsätze 103.1, auf denen über eine (in den Figuren nur stark schematisiert dargestellte) Primärfederung 103.2 ein Drehgestellrahmen 103.3 abgestützt ist. Auf dem Drehgestellrahmen 103.3 stützt sich wiederum in herkömmlicher Weise über eine (in den Figuren nur stark schematisiert dargestellte) Sekundärfederung 103.4 eine Wiege 103.5 ab.
  • Im Bereich der beiden in Fahrzeugquerrichtung liegenden Enden der Wiege 103.5 ist der Wagenkasten 102 jeweils über die Reibelemente 104.1 und 104.2 einer erfindungsgemäßen Drehhemmungseinrichtung 104 auf der Wiege 103.5 abgestützt. Weiterhin ist der Wagenkasten 102 im Mittenbereich der Wiege 103.5 über eine nach Art eines Drehkranzes gestaltete Stützeinrichtung 105 auf der Wiege 103.5 abgestützt, sodass eine Aufteilung der Stützkräfte (in Fahrzeughochrichtung) zwischen der mittig angeordneten Stützeinrichtung 105 und den Drehhemmungseinrichtungen 104 erfolgt.
  • Wie Figur 2 und 3 zu entnehmen ist, umfasst die Drehhemmungseinrichtung 104 einen an der Wiege 103.5 befestigten Reibelementträger 104.3, der das erste Reibelement 104.1 trägt. Der Reibelementträger 104.3 ist hierbei als im Wesentlichen dreiecksförmiger Trägerarm ausgebildet, dessen Längsachse sich in Fahrzeugquerrichtung erstreckt.
  • An einem Ende des Trägerarms 104.3 ist in einem (die Basis des Trägerarms 104.3 bildenden) ersten Endbereich des Trägerarms 104.3 ein Anschlussbereich 104.4 ausgebildet. Der Anschlussbereich 104.4 weist (an zwei Ecken, nämlich den beiden Enden der Basis des Trägerarms 104.3) zwei in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) beabstandete Anschlussabschnitte 104.5 und 104.6 auf, über die der Trägerarm 104.3 mit der Wiege 103.5 verbunden ist.
  • An dem von dem ersten Endbereich in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) beabstandeten zweiten Endbereich des Trägerarms 104.3 ist auf der dem Wagenkasten 102 zugewandten Oberseite des Trägerarms 104.3 das erste Reibelement 104.1 angeordnet. Das erste Reibelement 104.1 kann dabei lösbar an dem Trägerarm 104.3 befestigt sein, um eine schnelle Austauschbarkeit des ersten Reibelements 104.1 zu gewährleisten. Das erste Reibelement 104.1 wirkt mit dem zweiten Reibelement 104.2 zusammen, das ebenfalls lösbar an dem Wagenkasten 102 befestigt ist, um seine schnelle und einfache Austauschbarkeit zu gewährleisten.
  • Im zweiten Endbereich des Trägerarms 104.3 ist eine separate Krafterzeugungseinrichtung 104.7 der Drehhemmungseinrichtung 104 angeordnet. Die Krafterzeugungseinrichtung wirkt über ein Kontaktelement 104.8 auf die dem ersten Reibelement 104.1 abgewandte Seite des Trägerarms 104.3 ein und erzeugt so eine Kontaktkraft F zwischen dem ersten Reibelement 104.1 und dem zweiten Reibelement 104.2.
  • Im Falle einer Ausdrehbewegung des Drehgestells 103 bezüglich des Wagenkastens 102 um die Fahrzeughochachse (z-Richtung) kommt es zu einer reibungsbehafteten Relativbewegung zwischen den beiden Reibelementen 104.1 und 104.2, welche ein Reibmoment MR um die Fahrzeughochachse bewirkt. Dieses Reibmoment wirkt der Ausdrehbewegung jeweils entgegen und dämpft so die Ausdrehbewegung des Drehgestells 103 bezüglich des Wagenkastens 102. Die Höhe der Kontaktkraft F bestimmt dabei die Höhe des Reibmoments MR.
  • Um das Reibmoment MR beeinflussen zu können, weist die Krafterzeugungseinrichtung 104.7 eine mechanische Federeinrichtung in Form eines Tellerfederpakets 104.9 auf, das in einer zylindrischen Kammer eines (die einzelnen Tellerfedern quer zur ihrer Hauptfederrichtung führenden) Gehäuses 104.10 der Krafterzeugungseinrichtung 104.7 angeordnet ist. Das Tellerfederpaket 104.9 stützt sich einerseits gegen einen ringförmigen Absatz 104.11 an dem Kontaktelement 104.8 und andererseits an einem Gehäusedeckel 104.12 des Gehäuses 104.10 ab. Das Gehäuse 104.10 ist starr mit der Wiege 103.5 verbunden, sodass das durch das Gehäuse 104.10 geführte Kontaktelement 104.8 durch die Federkraft des Tellerfederpakets 104.9 (in seiner Hauptfederrichtung) nach oben gegen den Trägerarm 104.3 gedrückt wird, wodurch die Kontaktkraft K erzeugt wird.
  • Die Kontaktkraft K bestimmt sich hierbei aus der aktuellen axialen Länge L des Tellerfederpakets 104.9. Je geringer die axiale Länge L im aktuellen Zustand ist, desto stärker ist das Tellerfederpaket 104.9 komprimiert und desto größer ist die von den Tellerfederpaket 104.9 ausgeübte Kraft.
  • Im unbelasteten Zustand der Krafterzeugungseinrichtung 104.7 wird der Absatz 104.11 durch die Kraftwirkung des Tellerfederpakets 104.9 gegen einen oberen Anschlag 104.13 an dem Gehäuse 104.10 gedrückt. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Tellerfederpaket 104.9 bereits um eine gewisse Länge komprimiert ist, mithin also gegenüber einem lastfreien Zustand um einen gewissen Betrag vorgespannt ist. Der Absatz 104.11 liegt dann mit einer gewissen Vorspannkraft FV an dem Anschlag 104.13 an.
  • Die Höhe der Vorspannkraft FV kann im vorliegenden Beispiel in weiten Grenzen über eine Vorspanneinrichtung nach den Erfordernissen des aktuellen Anwendungsfalls eingestellt werden. Die Vorspanneinrichtung wird dabei von dem lösbar mit dem Gehäuse 104.10 verbundenen Gehäusedeckel 104.12 und gegebenenfalls einer der mehreren austauschbaren Distanzscheiben 104.14 gebildet. Je nach der Dicke (Abmessung in Längsrichtung des Tellerfederpakets 104.9) der verwendeten Distanzscheibe(n) 104.14 ist das Tellerfederpaket 104.9 in dem unbelasteten Zustand der Krafterzeugungseinrichtung 104.7 mehr oder weniger stark komprimiert und somit der Absatz 104.11 mehr oder weniger stark gegen den Anschlag 104.13 vorgespannt.
  • Die Gestaltung mit dem lösbaren Gehäusedeckel 104.12 hat zudem den Vorteil, dass die Krafterzeugungseinrichtung durch Entfernen des Gehäusedeckels 104.12 beispielsweise zu Wartungszwecken außer Funktion gesetzt werden kann. Hiermit ist es dann in einfacher Weise möglich, die Reibelemente 104.1 und 104.2 bzw. den gesamten Trägerarm 104.3 auszutauschen.
  • Wird das Kontaktelement 104.8 durch den auf die Wiege 103.5 aufgesetzten Wagenkasten 102 belastet, so erfolgt zunächst solange keine Auslenkung des Kontaktelements 104.8 bis auf das Kontaktelement 104.8 über den Trägerarm 104.3 in Längsrichtung des Tellerfederpakets 104.9 eine Kraft ausgeübt wird, die größer ist als die Vorspannkraft FV. Mit anderen Worten definiert die Vorspannkraft FV eine Losbrechkraft, bei deren Überschreiten eine Auslenkung des Kontaktelements 104.8 erfolgt.
  • Bei einem weiteren Anstieg der über den Trägerarm 104.3 in Längsrichtung des Tellerfederpakets 104.9 auf das Kontaktelement 104.8 ausgeübten Kraft, erfolgt eine weitere Kompression des Tellerfederpakets 104.9, bis ein Kräftegleichgewicht erreicht ist, bei dem dann die Kontaktkraft K zwischen den beiden Reibelementen 104.1 und 104.2 wirkt.
  • Der Anstieg der durch das Tellerfederpaket 104.9 ausgeübten Kraft kann hierbei durch die Wahl der verwendeten Tellerfedern eingestellt werden. Vorzugsweise werden vergleichsweise weiche Tellerfedern verwendet, welche jedoch schon im unbelasteten Ausgangszustand der Krafterzeugungseinrichtung 104.7 vergleichsweise stark vorgespannt sind, um die gewünschte Vorspannkraft FV zu erzielen. Dies hat den Vorteil, dass bei Überschreiten der Losbrechkraft FV nur noch ein vergleichsweise flacher Anstieg der Kontaktkraft K erfolgt, sodass mit anderen Worten auch eine Begrenzung des Reibmoments und damit eine Begrenzung der Bedämpfung der Ausdrehbewegung erzielt werden kann.
  • Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Losbrechkraft FV schon im unbeladenen Zustand des Wagenkastens 102 überschritten wird, sodass bereits in diesem Zustand eine Auslenkung des Kontaktelements 104.8 erfolgt. Bei weiterer Beladung des Wagenkastens 102 wird dann ein starker Anstieg der Kontaktkraft vermieden. Vielmehr wird in diesem Fall dann ein größerer Anteil der Gewichtskraft des Wagenkastens 102 über die zentrale Stützeinrichtung 105 in das Drehgestell 103 eingeleitet.
  • Dies hat zur Folge, dass mit der Kontaktkraft auch das die Ausdrehbewegung dämpfende Reibmoment nur vergleichsweise schwach ansteigt. Bei entsprechender Auslegung des Tellerfederpakets 104.9 kann hier gegebenenfalls sogar erreicht werden, dass das dämpfende Reibmoment (unabhängig von der Beladung des Wagenkastens 102) nahezu konstant bleibt, was in gewissen Anwendungsfällen von Vorteil sein kann.
  • Ebenso kann natürlich vorgesehen sein, dass die Losbrechkraft FV erst bei einer vorgebbaren Beladung des Wagenkastens 102 erreicht wird. In diesem Fall kann dann zunächst bis zum Erreichen der Losbrechkraft FV ein vergleichsweise steiler Anstieg der Kontaktkraft K (in Abhängigkeit von der Beladung des Wagenkastens 102) und damit ein beladungsabhängiger Anstieg des dämpfenden Reibmoments MR bis zu einer bestimmten Reibmonentschwelle erzielt werden, während nach Überschreiten der Losbrechkraft FV (je nach Anwendungsfall) wiederum die oben beschriebene Begrenzung des Reibmoments MR bzw. ein flacherer Anstieg des Reibmoments MR erreicht werden kann.
  • Im vorliegenden Beispiel ist das Tellerfederpaket 104.9 so ausgelegt, dass das Kontaktelement 104.8 im Normalbetrieb des Fahrzeugs 101 einen vorgebbaren Hub zwischen einer ersten Extremstellung (der Absatz 104.11 liegt an dem Anschlag 104.13 an) und einer zweiten Extremstellung (Trägerarm 104.3 steht kurz vor dem Anschlagen an dem Gehäuse 104.10) ausführt. In Richtung der Fahrzeughochachse (z-Richtung) übt das Kontaktelement 104.8 in der ersten Extremstellung als eine maximale erste Kraft die Losbrechkraft FV auf den Trägerarm 104.3 aus, während es in der zweiten Extremstellung eine zweite Kraft auf den Trägerarm 104.3 ausübt. Das Tellerfederpaket 104.9 ist so ausgelegt, dass die zweite Kraft im vorliegenden Beispiel um höchstens 5% der ersten Kraft von der ersten Kraft abweicht. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch eine stärkere Abweichung der zweiten Kraft von der ersten Kraft möglich ist. Insbesondere sind Abweichungen um bis zu 30% der ersten Kraft möglich.
  • Hierdurch kann ein unter fahrdynamischen Gesichtspunkten besonders günstiger Verlauf des dämpfenden Reibmoments MR erzielt werden. Das dämpfende Reibmoment MR ist dann (gegebenenfalls oberhalb einer vorgebbaren Schwelle) nicht nur weit gehend beladungsunabhängig, auch beim Einwirken von vertikalen Trägheitskräften, welches bei bekannten Gestaltungen eine starke Variation des Reibmoments hervorruft, bleibt das Reibmoment MR in vorteilhafter Weise in engen vorgebbaren Grenzen.
  • Durch die erfindungsgemäße funktionale Trennung des Reibelementträgers 104.3 und der Krafterzeugungseinrichtung 104.7 ist es zum einen möglich, das erste Reibelement im Hinblick auf eine Erzielung eines hohen die Ausdrehbewegung dämpfenden Reibmoments an einer günstigen, in Fahrzeugquerrichtung weit von der (durch die Stützeinrichtung 105 definierten) Drehachse der Ausdrehbewegung entfernten Position anzuordnen. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Krafterzeugungseinrichtung 104.7 wie oben beschrieben in einfacher Weise für ihre primäre Funktion der Kraftaufbringung optimiert werden kann.
  • Auch der Reibelementträger 104.3 kann wiederum einfach hinsichtlich seiner primären Funktion der möglichst spielfreien Einleitung des dämpfenden Reibmoments MR in das Drehgestell 103 optimiert werden. So wird eine spielfreie Einleitung des dämpfenden Reibmoments MR im vorliegenden Beispiel dadurch realisiert, dass der Trägerarm 104.3 im Bereich der Anschlussabschnitte 104.5 und 104.6 starr mit der Wiege 103.5 verbunden ist. Dies kann über eine beliebige, bevorzugt lösbare Verbindung geschehen. Beispielsweise kann eine einfache Schraubverbindung vorgesehen sein, wobei dann vorzugsweise über eine Verzahnung der Kontaktflächen oder dergleichen eine drehfeste Verbindung realisiert ist.
  • Durch die quer zu der Längsachse des Trägerarms 104.3 zueinander beabstandete Anordnung der Anschlussabschnitte 104.5 und 104.6 wird eine besonders vorteilhafte hohe Stützbreite der Abstützung des Reibmoments M in R in der Wiege 103.5 erzielt, sodass im Bereich der Anschlussabschnitte 104.5 und 104.6 nur vergleichsweise geringe Kräfte zu übertragen sind. Hierdurch kann die Anwendung des Trägerarms 104.3 an der Wiege 103.5 besonders einfach gestaltet werden.
  • Wie den Figuren 2 und 3 zu entnehmen ist, ist der Trägerarm 104.3 als im Wesentlichen plattenförmiges Bauteil ausgeführt, wobei die Plattenebene (bzw. die Haupterstreckungsebene des Trägerarms 104.3) quer zur Hochachse (z-Richtung) verläuft. Durch die Anordnung der Anschlussabschnitte 104.5 und 104.6 in zwei Eckbereichen des Trägerarms 104.3 und die Anordnung des ersten Reibelements 104.1 in dem dritten Eckbereich des Trägerarms 104.3 wird den Lastverhältnissen bei der Einleitung des Reibmoments MR in die Wiege 103.5 besonders effektiv Rechnung getragen. So liegt zum einen im Bereich der das erste Reibelement 104.1 tragenden Ecke noch ein vergleichsweise geringes Biegemoment um die Hochachse vor, sodass der geringe Querschnitt des Trägerarms 104.3 in diesem Bereich ausreicht, um dieses ohne nennenswerte Deformation aufzunehmen. Mit dem zum Anschlussbereich hin zunehmenden Biegemoment nimmt bei dieser Gestaltung dann auch der Querschnitt und damit das Biegewiderstandsmoment zu, sodass neben der vorteilhaft hohen Stützbreite zu jedem Zeitpunkt eine optimale Querschnittsausnutzung des Trägerarms 104.3 ohne nennenswerte Deformation erzielt wird.
  • Wie Figur 2 zu entnehmen ist, weist der Trägerarm 104.3 in der gezeigten Draufsicht eine abschnittsweise gekrümmte Kontur auf. Hierdurch wird unter anderem das Flächenträgheitsmoment und damit das Biegewiderstandsmoment des Trägerarms 104.3 um eine quer zu seiner Längsrichtung und parallel zu seiner Haupterstreckungsebene verlaufende Biegeachse (die im vorliegenden Beispiel parallel zur x-Richtung verläuft) in Längsrichtung des Trägerarms 104.3 derart variiert, dass es zu dem ersten Reibelement 104.1 hin nach einem vorgegebenen Verlauf abnimmt. Der Querschnittsverlauf des Trägerarms 104.3 ist so gewählt, dass der Trägerarm 104.3 im tatsächlichen Betrieb bei den zu erwartenden Lasten um eine zur Fahrzeughochachse parallele Biegeachse keine nennenswerte Verformung erfährt, während er um eine zur Fahrzeuglängsachse parallele Biegeachse eine gewünschte Deformation erfährt.
  • Im vorliegenden Beispiel ist die Variation des Flächenträgheitsmoments des Trägerarms 104.3 so gewählt, dass sich eine im Normalbetrieb des Fahrzeugs zu erwartende Deformation des Trägerarms 104.3 im Wesentlichen nicht bis in den Anschlussbereich 104.4 erstreckt. Hierdurch gestaltet sich die Anbindung des Trägerarms 104.3 an die Wiege 103.5 besonders einfach.
  • Durch die starre und damit spielfreie Verbindung des Trägerarms 104.3 mit der Wiege 103.5 sowie das an den Verlauf des Biegemoments um die Fahrzeughochachse angepasste Biegewiderstandsmoment des Trägerarms 104.3 ist in vorteilhafter Weise zu jedem Zeitpunkt, mithin auch bei einer Richtungsumkehr der Ausdrehbewegung, die Einleitung des gewünschten Reibmoments MR in die Wiege 103.5 gewährleistet. Mit anderen Worten kommt es bei einer Richtungsumkehr der Ausdrehbewegung zu keinen nennenswerten Spieleffekten, bei denen bis zum Anliegen des entgegengesetzten Reibmoments MR in voller Höhe ein vergleichsweise langer Zeitraum vergeht.
  • Es sei in diesem Zusammenhang noch angemerkt, dass der Trägerarm bei anderen Varianten der Erfindung natürlich auch eine beliebige andere Gestalt aufweisen kann. Beispielsweise kann bei besonders einfachen Varianten ein im Wesentlichen trapezförmiger Trägerarm vorgesehen sein, wie dies in Figur 2 durch die gestrichelte Kontur 107 angedeutet ist.
    • Zweites Ausführungsbeispiel
  • Die Figur 4 zeigt (in einer der Figur 3 entsprechenden Ansicht) ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs 201. Das Schienenfahrzeug 201 entspricht in seiner grundsätzlichen Gestaltung und Funktionsweise dem Schienenfahrzeug 101, sodass hier lediglich auf die Unterschiede eingegangen werden soll. Insbesondere sind identische Bauteile mit identischen Bezugsziffern versehen, während gleichartige Bauteile mit um den Wert 100 erhöhten Bezugsziffern versehen sind. Sofern nachfolgend keine anders lautenden Angaben gemacht werden, wird bezüglich der Eigenschaften dieser Komponenten ausdrücklich auf die obigen Ausführungen verwiesen.
  • Der Unterschied zu dem Schienenfahrzeug 101 besteht zum einen darin, dass bei dem Fahrzeug 201 der (das erste Reibelement 104.1 tragende) Trägerarm 104.3 der Drehhemmungseinrichtung 204 über seine Anschlussabschnitte 104.5 und 104.6 starr und damit um die Fahrzeughochachse (z-Richtung) drehfest an dem Wagenkasten 202 befestigt ist, während das zweite Reibelement 104.2 an der Wiege 103.5 befestigt ist.
  • Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass die Krafterzeugungseinrichtung 204.7 lediglich ein Tellerfederpaket 204.9 umfasst, welches quer zu seiner Längsrichtung bzw. Hauptfederrichtung durch einen starr am Trägerarm 104.3 befestigten Führungsbolzen 204.15 geführt ist (der im Betrieb in eine Ausnehmung 202.1 in dem Wagenkasten 202 eintaucht). Mithin bildet bei dieser Variante also die den Trägerarm kontaktierende Tellerfeder 204.8 das Kontaktelement der Krafterzeugungseinrichtung 204.7.
  • Ein weiterer Unterschied besteht schließlich darin, dass der Wagenkasten 202 in Richtung der Fahrzeughochachse (z-Richtung) nur über die Reibelemente 104.1, 104.2 abgestützt ist, während Längs- und Querkräfte zwischen dem Wagenkasten 202 und der Wiege 103.5 auch über einen Drehzapfen 205 übertragen werden. Dies hat zur Folge, dass zwar stets ein (die Ausdrehbewegung zwischen dem Fahrwerk 103 und dem Wagenkasten 202 dämpfendes) beladungsabhängiges Reibmoment MR ohne die oben beschriebene Begrenzung anliegt. Die Verformbarkeit des Trägerarms quer zu seiner Haupterstreckungsebene gewährleistet hierbei jedoch eine gleichmäßige Flächenpressung zwischen den Reibelementen 104.1 und 104.2, sodass zum einen stets ein genau definiertes Reibmoment MR vorliegt und sich zum anderen ein vorteilhaft gleichmäßiges Verschleißbild der Reibelemente 104.1 und 104.2 ergibt.
  • Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend ausschließlich anhand von Beispielen für ein Schienenfahrzeug mit einem Drehgestell beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung auch für Fahrzeuge mit beliebigen anderen Fahrwerken zum Einsatz kommen kann. Weiterhin versteht es sich, dass die Erfindung nicht nur in Verbindung mit Schienenfahrzeugen sondern auch in Verbindung mit beliebigen anderen Fahrzeugen zum Einsatz kommen kann.

Claims (14)

  1. Drehhemmungseinrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere ein Schienenfahrzeug, mit einem Fahrwerk (103) als erster Fahrzeugkomponente und einem darauf abgestützten Wagenkasten (102; 202) als zweiter Fahrzeugkomponente, umfassend
    - einen Reibelementträger (104.3) für ein erstes Reibelement (104.1), wobei
    - der Reibelementträger (104.3) dazu ausgebildet ist, derart um eine Hochachse des Fahrzeugs drehfest mit dem Fahrwerk (103) oder dem Wagenkasten (102; 202) verbunden zu werden, dass der Wagenkasten (102; 202) über das erste Reibelement (104.1) auf dem Fahrwerk (103) abgestützt ist, wobei
    - der Wagenkasten (102; 202) relativ zu dem Fahrwerk (103) unter einer eine Drehung um die Hochachse hemmenden reibungsbehafteten Relativbewegung zwischen dem ersten Reibelement (104.1) und einem zweiten Reibelement (104.2) drehbar ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - eine Krafterzeugungseinrichtung (104.7; 204.7) mit einem Kontaktelement (104.8; 204.8) vorgesehen ist, wobei
    - die Krafterzeugungseinrichtung (104.7; 204.7) derart mit der den Reibelementträger (104.3) tragenden Fahrzeugkomponente (103; 202) verbindbar ist, dass sie zur Erzeugung einer Kontaktkraft zwischen dem ersten Reibelement (104.1) und dem zweiten Reibelement (104.2) über das Kontaktelement (104.8; 204.8) auf den Reibelementträger (104.3) einwirkt.
  2. Drehhemmungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
    - die Krafterzeugungseinrichtung (104.7) eine Losbrechkraft definiert, bei deren Überschreiten eine Auslenkung des Kontaktelements (104.8) erfolgt, wobei
    - die Krafterzeugungseinrichtung (104.7) insbesondere eine Vorspanneinrichtung (104.12, 104.13, 104.14) zur Einstellung der Losbrechkraft aufweist.
  3. Drehhemmungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Krafterzeugungseinrichtung (104.7; 204.7) eine, insbesondere mechanische, Federeinrichtung (104.9; 204.9) zur Erzeugung einer Kontaktkraft aufweist.
  4. Drehhemmungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass
    - die Federeinrichtung (104.9; 204.9) wenigstens eine Tellerfeder und eine Tellerfederführung (104.10; 204.15) umfasst, wobei
    - die Tellerfeder eine Hauptfederrichtung definiert, in der die Tellerfeder ihre Hauptfederkraft ausübt, und
    - die Tellerfederführung (104.10; 204.15) die Tellerfeder quer zu der Hauptfederrichtung führt, wobei
    - die Tellerfeder insbesondere das Kontaktelement (204.8) ausbildet.
  5. Drehhemmungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    - die Krafterzeugungseinrichtung (104.7; 204.7) derart ausgebildet ist, dass das Kontaktelement (104.8; 204.8) im Normalbetrieb des Fahrzeugs einen vorgebbaren Hub zwischen einer ersten Extremstellung und einer zweiten Extremstellung ausführt, wobei
    - das Kontaktelement (104.8; 204.8) in der ersten Extremstellung eine erste Kraft auf den Reibelementträger (104.3) ausübt und in der zweiten Extremstellungen eine zweite Kraft auf den Reibelementträger (104.3) ausübt und
    - die zweite Kraft um höchstens 20% der ersten Kraft, vorzugsweise höchstens 10% der ersten Kraft, weiter vorzugsweise höchstens 5% der ersten Kraft, von der ersten Kraft abweicht.
  6. Drehhemmungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    - das Kontaktelement (104.8; 204.8) im Bereich des ersten Reibelements (104.1) auf den Reibelementträger (104.3) einwirkt.
    und/oder
    - das Kontaktelement auf einer dem ersten Reibelement abgewandten Seite auf den Reibelementträger einwirkt.
  7. Drehhemmungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    - der Reibelementträger wenigstens einen Trägerarm (104.3) mit einem ersten Endbereich und einem in Richtung einer Längsachse des Trägerarms beabstandeten zweiten Endbereich aufweist, wobei
    - der Trägerarm (104.3) in dem ersten Endbereich einen Anschlussbereich (104.4) aufweist, der zur Verbindung mit der den Reibelementträger (104.3) tragenden Fahrzeugkomponente (103; 202) ausgebildet ist, und
    - der Trägerarm (104.3) in einem von dem ersten Endbereich in Richtung der Längsachse des Trägerarms (104.3) beabstandeten Bereich das erste Reibelement (104.1) trägt,
    - wobei der Anschlussbereich (104.4) des Trägerarms (104.3) insbesondere wenigstens zwei Anschlussabschnitte (104.5, 104.6) aufweist, die zur Verbindung mit der den Reibelementträger (104.3) tragenden Fahrzeugkomponente (103; 202) ausgebildet sind, wobei die beiden Anschlussabschnitte (104.5, 104.6) quer zu der Längsachse des Reibelementträgers (104.3) zueinander beabstandet sind.
    und/oder
    - wobei wenigstens einer der Anschlussabschnitte (104.5, 104.6) insbesondere dazu ausgebildet ist, spielfrei, insbesondere starr, mit der den Reibelementträger (104.3) tragenden Fahrzeugkomponente (103; 202) verbunden zu werden.
  8. Drehhemmungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass
    - der Trägerarm (104.3) im Wesentlichen dreieckförmig ausgebildet ist, wobei
    - sich der Anschlussbereich (104.4) insbesondere zwischen zwei Eckbereichen des Trägerarms (104.3) erstreckt und das erste Reibelement (104.1) in dem dritten Eckbereich des Trägerarms (104.3) angeordnet ist.
  9. Drehhemmungseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass
    - der Trägerarm (104.3) um eine Trägheitsachse ein Flächenträgheitsmoment aufweist, wobei die Trägheitsachse quer zu einer durch die Längsachse des Trägerarms (104.3) und die Hochachse des Fahrzeugs definierte Ebene verläuft, und
    - das Flächenträgheitsmoment in Richtung der Längsachse des Trägerarms (104.3) variiert, insbesondere zum zweiten Ende hin abnimmt, wobei
    - das Flächenträgheitsmoment insbesondere derart variiert, dass sich eine im Normalbetrieb des Fahrzeugs zu erwartende Deformation des Trägerarms (104.3) im Wesentlichen nicht bis in den Anschlussbereich (104.4) erstreckt.
  10. Drehhemmungseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass
    - der Trägerarm (104.3) in einer quer zu seiner Längsachse verlaufenden Querschnittsebene einen Querschnitt aufweist, wobei
    - der Querschnitt des Trägerarms (104.3) in Richtung der Längsachse des Trägerarms (104.3) abnimmt.
  11. Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug, mit einem Fahrwerk (103), einem darauf abgestützten Wagenkasten (102; 202) und einer Drehhemmungseinrichtung (104; 204) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
    - der Reibelementträger (104.3) derart um eine Hochachse des Fahrzeugs drehfest mit dem Fahrwerk (103) oder dem Wagenkasten (102; 202) verbunden ist, dass der Wagenkasten (102; 202) über das erste Reibelement (104.1) auf dem Fahrwerk (103) abgestützt ist,
    - der Wagenkasten (102; 202) relativ zu dem Fahrwerk (103) unter einer eine Drehung um die Hochachse hemmenden reibungsbehafteten Relativbewegung zwischen dem ersten Reibelement (104.1) und einem zweiten Reibelement (104.2) drehbar ist, und
    - die Krafterzeugungseinrichtung (104.7; 204.7) mit der den Reibelementträger (104.3) tragenden Fahrzeugkomponente (103; 202) verbunden ist, wobei
    - der Reibelementträger (104.3) und die Krafterzeugungseinrichtung (104.7) insbesondere mit dem Fahrwerk (103) verbunden sind.
  12. Fahrzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass
    - das Fahrwerk (103) einen Fahrwerksrahmen (103.3) und eine Wiege (103.5) umfasst, die über eine Sekundärfederung (103.4) auf dem Fahrwerksrahmen (103.3) abgestützt ist und in Querrichtung des Fahrzeugs verläuft,
    - der Wagenkasten (102; 202) über die Drehhemmungseinrichtung (104; 204) auf der Wiege (103.5) abgestützt ist und
    - die Drehhemmungseinrichtung (104; 204) in einem Endbereich der Wiege (103.5) angeordnet ist, wobei
    - der Reibelementträger (104.3) und die Krafterzeugungseinrichtung (104.7) insbesondere mit der Wiege (103.5) verbunden sind.
  13. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Wagenkasten (102) über eine die Drehachse der Relativbewegung zwischen dem Wagenkasten (102) und dem Fahrwerk (103) definierende Lagereinrichtung (105) in Richtung der Hochachse auf dem Fahrwerk (103) abgestützt ist.
  14. Fahrzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagereinrichtung (105) nach Art eines Drehkranzes ausgebildet ist.
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