EP2544939B1 - Vorrichtung zum begrenzen einer nickbewegung bei schienenfahrzeugen - Google Patents

Vorrichtung zum begrenzen einer nickbewegung bei schienenfahrzeugen Download PDF

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EP2544939B1
EP2544939B1 EP11706807.2A EP11706807A EP2544939B1 EP 2544939 B1 EP2544939 B1 EP 2544939B1 EP 11706807 A EP11706807 A EP 11706807A EP 2544939 B1 EP2544939 B1 EP 2544939B1
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EP
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stop
counter
bogie
rail vehicle
spring
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Gerd Löffler
Heiko Meyer
Hans Jürgen MÄRKL
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Siemens Mobility GmbH
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Siemens Mobility GmbH
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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

Definitions

  • the invention relates to a device for limiting a pitching movement between a bogie of a rail vehicle and a supported on the bogie car body with a fastened to the bogie or to the car body stop and a fastened to the car body or on the bogie counter-stop, the stop a the counter-stop facing stop surface is formed, which gets in contact with the counter-stop during operation of the device.
  • the object of the invention is to provide a device of the type mentioned, with which the usable space of a rail vehicle can be increased.
  • the invention solves this problem by a device having the features of claim 1.
  • a circular arc-dependent pitch stop is provided.
  • the device according to the invention consists of a transversely to the direction of travel on the car body or on the landing gear to be mounted counter-attack with a ramp in this transverse direction stop contour, which can also be referred to as a backdrop.
  • the designated as a stop counterpart is attached to the respective other component of the rail vehicle, ie on the bogie or on the car body, and gets in a correspondingly large pitching movement in contact with the counter-stop.
  • a Fahra rotation of the car body relative to the bogies which occurs regularly when cornering, stop and counter-attack in a horizontal direction at right angles to the direction of travel, ie in the Y direction, offset from each other.
  • the maximum possible pitching motion is dependent on the degree of offset and thus on the degree of boring.
  • the scenery of the counter-attack is designed so that the maximum pitching movement is the smaller, the greater the rotation of the car body relative to the respective bogie.
  • the counter-attack is attached to the car body.
  • the stop is mounted on the bogie so as to effectively limit a pitching motion.
  • multiple stops and counter-stops can be provided. Due to the limitation of the relative vertical movement between the bogie and car body depending on the transverse offset, ie the traveled horizontal arc, less space is free to allow the pitching movement. This has an enlargement of the installation spaces in the wake, which can then be used for other purposes. In addition, there is also a cost reduction in terms of maintenance of the rail vehicle, since only limited bogie movements and impact forces arise.
  • the counter-stop is designed mirror-symmetrically in the side view. The mirror-symmetrical design provides the same circular arc-dependent limitation in right and left turns.
  • the abutment is rib-shaped in a cross-sectional view, wherein the abutment surface is formed on the rib tip, which faces the counter-stop during operation.
  • the rib-shaped stop consists for example of a bent sheet metal.
  • the stop and the counter-stop are fastened to the rail vehicle by means of screw connections, for example.
  • the stop has a wear plate which covers at least the abutment surface.
  • the formation of the attack as a simple emergency stop in the form of a rib is particularly cost.
  • the stop surface prevents too rapid wear of the stop, so that the replacement intervals are extended.
  • the stop on a spring With a reversible deformable spring is a particularly gentle power and even longer replacement intervals are provided.
  • the spring allows the setting of a defined force-displacement curve.
  • the stopper according to the invention has a reversibly deformable energy dissipation element.
  • the use of an energy dissipation element allows, in particular in combination with a spring, a defined limitation of the impact forces to an admissibly defined maximum.
  • the stop has an end stop for limiting a spring or Verformweges.
  • the pitching motion is permitted, for example, until a spring and / or an irreversible energy dissipation element are maximally compressed or deformed. Only then is a further pitching motion made impossible by a hard stop between the car body and bogie.
  • a force limit is provided against excessive overuse of the vehicle structure, since the forces are recorded in front of the hard stop controlled by spring and / or energy dissipation element.
  • the invention also relates to a rail vehicle with bogies and at least one car body, wherein between each bogie and each car body, a device according to the preceding kind is mounted.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the rail vehicle 1 according to the invention in a side view.
  • the rail vehicle 1 has a car body 2 and two bogies 3, each having two wheelsets 4, each with two wheels, which are guided by rails 5.
  • the number of wheelsets per bogie is not essential to the invention.
  • a bogie frame 6 is supported via first spring means 7.
  • the car body 2 is supported via second spring means 8 on the bogie frame 6.
  • FIG. 3 shows a front view of a no longer claimed embodiment of the rail vehicle 1 and the device 12, which has a stop 13 and a counter-stop 14.
  • the counter-stop 14 is mounted transversely to the direction of travel X to the car body 2 and extends In the direction of Y. He has a respect to the Z-axis mirror-symmetrical backdrop-shaped contour, so that with a displacement of the car body 2 with respect to the bogie 3 in the Y direction, the distance DZ between stop 13 and counter-stop 14 and thus the maximum possible Nick movement reduced.
  • the maximum pitching movement is due to the backdrop-shaped configuration of the counter-stop of the circular arc of the curve, which passes through the rail vehicle. This dependence of the pitch stop on the transverse offset between car body 2 and bogie 3 in the Y direction is described by f (y).
  • the stop 13 is in the form of a rib, wherein on the counter-stop 14 facing the tip of the rib, a stop surface is formed, with which the stop 13 comes into contact with the rib 14.
  • the stop 13 consists of a metal sheet, wherein the sheet metal material is, for example, stainless steel.
  • FIG. 4 shows the no longer claimed embodiment according to FIG. 3 ,
  • the stop 13 has a stop roller 15, with which the stop 13 is controlled on the backdrop-shaped outer contour of the counter-stop 14 and rolls with defined forces. Due to this configuration, an even more gentle force absorption is possible.
  • FIG. 5 shows the embodiment according to FIG. 1 However, wherein the stop 13 has a spring 16 and an irreversible force element 17.
  • the irreversible force element 17 is rib-shaped and mounted on a U-profile 18, between the free legs, the spring 16 extends.
  • the device 12 has a defined Force-displacement curve so long until the spring 16 is completely compressed and the U-profile 18 his free legs in contact with the support frame 6 device.
  • the irreversible energy dissipation element 17 is irreversibly deformed, wherein the kinetic energy of the car body 2 is recorded by the energy absorbing element 17 controlled by deformation. In this way, the body and bogie frame structure is effectively protected against accidental deformation and damage.
  • FIG. 6 shows a no longer claimed further embodiment according to FIG. 5 , wherein the stop 13 instead of the energy dissipation element 17 has a stop roller 15.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Begrenzen einer Nickbewegung zwischen einem Drehgestell eines Schienenfahrzeugs und einem auf dem Drehgestell abgestützten Wagenkasten mit einem an dem Drehgestell oder an dem Wagenkasten befestigbaren Anschlag und einem an dem Wagenkasten beziehungsweise an dem Drehgestell befestigbaren Gegenanschlag, wobei der Anschlag eine dem Gegenanschlag zugewandte Anschlagsfläche ausbildet, die während des Betriebs der Vorrichtung in Kontakt mit dem Gegenanschlag gerät.
  • Eine solche Vorrichtung ist aus der Praxis bereits bekannt. Schienenfahrzeuge weisen in der Regel Drehgestelle und Wagenkästen auf, die über Federmittel an den Drehgestellen abgestützt sind. Aufgrund dieser federnden Aufhängung des Wagenkastens kann es zu Relativbewegungen zwischen den Drehgestellen und dem Wagenkasten kommen. Vertikale Relativbewegungen in Fahrtrichtung um die Querachse des Fahrzeugs werden auch als Nickbewegungen bezeichnet. Zur Begrenzung dieser Nickbewegungen ist gemäß dem Stand der Technik eine Vorrichtung bekannt, die einen Anschlag sowie einen Gegenanschlag aufweist, wobei der Gegenanschlag beispielsweise an dem Drehgestell und der Anschlag an dem Wagenkasten befestigt ist. Eine Nickbewegung ist damit so weit möglich, bis es zu einem Kontakt zwischen Anschlag und Gegenanschlag kommt. Bei Kurvenfahrten durchfährt das Schienenfahrzeug einen Kreisbogen, wobei es zu einer kreisbogenabhängigen Verdrehung des Wagenkastens bezüglich der Drehgestelle in einer horizontalen Ebene kommt. Um solche Verdrehungen zu ermöglichen, muss an dem Schienenfahrzeug ein ausreichender Bauraum zur Verfügung gestellt werden. Hierbei muss die maximale Nickbewegung mitberücksichtigt werden.
  • Aus der "Zeitschrift Eisenbahnwesen und Verkehrstechnik. Die Eisenbahntechnik + Glasers Annalen, Georg Siemens Verlagsbuchhandlung, Berlin, DE, Bd. 115, Nr. 1 / 02, 1. Januar 1991 (1991-01-01), Seiten 42-48, XP 000201496, ISSN: 0941-0589, Artikel von Vohla G et al, sind theoretische Untersuchungen zur gleisbogenabhängigen Wagenkastenneigung bekannt.
  • Aus der Druckschrift FR 1 162 388 A und aus der Druckschrift US 2 174 324 A sind weitere Beispiele zur gleisbogenabhängigen Wagenkastenneigung bekannt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit der der nutzbare Bauraum eines Schienenfahrzeugs vergrößert werden kann.
  • Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Erfindungsgemäß ist ein kreisbogenabhängiger Nickanschlag bereitgestellt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einem quer zur Fahrtrichtung am Wagenkasten oder am Fahrwerk anzubringenden Gegenanschlag mit einer in dieser Querrichtung rampenförmigen Anschlagskontur, die auch als Kulisse bezeichnet werden kann. Der als Anschlag bezeichnete Gegenpart ist an dem jeweiligen anderen Bauteil des Schienenfahrzeugs, also am Drehgestell beziehungsweise am Wagenkasten, angebracht und gerät bei einer entsprechend großen Nickbewegung in Kontakt mit dem Gegenanschlag. Bei einer Fahrausdrehung des Wagenkastens gegenüber den Drehgestellen, die bei Kurvenfahrten regelmäßig auftritt, werden Anschlag und Gegenanschlag in einer horizontalen Richtung rechtwinklig zur Fahrtrichtung, also in Y-Richtung, gegeneinander versetzt. Aufgrund der in Richtung dieses Versatzes kulissenförmigen Ausgestaltung des Gegenanschlags ist die maximal mögliche Nickbewegung vom Grad des Versatzes und somit vom Grad des Ausdrehens abhängig. Vorteilhafterweise ist die Kulisse des Gegenanschlags so ausgestaltet, dass die maximale Nickbewegung umso kleiner wird, je größer die Ausdrehung des Wagenkastens gegenüber dem jeweiligen Drehgestell ist.
  • Der Gegenanschlag wird am Wagenkasten angebracht. Dabei wird der Anschlag an dem Drehgestell montiert, um so eine Nickbewegung wirksam zu begrenzen. Es ist selbstverständlich darauf hinzuweisen, dass für jedes Drehgestell mehrere Anschläge und Gegenanschläge vorgesehen sein können. Aufgrund der Begrenzung der relativen vertikalen Bewegung zwischen Drehgestell und Wagenkasten in Abhängigkeit vom Querversatz, also vom befahrenen horizontalen Kreisbogen, ist weniger Bauraum frei zu halten, um die Nickbewegung zu ermöglichen. Dies hat eine Vergrößerung der Einbauräume im Gefolge, die dann für andere Zwecke genutzt werden können. Darüber hinaus ergibt sich auch eine Kostenreduktion hinsichtlich der Instandhaltung des Schienenfahrzeugs, da nur noch begrenzte Drehgestellbewegungen und Anschlagskräfte entstehen. Vorteilhafterweise ist der Gegenanschlag in der Seitenansicht spiegelsymmetrisch ausgestaltet. Die spiegelsymmetrische Ausgestaltung stellt bei Rechts- und Linkskurven die gleiche kreisbogenabhängige Begrenzung bereit.
  • Erfindungsgemäß ist der Anschlag in einer Querschnittsansicht rippenförmig ausgebildet, wobei die Anschlagsfläche an der Rippenspitze ausgebildet ist, welche dem Gegenanschlag im Betrieb zugewandt ist. Der rippenförmige Anschlag besteht beispielsweise aus einem gebogenen Blech.
  • Der Anschlag und der Gegenanschlag sind beispielsweise mittels Schraubverbindungen am Schienenfahrzeug befestigt. Gemäß einer bevorzugten Variante weist der Anschlag eine Verschleißplatte auf, welche zumindest die Anschlagsfläche bedeckt. Die Ausbildung des Anschlags als einfacher Notanschlag in Form einer Rippe ist besonders kostengünstig. Die Anschlagsfläche verhindert einen zu schnellen Verschleiß des Anschlags, so dass die Austauschintervalle verlängert sind.
  • Erfindungsgemäß weist der Anschlag eine Feder auf. Mit einer reversibel verformbaren Feder ist eine besonders schonende Kraftaufnahme und sind noch längere Austauschintervalle bereitgestellt. Darüber hinaus ermöglicht die Feder das Einstellen einer definierten Kraft-Weg-Kennlinie.
  • Ferner verfügt der Anschlag erfindungsgemäß, über ein reversibel verformbares Energieverzehrelement. Die Verwendung eines Energieverzehrelements ermöglicht insbesondere in Kombination mit einer Feder eine definierte Begrenzung der Anschlagskräfte auf ein zulässig definiertes Maximum.
  • Erfindungsgemäß weist der Anschlag einen Endanschlag zum Begrenzen eines Feder- oder Verformweges auf. Auf diese Art und Weise wird die Nickbewegung beispielsweise so weit zugelassen, bis eine Feder und/oder ein irreversibles Energieverzehrelement maximal zusammengedrückt beziehungsweise verformt sind. Erst anschließend wird eine weitere Nickbewegung durch einen Hartanschlag zwischen Wagenkasten und Drehgestell unmöglich gemacht. Somit ist eine Kraftbegrenzung gegen unzulässige Überbeanspruchung der Fahrzeugstruktur bereitgestellt, da die Kräfte vor dem Hartanschlag kontrolliert von Feder und/oder Energieverzehrelement aufgenommen werden.
  • Wie bereits ausgeführt wurde, betrifft die Erfindung auch ein Schienenfahrzeug mit Drehgestellen und wenigstens einem Wagenkasten, wobei zwischen jedem Drehgestell und jedem Wagenkasten eine Vorrichtung gemäß der vorangehenden Art montiert ist.
  • Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleich wirkende Bauteile verweisen und wobei
    • Figur 1
    ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs in einer Seitenansicht,
    Figur 2
    das Schienenfahrzeug gemäß Figur 1 von unten,
    Figur 3
    ein nicht mehr beanspruchtes Ausführungsbeispiel eines Schienenfahrzeugs und einer Vorrichtung in einer Stirnansicht,
    Figur 4
    ein nicht mehr beanspruchtes Ausführungsbeispiel des Schienenfahrzeugs und der Vorrichtung in einer Stirnansicht,
    Figur 5
    ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs und der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Stirnansicht und
    Figur 6
    ein nicht mehr beanspruchtes Ausführungsbeispiel des Schienenfahrzeugs und der Vorrichtung zeigen.
  • Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs 1 in einer Seitenansicht. Es ist erkennbar, dass das Schienenfahrzeug 1 einen Wagenkasten 2 sowie zwei Drehgestelle 3 aufweist, die jeweils zwei Radsätze 4 mit jeweils zwei Rädern aufweisen, die von Schienen 5 geführt sind. Die Anzahl der Radsätze je Drehgestell ist jedoch nicht wesentlich für die Erfindung. An den Radsätzen 4 ist ein Drehgestellrahmen 6 über ersten Federmittel 7 abgestützt. Der Wagenkasten 2 ist über zweite Federmittel 8 an dem Drehgestellrahmen 6 abgestützt.
  • Aufgrund dieser federnden Lagerung kann es zu einer Drehbewegung 9 des Wagenkastens 2 um ein Drehzentrum 10 in einer Hochachse Z bezüglich des Drehgestellrahmens 6 kommen. Darüber hinaus kann es zu einer Drehbewegung des Drehgestellrahmens 6 bezüglich der Radsätze 4 kommen. Diese Drehbewegung ist in Figur 1 mit dem Bezugszeichen 11 bezeichnet. Beide Drehbewegungen 9, 11, die hier gemeinsam als Nickbewegung bezeichnet werden, sollen mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung begrenzt werden. Bei Kurvenfahrten kommt es ferner zu einem Ausdrehen oder Versatz des Drehgestells 6 bezüglich des Wagenkastens 2 in einer horizontalen Richtung Y, die rechtwinklig oder mit anderen Worten quer zur Fahrtrichtung X verläuft.
  • Figur 3 zeigt in einer Vorderansicht ein nicht mehr beanspruchtes Ausführungsbeispiel des Schienenfahrzeugs 1 sowie der Vorrichtung 12, die einen Anschlag 13 sowie einen Gegenanschlag 14 aufweist. Der Gegenanschlag 14 ist quer zur Fahrtrichtung X an den Wagenkasten 2 montiert und erstreckt sich in Richtung Y. Dabei weist er eine bezüglich der eingezeichneten Z-Achse spiegelsymmetrische kulissenförmige Kontur auf, so dass bei einer Verschiebung des Wagenkastens 2 bezüglich des Drehgestells 3 in Richtung Y sich der Abstand DZ zwischen Anschlag 13 und Gegenanschlag 14 und somit die maximal mögliche Nickbewegung verringert. Mit anderen Worten ist die maximale Nickbewegung aufgrund der kulissenförmigen Ausgestaltung des Gegenanschlags vom Kreisbogen der Kurve abhängig, die das Schienenfahrzeug durchfährt. Diese Abhängigkeit des Nickanschlags von dem Querversatz zwischen Wagenkasten 2 und Drehgestell 3 in Y-Richtung wird mit f(y) beschrieben.
  • Der Anschlag 13 ist in Form einer Rippe ausgebildet, wobei an der dem Gegenanschlag 14 zugewandten Spitze der Rippe eine Anschlagsfläche ausgebildet ist, mit der der Anschlag 13 in Kontakt mit der Rippe 14 gerät. Dabei besteht der Anschlag 13 aus einem Blech, wobei der Blechwerkstoff beispielsweise rostfreier Stahl ist.
  • Figur 4 zeigt das nicht mehr beanspruchte Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3. Der Anschlag 13 weist jedoch eine Anschlagsrolle 15 auf, mit welcher der Anschlag 13 an der kulissenförmigen Außenkontur des Gegenanschlags 14 kontrolliert und mit definierten Kräften abrollt. Aufgrund dieser Ausgestaltung ist eine noch schonendere Kraftaufnahme ermöglicht.
  • Figur 5 zeigt das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1, wobei jedoch der Anschlag 13 eine Feder 16 aufweist sowie ein irreversibles Kraftelement 17. Das irreversible Kraftelement 17 ist rippenförmig ausgebildet und auf einem U-Profil 18 angebracht, zwischen dessen freien Schenkeln sich die Feder 16 erstreckt. Gemäß dieser vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenanschlags 13 weist die Vorrichtung 12 eine definierte Kraft-Weg-Kennlinie so lange auf, bis die Feder 16 vollständig zusammengestaucht ist und das U-Profil 18 seine freien Schenkeln in Kontakt mit dem Halterahmen 6 gerät. Bei einer weiteren Krafteinleitung in Folge der Nickbewegung 9, 11 wird das irreversible Energieverzehrelement 17 irreversibel verformt, wobei die Bewegungsenergie des Wagenkastens 2 von dem Energieverzehrelement 17 durch Verformung kontrolliert aufgenommen wird. Auf diese Art und Weise ist die Wagenkasten- und Drehgestellrahmenstruktur wirkungsvoll gegen unbeabsichtigtes Verformen und Beschädigungen geschützt.
  • Figur 6 zeigt ein nicht mehr beanspruchtes weiteres Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5, wobei der Anschlag 13 statt dem Energieverzehrelement 17 eine Anschlagsrolle 15 aufweist.

Claims (5)

  1. Vorrichtung (12) zum Begrenzen einer Nickbewegung zwischen einem Drehgestell (3) eines Schienenfahrzeugs (1) und einem auf dem Drehgestell (3) abgestützten Wagenkasten (2) mit
    - einem an dem Drehgestell (3) befestigbaren Anschlag (13) und
    - einem an dem Wagenkasten (2) befestigbaren Gegenanschlag (14), wobei der Anschlag (13) eine dem Gegenanschlag (14) zugewandte Anschlagsfläche ausbildet, die während des Betriebs der Vorrichtung (12) in Kontakt mit dem Gegenanschlag (14) gerät,
    - bei der der Gegenanschlag (14) in einer Seitenansicht kulissenförmig ausgestaltet ist, wobei der Gegenanschlag (14) quer zur Fahrtrichtung am Wagenkasten anbringbar ist, und eine in dieser Querrichtung als Kulisse bezeichnete, rampenförmige Anschlagskontur aufweist,
    - bei der der Anschlag (13) rippenförmig ausgebildet ist, wobei die Anschlagsfläche an der Rippenspitze ausgebildet ist, welche dem Gegenanschlag (14) im Betrieb zugewandt ist,
    - bei der der Anschlag (13) eine Feder (16) aufweist und bei der der Anschlag (13) ein irreversibel verformbares Energieverzehrelement (17) aufweist, wobei das irreversible Kraftelement (17) rippenförmig ausgebildet ist und auf einem U-Profil (18) angebracht ist, zwischen dessen freien Schenkeln sich die Feder (16) erstreckt.
  2. Vorrichtung (12) nach Anspruch 1, bei der der Gegenanschlag (14) in der besagten Seitenansicht spiegelsymmetrisch ausgestaltet ist.
  3. Vorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der
    der Anschlag (13) eine Verschleißplatte aufweist, welche zumindest die Anschlagsfläche bedeckt.
  4. Vorrichtung (12) nach Anspruch 1, bei der
    der Anschlag einen Endanschlag zum Begrenzen eines Feder- oder Verformweges aufweist.
  5. Schienenfahrzeug (1) mit Drehgestellen (3) und wenigstens einem Wagenkasten (2), wobei zwischen jedem Drehgestell (3) und dem Wagenkasten (2) eine Vorrichtung (12) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche montiert ist.
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