EP3325323B1 - Schienenfahrzeug - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug mit einer Mehrzahl von Wagenkästen, wobei ein erster und ein zweiter Wagenkasten auf einer Wiege eines Jakobs-Drehgestelles lagern, wobei die Wagenkästen durch eine sphärische Gelenkeinrichtung miteinander verbunden sind, wobei die sphärische Gelenkeinrichtung auf der Wiege angeordnet ist, wobei die Gelenkeinrichtung mindestens zwei sphärische Gelenklager aufweist.
• Aus dem Stand der Technik sind Schienenfahrzeuge mit Jakobs-Drehgestellen hinreichend bekannt. Am bekanntesten ist hierbei der TGV, wobei zwei Wagenkästen sich im Übergangsbereich auf einem Jakobs-Drehgestell abstützen.
• Ein solches Jakobs-Drehgestell besteht aus einem Rahmen, wobei zu beiden Enden des Rahmens jeweils ein Radsatz durch Primärfedern an dem Rahmen angeordnet ist. Auf dem Rahmen lagert eine sogenannte Wiege, die durch Sekundärfedern auf dem Rahmen abgestützt ist. Auf der Wiege sind die beiden Wagenkästen durch eine sphärische Gelenkeinrichtung abgestützt gelagert. Eine solche sphärische Gelenkeinrichtung für ein Jakobs-Drehgestell ist aus der WO 2005/023619 A1 bekannt. Allerdings sind hierbei sowohl die Nick- als auch die Knick-, Wank- und Versatzbewegungen stark eingeschränkt. Der Grund hierfür ist darin zu finden, dass lediglich der eine Wagenkasten relativ zu dem anderen Wagenkasten beweglich ist. Der andere Wagenkasten ist fest mit der Wiege verbunden, weshalb dieser starr ist. Das bedeutet, dass sowohl Nick- als auch Knick-, Wank- und Versatzbewegungen nur in relativ geringem Umfange zugelassen werden.
• Aus der US 1,574,453 A ist ein Schienenfahrzeug mit einer Mehrzahl von Wagenkästen bekannt, wobei ein erster und ein zweiter Wagenkasten auf einer Wiege eines Jakobs-Drehgestelles lagern. Die Wagenkästen sind hierbei durch eine sphärische Gelenkeinrichtung miteinander verbunden, wobei die Gelenkeinrichtung auf der Wiege angeordnet ist. Diese Gelenkeinrichtung umfasst zwei in Längsrichtung des Fahrzeugs angeordnete sphärische Gelenklager, die insbesondere Wank-, Nick- und Knickbewegungen zwischen den Wagenkästen auf der Wiege ermöglichen.
• Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht demzufolge darin, bei einem Schienenfahrzeug der eingangs genannten Art eine Gelenkeinrichtung für ein Jakobs-Drehgestell bereitzustellen, wobei die Gelenkeinrichtung in der Lage ist, sämtliche beim Fahren auftretende Bewegungen auch mit größeren Winkeln zu kompensieren bzw. aufzunehmen, insbesondere als da sind, Nick-, Wank- und Knickbewegungen sowie Versatzbewegungen, wie sie auftreten, wenn solche Fahrzeuge über Weichen fahren. Außerdem soll eine platzsparende Bauweise ermöglicht werden, sodass der Abstand zwischen den Wagenkästen, also die Länge des Übergangs zwischen den beiden Fahrzeugen, kurz gewählt werden kann, aber dennoch z. B. erhebliche Knickbewegungen zugelassen werden.
• Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die mindestens zwei sphärischen Gelenklager in Richtung der Hochachse des Schienenfahrzeugs beabstandet zueinander übereinander angeordnet sind.
• Hierdurch wird erreicht, dass die auf den Rahmen des Jakobs-Drehgestells federnd gelagerte Wiege von Momenten aufgrund des Einflusses von Längs- und Querkräften im Wesentlichen freigehalten wird. Kräfte, die in Richtung der Fahrzeuglängsachse in Höhe des Drehpunktes auf die Gelenkeinrichtung einwirken, sind schlussendlich solche, die beim Beschleunigen und Bremsen der Fahrzeuge entstehen. Querkräfte, also Kräfte quer zur Längsachse des Fahrzeugs, entstehen durch Fliehkräfte oder sogenannte Spurführungskräfte. Längs- als auch Querkräfte sind daher Horizontalkräfte. Die Momente hieraus müssen unmittelbar von der Wiege aufgenommen werden. Durch die Federn, mit denen die Wiege auf dem Rahmen des Jakobs-Drehgestells lagert, würden die Reaktionskräfte aufgrund solcher Momente auf den Rahmen des Jakobs-Drehgestells übertragen.,
• Durch die beiden sphärischen Gelenklager, die insbesondere durch einen Stehbolzen miteinander verbunden sind, wird dies verhindert. Hierbei ist als sphärisches Gelenklager ein oberes Kugelgelenk vorgesehen, das der Verbindung mit den beiden Wagenkästen dient, wobei das untere Kugelgelenk in Verbindung mit der Wiege des Jakobs-Drehgestells steht. Im Einzelnen weist die Wiege zur Aufnahme des unteren Kugelgelenks einen Topf auf, in dem das untere Kugelgelenk als sphärisches Lager gelagert ist. Die Lagerung erfolgt hierbei derart, dass das untere sphärische Gelenklager relativ zum Topf schwenk- bzw. drehbeweglich ist. Dadurch, dass das untere sphärische Lager schwenkgelenkig relativ zu dem Topf in dem Topf angeordnet ist, können Längs- und Querkräfte, die in das obere sphärische Lager durch die Wagenkästen eingebracht werden und die aufgrund des durch den Stehbolzen zwischen den beiden sphärischen Gelenklagern erzeugten Hebelarms und an sich Momente in die Wiege einleiten würden, im Wesentlichen abgefangen werden. Das heißt, dass die Wiege durch eine Gelenkeinrichtung mit beabstandet übereinander angeordneten sphärischen Gelenklagern, bei der das untere Lager schwenkbeweglich auf der Wiege des Jakobs-Drehgestells gelagert ist, im Wesentlichen momentenfrei ist.
• Alternativ können Längs- und Querlenker, z. B. Lemniskaten-Lenker, zwischen der Wiege und dem Rahmen des Jakobs-Drehgestells vorgesehen sein, um ein Einfedern der Wiege auf dem Rahmen zu vermeiden.
• Das heißt, dass durch die horizontal angreifenden Kräfte im Wesentlichen keine Reaktionskräfte auf die Federn, mit der die Wiege auf dem Rahmen gelagert ist, übertragen werden sollen.
• Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang, wenn die beiden übereinander angeordneten Gelenklager so eingebaut sind, dass sie in Richtung der Aufsattellast und der Stützkraft, die jeweils größte Fläche bereitstellen, also die geringsten Flächenpressung aufweisen. Insofern sind die beiden Gelenklager um 180° gedreht zueinander eingebaut.
• Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend beispielhaft näher erläutert.

Fig. 1

zeigt schematisch ein Jakobs-Drehgestell in einer Seitenansicht, wobei die drehgelenkige Verbindung zwischen den beiden Wagenkästen auf dem Jakobs-Drehgestell lediglich schematisch angedeutet ist;

Fig. 2a

zeigt eine zweite Variante der sphärischen Gelenkeinrichtung im Schnitt;

Fig. 2b

zeigt eine Draufsicht auf die Gelenkeinrichtung gemäß Fig. 2a.

• Das in Fig. 1 dargestellte Jakobs-Drehgestell 1 umfasst den Rahmen 3, wobei an dem Rahmen 3 zwei Radsätze 4 mit Primärfedern 6 angeordnet sind. Auf dem Rahmen 3 lagert auf vier Federn 8 die insgesamt mit 10 bezeichnete Wiege. Auf der Wiege 10 ist die sphärische Gelenkeinrichtung 40 angeordnet, wobei die sphärische Gelenkeinrichtung 40 durch Gelenkarme 41, 42 mit den jeweilig schematisch angedeuteten Wagenkästen 14, 16 in Verbindung steht.
• Die in Fig. 2a und 2b dargestellte sphärische Gelenkeinrichtung 40 zeichnet sich durch ein oberes sphärisches Gelenklager 47 und durch ein unteres sphärisches Gelenklager 57 aus; die beiden Gelenklager sind insofern beabstandet übereinander angeordnet. Zur Bildung des Abstandes stehen die beiden Gelenklager 47 und 57 stehen durch den Stehbolzen 50 miteinander in Verbindung. Das untere sphärische Gelenklager ist durch den Topf 12 auf der Wiege 10 gelagert. Das obere sphärische Gelenklager 47 umfasst im Einzelnen ein Kugelsegment 48, das in einer Lagerschale 49 lagert. Die Lagerschale 49 steht durch den Gelenkarm 41 mit dem mit 14 bezeichneten Wagenkasten in Verbindung. Das Kugelsegment 48 hingegen steht durch den Gelenkarm 42 mit dem Wagenkasten 16 in Verbindung. Das untere sphärische Gelenklager 57 weist das Kugelsegment 58 auf, das in der Lagerschale 59 gehalten ist. Die Lagerschale 59 wiederum lagert in dem Topf 12, der in der Wiege 10 angeordnet ist.
• Die Verbindung zwischen dem sphärischen Gelenklager 47 und dem sphärischen Gelenklager 57 erfolgt, wie bereits erwähnt, durch den Stehbolzen 50. Der Gelenkarm 42 zur Verbindung des sphärischen Gelenklagers 47 mit dem Wagenkasten 16 ist zur Aufnahme des Kugelsegments 48 des sphärischen Gelenklagers 47 mit zwei Schenkeln 42a und 42b versehen. Zwischen diesen beiden Schenkeln 42a und 42b des insofern gabelartigen Gelenkarms ist das Kugelsegment 48 gehalten. Der Schenkel 42a nimmt ein Spannglied 41c auf, das durch einen Schraubbolzen 41d mit dem Stehbolzen 50 verbunden ist. Der Stehbolzen 50 wiederum liegt an dem Schenkel 42b an. In gleicher Weise weist das untere sphärische Lager 57 an dem Kugelsegment 58 anliegend ein Spannglied 61a auf, dass durch einen Schraubbolzen 61b mit dem Stehbolzen 50 verbunden ist. Die Wiege ist durch die Schraubbolzen 63 mit dem Topf 12 und somit mit dem unteren sphärischen Gelenklager 57 verbunden.
• Durch die sphärische Gelenkeinrichtung 40 mit den beiden übereinander und beabstandet zueinander angeordneten Gelenklager, können nun Wank-, Nick-, Knick- und Versatzbewegungen bzw. auch Kombinationen dieser Bewegungen aufgenommen und übertragen werden; zusätzlich gewährleistet diese Konstruktion allerdings auch, dass die Wiege bei Angriff horizontaler Kräfte im Wesentlichen momentenfrei bleibt. Dies ergibt sich aus folgenden:
  Das sphärische Gelenklager 47 weist einen Drehpunkt 70 auf, das sphärische Gelenklager 57 den Drehpunkt 75. Der Abstand zwischen den beiden Drehpunkten 70 und 75 ist mit 80 bezeichnet und bildet einen Hebelarm. Werden nun Kräfte in horizontaler Richtung, in den Drehpunkt 70 der sphärischen Gelenkeinrichtung 40 eingeleitet, dann kann das Kugelsegment 58 des unteren sphärischen Gelenklagers 57 in der Lagerschale 59 verschwenken. Das heißt, dass die durch die Einleitung von horizontalen Kräften in das obere sphärische Gelenklager 47 entstehenden Momente durch das untere sphärische Gelenklager 57 im Wesentlichen aufgefangen werden, wodurch die Wiege 10, auf der die sphärische Gelenkeinrichtung 40 durch den Topf 12 gehalten ist, im Wesentlichen momentfrei bleibt.
Bezugszeichenliste:

1

Jakobs-Drehgestell

3

Rahmen

4

Radsatz

6

Primärfeder

8

Feder

10

Wiege

12

Topf

14

Wagenkasten

16

Wagenkasten

40

sphärische Gelenkeinrichtung

41

Gelenkarm

41c

Spannglied

41d

Schraubbolzen

42

Gelenkarm

42a

Schenkel des Gelenkarms

42b

Schenkel des Gelenkarms

47

sphärisches Gelenklager (oben)

48

Kugelsegment

49

Lagerschale

50

Stehbolzen

57

sphärisches Gelenklager (unten)

58

Kugelsegment

59

Lagerschale

61a

Spannglied

61b

Schraubbolzen

63

Schraubbolzen

70

Drehpunkt

75

Drehpunkt

80

Abstand (Hebelarm)

Claims (7)

1. Schienenfahrzeug mit einer Mehrzahl von Wagenkästen (14, 16), wobei ein erster und ein zweiter Wagenkasten (14, 16) auf der Wiege (10) eines Jakobs-Drehgestells (1) lagern, wobei die Wagenkästen (14, 16) durch eine sphärische Gelenkeinrichtung (40) miteinander verbunden sind, wobei die Gelenkeinrichtung (40) auf der Wiege (10) angeordnet ist, wobei die Gelenkeinrichtung (40) mindestens zwei sphärische Gelenklager (47, 57) aufweist,
   dadurch gekennzeichnet,
   dass die mindestens zwei sphärischen Gelenklager (47, 57) in Richtung der Hochachse des Schienenfahrzeuges beabstandet zueinander übereinander angeordnet sind.
2. Schienenfahrzeug mit einer Mehrzahl von Wagenkästen (14, 16) nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet,
   dass das obere sphärische Gelenklager (47) der Verbindung der beiden Wagenkästen (14, 16) dient.
3. Schienenfahrzeug mit einer Mehrzahl von Wagenkästen (14, 16) nach Anspruch 1 oder 2,
   dadurch gekennzeichnet,
   dass das untere sphärische Gelenklager (57) der Verbindung mit der Wiege (10) des Jakobs-Drehgestells (1) dient.
4. Schienenfahrzeug mit einer Mehrzahl von Wagenkästen (14, 16) nach Anspruch 3,
   dadurch gekennzeichnet,
   dass die Wiege (10) zur Aufnahme des unteren sphärischen Gelenklagers (57) einen Topf (12) aufweist.
5. Schienenfahrzeug mit einer Mehrzahl von Wagenkästen (14, 16) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
   dadurch gekennzeichnet,
   dass das obere und das unter sphärische Gelenklager (47, 57) durch einen Stehbolzen (50) miteinander verbunden sind.
6. Schienenfahrzeug mit einer Mehrzahl von Wagenkästen (14, 16) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
   dadurch gekennzeichnet,
   dass die beiden sphärischen Gelenklager (47, 57) um 180° verdreht zueinander angeordnet sind.
7. Schienenfahrzeug mit einer Mehrzahl von Wagenkästen (14, 16) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
   dadurch gekennzeichnet,
   dass die Wiege (10) federnd auf dem Jakobs-Drehgestell (1) gelagert ist.

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