EP3802262B1 - Drehgelenk für ein drehgestell eines schienenfahrzeugs - Google Patents

Drehgelenk für ein drehgestell eines schienenfahrzeugs Download PDF

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EP3802262B1
EP3802262B1 EP19726940.0A EP19726940A EP3802262B1 EP 3802262 B1 EP3802262 B1 EP 3802262B1 EP 19726940 A EP19726940 A EP 19726940A EP 3802262 B1 EP3802262 B1 EP 3802262B1
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EP
European Patent Office
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carrier
joint
car body
bogie
bolt
Prior art date
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Application number
EP19726940.0A
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EP3802262A1 (de
Inventor
Christof Binder
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Alstom Holdings SA
Original Assignee
Alstom Holdings SA
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Publication date
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Publication of EP3802262A1 publication Critical patent/EP3802262A1/de
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Publication of EP3802262B1 publication Critical patent/EP3802262B1/de
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61G—COUPLINGS; DRAUGHT AND BUFFING APPLIANCES
    • B61G5/00—Couplings for special purposes not otherwise provided for
    • B61G5/02—Couplings for special purposes not otherwise provided for for coupling articulated trains, locomotives and tenders or the bogies of a vehicle; Coupling by means of a single coupling bar; Couplings preventing or limiting relative lateral movement of vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a swivel joint for a bogie for a rail vehicle or rail vehicle parts, in particular for a Jacob's bogie of a rail vehicle.
  • the invention further relates to a bogie and a rail vehicle with a bogie.
  • Rail vehicle bodies can be connected to each other using bogies.
  • bogies With a Jakobs bogie, for example, two successive car bodies are supported on a common bogie.
  • the bogie is connected to the respective car body and can rotate relative to them, or at least relative to one of the two car bodies.
  • bogies In addition to the function of supporting and connecting car bodies, bogies often also take on other functions. For example, in the event of a rail vehicle collision, the impact energy should be distributed over the entire train and kinks in the train should be avoided. In railcars, for example, there are deformation zones on each car body, especially between the individual cars.
  • the International Patent Application WO 2016/139236 shows, for example, a swivel joint that is attached between two car bodies and connects them. It is designed as an energy dissipation element.
  • the swivel joint is arranged separately above the bogie.
  • a swivel joint is also known, which is arranged in the roof area between two car bodies and has two elastically mounted joint elements to absorb forces.
  • a comparable swivel joint describes this EP 2 554 452 A1 .
  • the swivel joints can only absorb impact energy to a limited extent.
  • the EP 1 312 527 A1 discloses a joint arrangement for the articulated connection of car bodies.
  • the EP 2 433 823 A1 describes a swivel joint for an articulated vehicle, in which a swivel joint is arranged between the two joint segments and the pivot pin to absorb forces that occur during normal operation.
  • the WO2005/023619 A1 discloses a connection of two parts arranged between two car bodies, with an energy absorbing device acting between the two car bodies.
  • the European standard EN 15227 (2008) must be met. It is necessary to provide a rail vehicle with energy-absorbing elements.
  • the energy dissipation elements are designed, for. B. to absorb or reduce impact energy at least partially through defined deformation or destruction when the rail vehicle impacts an obstacle. This means that the introduction of excessive impact energy into the remaining, less easily replaced structure of the vehicle and thus the damage to this remaining vehicle structure and the risk of injury to passengers can at least be reduced, but preferably completely avoided.
  • Rail vehicles are in particular high-speed, long-distance, local, transport trains or trams.
  • Rail vehicle parts are understood to mean, in particular, wagons, car bodies, modules or car parts of a rail vehicle or a rail vehicle group.
  • the invention is a swivel joint with the features of claim 1. Special embodiments are the subject of the dependent claims.
  • a bogie for a rail vehicle is also proposed.
  • the bogie has, for example, a frame that can be mounted on one or more wheel axles and additionally has, for example, wheels, primary and/or secondary suspensions, or vibration dampers.
  • the swivel joint is connected to the frame of the bogie in a rotationally fixed manner.
  • the second element is screwed and/or welded directly or indirectly onto the frame.
  • the first and second elements of the pivot bearing are rotatable relative to one another.
  • the elements interlock or one of the elements partially encloses the other, which ensures rotation.
  • the first element of the pivot bearing can, for example, be designed in a ring shape with a central opening or recess for receiving the second element.
  • the second element can be designed, for example, in the form of a hollow bolt or inner ring.
  • the second element can, for example, be supported on the first element and be supported by it.
  • the classic connecting element between the bogie and the car body is also called the pivot pin or pivot socket.
  • the first element of the pivot bearing is equivalent to the pivot or pivot socket, or rather replaces the classic pivot or pivot socket.
  • the counterpart to the rotating pan is the rotating pin or bolt that is inserted into the rotating pan. The bogie moves relative to the car body about the vertical axis formed by the rotating pan and the pin.
  • the second element does not have to have an elongated shape, but can, with respect to its axis of rotation, have a height that is less than its diameter.
  • the term bolt is used based on the bolt that typically connects the two swivel joint segments of a rail vehicle.
  • the swivel joint is designed such that the joint carrier z. B. can be compressed by the action of a certain force, such as an impact force that acts against the rail vehicle.
  • the joint support is designed to deform in a way that absorbs energy when compressed (energy-absorbing element). The deformation can be elastic at lower forces and plastic at high forces.
  • the joint support is designed as a buffer that absorbs the energy of the impact through deformation and thus enables controlled energy dissipation (energy consumption). This will make the Impact energy is distributed over the entire train and kinks in the train are avoided. Remaining parts of the rail vehicle are spared.
  • the articulated carrier can be connected to a car body of a rail vehicle.
  • the joint carrier is designed in particular to carry the tensile load of the car body essentially alone.
  • a bogie can be rotated relative to the car body due to the bolt which is non-rotatably connected to the joint support and the swivel socket which is rotatably connected to the bolt. Complete rotation around a full circle is not necessary as long as the rotation required for the operation of the rail vehicle is guaranteed.
  • the rotation can be limited to rotations to typical rotation angles for rail vehicles. For example, rotation is limited to -90° to +90°.
  • the bogie can be a Jakobs bogie, as described below.
  • the rotating pan has a cylindrical or conical or a bowl-shaped cavity.
  • the bolt is adapted to the shape of the rotating pan and is rotatably connected to it.
  • part of the bolt can be arranged in the cavity of the rotating pan.
  • the rotating pan can also be conical or designed as a spherical segment.
  • the joint carrier is connected to the bolt in a rotationally fixed manner. It can be partially placed around the bolt and thereby form a positive fit with the bolt. In the event of an impact with subsequent deformation of the joint support, it can be replaced and replaced with a new one. This advantageously protects parts of the bogie that are difficult or difficult to replace.
  • the rotating pan can be attached to a bogie.
  • the rotating pan can be connected to the bogie in a rotationally fixed manner. This means that a relative movement is possible between the bolt and the bogie but not between the rotating pan and the bogie.
  • the bolt is connected to the joint carrier in such a way that the joint carrier cannot move upwards in the event of an impact.
  • the bolt can, for example, have a groove into which a part of the joint carrier is inserted.
  • the bolt may have a lower part and an upper part and at least part of the Joint carrier can be arranged between the lower part and upper part of the bolt.
  • the lower part and upper part are firmly connected to one another.
  • the upper part of the bolt prevents the joint carrier from slipping upwards in the event of an impact.
  • the upper part can have a larger outside diameter than the lower part, particularly at the transition to the lower part.
  • the upper part and the lower part are preferably connected firmly and releasably. This allows the joint carrier to be easily released and replaced after deformation due to a collision.
  • part of the bolt is arranged in the swivel bearing.
  • the lower part or a part of the lower part is arranged in the swivel joint bearing.
  • the joint support at least partially encloses the bolt.
  • the joint support can enclose the bolt on the side facing away from the car body approximately on one side, i.e. more than 180°.
  • the side facing away from the car body is the side that is opposite the connection of the articulated beam to the car body.
  • the lower part of the bolt is annular or disc-shaped.
  • it is adapted to the shape of the rotating pan and forms the appropriate counterpart to a rotatable connection.
  • the upper part can also be ring-shaped or disc-shaped.
  • the upper part of the bolt forms a projection above the lower part, under which the joint support is arranged.
  • the projection is arranged on the side of the joint carrier facing away from the car body.
  • it can be larger than the lower part.
  • the lower part and the upper part of the bolt are annular or disc-shaped, with the lower part having a larger outer diameter than the upper part.
  • the lower part and the upper part of the bolt form a groove and at least part of the joint carrier is arranged in the groove.
  • the articulated beam connects a car body to the bogie.
  • the joint support has a plurality of support arms for connecting on a car body. Not every support arm has to be connected to a car body. For example, two support arms are connected to a car body and two support arms remain without a load-bearing connection.
  • the support arms are an integral part of the joint support, so that the joint support encompasses the support arms in one piece.
  • Support arms can have different mechanical deformability.
  • the movement of one or more support arms can be limited by a stop, so that they are forced in one direction of movement, while other support arms can have a different direction of movement. This makes the deformability different.
  • the joint support can have a two-stage energy absorption during deformation.
  • a two-stage deformability of the joint support can be achieved by using several support arms with different deformability.
  • only the first mechanical stage of the joint carrier can work.
  • energy is first dissipated in the first stage and then in the second stage.
  • two support arms can be connected to the car body and two further support arms are initially freely hanging.
  • the connected support arms are deformed. This corresponds to the first stage of deformability.
  • the freely hanging support arms are brought to a stop and also have an energy-consuming effect in the event of further deformation. This corresponds to the second stage of deformability.
  • the joint support has at least two outer support arms and at least two inner support arms.
  • two outer support arms can be connectable to the car body and two inner support arms can initially hang freely.
  • the support arms or outer support arms and inner support arms can be designed differently, with at least one of them being deformed to absorb energy when compressed and thus acting as an energy-absorbing element.
  • the external support arms can be connected to a car body in a load-bearing manner and are intended for normal operation.
  • the inner support arms can be designed for impact and can be spaced from the car body. The distance between Inner support arms and car body can be reduced if the outer support arms are deformed.
  • the inner support arms can impact a stopper provided on the car body and can also be compressed and deformed to absorb energy.
  • the inner support arms can already be connected to a car body.
  • the joint support essentially extends into a plane and the compression and associated energy dissipation acts within this plane.
  • This plane is preferably aligned horizontally, which means that a direction of travel of the rail vehicle lies in this plane. Vertical deformation of the joint support should preferably be avoided.
  • the joint support has at least two support arms, wherein the support arms are arranged essentially in a horizontal plane and are designed to be deformed in an energy-absorbing manner when a force acts in the direction of travel, the distance between the support arms from one another increasing during the deformation and the Support arms continue to be arranged in the plane. So the deformation is within the plane.
  • the support arms in particular the at least two outer support arms and at least two inner support arms, can advantageously lie essentially in one plane. This level is preferably aligned horizontally. Since compression is to be expected essentially in the direction of travel of the rail vehicle, the support arms are aligned in this plane in order to absorb a maximum proportion of the energy.
  • the joint support is formed in one piece.
  • the joint support can be formed by metal casting. This enables the necessary stability and at the same time deformability to absorb energy.
  • the swivel joint further has a coupling device for connecting the swivel joint to a second car body.
  • the coupling device can be rotatably fixed to the pivot bearing.
  • the coupling device is fixed in a rotationally fixed manner on the bolt, in particular on the upper part of the bolt or on the lower part of the bolt, or forms a part thereof, wherein the coupling device is rotatably connectable to the second car body.
  • the proposed bogie can be a Jakobs bogie.
  • two adjacent rail vehicle parts such as car bodies or modules, can be supported on a common, so-called Jakobs bogie.
  • Jakobs bogie With a Jakobs bogie, the two successive rail vehicle parts are supported at the same time on one and the same bogie, so that the bogie is located directly under the transition between two connected rail vehicle parts.
  • the Jakobs bogie can be arranged between the rail vehicle parts so that adjacent rail vehicle parts can only be coupled to one another via the Jakobs bogie. An additional load-bearing and/or energy-absorbing connection between the rail vehicle parts is not necessary.
  • the rail vehicle can have several such Jakobs bogies.
  • a rail vehicle with an embodiment of the swivel joint or the bogie with a swivel joint is also proposed, the rail vehicle having a first car body and optionally a second car body and the first car body being connected to the swivel joint and thus the bogie via the joint support.
  • the second car body can be connected to the bogie via the coupling device.
  • Figure 1 shows a rail vehicle 100 according to an embodiment.
  • the rail vehicle 100 has a first car body 102 and a second car body 103, which are connected to one another via a Jakobs bogie 101.
  • Figure 2 shows a swivel joint and a part of a car body 102 connected to the swivel joint.
  • the swivel joint shown Figure 2 Can be mounted non-rotatably on a bogie.
  • the frame, wheels and suspension of a bogie are not shown. For example, holes for screws are provided for mounting.
  • the swivel joint has a swivel bearing 1 with a first element 2 (swivel socket) and a second element 10 (bolt), the bolt 10 being rotatably connected to the swivel socket 20. Furthermore, the swivel joint has a joint carrier 20, which is connected in a rotationally fixed manner to the bolt 10, for connecting to a car body 102, the joint carrier 20 being designed to be deformed to absorb energy when compressed.
  • the rotating pan 2 has an annular or bowl-shaped cavity into which the bolt 10 is inserted.
  • the bolt 10 is round on the outside, so that a rotational movement of the bolt 10 in the rotary socket 2 is possible.
  • the bolt 10 can be annular and also have a cavity, which is particularly centrally arranged. In the case of an annular bolt 10, the center defines the axis of rotation about which the bolt 10 can rotate in the rotating socket 2.
  • the pivot bearing can have a further rotatably mounted third element 3 for connecting to a second car body 103. If the first car body 102 is connected to the joint support 20 via the bolt 10 to the swivel socket 2 and the swivel joint is connected to a second car body 103 via the third element 3 independently of the bolt 10, then the two car bodies 102, 103 can be rotated independently of one another connected to the bogie 101.
  • the Figure 2B shows an arrangement with a third element 3 of the pivot bearing 1 for connecting a second car body 102.
  • the third element 3 is annular in this arrangement.
  • First, second and third elements 2, 3, 10 form a ring structure arranged one inside the other that allows two independent relative rotations.
  • the rotating pan 2 can be mounted on the bogie 101 in a rotationally fixed manner and the bolt 10 and the third element 3 can each be rotatably mounted independently of the rotating pan 2.
  • the Figure 3A shows a shape of the joint carrier 20.
  • the joint carrier 20 is connected to the bolt 10 in a rotationally fixed manner.
  • the bolt 10 has an upper part 12 and a lower part 11.
  • the joint carrier 20 rests on the lower part of the bolt 11 and is supported by it from below.
  • the lower part 11 has a larger outer diameter than the upper part 12.
  • the upper part 12 prevents the joint carrier 20 from slipping upwards.
  • the joint carrier 20 can be arranged between the lower part 11 and the upper part 12 of the bolt 10.
  • Upper part 12 and lower part 11 can, for example, form a groove and at least part of the joint 20 can be arranged in the groove.
  • the joint support 20 can have two areas, the first area having a plurality of support arms for connecting to a car body 102 and the second area being adapted to the shape of the bolt 10 and firmly connected to the bolt 10.
  • the joint support 20 can partially enclose the bolt 10 in the second area.
  • the first and second regions of the joint carrier 20 can be separated from each other by a first fork and a second fork into two carrier arms 21, 22, 23, 24.
  • the joint support 20 has at least two outer support arms 21, 23 and at least two inner support arms 22, 24.
  • the joint carrier 20 has a plurality of carrier arms.
  • the support arms can be connected to one or more forks of the joint support 20 diverge.
  • the joint carrier 20 has a first outer support arm 21, a first inner support arm 22, a second outer support arm 23, and a second inner support arm 24.
  • the outer support arms 21, 23 and inner support arms 22, 24 are connected to the car body 102.
  • only the outer support arms 21, 23 or only the inner support arms 22, 24 can be connected to the car body 102.
  • the joint support 20 is preferably mirror-symmetrical to a vertical plane. This means that forces that typically act in the direction of travel of the rail vehicle are reduced symmetrically, which counteracts the train from buckling.
  • the transition between the two areas can be smooth and the joint support 20 can be formed in one piece.
  • the joint support 20 is designed to deform when compressed to absorb energy. It is designed as an energy-absorbing element. In the event of a collision, the joint carrier 20 should be held on the bolt 10 and absorb the collision energy by deforming the carrier arms 21, 22, 23, 24.
  • the joint carrier 20 and thus also the carrier arms 21, 22, 23, 24 can have a metal, and in particular can be formed in one piece in a metal casting.
  • the support arms 21, 22, 23, 24, i.e. in particular the outer support arms 21, 23 and inner support arms 22, 24, lie essentially in one plane.
  • the second region of the joint support 20 also lies essentially in this plane.
  • the plane can be aligned horizontally in order to achieve the greatest possible deformability and energy absorption of the support arms 21, 22, 23, 24 in the direction of travel of the rail vehicle 100.
  • Figure 3B shows the arrangement of the joint support 20 and the bolt 10 Figure 3A through a cutting plane AA.
  • the joint carrier 20 runs to the right and left of the bolt 10.
  • the inner carrier arms 22, 24 and outer carrier arms 21, 23 are not shown because the section runs in front of the forks of the joint carrier 20.
  • the bolt is 10
  • the Figure 3A is ring-shaped, shows the Figure 3B a section through a ring, i.e. a right and a left part with a cavity in between.
  • the dashed lines show horizontal gradients for illustration.
  • the bolt 10 has an upper part 12 and a lower part 11. Upper part 12 and lower part 11 are connected to one another in a rotationally fixed manner. A part of the joint support 20 is arranged between the upper part 12 and the lower part 11. In this embodiment is the diameter of the lower part 11 at the point of contact with the upper part 12 is larger than the diameter of the upper part 12. This forms a groove between the projection of the upper part 12 and the lower part 11 of the bolt 10. A part of the joint carrier 20 is arranged in this groove, whereby the joint carrier 20 is supported and held both upwards and downwards by the bolt 10.
  • FIGS. 4A to 4E show various embodiments of the joint support 20.
  • the figures show different embodiments of the inner support arms 22, 24 and the connections of the joint support 20 with the car body 102.
  • the bolt 10 is identical in each of these figures.
  • the joint supports 20 each have four support arms 21, 22, 23, 24.
  • the joint support 20 has two areas, the first area having a plurality of support arms 21, 22, 23, 24 for connecting to a car body 102 and the second area is adapted to the shape of the bolt 10 and is firmly connected to the bolt 10.
  • the second area of the joint support 20 partially encloses the bolt 10.
  • the first and second regions of the joint carrier 20 are separated from each other by a first fork and a second fork into two carrier arms 21, 22, 23, 24.
  • the joint supports 20 of Figures 4A to 4E are mirror-symmetrical to a mirror plane that runs from top to bottom in the figures. The mirror plane corresponds to a vertical plane of the rail vehicle.
  • the bolt 10 and/or the upper part 12 and/or the lower part 11 has a cavity.
  • the bolt 10 is rotatably mounted on its outside.
  • the bolt can have a cavity in the inner area.
  • the bolt 10 and/or the upper part 12 and/or the lower part 11 can be annular.
  • the support arms 21, 22, 23, 24 are arranged in one plane.
  • the plane is horizontally aligned on a bogie mounted in the rail vehicle.
  • a direction of travel would be in the Figures 4A to 4E point from top to bottom.
  • FIG 4A an articulated support 20 with two outer support arms 21, 23 and two inner support arms 22, 24 is shown.
  • the outer support arms 21, 23 are load-bearing and firmly connected to the car body 102.
  • the inner support arms 22, 24 are at a distance from the car body 102 and are therefore not firmly connected to it.
  • the distance between the inner support arms 22, 24 and the car body 102 decreases when the outer support arms 21, 23 are deformed in the event of a collision.
  • the outer support arms 21, 23 are compressed and bend outwards.
  • the outer support arms 21, 23 are preferably designed not to bend out of the plane shown.
  • the joint support 20 also has a stop device 25.
  • the stop device 25 hits the car body when the outer support arms 21, 23 are deformed. Furthermore, the stop device 25 can connect the two inner support arms 22, 24 to one another.
  • the joint support 20 can have two outer support arms 21, 23 and a single inner support arm running centrally between them.
  • two inner support arms 22, 24 can converge to form an inner support arm at a fork.
  • Figure 4B shows a similar joint carrier 20, the joint carrier 20 being provided for an articulated connection to the car body 102.
  • the outer support arms 21, 23 have articulated connections 26, 27 to the car body 102.
  • the outer support arms 21, 23 carry the load of the car body 101 and are designed as an energy-absorbing element.
  • the Figure 4C shows a further embodiment of the joint support 20, wherein the inner support arms 24, 22 are connected to the car body 102.
  • the support arms 21, 22, 23, 24 are each connected to at least one other support arm 21, 22, 23, 24 by a support arm 28, 29.
  • an outer support arm 21, 23 can be connected to an inner support arm 22, 24 by a support arm 28, 29.
  • the support arms 28, 29 preferably lie in the plane of the support arms 21, 22, 23, 24 and effect a stabilization of the support arms 21, 22, 23, 24 between each other.
  • the joint carrier 20 is stabilized in one plane. If one of the support arms 21, 22, 23, 24 is compressed, the support arm 28, 29 prevents one of the support arms 21, 22, 23, 24 from deflecting in a direction outside the direction of travel.
  • a stop 103 is also provided on the car body 102.
  • the inner support arms 22, 24 strike the stop 103 and are held on the car body 102 by this and the acting deformation force.
  • Figure 4D shows another embodiment of the joint support 20. Similar to Figure 4A the joint carrier 20 has a stop device 25 for striking the car body in the event of deformation due to collision.
  • the inner support arms 22, 24 are connected to the stop device 25 by articulated connections 26, 27.
  • Figure 4E shows another embodiment of the joint support 20. Similar to Figure 4A the joint carrier 20 has a stop device 25 for striking the car body in the event of deformation due to collision. In contrast to the Figures 4A, 4B and 4D , not the stop device 25 has the smallest distance to the car body 102, but the inner support arms 22, 24 are connected to the car body 102. The stop device 25 can only strike the car body 102 by deforming the inner support arms 22, 24.
  • the Figure 5 shows a different arrangement of the bolt 10 compared to that Figures 3A and 3B .
  • the joint carrier 20 partially encloses the bolt 10.
  • the joint support also encloses a region of the lower part 11 of the bolt 10 instead of just the upper part 12 as in the arrangement Figure 3B .
  • the bolt 10, in particular the upper part 12 and lower part 11 forms a groove in which a part of the joint carrier 20 is arranged. The groove prevents the joint carrier 20 from slipping up or down in the event of deformation.
  • FIGS 6A and 6B show an embodiment according to the invention of the second element (bolt) of the pivot bearing, wherein the pivot bearing has a rotationally fixed third element 13.
  • This embodiment is based on the construction of the Figure 2B .
  • the Figures 6A/6B is the third element 3 of Figure 2B a coupling device 13 which is rotatably connectable to a second car body.
  • the coupling device 13 is fixed to the bolt 10 in a rotationally fixed manner or forms part of it.
  • the Figures 6A and 6B show a section that corresponds to the cutting plane of the Figures 3B and 5 corresponds.
  • the embodiment of the bolt 10 can be used in particular with the joint supports 20 of one of the embodiments Figures 4A to 4E be combined.
  • Figure 6A shows an embodiment of the bolt 10 with a Coupling device 13.
  • the coupling device 13 is fixed to the bolt 10 in a rotationally fixed manner and forms part of the upper part 12 of the bolt 10.
  • the upper part 12 has no cavity, such as in the Figure 3B , but those Coupling device 13 takes the position of the cavity and forms part of the upper part 12.
  • Figure 6B shows an embodiment of the bolt 10 with a coupling device 13.
  • the coupling device 13 is fixed to the bolt 10 in a rotationally fixed manner. It forms part of the lower part 11 of the bolt 10.
  • the upper part 12 has a cavity and the coupling device 13 extends in this cavity.
  • the coupling device 13 has a pivot pin or pivot pin which can be connected to a joint of a second car body.
  • any joint carrier is in accordance with the invention Figures 4A to 4E with one embodiment of the bolt Figures 6A and 6B combinable.
  • Reference symbol list figure 1 Pivot bearing 2A-2B 2 first element (rotary pan) 2A-2B 3 third element 2B, 6A/B 10 second element (bolt) 2A-6B 11 Bottom part 3A-6B 12 Top 3A-6B 13 Coupling device 6A,6B 20 Joint carrier 2A-6B 21 Support arm/outer support arm 3A, 4A-4E 22 Carrier arm/inner carrier arm 3A, 4A-4E 23 Support arm/outer support arm 3A, 4A-4E 24 Carrier arm/inner carrier arm 3A, 4A-4E 25 Stop device 4A-4E 26 articulated connection 4B, 4D 27 articulated connection 4B, 4D 28 Support arm 4C 29 Support arm 4C 100 Rail vehicle 1 101 bogie 1 102 first car body 1,2A,2B 103 second car body 1.2B

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Drehgelenk für ein Drehgestell für ein Schienenfahrzeug oder Schienenfahrzeugteile, insbesondere für ein Jakobsdrehgestell eines Schienenfahrzeugs. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Drehgestell und ein Schienenfahrzeug mit einem Drehgestell.
    • Vorbekannter Stand der Technik
  • Wagenkästen von Schienenfahrzeugen können über Drehgestelle miteinander verbunden werden. Bei einem Jakobsdrehgestell stützen sich beispielsweise zwei aufeinanderfolgende Wagenkästen auf ein gemeinsames Drehgestell. Das Drehgestell ist mit dem jeweiligen Wagenkasten verbunden und kann sich relativ zu diesen drehen, oder zumindest relativ zu einem der beiden Wagenkästen.
  • Neben der Funktion Wagenkästen abzustützen und zu verbinden, übernehmen Drehgestelle häufig auch weitere Funktionen. So soll beispielsweise bei einer Kollision des Schienenfahrzeuges die Aufprallenergie über den gesamten Zug verteilt und Knicke im Zug vermieden werden. Bei Triebwagen befinden sich dazu beispielsweise an jedem Wagenkasten, insbesondere zwischen den einzelnen Wagen, Deformationszonen.
  • Die Internationale Patentanmeldung WO 2016/139236 zeigt beispielsweise ein Drehgelenk, das zwischen zwei Wagenkästen angebracht ist und diese verbindet. Es ist als Energieverzehrelement ausgebildet. Dabei ist das Drehgelenk separat über dem Drehgestell angeordnet.
  • Aus der EP 3 028 915 A1 ist ebenfalls ein Drehgelenk bekannt, das im Dachbereich zwischen zwei Wagenkästen angeordnet ist und zwei elastisch gegeneinander gelagerter Gelenkelemente zur Aufnahme von Kräften aufweist. Ein dazu vergleichbares Drehgelenk beschreibt die EP 2 554 452 A1 . Die Drehgelenke können aber nur bedingt Stoßenergien aufnehmen. Die EP 1 312 527 A1 offenbart eine Gelenkanordnung zum gelenkigen Verbinden von Wagenkästen.
  • Die EP 2 433 823 A1 beschreibt ein Drehgelenk für ein Gelenkfahrzeug, bei dem zwischen den beiden Gelenksegmenten und dem Drehbolzen ein zur Aufnahme von im Normalbetrieb auftretenden Kräften angeordnet ist.
  • Die WO2005/023619 A1 offenbart eine Verbindung von zwei Teilen, die zwischen zwei Wagenkästen angeordnet sind, wobei eine Energieaufnehmende Vorrichtung zwischen den beiden Wagenkästen wirkt.
    • Kurzbeschreibung der Erfindung
  • Nachteil bekannter Lösungen ist, dass zwar Energieverzehrbereiche vorgesehen sind, diese jedoch zusätzlich zu den vorhandenen Wagenteilen verbaut werden.
  • In Hinblick auf eine Kollisionssicherheit von Schienenfahrzeugen ist die europäische Norm EN 15227 (2008) zu erfüllen. Es ist dabei erforderlich, ein Schienenfahrzeug mit Energieverzehrelementen zu versehen. Die Energieverzehrelemente sind ausgebildet, die z. B. bei einem Aufprall des Schienenfahrzeugs auf ein Hindernis anfallende Stoßenergie zumindest teilweise durch definierte Verformung oder Zerstörung definiert zu absorbieren bzw. abzubauen. Damit kann die Einleitung übermäßiger Stoßenergie in die übrige, weniger leicht auszutauschende Struktur des Fahrzeugs und damit die Beschädigung dieser übrigen Fahrzeugstruktur sowie das Verletzungsrisiko für Passagiere zumindest reduziert, vorzugsweise aber vollständig vermieden werden.
  • Schienenfahrzeuge sind insbesondere Hochgeschwindigkeits-, Fernverkehrs-, Nahverkehrs-, Transportzüge oder Straßenbahnen. Unter Schienenfahrzeugteilen sind insbesondere Waggons, Wagenkästen, Module oder Wagenteile eines Schienenfahrzeugs oder eines Schienenfahrzeugverbunds zu verstehen.
  • Die Erfindung ist ein Drehgelenk mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Besondere Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Es wird weiterhin ein Drehgestell für ein Schienenfahrzeug vorgeschlagen. Das Drehgestell weist beispielsweise einen Rahmen auf, der auf einer oder mehreren Radachsen gelagert sein kann und weist zusätzlich zum Beispiel Räder, Primär- und /oder Sekundärfederungen, oder Schwingungsdämpfer auf. Gemäß einer Ausführungsform ist das Drehgelenk drehfest mit dem Rahmen des Drehgestells verbunden. Beispielsweise ist das zweite Element mittelbar oder unmittelbar auf den Rahmen geschraubt und/oder geschweißt.
  • Das erste und das zweite Element des Drehlagers sind zueinander drehbar. Beispielsweise greifen die Elemente ineinander oder eines der Elemente umschließt das andere teilweise, was eine Drehbarkeit gewährleistet. Das erste Element des Drehlagers kann beispielsweise ringförmig mit einer zentralen Öffnung oder Vertiefung zur Aufnahme des zweiten Elementes ausgebildet sein. Das zweite Element kann beispielsweise in Form eines Hohlbolzens oder Innenringes ausgebildet sein. Das zweite Element kann sich beispielsweise auf dem ersten Element abstützen und von diesem getragen werden.
  • Das klassische Verbindungselement zwischen Drehgestell und Wagenkasten wird auch Drehzapfen oder Drehpfanne genannt. Das erste Element des Drehlagers ist dem Drehzapfen oder der Drehpfanne gleichgestellt, beziehungsweise ersetzt den klassischen Drehzapfen oder die Drehpfanne. Das Pendant zur Drehpfanne ist der Drehbolzen oder Bolzen, der in die Drehpfanne eingelegt wird. Das Drehgestell bewegt sich um die von der Drehpfanne und dem Bolzen gebildete vertikale Achse relativ zum Wagenkasten.
  • Zur besseren Verständlichkeit wird im Folgenden auf die Ausführungsform einer Drehpfanne als erstes Element und eines Bolzens als zweites Element des Gelenklagers Bezug genommen, wobei der Bolzen in die Drehpfanne drehbar eingelegt wird. Für andere Ausführungsformen gilt dies analog. Insbesondere gilt die Betrachtung analog für den Fall, dass das erste Element das zweite Element umschließt, anstatt in dieses eingelegt zu werden.
  • Das zweite Element muss nicht eine längliche Form aufweisen, sondern kann, bezüglich seiner Drehachse, eine Höhe aufweisen, die geringer ist als sein Durchmesser. Auch in diesem Fall wird der Begriff Bolzen in Anlehnung an den typischerweise die beiden Drehgelenksegmente eines Schienenfahrzeugs verbindenden Bolzen verwendet.
  • Das Drehgelenk ist derart ausgebildet, dass der Gelenkträger z. B. durch Einwirken einer bestimmten Kraft, wie eine Aufprallkraft, die gegen das Schienenfahrzeug wirkt, gestaucht werden kann. Der Gelenkträger ist ausgestaltet, sich bei Stauchung energieaufnehmend zu verformen (Energieverzehrelement). Die Verformung kann bei geringeren Kräften elastisch und bei hohen Kräften plastisch ausgestaltet sein. Der Gelenkträger ist im Vergleich zu anderen Bestandteilen des Drehgelenkes und des Drehgestelles als Puffer ausgebildet, der die Energie des Aufpralls durch Verformung abfängt und so einen kontrollierten Energieabbau (Energieverzehr) ermöglicht. Dadurch wird die Aufprallenergie über den gesamten Zug verteilt und Knicke im Zug werden vermieden. Übrige Teile des Schienenfahrzeuges werden geschont.
  • Der Gelenkträger ist mit einem Wagenkasten eines Schienenfahrzeuges verbindbar. Der Gelenkträger ist insbesondere ausgestaltet die Zuglast des Wagenkastens im Wesentlichen alleine zu tragen. Durch den mit dem Gelenkträger drehfest verbundenen Bolzen und der mit dem Bolzen drehbar verbundenen Drehpfanne, ist ein Drehgestell relativ zum Wagenkasten drehbar. Eine vollständige Verdrehbarkeit um einen Vollkreis ist nicht erforderlich solange die für den Betrieb des Schienenfahrzeugs erforderliche Verdrehbarkeit gewährleistet ist. Die Drehbarkeit kann auf Drehungen auf typische Drehwinkel für Schienenfahrzeuge beschränkt sein. Beispielsweise ist die Drehbarkeit auf -90° bis +90° beschränkt.
  • Besonders vorteilhaft kann das Drehgestell ein Jakobs-Drehgestell sein, wie nachfolgend noch beschrieben.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist die Drehpfanne einen zylindrischen oder konischen oder einen schalenförmigen Hohlraum auf. Der Bolzen ist auf die Form der Drehpfanne angepasst und drehbar mit ihr verbunden. Insbesondere kann ein Teil des Bolzens im Hohlraum der Drehpfanne angeordnet sein. Die Drehpfanne kann auch kegelförmig sein oder als ein Kugelsegment ausgebildet sein.
  • Der Gelenkträger ist drehfest mit dem Bolzen verbunden. Er kann teilweise um den Bolzen gelegt sein und dadurch einen Formschluss mit dem Bolzen bilden. Bei einem Aufprall mit anschließender Verformung des Gelenkträgers kann dieser ausgetauscht und durch einen neuen ersetzt werden. Vorteilhaft werden dadurch nicht oder schwer austauschbare Teile des Drehgestells geschont.
  • Die Drehpfanne ist an einem Drehgestell festlegbar. Gemäß einer Ausführungsform ist die Drehpfanne drehfest mit dem Drehgestell verbindbar. Dadurch ist eine Relativbewegung zwischen dem Bolzen und dem Drehgestell aber nicht zwischen der Drehpfanne und dem Drehgestell möglich.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist der Bolzen derart mit dem Gelenkträger verbunden, dass der Gelenkträger bei einem Aufprall nicht nach oben ausweichen kann. Der Bolzen kann beispielsweise eine Nut aufweisen, in die ein Teil des Gelenkträgers eingelegt ist. Der Bolzen kann ein Unterteil und ein Oberteil aufweisen und mindestens ein Teil des Gelenkträgers kann zwischen Unterteil und Oberteil des Bolzens angeordnet sein. Unterteil und Oberteil sind insbesondere fest miteinander verbunden. Der Oberteil des Bolzens verhindert ein Abrutschen des Gelenkträgers nach oben bei einem Aufprall. Der Oberteil kann insbesondere zum Übergang zum Unterteil einen größeren Außendurchmesser als der Unterteil aufweisen.
  • Oberteil und Unterteil sind vorzugsweise fest ober lösbar verbunden. Das ermöglicht ein einfaches Lösen und Austauschen des Gelenkträgers nach einer Verformung durch eine Kollision.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist ein Teil des Bolzens im Drehgelenklager angeordnet. Insbesondere ist der Unterteil oder ein Teil des Unterteils im Drehgelenklager angeordnet.
  • Gemäß einer Ausführungsform umschließt der Gelenkträger den Bolzen mindestens teilweise. Insbesondere kann der Gelenkträger den Bolzen an der wagenkastenabgewandten Seite etwa halbseitig, also mehr als 180°, umschließen. Die wagenkastenabgewandten Seite ist die Seite, die der Verbindung des Gelenkträgers mit dem Wagenkasten gegenüber liegt.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist der Unterteil des Bolzens ringförmig oder scheibenförmig ausgebildet. Insbesondere ist er an die Form der Drehpfanne angepasst und bildet das passende Pendant zu einer drehbaren Verbindung. Der Oberteil kann ebenso ringförmig oder scheibenförmig ausgebildet sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform bildet der Oberteil des Bolzens über dem Unterteil einen Vorsprung aus, unter dem der Gelenkträger angeordnet ist. Insbesondere ist der Vorsprung auf der Wagenkastenabgewandten Seite des Gelenkträgers angeordnet. Dazu kann er beispielswiese größer als der Unterteil sein. Beispielsweise sind der Unterteil und der Oberteil des Bolzens ringförmig oder scheibenförmig ausgebildet, wobei der Unterteil einen größeren Außendurchmesser als der Oberteil aufweist.
  • Gemäß einer Ausführungsform bilden der Unterteil und der Oberteil des Bolzens eine Nut aus und mindestens ein Teil des Gelenkträgers ist in der Nut angeordnet.
  • Der Gelenkträger verbindet einen Wagenkasten mit dem Drehgestell. Gemäß einer Ausführungsform weist der Gelenkträger mehrere Trägerarme zum Verbinden mit einem Wagenkasten auf. Dabei muss nicht jeder Trägerarm mit einem Wagenkasten verbunden werden. Beispielsweise werden zwei Trägerarme mit einem Wagenkasten verbunden und zwei Trägerarme bleiben ohne lasttragende Verbindung. Insbesondere sind die Trägerarme ein integraler Bestandteil des Gelenkträgers, sodass der Gelenkträger die Trägerarme einstückig umfasst.
  • Trägerarme können unterschiedliche mechanische Verformbarkeiten aufweisen. Beispielsweise kann die Bewegung eines oder mehrerer Trägerarme durch einen Anschlag begrenzt sein, sodass diese in eine Bewegungsrichtung gezwungen werden, während andere Trägerarme eine andere Bewegungsrichtung aufweisen können. Die Verformbarkeit unterscheidet sich dadurch.
  • Der Gelenkträger kann eine zweistufige Energieaufnahme während einer Verformung aufweisen. Durch mehrere Trägerarme unterschiedlicher Verformbarkeit kann beispielsweise eine zweistufige Verformbarkeit des Gelenkträgers erreicht werden. Im Normalbetrieb kann lediglich die erste mechanische Stufe des Gelenkträgers wirken. Im Falle eines Aufpralles wird Energie zunächst in der ersten Stufe aufgezehrt und dann in der zweiten Stufe.
  • Beispielsweise sind zwei Trägerarme mit dem Wagenkasten verbindbar und zwei weitere Trägerarme zunächst frei hängend. Bei einem Aufprall werden die verbundenen Trägerarme verformt. Das entspricht der ersten Stufe der Verformbarkeit. Durch die Verformung werden die freihängenden Trägerarme an einen Anschlag geführt und wirken bei weiteren Verformungen ebenso Energie aufzehrend. Dies entspricht der zweiten Stufe der Verformbarkeit.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist der Gelenkträger mindestens zwei Außenträgerarme und mindestens zwei Innenträgerarme auf. Insbesondere können zwei Außenträgerarme mit dem Wagenkasten verbindbar sein und zwei Innenträgerarme zunächst frei hängend.
  • Die Trägerarme beziehungsweise Außenträgerarme und Innenträgerarme können unterschiedlich ausgestaltet sein, wobei mindestens einer davon bei Stauchung energieaufnehmend verformt wird und so als Energieverzehrelement wirkt. Beispielsweise sind die Außenträgerarme lastaufnehmend mit einem Wagenkasten verbindbar und sind für den Normalbetrieb vorgesehen. Die Innenträgerarme können für einen Aufprall vorgesehen sein und einen Abstand zum Wagenkasten aufweisen. Der Abstand zwischen Innenträgerarmen und Wagenkasten kann sich bei Verformung der Außenträgerarme verringert. Die Innenträgerarme können auf eine am Wagenkasten vorgesehen Stopper aufprallen und weiterhin ebenso gestaucht und energieaufnehmend verformt werden. Alternativ können die Innenträgerarme auch bereits mit einem Wagenkasten verbunden sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform erstreckt sich der Gelenkträger im Wesentlichen in eine Ebene und die Stauchung und damit verbundene Energieverzehrung wirkt innerhalb dieser Ebene. Vorzugsweise ist diese Ebene horizontal ausgerichtet, das heißt, dass eine Fahrtrichtung des Schienenfahrzeuges in dieser Ebene liegt. Eine Verformung des Gelenkträgers vertikal ist vorzugsweise zu vermeiden.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist der Gelenkträger mindestens zwei Trägerarme auf, wobei die Trägerarme im Wesentlichen in einer horizontalen Ebene angeordnet sind und ausgestaltet sind, bei einer in Fahrtrichtung wirkenden Kraft energieaufnehmend verformt zu werden, wobei sich bei der Verformung der Abstand der Trägerarme zueinander erhöht und die Trägerarme weiterhin in der Ebene angeordnet sind. Die Verformung ist also innerhalb der Ebene.
  • Vorteilhaft können gemäß einer Ausführungsform die Trägerarme, insbesondere die mindestens zwei Außenträgerarme und mindestens zwei Innenträgerarme, im Wesentlichen in einer Ebene liegen. Vorzugsweise ist diese Ebene horizontal ausgerichtet. Da eine Stauchung im Wesentlichen in Fahrtrichtung des Schienenfahrzeuges zu erwarten ist, sind die Trägerarme in dieser Ebene ausgerichtet, um einen maximalen Anteil der Energie aufzunehmen.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist der Gelenkträger einstückig geformt. Beispielsweise kann der Gelenkträger durch Metallguss geformt sein. Dies ermöglicht die nötige Stabilität und zugleich Verformbarkeit zur Energieaufnahme.
  • Erfindungsgemäss weist das Drehgelenk weiterhin eine Kopplungsvorrichtung zum Verbinden des Drehgelenks mit einem zweiten Wagenkasten auf. Die Kopplungsvorrichtung kann drehbar am Drehlager festgelegt sein.
  • Die Kopplungsvorrichtung ist drehfest am Bolzen, insbesondere am Oberteil des Bolzens oder am Unterteil des Bolzens, festgelegt oder bildet einen Teil davon, wobei die Kopplungsvorrichtung drehbar mit dem zweiten Wagenkasten verbindbar ist.
  • Das vorgeschlagene Drehgestell kann ein Jakobs-Drehgestell sein. Bei einem Schienenfahrzeug können zwei benachbarte Schienenfahrzeugteile, wie Wagenkästen oder Module, auf einem gemeinsamen, so genannten Jakobs-Drehgestell abgestützt werden. Bei einem Jakobs-Drehgestell stützen sich die beiden aufeinander folgenden Schienenfahrzeugteile gleichzeitig auf ein und demselben Drehgestell ab, so dass sich das Drehgestell direkt unter dem Übergang zweier verbundener Schienenfahrzeugteile befindet. Insbesondere kann das Jakobs-Drehgestell zwischen den Schienenfahrzeugteilen so angeordnet werden, sodass benachbarte Schienenfahrzeugteile lediglich über das Jakobs-Drehgestell miteinander gekoppelt werden können. Eine zusätzliche lasttragende und/oder energieaufnehmende Verbindung zwischen den Schienenfahrzeugteilen ist nicht nötig. Selbstverständlich kann das Schienenfahrzeug mehrere solcher Jakobs-Drehgestelle aufweisen.
  • Es wird weiterhin ein Schienenfahrzeug mit einer Ausführungsform des Drehgelenks beziehungsweise des Drehgestelles mit Drehgelenk vorgeschlagen, wobei das Schienenfahrzeug einen ersten Wagenkasten und optional einen zweiten Wagenkasten aufweist und wobei der erste Wagenkasten über den Gelenkträger mit dem Drehgelenk und damit dem Drehgestell verbunden ist. Der zweite Wagenkasten kann mit dem Drehgestell über die Kopplungsvorrichtung verbunden sein.
    • Kurzbeschreibung der Figuren
  • Die beiliegenden Zeichnungen veranschaulichen Anordnungen eines Drehgelenks oder Teilen von Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung der Prinzipien der Erfindung. Die Elemente der Zeichnungen sind relativ zueinander und nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen entsprechend ähnliche Teile.
    • Figur 1 zeigt ein Schienenfahrzeug.
    • Figur 2A zeigt ein Drehgelenk und einen Teil eines Wagenkastens.
    • Figur 2B zeigt ein Drehgelenk und einen Teil zweier Wagenkästen.
    • Figur 3A zeigt ein Beispiel eines Gelenkträgers mit Bolzen.
    • Figur 3B zeigt eine Schnittansicht durch den Gelenkträger und den Bolzen der Figur 3A.
    • Figuren 4A bis 4E zeigen unterschiedliche Gelenkträger.
    • Figur 5 zeigt eine zeigt eine Schnittansicht durch den Gelenkträger und den Bolzen gemäß einer alternativen Konstruktion zur Figur 3B.
    • Figuren 6A und 6B zeigen Ausführungsformen des Bolzens mit Kopplungsvorrichtung.
    Ausführungsbeispiele
  • Figur 1 zeigt ein Schienenfahrzeug 100 gemäß einer Ausführungsform. Das Schienenfahrzeug 100 weist einen ersten Wagenkasten 102 und einen zweiten Wagenkasten 103 auf, die über ein Jakobsdrehgestell 101 miteinander verbunden sind.
  • Figur 2 zeigt ein Drehgelenk und einen Teil eines Wagenkastens 102, der mit dem Drehgelenk verbunden ist. Das dargestellte Drehgelenk der Figur 2 kann drehfest auf ein Drehgestell montiert werden. Rahmen, Räder und Federungen eines Drehgestelles sind nicht dargestellt. Zum Montieren sind beispielsweise Löcher für Schrauben vorgesehen.
  • Das Drehgelenk weist ein Drehlager 1 mit einen ersten Element 2 (Drehpfanne) und einem zweiten Element 10 (Bolzen) auf, wobei der Bolzen 10 mit der Drehpfanne 20 drehbar verbunden ist. Weiterhin weist das Drehgelenk einen Gelenkträger 20 auf, der drehfest mit dem Bolzen 10 verbunden ist, zum Verbinden mit einem Wagenkasten 102, wobei der Gelenkträger 20 ausgestaltet ist, bei Stauchung energieaufnehmend verformt zu werden.
  • Die Drehpfanne 2 weist einen ring- oder schalenförmigen Hohlraum auf, in den der Bolzen 10 eingelegt ist. Der Bolzen 10 ist außenseitig rund ausgebildet, sodass eine Drehbewegung des Bolzens 10 in der Drehpfanne 2 möglich ist. Der Bolzen 10 kann ringförmig ausgebildet sein und ebenso einen Hohlraum aufweisen, der insbesondere zentral angeordnet ist. Bei einem ringförmigen Bolzen 10 definiert die Mitte die Drehachse, um die sich der Bolzen 10 in der Drehpfanne 2 drehen kann.
  • Das Drehlager kann ein weiteres drehbar gelagertes drittes Element 3 zum Verbinden mit einem zweiten Wagenkasten 103 aufweisen. Ist der erste Wagenkasten 102 mit dem Gelenkträger 20 über dem Bolzen 10 mit der Drehpfanne 2 verbunden und das Drehgelenk unabhängig von dem Bolzen 10 über das drittes Element 3 mit einem zweiten Wagenkasten 103 verbunden, so sind die beiden Wagenkästen 102, 103 unabhängig voneinander drehbar mit dem Drehgestell 101 verbunden.
  • Die Figur 2B zeigt eine Anordnung mit einem dritten Element 3 des Drehlagers 1 zum Verbinden eines zweiten Wagenkastens 102. Das dritte Element 3 ist in dieser Anordnung ringförmig. Erstes, zweites und drittes Element 2, 3, 10 bilden eine ineinander angeordnete Ringstruktur, die zwei unabhängige Relativ-Drehungen zulässt. Dabei kann die Drehpfanne 2 drehfest auf dem Drehgestell 101 montiert sein und der Bolzen 10 und das dritte Element 3 jeweils unabhängig zur Drehpfanne 2 drehbar gelagert sein.
  • Die Figur 3A zeigt eine Form des Gelenkträgers 20. Der Gelenkträger 20 ist drehfest mit dem Bolzen 10 verbunden. Der Bolzen 10 weist einen Oberteil 12 und einen Unterteil 11 auf. Der Gelenkträger 20 liegt auf dem Unterteil des Bolzens 11 auf und wird von diesem von unten gestützt. Der Unterteil 11 hat einen größeren Außendurchmesser als der Oberteil 12. Nach oben verhindert der Oberteil 12 ein Abrutschen des Gelenkträgers 20. Dazu kann der Gelenkträger 20 zwischen Unterteil 11 und Oberteil 12 des Bolzens 10 angeordnet sein. Oberteil 12 und Unterteil 11 können beispielsweise eine Nut ausbilden und mindestens ein Teil des Gelenkskrieges 20 kann in der Nut angeordnet sein.
  • Der Gelenkträger 20 kann zwei Bereiche aufweisen, wobei der erste Bereich mehrere Trägerarme zum Verbinden mit einem Wagenkasten 102 aufweist und der zweite Bereich auf die Form des Bolzens 10 angepasst ist und fest mit dem Bolzen 10 verbunden ist. Insbesondere kann der Gelenkträger 20 im zweiten Bereich den Bolzen 10 teilweise umschließen. Der erste und der zweite Bereich des Gelenkträgers 20 können durch eine erste Gabelung und eine zweite Gabelung in jeweils zwei Trägerarme 21, 22, 23, 24 voneinander getrennt sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist der Gelenkträger 20 mindestens zwei Außenträgerarme 21, 23 und mindestens zwei Innenträgerarme 22, 24 auf.
  • In dieser Anordnung weist der Gelenkträger 20 mehrere Trägerarme auf. Die Trägerarme können nach einer oder mehrerer Gabelungen des Gelenkträgers 20 auseinanderlaufen. Hier weist der Gelenkträger 20 einen ersten Außenträgerarme 21, einen ersten Innenträgerarme 22, einen zweiten Außenträgerarme 23, und einen zweiten Innenträgerarme 24 auf. Die Außenträgerarme 21, 23 und Innenträgerarme 22, 24 sind mit dem Wagenkasten 102 verbunden. In anderen Anordnungen können auch nur die Außenträgerarme 21, 23 oder nur die Innenträgerarme 22, 24 mit dem Wagenkasten 102 verbunden sein. Vorzugsweise ist der Gelenkträger 20 zu einer vertikalen Ebene spiegelsymmetrisch. Dadurch werden Kräfte, die typischerweise in Fahrtrichtung des Schienenfahrzeuges wirken, symmetrisch abgebaut, was einem Knicken des Zugs entgegen wirkt. Der Übergang der beiden Bereiche kann fließend sein und der Gelenkträger 20 kann einstückig ausgebildet sein.
  • Der Gelenkträger 20 ist ausgestaltet, sich bei Stauchung energieaufnehmen zu verformen. Er ist als Energieverzehrelement ausgebildet. Bei einer Kollision soll der Gelenkträger 20 am Bolzen 10 gehalten werden und die Kollisionsenergie durch Verformung der Trägerarme 21, 22, 23, 24 aufnehmen. Beispielsweise können der Gelenkträger 20 und damit auch die Trägerarme 21, 22, 23, 24 ein Metall aufweisen, und insbesondere in einem Metallguss einstückig geformt sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform liegen die Trägerarme 21, 22, 23, 24, also insbesondere die Außenträgerarme 21, 23 und Innenträgerarme 22, 24, im Wesentlichen in einer Ebene. Bevorzugt liegt der zweite Bereich des Gelenkträgers 20 ebenso im Wesentlichen in dieser Ebene. Die Ebene kann horizontal ausgerichtet sein, um eine möglichst große Verformbarkeit und Energieaufnahme der Trägerarme 21, 22, 23, 24 in Fahrtrichtung des Schienenfahrzeuges 100 zu erreichen.
  • Figur 3B zeigt die Anordnung des Gelenkträgers 20 und des Bolzens 10 der Figur 3A durch eine Schnittebene A-A. Der Gelenkträger 20 verläuft rechts und links vom Bolzen 10. Die Innenträgerarme 22, 24 und Außenträgerarme 21, 23 sind nicht gezeigt, da der Schnitt vor den Gabelungen des Gelenkträgers 20 verläuft. Da der Bolzen 10 der Figur 3A ringförmig aufgebaut ist, zeigt die Figur 3B einen Schnitt durch einen Ring, also einen Rechten und einen Linken Teil mit einem Hohlraum dazwischen. Die gestrichenen Linien zeigen horizontale Verläufe zu Veranschaulichung.
  • Der Bolzen 10 weist einen Oberteil 12 und einen Unterteil 11 auf. Oberteil 12 und Unterteil 11 sind drehfest miteinander verbunden. Ein Teil des Gelenkträgers 20 ist zwischen dem Oberteil 12 und dem Unterteil 11 angeordnet. In dieser Ausführungsform ist der Durchmesser des Unterteils 11 am Berührungspunk zum Oberteil 12 größer als der Durchmesser des Oberteils 12. Dadurch bildet sich zwischen dem Vorsprung des Oberteils 12 und dem Unterteil 11 des Bolzens 10 eine Nut aus. Ein Teil des Gelenkträgers 20 ist in dieser Nut angeordnet, wodurch der Gelenkträger 20 sowohl nach oben als auch nach unten vom Bolzen 10 gestützt und gehalten wird.
  • Die Figuren 4A bis 4E zeigen verschiedene Ausführungsformen des Gelenkträgers 20. Insbesondere zeigen die Figuren unterschiedliche Ausführungsformen der Innenträgerarme 22, 24 und der Verbindungen des Gelenkträgers 20 mit dem Wagenkasten 102. Der Bolzen 10 ist in diesen Figuren jeweils identisch. Die Gelenkträger 20 weisen jeweils vier Trägerarme 21, 22, 23, 24 auf.
  • Der Gelenkträger 20 weist zwei Bereiche auf, wobei der erste Bereich mehrere Trägerarme 21, 22, 23, 24 zum Verbinden mit einem Wagenkasten 102 aufweist und der zweite Bereich an die Form des Bolzens 10 angepasst ist und fest mit dem Bolzen 10 verbunden ist. Der zweite Bereich des Gelenkträgers 20 umschließt den Bolzen 10 teilweise. Der erste und der zweite Bereich des Gelenkträgers 20 sind durch eine erste Gabelung und eine zweite Gabelung in jeweils zwei Trägerarme 21, 22, 23, 24 voneinander getrennt. Die Gelenkträger 20 der Figuren 4A bis 4E sind spiegelsymmetrisch zu einer Spiegeleben, die von oben nach unten in den Figuren verläuft. Die Spiegelebene entspricht einer vertikalen Ebene des Schienenfahrzeuges.
  • Gemäß einer Anordnung weist der Bolzen 10 und/oder der Oberteil 12 und/oder der Unterteil 11 einen Hohlraum auf. Der Bolzen 10 ist an seiner Außenseite drehbar gelagert. Im inneren Bereich kann der Bolzen einen Hohlraum aufweisen. Insbesondere kann der der Bolzen 10 und/oder der Oberteil 12 und/oder der Unterteil 11 ringförmig sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform sind die Trägerarme 21, 22, 23, 24 in einer Ebene angeordnet. Die Ebene ist bei einem im Schienenfahrzeug montierten Drehgestell horizontal ausgerichtet. Eine Fahrtrichtung würde beispielsweise in den Figuren 4A bis 4E von oben nach unten zeigen.
  • In Figur 4A ist ein Gelenkträger 20 mit zwei Außenträgerarmen 21, 23 und zwei Innenträgerarmen 22, 24 dargestellt. Die Außenträgerarme 21, 23 sind mit dem Wagenkasten 102 lastaufnehmend und fest verbunden. Die Innenträgerarme 22, 24 weisen einen Abstand zum Wagenkasten 102 auf und sind daher nicht fest mit diesem verbunden. Der Abstand zwischen den Innenträgerarmen 22, 24 und dem Wagenkasten 102 verringert sich bei Verformung der Außenträgerarme 21, 23 bei einer Kollision. Die Außenträgerarme 21, 23 werden dabei gestaucht und verbiegen sich nach außen. Vorzugsweise sind die Außenträgerarme 21, 23 ausgestaltet sich nicht aus der dargestellten Ebene zu verbiegen.
  • In dieser Ausführungsform weist der Gelenkträger 20 weiterhin eine Anschlagsvorrichtung 25 auf. Die Anschlagsvorrichtung 25 schlägt bei Verformung der Außenträgerarme 21, 23 an den Wagenkasten an. Weiterhin kann die Anschlagsvorrichtung 25 die beiden Innenträgerarme 22, 24 miteinander verbinden.
  • Alternativ kann der Gelenkträger 20 zwei Außenträgerarme 21, 23 und einen dazwischen zentral verlaufenden einzelnen Innenträgerarm aufweisen. Ebenso können zwei Innenträgerarme 22, 24 zu einem Innenträgerarme an einer Gabelung zusammenlaufen.
  • Figur 4B zeigt einen ähnlichen Gelenkträger 20, wobei der Gelenkträger 20 für eine gelenkige Verbindung zum Wagenkasten 102 vorgesehen ist. Die Außenträgerarme 21, 23 weisen gelenkige Verbindungen 26, 27 zum Wagenkasten 102 auf. Analog zur Figur 4A tragen hier die Außenträgerarme 21, 23 die Last des Wagenkastens 101 und sind als Energieverzehrelement ausgebildet.
  • Die Figur 4C zeigt eine weiter Ausführungsform des Gelenkträgers 20, wobei die Innenträgerarme 24, 22 mit dem Wagenkasten 102 verbunden sind. Die Trägerarme 21, 22, 23, 24 sind untereinander jeweils mit mindestens einem anderen Trägerarm 21, 22, 23, 24 durch einen Stützarm 28, 29 verbunden. Insbesondere kann jeweils ein Außenträgerarm 21, 23 mit jeweils einem Innenträgerarm 22, 24 durch einen Stützarm 28, 29 verbunden sein. Die Stützarme 28, 29 liegen bevorzugt in der Ebene der Trägerarme 21, 22, 23, 24 und bewirken eine Stabilisation der Trägerarme 21, 22, 23, 24 zwischen einander. Dadurch wird der Gelenkträger 20 in einer Ebene stabilisiert wird. Eine bei einer Stauchung einer der Trägerarme 21, 22, 23, 24 wird durch den Stützarm 28, 29 ein Ausweichen in einer der Trägerarme 21, 22, 23, 24 in eine Richtung außerhalb der Fahrtrichtung vermieden.
  • Bei der Anordnung der Figur 4C ist weiterhin am Wagenkasten 102 ein Anschlag 103 vorgesehen. Bei einer Verformung der Innenträgerarme 22, 24, die zum Ablösen der Verbindung zwischen Innenträgerarmen 22, 24 und Wagenkasten 102 führt, schlagen die Innenträgerarme 22, 24 an den Anschlag 103 an und werden durch diesen und die wirkende Verformunsgkraft am Wagenkasten 102 gehalten.
  • Figur 4D zeigt eine weitere Ausführungsform des Gelenkträgers 20. Ähnlich zur Figur 4A weist der Gelenkträger 20 eine Anschlagsvorrichtung 25 zum Anschlagen an den Wagenkasten bei Verformung durch Kollision auf. Dabei sind die Innenträgerarme 22, 24 durch gelenkige Verbindungen 26, 27 mit der Anschlagsvorrichtung 25 verbunden.
  • Figur 4E zeigt eine weitere Ausführungsform des Gelenkträgers 20. Ähnlich zur Figur 4A weist der Gelenkträger 20 eine Anschlagsvorrichtung 25 zum Anschlagen an den Wagenkasten bei Verformung durch Kollision auf. Dabei bildet, im Gegensatz zu den Figuren 4A, 4B und 4D, nicht die Anschlagsvorrichtung 25 den kleinsten Abstand zum Wagenkasten 102 aus, sondern die Innenträgerarme 22, 24 sind mit dem Wagenkasten 102 verbunden. Nur durch Verformung der Innenträgerarme 22, 24 kann die Anschlagsvorrichtung 25 an den Wagenkasten 102 anschlagen.
  • Die Figur 5 zeigt eine andere Anordnung des Bolzens 10 im Vergleich zu den Figuren 3A und 3B. Wie in Figur 3B umschließt der Gelenkträger 20 den Bolzen 10 teilweise. In dieser Anordnung umschließt der Gelenkträger ebenso einen Bereich des Unterteils 11 des Bolzens 10 anstatt lediglich den Oberteil 12 wie die Anordnung der Figur 3B. In beiden Anordnungen formt der Bolzen 10, insbesondere formen Oberteil 12 und Unterteil 11, eine Nut, in der ein Teil des Gelenkträgers 20 angeordnet ist. Die Nut verhindert ein Abrutschen des Gelenkträgers 20 nach oben oder unten bei einer Verformung.
  • Die Figuren 6A und 6B zeigen eine erfindungsgemäße Ausführungsform des zweiten Elements (Bolzen) des Drehlagers, wobei das Drehlager ein drehfestes drittes Element 13 aufweist. Diese Ausführungsform basiert auf der Konstruktion der Figur 2B. In den Figuren 6A/6B ist das dritte Element 3 der Abbildung 2B eine Kopplungsvorrichtung 13, die drehbar mit einem zweiten Wagenkasten verbindbar ist. Die Kopplungsvorrichtung 13 ist drehfest am Bolzen 10 festgelegt oder bildet einen Teil davon. Die Figuren 6A und 6B zeigen einen Schnitt, der der Schnittebene der Figuren 3B und 5 entspricht. Die Ausführungsform des Bolzens 10 kann insbesondere mit den Gelenkträgern 20 einer der Ausführungsformen der Figuren 4A bis 4E kombiniert werden.
  • Figur 6A zeigt eine Ausführungsform des Bolzens 10 mit einer Kopplungsvorrichtung 13. Die Kopplungsvorrichtung 13 ist drehfest am Bolzen 10 festgelegt und bildet einen Teil des Oberteils 12 des Bolzens 10. In dieser Ausführungsform weist der Oberteil 12 keinen Hohlraum auf, wie beispielsweise in der Figur 3B, sondern die Kopplungsvorrichtung 13 nimmt die Position des Hohlraums und bildet einen Teil des Oberteils 12.
  • Figur 6B zeigt eine Ausführungsform des Bolzens 10 mit einer Kopplungsvorrichtung 13. Die Kopplungsvorrichtung 13 ist drehfest am Bolzen 10 festgelegt. Sie bildet einen Teil des Unterteils 11 des Bolzens 10. Der Oberteil 12 weist einen Hohlraum auf und die Kopplungsvorrichtung 13 erstreckt sich in diesem Hohlraum.
  • Die Kopplungsvorrichtung 13 weist erfindungsgemäss einen Drehzapfen oder Drehbolzen auf, der mit einem Gelenk eines zweiten Wagenkastens verbindbar ist.
  • Wenngleich hierin spezifische Ausführungsformen dargestellt und beschrieben worden sind, liegt es im Rahmen der vorliegenden Erfindung, die gezeigten Ausführungsformen geeignet zu modifizieren, so ist insbesondere erfindungskonform ein beliebiger Gelenkträger der Figuren 4A bis 4E mit einer Ausführungsformen der Bolzen der Figuren 6A und 6B kombinierbar. Bezugszeichenliste
    Figur
    1 Drehlager 2A-2B
    2 erstes Element (Drehpfanne) 2A-2B
    3 drittes Element 2B, 6A/B
    10 zweites Element (Bolzen) 2A-6B
    11 Unterteil 3A-6B
    12 Oberteil 3A-6B
    13 Kopplungsvorrichtung 6A,6B
    20 Gelenkträger 2A-6B
    21 Trägerarm/Außenträgerarm 3A, 4A-4E
    22 Trägerarm/Innenträgerarm 3A, 4A-4E
    23 Trägerarm/Außenträgerarm 3A, 4A-4E
    24 Trägerarm/Innenträgerarm 3A, 4A-4E
    25 Anschlagsvorrichtung 4A-4E
    26 gelenkige Verbindung 4B, 4D
    27 gelenkige Verbindung 4B, 4D
    28 Stützarm 4C
    29 Stützarm 4C
    100 Schienenfahrzeug 1
    101 Drehgestell 1
    102 erster Wagenkasten 1,2A,2B
    103 zweiter Wagenkasten 1,2B

Claims (15)

  1. Drehgelenk für ein Drehgestell eines Schienenfahrzeuges zum Verbinden eines Wagenkastens mit dem Drehgestell, aufweisend:
    ein Drehlager (1) mit einem ersten Element (2) zum Festlegen an einem Drehgestell und einem zum ersten Element (2) drehbaren zweiten Element (10);
    einen Gelenkträger (20), der drehfest mit dem zweiten Element (10) verbunden ist, zum Verbinden mit einem Wagenkasten, wobei der Gelenkträger (20) ausgestaltet ist, bei Stauchung energieaufnehmend verformt zu werden; und
    eine Kopplungsvorrichtung (13), wobei die Kopplungsvorrichtung (13) drehfest am zweiten Element (10) festgelegt ist oder ein Teil davon bildet, und wobei die Kopplungsvorrichtung (13) einen Drehzapfen oder Drehbolzen aufweist, der mit einem Gelenk eines zweiten Wagenkastens verbindbar ist.
  2. Drehgelenk nach Anspruch 1, wobei das zweite Element (10) ein Unterteil (11) und ein Oberteil (12) aufweist und mindestens ein Teil des Gelenkträgers (20) zwischen Unterteil (11) und Oberteil (12) des zweiten Elements (10) angeordnet ist.
  3. Drehgelenk nach Anspruch 2, wobei der Unterteil (11) und der Oberteil (12) rund oder oval ausgebildet sind und der Unterteil (11) mindestens teilweise einen größeren Außendurchmesser als der Oberteil (12) aufweist.
  4. Drehgelenk nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei der Unterteil (11) und der Oberteil (12) eine Nut ausbilden und mindestens ein Teil des Gelenkträgers (20) in der Nut angeordnet ist.
  5. Drehgelenk nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Gelenkträger (20) einen Teil des zweiten Elementes (10) mindestens teilweise umschließt.
  6. Drehgelenk nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Gelenkträger (20) ausgestaltet ist, bei Stauchung energieaufnehmend entlang einer Längsrichtung des Schienenfahrzeuges verformt zu werden und die Energieaufnahme mindestens zwei unterschiedliche Steifigkeiten in Abhängigkeit von der Verformungslänge in der Längsrichtung aufweist.
  7. Drehgelenk nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Gelenkträger (20) mehrere, Trägerarme (21, 22, 23, 24) aufweist.
  8. Drehgelenk nach Anspruch 6, wobei der Gelenkträger (20) mindestens zwei Außenträgerarme (21, 23) und mindestens einen oder mindestens zwei Innenträgerarme (22, 24) aufweist, insbesondere wobei die mindestens zwei Außenträgerarme (21, 23) lastaufnehmend mit einem Wagenkasten verbindbar sind und der Abstand zwischen Innenträgerarmen (22, 24) und Wagenkasten (101) sich bei energieaufnehmender Verformung der Außenträgerarme (21, 23) verringert.
  9. Drehgelenk nach Anspruch 8, wobei die mindestens zwei Innenträgerarme (22, 24) mit einer Anschlagsvorrichtung (25) verbunden sind und die Anschlagsvorrichtung (25) bei energieaufnehmender Verformung der Außenträgerarme (21, 23) an den Wagenkasten anschlägt.
  10. Drehgelenk nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Trägerarme (21, 22, 23, 24) untereinander jeweils mit mindestens einem anderen Trägerarm (21, 22, 23, 24) durch einen Stützarm (28, 29) verbunden sind und/oder wobei jeder Außenträgerarme (21, 23) mit jeweils einem Innenträgerarme (22, 24) durch einen Stützarm (28, 29) verbunden ist.
  11. Drehgelenk nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Trägerarme, insbesondere die mindestens zwei Außenträgerarme (21, 23) und mindestens zwei Innenträgerarme (22, 24), im Wesentlichen in einer Ebene liegen.
  12. Drehgelenk nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Gelenkträger (20) einstückig geformt ist.
  13. Drehgelenk nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Kopplungsvorrichtung (13) drehfest am Oberteil (12) oder am Unterteil (11) festgelegt ist oder ein Teil davon bildet.
  14. Drehgestell (101) mit einem Rahmen und einem mit dem Rahmen verbundenen Drehgelenk nach einem Ansprüche 1 bis 13.
  15. Schienenfahrzeug (100) mit einem Drehgestell (101) nach Anspruch 14, wobei das Schienenfahrzeug (100) den ersten Wagenkasten (102) und den zweiten Wagenkasten aufweist und wobei der erste Wagenkasten (102) über den Gelenkträger (20) mit dem Drehgestell (101) verbunden ist und der zweite Wagenkasten drehbar mit dem Drehzapfen oder Drehbolzen der Kopplungsvorrichtung (13) verbunden ist.
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