EP4630306A1 - Drehzapfen zwischen drehgestell und wagenunterbau eines schienenfahrzeugs - Google Patents

Drehzapfen zwischen drehgestell und wagenunterbau eines schienenfahrzeugs

Info

Publication number
EP4630306A1
EP4630306A1 EP23729970.6A EP23729970A EP4630306A1 EP 4630306 A1 EP4630306 A1 EP 4630306A1 EP 23729970 A EP23729970 A EP 23729970A EP 4630306 A1 EP4630306 A1 EP 4630306A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pivot pin
rib structures
bogie
rib
rail vehicle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23729970.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marcus Körner
Hannes Peer
Thomas Staudacher
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Mobility GmbH
Original Assignee
Siemens Mobility GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Mobility GmbH filed Critical Siemens Mobility GmbH
Publication of EP4630306A1 publication Critical patent/EP4630306A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • B61F5/16—Centre bearings or other swivel connections between underframes and bolsters or bogies

Definitions

  • the invention relates to a pivot pin for a flexible coupling of a bogie to a carriage substructure of a rail vehicle.
  • the invention also relates to a chassis for a rail vehicle.
  • the invention relates to a rail vehicle.
  • the invention relates to a method for producing a pivot pin for a flexible coupling of a bogie to a carriage substructure of a rail vehicle.
  • Rail vehicles have a chassis with bogies for traction and directional control. Wheels are mounted on the bogies and are in contact with the rails. The bogies are also connected to the undercarriage of the rail vehicle in question by a pivot pin via a longitudinally positive connection.
  • FIG 1 A typical arrangement of a conventional cast pivot pin is shown in FIG 1 .
  • Cast pivot pins are usually homogeneous one-piece components which contain both the geometry for the required form fit to the bogie and the connection geometry to the car body.
  • the pivot pins are usually machined afterwards.
  • the design shown in FIG 1 is very complex due to the manufacturing process and must be closely coordinated with the supplier in order to reduce the risk of internal defects or cavities in the component.
  • the supplier must be closely involved in the design of the pivot pin at an early stage. Their feedback regarding manufacturability and manufacturing aspects have a decisive influence on the design of the pivot pin.
  • a later change of supplier with the existing design is probably not possible without further ado. This results in a high level of dependency on the supplier.
  • long lead times for the creation of models for the casting molds must be taken into account.
  • the use of high-strength materials is also only possible to a limited extent due to the casting process.
  • FIG 2 shows a conventional arrangement of a welded pivot pin.
  • Welded pivot pins consist of a cylindrical or rectangular body through which the force is introduced into the ribs of the pivot pin and into the structure of the underframe or car body.
  • the material connection to the ribs is made by dimensioned weld seams. Since the force flows through the weld seams, the stress state of the weld seams is high and requires increased testing of the weld seams. A crack test must therefore be carried out on the weld seams as part of maintenance. Due to the variety of materials and sheets and their good availability, the welded construction offers a higher degree of flexibility in the design, particularly with regard to high-strength materials.
  • the aim is therefore to provide a pivot pin for a rail vehicle which is easier to manufacture and maintain and which provides improved traction between the bogie and the undercarriage of a rail vehicle.
  • a pivot pin for a flexible coupling of a bogie with a carriage substructure of a rail vehicle according to patent claim 1 a chassis for a rail vehicle according to patent claim 12, a rail vehicle according to patent claim 13 and a method for Manufacturing a pivot pin for a flexible coupling of a bogie with a wagon substructure of a rail vehicle according to patent claim 14.
  • the pivot pin according to the invention for a flexible coupling of a bogie to a wagon substructure of a rail vehicle has two flat rib structures arranged opposite one another.
  • the two flat rib structures each have a foot section and a shaft section.
  • the wagon substructure forms the supporting structure of a rail vehicle or of a housing of a rail vehicle and, in the case of a self-supporting construction of a rail vehicle, can comprise the lower section of a wagon body of a rail vehicle facing the ground.
  • the wagon substructure can also comprise the frame or the undercarriage.
  • a bogie is understood to be a running gear of a rail vehicle in which wheel sets are mounted in a frame or chassis that can rotate relative to the wagon substructure of the rail vehicle.
  • a positive connection between a wagon substructure and a bogie is to be understood as a connection that is positive at least in the longitudinal and transverse directions, by which a detachment of the bogie from the wagon substructure by a force in the longitudinal and transverse directions, preferably also in the vertical direction, is prevented and by which a force can be transmitted between the bogie and the wagon substructure.
  • the positive connection is quite flexible, so that the bogie can easily rotate relative to the wagon substructure.
  • a rib structure is understood to be a plate-shaped structure that makes another component more stable against deformation. It is arranged perpendicularly or at an angle significantly different from 0° to the component to be stabilized.
  • a rib structure is referred to as "flat” if its extension in space can be assigned to a two-dimensional or three-dimensional surface. which is encompassed by the rib structure and which essentially defines its course and extent. The extent of the rib structure perpendicular to this surface is small compared to its surface extent. In colloquial terms, the rib structure is therefore "thin" in the normal direction to the surface if one compares the extent of the rib structure in the normal direction with the extent of the rib structure in the surface direction, i.e. in a direction that is oriented tangentially to the surface.
  • a foot section is understood to mean a section of the rib structures that forms the base of a rib structure.
  • a base is understood to mean a section of a rib structure that is designed to be firmly connected to the wagon substructure.
  • a shaft section is understood to mean a section of a rib structure that forms a type of vertical axis that has the function of forming a positive connection with a bogie and around which the bogie can be flexibly pivoted at an angle of a few degrees.
  • the stiffness of the rib structures in the longitudinal direction of the rail vehicle can be influenced by the course of the contours of the rib structures.
  • the base-shaft structure of the rib structure results in a shape of the pivot pin that widens towards the base section.
  • the widening shape of the pivot pin serves to transmit forces that are introduced in the base section into the pivot pin and via the pivot pin into the carriage substructure of a rail vehicle.
  • the pivot pin has sufficient stability to transmit these forces.
  • the pivot pin also has a prism-shaped solid structure which is arranged between the shaft sections of the two opposing rib structures and is firmly connected to the two opposing rib structures. Furthermore, the pivot pin comprises one or more connecting ribs which are arranged between the foot sections of the two opposing rib structures and are firmly connected to the two opposing rib structures and the prism-shaped solid structure. The pivot pin thus obtains its stability through the stabilization structures arranged between the flat rib structures, in particular through the prism-shaped solid structure and the one or more connecting ribs.
  • the flow of force between a bogie and the rib structures no longer occurs via a weld seam, so that a potential fracture point is eliminated.
  • the quality of the existing connecting structures for example weld seams, can be graded, thus reducing the effort required for testing and quality assurance.
  • no additional welded part such as a bracket or a bolt, is required to introduce the force. The effort required for mechanical processing is thus reduced.
  • the running gear according to the invention for a rail vehicle has a wagon substructure, a bogie and a pivot pin according to the invention for connecting the wagon substructure to the bogie.
  • the running gear according to the invention has the advantages of the pivot pin according to the invention, in particular with regard to stability, manufacturing effort and ease of maintenance.
  • the rail vehicle according to the invention has a chassis according to the invention.
  • the rail vehicle according to the invention shares the advantages of the chassis according to the invention.
  • rib structures with a foot section and a shaft section are produced.
  • the two rib structures are then arranged opposite each other.
  • a prism-shaped solid structure is formed.
  • the prism-shaped solid structure is arranged between the two shaft sections of the two opposing rib structures and firmly connected to the two opposing rib structures.
  • a connecting rib is arranged between the two foot sections of the two opposing rib structures.
  • the method according to the invention has the particular advantage of simplified production with lower requirements for mechanical processing and lower quality requirements as regards the production of the connection points between individual components.
  • the production time is advantageously shortened and the expenditure on specialized personnel for production is reduced.
  • the rib structures are designed such that they extend in their surface from their foot section to their shaft section
  • the base is advantageously made wider so that the connection to the car substructure can be particularly stable and extensive.
  • This stable connection also has the advantage of being able to absorb leverage forces that act from the bogie via the shaft section onto the foot section particularly well.
  • the foot section of a respective rib structure is preferably dimensioned to be broad in its surface area.
  • the rib structure is aligned such that its narrow side is visible from a frontal view, a top view or a view from below, but not from a side view.
  • the surface side of the rib structure is essentially visible from a side view.
  • the foot section should now be broad in the longitudinal direction so that it can withstand a force in the longitudinal direction particularly well.
  • the shaft section of a respective rib structure is also preferably dimensioned to be narrow in its surface area.
  • the shaft section should now be less wide or even relatively narrow in the longitudinal direction compared to the extent of the foot section in this direction.
  • the shaft section forms the head region of the pivot pin, which engages in a receptacle in the bogie.
  • the flat rib structures are preferably T-shaped or Y-shaped, with the "stem” being formed by the shaft section and the "beam” or “fork” being formed by the foot section.
  • This special shape advantageously creates a stable base for attachment to the car substructure and an axial shaft section is formed around which the bogie can rotate.
  • the foot section is preferably designed to be firmly connected to the carriage substructure and the shaft section is preferably designed to form a positive connection with the bogie in the longitudinal direction and/or transverse direction.
  • This particularly robust The type of fastening of the pivot pin to the wagon substructure creates the conditions for a force acting on the bogie in the longitudinal or transverse direction to be transmitted via the foot section to the wagon substructure and thus the rail vehicle can be moved in different directions.
  • the foot section of the pivot pin according to the invention is preferably designed so that the connection between the pivot pin and the car substructure is materially bonded.
  • the strength of the connection between the pivot pin and the car substructure is advantageously improved by the materially bonded connection.
  • a connecting material is introduced between a contact surface of the foot section and a contact surface of the car substructure.
  • the contact surfaces are preferably pretreated accordingly in order to achieve particularly good contact between the connecting material and the contact surfaces.
  • the pivot pin is also preferably designed so that the connection between the pivot pin and the car substructure is positively locked.
  • the contact surfaces of the substructure and the base section of the pivot pin are structured in such a way that they interlock and offer mechanical resistance to a relative movement of the pivot pin with respect to the car substructure in at least one direction.
  • the strength of the connection between the base section of the pivot pin and the underside of the car substructure is advantageously increased by the positive lock.
  • the material-locking connection between the pivot pin according to the invention and the car substructure is a welded connection.
  • a welded connection allows a particularly strong connection between the underside of the car substructure and the pivot pin.
  • the pivot pin according to the invention is designed so that the material connection is an adhesive connection.
  • the bonding advantageously creates a firm, material-locking connection between the pivot pin and the underside of the substructure.
  • the connecting rib is trapezoidal in shape.
  • the two flat rib structures thus form a type of blunt wedge structure, whereby the contact surface of the pivot pin on the underside of the carriage substructure is slightly larger than the surface of the tip or the outer end of the shaft section and the stability in the foot section is further increased. This facilitates the introduction of force at the outer end of the shaft section and its transmission in the direction of the carriage substructure and promotes the stability of the pivot pin in the transverse direction.
  • the trapezoidal connecting rib is designed by its trapezoidal shape to define the distance between the flat rib structures, such that the distance between the rib structures increases from the shaft sections to the foot sections of the rib structures.
  • the aforementioned advantageous blunt wedge shape of the pivot pin is advantageously achieved.
  • the pivot pin according to the invention preferably has a contact plate which is arranged in the front direction perpendicular to the rib structures on the edges of their shaft sections in front of the prism-shaped solid structure.
  • the contact plate advantageously absorbs wear forces due to tensile forces or acceleration forces and movements of the bogie and prevents wear of the surface, in particular the paintwork of the pivot pin.
  • the pivot pin according to the invention preferably has a contact plate on the rear side of the pivot pin or the prism-shaped solid structure of the pivot pin, which is opposite the front side. Wear forces due to braking forces or... Deceleration forces and movements of the bogie are absorbed and wear of the surface, in particular the paintwork of the pivot, is prevented.
  • the pivot pin according to the invention preferably comprises two contact plates, a contact plate on the front of the pivot pin and a contact plate on the back of the pivot pin. Wear effects caused by forces acting on the pivot pin in both longitudinal directions are advantageously reduced.
  • the contact plate transmits the longitudinal forces of the chassis to the pivot pin.
  • the contact plate forms the contact surface with the bogie.
  • the pivot pin is preferably painted except in the area of the contact plates. The movements of the bogie advantageously result in stress on the hard wear plate and not on the susceptible paint layer of the pivot pin, so that the surface of the pivot pin itself is protected.
  • the pivot pin according to the invention preferably comprises one or more weldable metallic materials.
  • non-metallic materials in particular CFRP or GFRP materials, can also be used, wherein the components are preferably bonded to one another by means of adhesive processes.
  • the components are made of metal
  • conventional methods for mechanical sheet metal processing preferably cutting, milling or drilling, can be used to produce the individual components of the pivot pin according to the invention.
  • rubber-metal elements or rubber-spring elements are preferably designed at the respective contact points to the pivot pin (longitudinal and/or transverse) to cushion longitudinal and transverse forces.
  • the main function of the pivot pin is to absorb the longitudinal forces. Therefore, preferably in front of and behind the pivot pin Rubber-metal spring elements with plastic wear or contact plate. The absorption of transverse forces at the pivot pin is optional; these forces can also be introduced at other points in the undercarriage or the vehicle substructure using brackets.
  • connection between the connecting rib and the rib structures of the pivot pin according to the invention is materially bonded, in particular a welded connection.
  • it can be realized by an adhesive connection or also in a form-fitting manner, for example by riveting folds or by screwing.
  • connection of the prism-shaped solid structure with the rib structures and/or with the connecting rib(s) can also be materially bonded and/or form-fitting.
  • the contact plate is preferably connected to the ribs and/or the solid structure via a welded joint.
  • a welded joint requires less maintenance and is more stable than screw or riveted joints.
  • FIG 1 is a schematic representation of a chassis and its connection to the undercarriage of a rail vehicle
  • FIG 2 shows a detailed representation of a conventional pivot pin in a receiving area of a bogie of a chassis of a rail vehicle
  • FIG 3 is a schematic representation of a conventional cast pivot pin
  • FIG 4 is a schematic representation of a conventional welded pivot pin
  • FIG 5 is a schematic representation of a pivot pin according to an embodiment of the invention.
  • FIG 6 is a view of the pivot pin shown in FIG 5 in a state mounted on the underside of a car body
  • FIG 7 is a flow chart illustrating a method for producing a pivot pin according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic representation 14 of a chassis with a chassis 16 or bogie, which is mounted on a car body 15 by means of a pivot 1 or forms a positive connection with the pivot 1 of the car body 15.
  • the chassis 16 has a receiving area 18 in the middle, which has a plurality of rubber spring elements 19 at its lower end.
  • the car body 15, which is shown in FIG. 1 in the upper section of the pictorial representation 14, has the pivot 1 already mentioned in the middle. This pivot 1 engages in the receiving area 18 of the chassis 16.
  • the pivot 1 has a tapered pivot end 4, which is arranged between the rubber spring elements 19.
  • a lifting protection 20 is passed through the head area of the pivot end 4.
  • FIG 2 shows a detailed representation 17 of a pivot pin 1 in a receiving area 18 of a bogie 16.
  • the lower pivot end 4 is secured against displacement in the vertical direction by a lifting protection device 20.
  • bushings with rubber spring elements 19 are arranged between the pivot end 4 and the bogie 16.
  • the rubber spring elements 19 dampen shocks in the longitudinal and transverse directions and allow rotation of the bogie 16 relative to the pivot pin 1.
  • FIG 3 shows a perspective view of a conventional one-piece cast pivot pin 1.
  • the cast pivot pin 1 consists of a base body 2 on which four ribs 5 are arranged in pairs facing each other.
  • the ribs 5 are flat and planar and are bordered by side edges 7, 8 and are integrally connected to the base body 2.
  • the ribs 5 form the connection elements to the car body (not shown).
  • the lower pin end 4 is cuboid-shaped and is also integrally connected to the base body 2.
  • the pivot pin 1 is mechanically machined.
  • the manufacture of the pivot pin 1 is very complex due to the manufacturing process and must be closely coordinated with the supplier in order to reduce the risk of internal defects or cavities in the component. This results in a high level of dependency on the supplier.
  • the use of high-strength materials is only possible to a limited extent.
  • FIG 4 shows a perspective view of a conventional welded pivot pin 1.
  • the pivot pin 1 consists of a base body 2 on which four ribs 5 are arranged in pairs facing each other.
  • the ribs 5 are flat and planar and are delimited by side edges 6, 7, 8, 9.
  • Each rib 5 is welded to the base body 2 with a connecting side edge 6 extending in the direction of the base body's longitudinal axis 10.
  • the connecting side edge 6 adjacent to the base body 2 can be welded on both sides along its longitudinal edges 6a by means of a Y-weld seam.
  • the base body 2 has a base body end 3 on which a pin 4 is formed.
  • the pin 4 arranged at the base body end 3 has a front side 11 adjacent to the base body end 3 and extends along its longitudinal axis 12 to a pin head area 13.
  • the ribs welded to the base body 2 pins 5 rest with their rib ends on the front side 11 of the pin 4.
  • the pin 4 can be welded to the base body end 3 and/or to the rib ends in the area of the side edges 9, for example by means of a Y-weld seam in the area of the longitudinal edges 9a, 9b of the side edge 9 and in sections along the bevelled edge 3a around the base body end 3.
  • the pin 4 has a round cross-section, whereby this means the cross-section running normal to the longitudinal axis 12 of the pin 4.
  • a pin 4 with a round cross-section can be produced by producing the pin 4 from a rod using a turning process.
  • the cross-section of the pin 4 increases in the direction of the base body 2.
  • the stiffness of the ribs 5 can be adjusted via the course of the contour side edges 8.
  • the widening shape of the pivot pin 1 serves to transmit forces which are introduced in the head region 13 into the pivot pin 1 and via the pivot pin 1 into an element resting on the support side edges 7 (not shown), for example a car body of a rail vehicle. To transmit these forces, the pivot pin 1 welded together at the side edges 6 has sufficient stability.
  • the ribs 5 and the base body 2 are manufactured separately from one another, but welded together.
  • FIG. 5 shows a pivot pin 1 according to an embodiment of the invention.
  • the pivot pin 1 has two ribs 5 arranged in pairs, which perform both fastening functions on the car body 15 (see FIG. 6) and enable positive locking in the direction of travel with the bogie.
  • the ribs are T-shaped or Y-shaped, with the beam of the T or the filled fork of the Y performing the fastening function on the car body 15. and thus forms the foot section 5a of a rib 5 and the stem of the T or Y enables the form-fitting connection with the bogie in the direction of travel and the transverse direction and thus forms the shaft section 5b of a rib 5.
  • the two ribs 5 are aligned with their surface sides 5d in the longitudinal direction.
  • the edge surfaces 5c of the ribs 5 are aligned perpendicular to the longitudinal direction.
  • a connecting rib 21 is formed between the ribs 5 arranged in pairs, which distances the two ribs 5 from one another.
  • the connecting rib 21 has a trapezoidal surface when viewed in the front direction, with the shorter roof side of the trapezoidal surface being aligned towards the shaft section 5b or the stem of the T or Y and the base side of the trapezoidal surface being aligned towards the foot section 5a or beam of the T or the upper end of the fork of the Y.
  • the ribs 5 are therefore inclined towards each other in the direction of the shaft section 5b.
  • a block-like or approximately prism-shaped solid structure 22 is arranged between the ribs 5 at the end of the shaft section 5b.
  • a contact plate 23 is arranged in front of the front and rear of the solid structure 22, with which force effects of the bogie (not shown) on the pivot pin 1 are absorbed in the longitudinal direction and wear effects due to relative movements of the bogie to the pivot pin 1 are absorbed.
  • the pivot pin 1 shown in FIG 5 is shown mounted on the underside of a car body 15.
  • the ribs 5 of the pivot pin 1 serve both to introduce the load at the pivot point of the bogie (not shown) and to attach the pivot pin 1 to the car body 15.
  • a possible lifting protection can be integrated via a bolt or similar if required at the narrow end, i.e. at the lower end of the pivot pin 1.
  • FIG 7 shows a flow chart 700 which illustrates a method for producing a pivot pin for a flexible coupling of a bogie to a carriage substructure of a rail vehicle. according to an embodiment of the invention.
  • step 7.1 two rib structures 5 which are T-shaped in the longitudinal direction and each have a foot section 5a which is wide in the longitudinal direction and a shaft section 5b which is narrow in the longitudinal direction are produced.
  • a prism-shaped solid structure 22 is arranged between the two shaft sections 5b of the ribs 5 in such a way that the prism-shaped solid structure 22 is firmly connected to the two shaft sections 5b of the ribs 5 .
  • step 7 I I I a slightly trapezoidal connecting rib 21 is formed.
  • This trapezoidal connecting rib 21 is arranged in step 7.IV between the rib structures 5 in such a way that it runs in the vertical direction from the shaft section 5b to the foot section 5a of the ribs 5 and is firmly connected to the ribs 5 and the prism-shaped solid structure 22.
  • the connecting rib 21 defines the distance between the ribs 5, which are T-shaped in the longitudinal direction, in such a way that the distance between the ribs 5 increases from the shaft section 5b to the foot section 5a.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pivots And Pivotal Connections (AREA)

Abstract

Es wird ein Drehzapfen (1) für eine flexible Kopplung eines Drehgestells (16) mit einem Wagenunterbau (15) eines Schienenfahrzeugs beschrieben. Der Drehzapfen (1) umfasst zwei einander gegenüberliegend angeordnete, flächig ausgebildete Rippenstrukturen (5), welche jeweils einen Fußabschnitt (5a) und einen Schaftabschnitt (5b) aufweisen, eine prismaförmige Massivstruktur (22), welche zwischen den beiden Schaftabschnitten (5b) der beiden flächig ausgebildeten Rippenstrukturen (5) angeordnet ist und mit diesen fest verbunden ist, und eine Verbindungsrippe (21), welche zwischen den beiden Fußabschnitten (5a) der beiden Rippenstrukturen (5) angeordnet ist und mit den beiden flächig ausgebildeten Rippenstrukturen (5) und der prismaförmigen Massivstruktur (22) fest verbunden ist. Es wird auch ein Fahrwerk (14) für ein Schienenfahrzeug beschrieben. Außerdem wird ein Schienenfahrzeug beschrieben. Zudem wird ein Verfahren zum Herstellen eines Drehzapfens (1) beschrieben.

Description

Beschreibung
Drehzapfen zwischen Drehgestell und Wagenunterbau eines Schienen fahr zeugs
Die Erfindung betri f ft einen Drehzapfen für eine flexible Kopplung eines Drehgestells mit einem Wagenunterbau eines Schienenfahrzeugs . Die Erfindung betri f ft auch ein Fahrwerk für ein Schienenfahrzeug . Außerdem betri f ft die Erfindung ein Schienenfahrzeug . Zudem betri f ft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Drehzapfens für eine flexible Kopplung eines Drehgestells mit einem Wagenunterbau eines Schienenfahrzeugs .
Schienenfahrzeuge weisen zur Traktion und Richtungs führung ein Fahrwerk mit Drehgestellen auf . An den Drehgestellen sind Räder montiert , die mit den Schienen in Kontakt stehen . Die Drehgestelle sind außerdem mit dem Wagenunterbau des betreffenden Schienenfahrzeugs durch einen Drehzapfen über eine in Längsrichtung formschlüssige Verbindung verbunden .
Diese Konstruktion zum Formschluss zwischen Drehgestell und Wagenunterbau wurde bisher entweder durch die Verwendung von aufwändigen Gussteilen mit anschließender mechanischer Nachbearbeitung oder durch Schweiß-Konstruktionen gelöst . Limitierender Faktor bei der Auslegung der Drehzapfen waren bisher die inneren Material fehler im Gussteil bzw . die Spannungen in der Schweißnaht eines solchen Drehzapfens .
Eine typische Anordnung eines herkömmlichen gegossenen Drehzapfens ist in FIG 1 gezeigt . Gegossene Drehzapfen sind üblicherweise homogene einteilige Bauteile , welche sowohl die Geometrie für den erforderlichen Formschluss zum Drehgestell als auch die Anschlussgeometrie zum Wagenkasten enthalten . Die Drehzapfen werden in der Regel im Nachgang noch mechanisch bearbeitet . Die in FIG 1 gezeigte Konstruktion ist aufgrund des Fertigungsprozesses sehr aufwändig und muss eng mit dem Lieferanten abgestimmt werden, um das Risiko von inneren Fehlern bzw . Lunkern im Bauteil zu reduzieren . Der Lieferant muss frühzeitig in die Gestaltung des Drehzapfens eng eingebunden werden . Dessen Rückmeldung bezüglich der Hersteilbarkeit und Fertigungsaspekten prägen das Design des Drehzapfens maßgebend . Ein späterer Wechsel des Lieferanten mit dem bestehenden Design ist wahrscheinlich nicht ohne weiteres möglich . Damit ergibt sich eine hohe Abhängigkeit gegenüber dem Lieferanten . Des Weiteren sind für diese Art der Herstellung lange Vorlauf zeiten für die Erstellung von Modellen für die Guss formen zu berücksichtigen . Ein Einsatz von höherfesten Materialien ist außerdem aufgrund des Gussverfahrens nur bedingt möglich .
In FIG 2 ist eine herkömmliche Anordnung eines geschweißten Drehzapfens gezeigt . Geschweißte Drehzapfen bestehen aus einem zylindrischen oder rechteckigen Körper, über den die Kraft in die Rippen des Drehzapfens und in die Struktur des Untergestells bzw . des Wagenkastens eingeleitet wird . Die stof f schlüssige Verbindung zu den Rippen erfolgt durch dimensionierte Schweißnähte . Da der Kraftfluss durch die Schweißnähte erfolgt , ist der Beanspruchungs zustand der Schweißnähte hoch und erfordert einen erhöhten Prüfaufwand an den Schweißnähten . Es muss also im Rahmen der Wartung eine Rissprüfung an den Schweißnähten erfolgen . Die geschweißte Konstruktion bietet aufgrund der Viel falt an Materialien und Blechen sowie deren guter Verfügbarkeit einen höheren Grad an Flexibilität in der Ausgestaltung, insbesondere in Bezug auf höherfeste Materialien .
Es besteht also die Aufgabe , einen leichter herzustellenden und zu wartenden Drehzapfen für ein Schienenfahrzeug mit verbessertem Kraftschluss zwischen dem Drehgestell und dem Wagenunterbau eines Schienenfahrzeugs anzugeben .
Diese Aufgabe wird durch einen Drehzapfen für eine flexible Kopplung eines Drehgestells mit einem Wagenunterbau eines Schienenfahrzeugs gemäß Patentanspruch 1 , ein Fahrwerk für ein Schienenfahrzeug gemäß Patentanspruch 12 , ein Schienenfahrzeug gemäß Patentanspruch 13 und ein Verfahren zum Herstellen eines Drehzapfens für eine flexible Kopplung eines Drehgestells mit einem Wagenunterbau eines Schienenfahrzeugs gemäß Patentanspruch 14 gelöst .
Der erfindungsgemäße Drehzapfen für eine flexible Kopplung eines Drehgestells mit einem Wagenunterbau eines Schienenfahrzeugs weist zwei einander gegenüberliegend angeordnete , flächig ausgebildete Rippenstrukturen auf . Die beiden flächig ausgebildeten Rippenstrukturen weisen j eweils einen Fußabschnitt und einen Schaftabschnitt auf . Der Wagenunterbau bildet die tragende Struktur eines Schienenfahrzeugs bzw . eines Gehäuses eines Schienenfahrzeugs und kann bei einer selbsttragenden Bauweise eines Schienenfahrzeugs den dem Boden zugewandten unteren Abschnitt eines Wagenkastens eines Schienenfahrzeugs umfassen . Alternativ kann der Wagenunterbau bei einer Rahmenbauweise eines Schienenfahrzeugs auch den Rahmen bzw . das Untergestell umfassen . Als Drehgestell ist ein Laufwerk eines Schienenfahrzeugs zu verstehen, bei dem Radsätze in einem gegenüber dem Wagenunterbau des Schienenfahrzeugs drehbaren Rahmen bzw . Gestell gelagert werden . Unter einer formschlüssigen Verbindung zwischen einem Wagenunterbau und einem Drehgestell soll eine zumindest in Längsrichtung und Querrichtung formschlüssige Verbindung verstanden werden, durch die ein Lösen des Drehgestells vom Wagenunterbau durch eine Kraft in Längsrichtung und in Querrichtung, vorzugsweise auch in vertikaler Richtung, verhindert wird und durch die eine Kraftübertragung zwischen dem Drehgestell und dem Wagenunterbau erfolgen kann . Dabei ist die formschlüssige Verbindung durchaus flexibel , so dass sich das Drehgestell relativ zu dem Wagenunterbau leicht verdrehen kann .
Unter einer Rippenstruktur soll eine plattenförmige Struktur verstanden werden, die ein anderes Bauteil stabiler gegen Verformen macht . Sie wird senkrecht oder in einem anderen, von 0 ° deutlich verschiedenen Winkel zu dem zu stabilisierenden Bauteil angeordnet . Als „flächig" soll eine Rippenstruktur bezeichnet werden, deren Ausdehnung im Raum einer zweidimensionalen oder dreidimensionalen Fläche zuzuordnen ist , die von der Rippenstruktur umfasst wird und die deren Verlauf und Ausdehnung im Wesentlichen definiert . Die Ausdehnung der Rippenstruktur senkrecht zu dieser Fläche ist dabei im Vergleich zu ihrer Flächenausdehnung gering . Umgangssprachlich ist die Rippenstruktur also „dünn" in der Normalenrichtung zu der Fläche , wenn man die Ausdehnung der Rippenstruktur in Normalenrichtung mit der Ausdehnung der Rippenstruktur in Flächenrichtung, also in einer Richtung, die tangential zur Fläche orientiert ist , vergleicht .
Als Fußabschnitt soll in diesem Zusammenhang ein Abschnitt der Rippenstrukturen verstanden werden, der die Basis einer Rippenstruktur bildet . Als Basis soll in diesem Zusammenhang ein Abschnitt einer Rippenstruktur verstanden werden, der dazu ausgebildet ist , fest mit dem Wagenunterbau verbunden zu werden . Als Schaftabschnitt soll ein Abschnitt einer Rippenstruktur verstanden werden, der eine Art vertikale Achse bildet , welche die Funktion aufweist , einen Formschluss mit einem Drehgestell zu bilden, und um die das Drehgestell flexibel in einem Winkel von wenigen Grad geschwenkt werden kann .
Uber den Verlauf der Konturen der Rippenstrukturen kann die Stei figkeit der Rippenstrukturen in Längsrichtung des Schienenfahrzeugs beeinflusst werden . Vorzugsweise ergibt sich durch den Fuß-Schaftaufbau der Rippenstruktur eine sich zum Fußabschnitt verbreiternde Form des Drehzapfens . Die sich verbreiternde Form des Drehzapfens dient zur Weiterleitung von Kräften, welche im Fußabschnitt in den Drehzapfen und über den Drehzapfen in den Wagenunterbau eines Schienenfahrzeugs eingeleitet werden . Zur Weiterleitung dieser Kräfte weist der Drehzapfen eine ausreichende Stabilität auf .
Der Drehzapfen weist außerdem eine prismaförmige Massivstruktur auf , welche zwischen den Schaftabschnitten der beiden einander gegenüberliegenden Rippenstrukturen angeordnet ist und mit den beiden einander gegenüberliegenden Rippenstrukturen fest verbunden ist . Weiterhin umfasst der Drehzapfen eine oder mehrere Verbindungsrippen, welche zwischen den Fußabschnitten der beiden einander gegenüberliegenden Rippenstrukturen angeordnet ist bzw . sind und mit den beiden einander gegenüberliegenden Rippenstrukturen sowie der prismaförmigen Massivstruktur fest verbunden ist bzw . sind . Der Drehzapfen erhält also seine Stabilität durch die zwischen den flächig ausgebildeten Rippenstrukturen angeordneten Stabilisierungsstrukturen, insbesondere durch die prismaförmige Massivstruktur und die eine oder mehreren Verbindungsrippen .
Vorteilhaft erfolgt ein Kraftfluss zwischen einem Drehgestell und den Rippenstrukturen nicht mehr über eine Schweißnaht , so dass eine potentielle Bruchstelle wegfällt . Vorteilhaft kann eine Abstufung in der Qualität der vorhandenen Verbindungsstrukturen, beispielsweise Schweißnähte , erfolgen und damit der Aufwand für die Prüfung und Qualitätssicherung reduziert werden . Weiterhin wird kein zusätzliches Anschweißteil , wie zum Beispiel eine Konsole oder ein Bol zen, zur Krafteinleitung benötigt . Der Aufwand für die mechanische Bearbeitung wird somit reduziert .
Das erfindungsgemäße Fahrwerk für ein Schienenfahrzeug weist einen Wagenunterbau, ein Drehgestell und einen erfindungsgemäßen Drehzapfen zur Verbindung des Wagenunterbaus mit dem Drehgestell auf . Das erfindungsgemäße Fahrwerk weist die Vorteile des erfindungsgemäßen Drehzapfens auf , insbesondere , was Stabilität , Herstellungsaufwand und Wartungs freundlichkeit betri f ft .
Das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug weist ein erfindungsgemäßes Fahrwerk auf . Das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug teilt die Vorteile des erfindungsgemäßen Fahrwerks .
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Drehzapfens für eine flexible Kopplung eines Drehgestells mit einem Wagenunterbau eines Schienenfahrzeugs werden flächig ausgebildete Rippenstrukturen mit einem Fußabschnitt und einem Schaftabschnitt hergestellt . Anschließend werden die beiden Rippenstrukturen einander gegenüberliegend angeordnet . Weiterhin wird eine prismaförmige Massivstruktur ausgebildet . Die prismaförmige Massivstruktur wird zwischen den beiden Schaftabschnitten der beiden einander gegenüberliegenden Rippenstrukturen angeordnet und fest mit den beiden einander gegenüberliegenden Rippenstrukturen verbunden . Zur Stabilisierung der beiden Rippenstrukturen in Querrichtung wird eine Verbindungsrippe zwischen den beiden Fußabschnitten der beiden einander gegenüberliegenden Rippenstrukturen angeordnet . Es können auch mehrere Verbindungsrippen zur Stabilisierung verwendet werden, um die Stabilität der Gesamtstruktur weiter zu erhöhen . Die Verbindungsrippe wird mit den beiden einander gegenüberliegenden Rippenstrukturen und der prismaförmigen Massivstruktur fest verbunden .
Das erfindungsgemäße Verfahren weist insbesondere den Vorteil einer vereinfachten Herstellung mit geringeren Anforderungen an die mechanische Bearbeitung und mit geringeren Qualitätsanforderungen, was die Erzeugung der Verbindungsstellen zwischen einzelnen Komponenten betri f ft , auf . Vorteilhaft wird die Herstellungs zeit verkürzt und der Aufwand an spezialisiertem Personal zur Herstellung reduziert .
Die abhängigen Ansprüche sowie die nachfolgende Beschreibung enthalten j eweils besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung . Dabei können insbesondere die Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie und deren Beschreibungsteilen weitergebildet sein . Zudem können im Rahmen der Erfindung die verschiedenen Merkmale unterschiedlicher Aus führungsbeispiele und Ansprüche auch zu neuen Aus führungsbeispielen kombiniert werden .
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Drehzapfens sind die Rippenstrukturen derart ausgebildet , dass sie sich in ihrer Fläche von ihrem Fußabschnitt zu ihrem Schaftabschnitt hin verj üngen . Vorteilhaft wird die Basis breiter ausgestaltet , so dass die Verbindung zu dem Wagenunterbau besonders stabil und ausgedehnt erfolgen kann . Vorteilhaft können durch diese stabile Verbindung auch Hebelkräfte , die von dem Drehgestell über den Schaftabschnitt auf den Fußabschnitt wirken, besonders gut abgefangen werden .
Bevorzugt ist der Fußabschnitt einer j eweiligen Rippenstruktur in der Fläche breit ausgedehnt dimensioniert . Die Rippenstruktur ist derart ausgerichtet , dass ihre Schmalseite durch eine Frontalansicht , eine Draufsicht oder eine Ansicht von unten sichtbar ist , aber nicht in einer Seitenansicht . Die Flächenseite der Rippenstruktur ist dagegen im Wesentlichen durch eine Seitenansicht erkennbar . Der Fußabschnitt soll nun in Längsrichtung breit ausgedehnt sein, so dass er einer Kraft in Längsrichtung besonders gut widerstehen kann . Ebenfalls bevorzugt ist der Schaftabschnitt einer j eweiligen Rippenstruktur in der Fläche schmal dimensioniert . Der Schaftabschnitt soll nun in Längsrichtung weniger breit bzw . sogar relativ schmal ausgedehnt sein, im Vergleich zur Ausdehnung des Fußabschnitts in dieser Richtung . Der Schaftabschnitt bildet den Kopfbereich des Drehzapfens , der in eine Aufnahme des Drehgestells eingrei ft .
Bevorzugt sind die flächigen Rippenstrukturen T- förmig oder Y- förmig ausgebildet , wobei der „Stiel" vom Schaftabschnitt gebildet wird und der „Balken" bzw . die „Gabel" vom Fußabschnitt gebildet wird . Vorteilhaft wird durch diese spezielle Formgebung eine stabile Basis für die Befestigung am Wagenunterbau geschaf fen und ein axialer Schaftabschnitt , um den eine Drehbewegung des Drehgestells erfolgen kann, ausgebildet .
Der Fußabschnitt ist bevorzugt dazu ausgebildet , mit dem Wagenunterbau fest verbunden zu sein und der Schaftabschnitt ist bevorzugt dazu ausgebildet , mit dem Drehgestell einen Formschluss in Längsrichtung und/oder Querrichtung zu bilden . Vorteilhaft werden durch diese besonders widerstands fähige Befestigungsart des Drehzapfens am Wagenunterbau Voraussetzungen dafür geschaf fen, dass eine Krafteinwirkung auf das Drehgestell in Längsrichtung oder Querrichtung über den Fußabschnitt auf den Wagenunterbau übertragen werden kann und so das Schienenfahrzeug in unterschiedliche Richtungen bewegt werden kann .
Bevorzugt ist der Fußabschnitt des erfindungsgemäßen Drehzapfens dazu ausgebildet , dass die Verbindung zwischen dem Drehzapfen und dem Wagenunterbau stof f schlüssig erfolgt . Vorteilhaft wird die Festigkeit der Verbindung zwischen dem Drehzapfen und dem Wagenunterbau durch die stof f schlüssige Verbindung verbessert . Für einen Stof f Schluss wird ein Verbindungsmaterial zwischen einer Kontakt fläche des Fußabschnitts und einer Kontakt fläche des Wagenunterbaus eingebracht . Weiterhin werden die Kontakt flächen bevorzugt entsprechend vorbehandelt , um einen besonders guten Kontakt des Verbindungsmaterials mit den Kontakt flächen zu erreichen .
Ebenfalls bevorzugt ist der Drehzapfen dazu ausgebildet , dass die Verbindung zwischen dem Drehzapfen und dem Wagenunterbau formschlüssig erfolgt . Bei einem Formschluss sind die Kontaktflächen des Unterbaus und des Fußabschnitts des Drehzapfens derart strukturiert , dass sie ineinandergrei fen und einen mechanischen Widerstand einer relativen Bewegung des Drehzapfens gegenüber dem Wagenunterbau in mindestens einer Richtung entgegensetzen . Vorteilhaft wird die Festigkeit der Verbindung zwischen dem Fußabschnitt des Drehzapfens und der Unterseite des Wagenunterbaus durch den Formschluss erhöht .
Bevorzugt ist die stof f schlüssige Verbindung zwischen dem erfindungsgemäßen Drehzapfen und dem Wagenunterbau eine Schweißverbindung . Eine solche Schweißverbindung erlaubt eine besonders feste Verbindung zwischen der Unterseite des Wagenunterbaus und dem Drehzapfen .
Alternativ ist der erfindungsgemäße Drehzapfen dazu ausgebildet , dass die stof f schlüssige Verbindung eine Klebverbin- dung umfasst . Vorteilhaft wird durch die Verklebung eine feste stof f schlüssige Verbindung zwischen Drehzapfen und Unterseite des Unterbaus erreicht .
In einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Drehzapfens ist die Verbindungsrippe trapez förmig ausgebildet . Die beiden flächigen Rippenstrukturen bilden so eine Art stumpfe Keilstruktur, wodurch die Auflagefläche des Drehzapfens auf der Unterseite des Wagenunterbaus im Vergleich zur Fläche der Spitze bzw . des äußeren Endes des Schaftabschnitts etwas vergrößert ist und die Stabilität im Fußabschnitt weiter erhöht wird . Dadurch wird eine Krafteinleitung am äußeren Ende des Schaftabschnitts und deren Weiterleitung in Richtung Wagenunterbau erleichtert und die Stabilität des Drehzapfens in Querrichtung begünstigt .
Bevorzugt ist die trapez förmige Verbindungsrippe durch ihre trapez förmige Gestalt dazu ausgebildet , den Abstand zwischen den flächig ausgebildeten Rippenstrukturen zu definieren, derart , dass der Abstand zwischen den Rippenstrukturen von den Schaftabschnitten bis zu den Fußabschnitten der Rippenstrukturen hinzunimmt . Vorteilhaft wird die erwähnte vorteilhafte stumpfe Keil form des Drehzapfens erreicht .
Der erfindungsgemäße Drehzapfen weist bevorzugt eine Kontaktplatte auf , welche in Frontrichtung senkrecht zu den Rippenstrukturen an den Kanten von deren Schaftabschnitten vor der prismaförmigen Massivstruktur angeordnet ist . Vorteilhaft werden von der Kontaktplatte Verschleißkräfte aufgrund von Zugkräften bzw . Beschleunigungskräften und Bewegungen des Drehgestells aufgenommen und eine Abnutzung der Oberfläche , insbesondere der Lackierung des Drehzapfens verhindert .
Vorzugsweise weist der erfindungsgemäße Drehzapfen eine Kontaktplatte auf der der Frontseite gegenüberliegenden Rückseite des Drehzapfens bzw . der prismaförmigen Massivstruktur des Drehzapfens auf . Vorteilhaft werden von der Kontaktplatte Verschleißkräfte aufgrund von Bremskräften bzw . Verzögerungskräften und von Bewegungen des Drehgestells aufgenommen und eine Abnutzung der Oberfläche , insbesondere der Lackierung des Drehzapfens verhindert .
Bevorzugt umfasst der erfindungsgemäße Drehzapfen zwei Kontaktplatten, eine Kontaktplatte auf der Vorderseite des Drehzapfens und eine Kontaktplatte auf der Rückseite des Drehzapfens . Vorteilhaft werden Verschleißef fekte durch Krafteinwirkungen in beiden Längsrichtungen auf den Drehzapfen abgeschwächt . Die Kontaktplatte übermittelt die Längskräfte des Fahrgestells an den Drehzapfen . Die Kontaktplatte bildet die Kontakt fläche zum Drehgestell . Der Drehzapfen ist vorzugsweise außer im Bereich der Kontaktplatten lackiert . Durch die Bewegungen des Drehgestells ergibt sich vorteilhaft eine Beanspruchung auf der harten Verschleißplatte und nicht auf der anfälligen Lackschicht des Drehzapfens , so dass die Oberfläche des Drehzapfens selbst geschont wird .
Der erfindungsgemäße Drehzapfen umfasst bevorzugt einen oder mehrere schweißbare metallische Werkstof fe . Alternativ können auch nichtmetallische Werkstof fe , insbesondere CFK- oder GFK- Werkstof fe eingesetzt werden, wobei die Komponenten vorzugsweise durch Klebeverfahren miteinander stof f schlüssig verbunden sind .
Werden die Komponenten aus Metall hergestellt , so können zur Herstellung der einzelnen Komponenten des erfindungsgemäßen Drehzapfens konventionelle Verfahren zur mechanischen Blechbearbeitung, vorzugsweise Schneiden, Fräsen oder Bohren, eingesetzt werden
Drehgestellseitig sind vorzugsweise an den j eweiligen Kontaktpunkten zum Drehzapfen ( längs und/oder quer ) Gummi- Metallelemente bzw . Gummi-Federelemente zur Abfederung von Längs- und Querkräften ausgebildet .
Haupt funktion des Drehzapfens ist die Aufnahme der Längskräfte . Deshalb sind vorzugsweise vor und hinter dem Zapfen Gummi-Metall-Federelemente mit Kunststof fverschleiß- oder - kontaktplatte ausgebildet . Die Aufnahme der Querkräfte am Drehzapfen ist optional , diese Kräfte können auch an anderen Stellen mittels Konsolen ins Untergestell bzw . den Wagenunterbau eingeleitet werden .
Bevorzugt ist die Verbindung zwischen der Verbindungsrippe und den Rippenstrukturen des erfindungsgemäßen Drehzapfens stof f schlüssig, insbesondere eine Schweißverbindung . Alternativ oder zusätzlich kann sie durch eine Klebverbindung oder auch formschlüssig, beispielsweise durch das Nieten von Fal zen oder durch Verschraubung, realisiert sein .
Die Verbindung der prismaförmigen Massivstruktur mit den Rippenstrukturen und/oder mit der Verbindungsrippe bzw . den Verbindungsrippen kann ebenfalls stof f schlüssig und/oder formschlüssig erfolgen .
Die Kontaktplatte ist vorzugsweise mit den Rippen und/oder der Massivstruktur über eine Schweißverbindung verbunden . Eine Schweißverbindung ist wartungsärmer und stabiler als Schraub- oder Nietverbindungen .
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Aus führungsbeispielen noch einmal näher erläutert . Es zeigen :
FIG 1 eine schematische Darstellung eines Fahrwerks und dessen Anbindung zum Untergestell eines Schienenfahrzeugs ,
FIG 2 eine detaillierte Darstellung eines herkömmlichen Drehzapfens in einem Aufnahmebereich eines Drehgestells eines Fahrwerks eines Schienenfahrzeugs ,
FIG 3 eine schematische Darstellung eines herkömmlichen gegossenen Drehzapfens , FIG 4 eine schematische Darstellung eines herkömmlichen geschweißten Drehzapfens ,
FIG 5 eine schematische Darstellung eines Drehzapfens gemäß einem Aus führungsbeispiel der Erfindung,
FIG 6 eine Darstellung des in FIG 5 veranschaulichten Drehzapfens in einem an der Unterseite eines Wagenkastens montierten Zustand,
FIG 7 ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Herstellen eines Drehzapfens gemäß einem Aus führungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht .
In FIG 1 wird eine schematische Darstellung 14 eines Fahrwerks mit einem Fahrgestell 16 bzw . Drehgestell gezeigt , welches durch einen Drehzapfen 1 an einem Wagenkasten 15 montiert ist bzw . mit dem Drehzapfen 1 des Wagenkastens 15 einen Formschluss bildet . Das Fahrgestell 16 weist mittig einen Aufnahmebereich 18 auf , welcher an seinem unteren Ende eine Mehrzahl von Gummi-Federelementen 19 umfasst . Der Wagenkasten 15 , der in FIG 1 im oberen Teilabschnitt der bildlichen Darstellung 14 gezeigt ist , weist mittig den bereits erwähnten Drehzapfen 1 auf . Dieser Drehzapfen 1 grei ft in den Aufnahmebereich 18 des Fahrgestells 16 ein . Der Drehzapfen 1 weist ein verj üngtes Zapfenende 4 auf , das zwischen den Gummi-Federelementen 19 angeordnet ist . Eine Abhebesicherung 20 ist durch den Kopfbereich des Zapfenendes 4 durchgeführt .
In FIG 2 ist eine detaillierte Darstellung 17 eines Drehzapfens 1 in einem Aufnahmebereich 18 eines Drehgestells 16 veranschaulicht . Das untere Zapfenende 4 ist mit einer Abhebesicherung 20 gegen ein Verschieben in Vertikalrichtung gesichert . Weiterhin sind Buchsen mit Gummi-Federelementen 19 zwischen dem Zapfenende 4 und dem Drehgestell 16 angeordnet . Die Gummi-Federelemente 19 dämpfen Stöße in Längsrichtung und in Querrichtung und erlauben eine Rotation des Drehgestells 16 relativ zu dem Drehzapfen 1 . In FIG 3 ist eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen einstückigen gegossenen Drehzapfens 1 gezeigt . Der gegossene Drehzapfen 1 besteht aus einem Grundkörper 2 , an dem vier paarweise sich gegenüberstehende Rippen 5 angeordnet sind . Die Rippen 5 sind eben und flächig ausgebildet und sind von Seitenkanten 7 , 8 begrenzt und sind mit dem Grundkörper 2 einstückig verbunden . Die Rippen 5 bilden die Anschlusselemente zum Wagenkasten (nicht gezeigt ) . Das untere Zapfenende 4 ist in diesem speziellen Fall quaderförmig ausgebildet und ebenfalls mit dem Grundkörper 2 einstückig verbunden . Nach dem Gussvorgang wird der Drehzapfen 1 noch mechanisch bearbeitet . Die Herstellung des Drehzapfens 1 ist aufgrund des Fertigungsprozesses sehr aufwändig und muss eng mit dem Lieferanten abgestimmt werden, um das Risiko von inneren Fehlern bzw . Lunkern im Bauteil zu reduzieren . Damit ergibt sich eine hohe Abhängigkeit vom Lieferanten . Für die Herstellung eines solchen einstückigen Drehzapfens 1 sind lange Vorlauf zeiten für die Erstellung von Modellen für die Gussformen zu berücksichtigen . Wie bereits erwähnt , ist ein Einsatz von höherfesten Materialien nur bedingt möglich .
In FIG 4 ist eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen geschweißten Drehzapfens 1 gezeigt . Der Drehzapfen 1 besteht aus einem Grundkörper 2 , an dem vier sich paarweise gegenüberstehende Rippen 5 angeordnet sind . Die Rippen 5 sind eben und flächig ausgebildet und von Seitenkanten 6 , 7 , 8 , 9 begrenzt . Jede Rippe 5 ist mit einer sich in Richtung der Grundkörper-Längsachse 10 erstreckenden Verbindungs-Seitenkante 6 am Grundkörper 2 festgeschweißt . Beispielsweise kann die am Grundkörper 2 anliegende Verbindungs-Seitenkante 6 beidseitig entlang ihrer Längskanten 6a mittels einer Y- Schweißnaht angeschweißt sein . Der Grundkörper 2 weist ein Grundkörper-Ende 3 auf , an welchem ein Zapfen 4 ausgebildet ist . Der am Grundkörper-Ende 3 angeordnete Zapfen 4 weist eine am Grundkörper-Ende 3 anliegende Stirnseite 11 auf und erstreckt sich entlang seiner Längsachse 12 bis zu einem Zapfen-Kopfbereich 13 . Die am Grundkörper 2 angeschweißten Rip- pen 5 setzen mit ihren Rippen-Enden auf die Stirnseite 11 des Zapfens 4 auf . Zur Befestigung des Zapfens 4 am Grundkörper 2 kann der Zapfen 4 am Grundkörper-Ende 3 und/oder an den Rippen-Enden im Bereich der Seitenkanten 9 angeschweißt sein, beispielsweise mittels einer Y-Schweißnaht im Bereich der Längskanten 9a, 9b der Seitenkante 9 und abschnittsweise entlang des abgeschrägten Randes 3a um das Grundkörper-Ende 3 herum . Der Zapfen 4 weist einen runden Querschnitt auf , wobei hiermit der normal zur Längsachse 12 des Zapfens 4 verlaufende Querschnitt gemeint ist . Ein Zapfen 4 mit rundem Querschnitt ist herzustellen, indem der Zapfen 4 mittels Drehverfahren aus einer Stange hergestellt wird . Der Querschnitt des Zapfens 4 vergrößert sich in Richtung des Grundkörpers 2 . Zusammen mit der bogenförmigen Kontur der Rippen 5 , welche durch die bogenförmige Kontur-Seitenkante 8 der Rippen 5 bewirkt wird, ergibt sich somit insgesamt eine vom Kopfbereich 13 des Zapfens 4 ausgehend sich verbreiternde Form des Drehzapfens 1 . Über den Verlauf der Kontur-Seitenkanten 8 kann die Stei figkeit der Rippen 5 eingestellt werden . Die sich verbreiternde Form des Drehzapfens 1 dient zur Weiterleitung von Kräften, welche im Kopfbereich 13 in den Drehzapfen 1 und über den Drehzapfen 1 in ein auf den Auflage- Seitenkanten 7 aufliegendes Element (nicht dargestellt ) , beispielsweise einen Wagenkasten eines Schienenfahrzeugs , eingeleitet werden . Zur Weiterleitung dieser Kräfte weist der an den Seitenkanten 6 zusammengeschweißte Drehzapfen 1 eine ausreichende Stabilität auf . Die Rippen 5 und der Grundkörper 2 sind getrennt voneinander hergestellt , aber miteinander verschweißt .
In FIG 5 ist ein Drehzapfen 1 gemäß einem Aus führungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht . Der Drehzapfen 1 weist zwei paarweise angeordnete Rippen 5 auf , die sowohl Befestigungsfunktionen am Wagenkasten 15 ( siehe FIG 6 ) wahrnehmen als auch den Formschluss in Fahrtrichtung mit dem Drehgestell ermöglichen . Hierzu sind die Rippen T- förmig bzw . Y- förmig ausbildet , wobei der Balken des T bzw . die ausgefüllte Gabel des Y die Befestigungs funktion am Wagenkasten 15 wahrnimmt und damit den Fußabschnitt 5a einer Rippe 5 bildet und der Stiel des T bzw . des Y den Formschluss mit dem Drehgestell in Fahrtrichtung und Querrichtung ermöglicht und damit den Schaftabschnitt 5b einer Rippe 5 bildet . Die beiden Rippen 5 sind mit ihren Flächenseiten 5d in Längsrichtung ausgerichtet . Die Kantenflächen 5c der Rippen 5 sind senkrecht zur Längsrichtung ausgerichtet . Zwischen den paarweise angeordneten Rippen 5 ist eine Verbindungsrippe 21 ausgebildet , die die beiden Rippen 5 voneinander distanziert . Die Verbindungsrippe 21 weist in Frontrichtung betrachtet eine trapez förmige Fläche auf , wobei die kürzere Dachseite der trapez förmigen Fläche zum Schaftabschnitt 5b bzw . zum Stiel des T bzw . Y hin ausgerichtet ist und die Basisseite der trapez förmigen Fläche zum Fußabschnitt 5a bzw . Balken des T bzw . zu dem oberen Ende der Gabel des Y hin ausgerichtet ist . Die Rippen 5 sind also in Richtung des Schaftabschnitts 5b zueinander hingeneigt . Zwischen den Rippen 5 am Ende des Schaftabschnitts 5b ist eine klotzartige bzw . annähernd prismaförmige Massivstruktur 22 angeordnet . Vor der Frontseite und der Rückseite der Massivstruktur 22 ist j eweils eine Kontaktplatte 23 angeordnet , mit der Krafteinwirkungen des Drehgestells (nicht gezeigt ) auf den Drehzapfen 1 in Längsrichtung aufgenommen werden bzw . Verschleißeinwirkungen durch Relativbewegungen des Drehgestells zum Drehzapfen 1 aufgefangen werden .
In FIG 6 ist der in FIG 5 dargestellte Drehzapfen 1 montiert an der Unterseite eines Wagenkastens 15 dargestellt . Die Rippen 5 des Drehzapfens 1 dienen sowohl der Lasteinleitung im Anlenkpunkt des Drehgestells (nicht gezeigt ) als auch der Befestigung des Drehzapfens 1 am Wagenkasten 15 . Eine mögliche Abhebesicherung kann über einen Bol zen oder Ähnliches bei Bedarf am schmalen Ende , d . h . am unteren Ende des Drehzapfens 1 integriert werden .
In FIG 7 ist ein Flussdiagramm 700 , welches ein Verfahren zum Herstellen eines Drehzapfens für eine flexible Kopplung eines Drehgestells mit einem Wagenunterbau eines Schienenfahrzeugs gemäß einem Aus führungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht , gezeigt .
Bei dem Schritt 7 . 1 werden zwei in Längsrichtung t- förmig ausgebildete Rippenstrukturen 5 , welche j eweils einen in Längsrichtung breit dimensionierten Fußabschnitt 5a und einen in Längsrichtung schmal dimensionierten Schaftabschnitt 5b aufweisen, hergestellt .
Bei dem Schritt 7 . I I wird eine prismaförmige Massivstruktur 22 zwischen den beiden Schaftabschnitten 5b der Rippen 5 angeordnet , derart , dass die prismaförmige Massivstruktur 22 mit den beiden Schaftabschnitten 5b der Rippen 5 fest verbunden ist .
Bei dem Schritt 7 . I I I wird eine leicht trapez förmige Verbindungsrippe 21 ausgebildet .
Diese trapez förmige Verbindungsrippe 21 wird bei dem Schritt 7 . IV zwischen den Rippenstrukturen 5 derart angeordnet , dass sie in Vertikalrichtung von dem Schaftabschnitt 5b bis zu dem Fußabschnitt 5a der Rippen 5 hin verläuft und mit den Rippen 5 und der prismaförmigen Massivstruktur 22 fest verbunden ist . Die Verbindungsrippe 21 definiert den Abstand zwischen den in Längsrichtung t- förmig ausgebildeten Rippen 5 derart , dass der Abstand zwischen den Rippen 5 von dem Schaftabschnitt 5b bis zum Fußabschnitt 5a hin zunimmt .
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorbeschriebenen Verfahren und Vorrichtungen lediglich um bevorzugte Aus führungsbeispiele der Erfindung handelt und dass die Erfindung vom Fachmann variiert werden kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, soweit er durch die Ansprüche vorgegeben ist . Es wird der Vollständigkeit halber auch darauf hingewiesen, dass die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein" bzw . „eine" nicht ausschließt , dass die betref fenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können . Ebenso schließt der Begri f f „Einheit" nicht aus , dass diese aus mehreren Komponenten besteht , die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können . Unabhängig vom grammatikalischen Geschlecht eines bestimmten Begri f fes sind Personen mit männlicher, weiblicher oder anderer Geschlechteridentität mit umfasst .

Claims

Patentansprüche
1. Drehzapfen (1) für eine flexible Kopplung eines Drehgestells (16) mit einem Wagenunterbau (15) eines Schienenfahrzeugs, aufweisend:
- zwei einander gegenüberliegend angeordnete, flächig ausgebildete Rippenstrukturen (5) , welche jeweils einen Fußabschnitt (5a) und einen Schaftabschnitt (5b) aufweisen,
- eine prismaförmige Massivstruktur (22) , welche zwischen den Schaftabschnitten (5b) der beiden einander gegenüberliegenden Rippenstrukturen (5) angeordnet ist und mit den beiden einander gegenüberliegenden Rippenstrukturen (5) fest verbunden ist,
- eine Verbindungsrippe (21) , welche zwischen den Fußabschnitten (5a) der beiden einander gegenüberliegenden Rippenstrukturen (5) angeordnet ist und mit den beiden einander gegenüberliegenden Rippenstrukturen (5) und der prismaförmigen Massivstruktur (22) fest verbunden ist.
2. Drehzapfen nach Anspruch 1, wobei die Rippenstrukturen (5) sich vom ihrem Fußabschnitt (5a) zu ihrem Schaftabschnitt (5b) hin in der Fläche verjüngen.
3. Drehzapfen nach Anspruch 1 oder 2, wobei
- der Fußabschnitt (5a) einer jeweiligen Rippenstruktur (5) in der Fläche breit ausgedehnt dimensioniert ist und
- der Schaftabschnitt (5b) einer jeweiligen Rippenstruktur (5) in der Fläche schmal dimensioniert ist.
4. Drehzapfen nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die flächig ausgebildeten Rippenstrukturen (5) T-förmig oder Y-förmig ausgebildet sind.
5. Drehzapfen nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Fußabschnitt (5a) einer jeweiligen flächig ausgebildeten Rippenstruktur (5) dazu ausgebildet ist, mit dem Wagenunterbau (15) fest verbunden zu sein.
6. Drehzapfen nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Schaftabschnitt (5b) einer jeweiligen flächig ausgebildeten Rippenstruktur (5) dazu ausgebildet ist, mit dem Drehgestell (16) einen Formschluss in Längsrichtung zu bilden.
7. Drehzapfen nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Fußabschnitte (5a) dazu ausgebildet sind, dass die Verbindung zwischen dem Drehzapfen (1) und dem Wagenunterbau (15) stoff schlüssig und/oder formschlüssig erfolgt.
8. Drehzapfen nach Anspruch 7, wobei die stoff schlüssige Verbindung eine Schweißverbindung und/oder Klebverbindung umfasst .
9. Drehzapfen nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Verbindungsrippe (21) trapezförmig ausgebildet ist.
10. Drehzapfen nach Anspruch 9, wobei die trapezförmige Verbindungsrippe (21) durch ihre trapezförmige Gestalt dazu ausgebildet ist, den Abstand zwischen den flächig ausgebildeten Rippenstrukturen (5) zu definieren, derart, dass der Abstand zwischen den flächig ausgebildeten Rippenstrukturen (5) von den Schaftabschnitten (5b) bis zu den Fußabschnitten (5a) der Rippenstrukturen (5) hin zunimmt.
11. Drehzapfen nach einem der vorstehenden Ansprüche, aufweisend eine Kontaktplatte (23) , welche in Frontrichtung senkrecht zu den flächig ausgebildeten Rippenstrukturen (5) an den Kantenflächen (5c) der Schaftabschnitte (5b) der flächig ausgebildeten Rippenstrukturen (5) vor der prismaförmigen Massivstruktur (22) angeordnet ist.
12. Fahrwerk (14) für ein Schienenfahrzeug, aufweisend:
- einen Wagenunterbau (15) ,
- ein Drehgestell (16) ,
- einen Drehzapfen (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche
1 bis 11 zur flexiblen Verbindung des Drehgestells (16) mit dem Wagenunterbau (15) .
13. Schienenfahrzeug, aufweisend ein Fahrwerk (14) nach Anspruch 12.
14. Verfahren zum Herstellen eines Drehzapfens (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 für eine flexible Kopplung eines Drehgestells (16) mit einem Wagenunterbau (15) eines Schienenfahrzeugs, aufweisend die Schritte:
- Herstellen von zwei flächig ausgebildeten Rippenstrukturen
(5) mit einem Fußabschnitt (5a) und einem Schaftabschnitt (5b) ,
- einander gegenüberliegendes Anordnen der flächig ausgebildeten Rippenstrukturen (5) ,
- Ausbilden einer prismaförmigen Massivstruktur (22) ,
- Anordnen der prismaförmigen Massivstruktur (22) zwischen den beiden Schaftabschnitten (5b) der beiden einander gegenüberliegenden, flächig ausgebildeten Rippenstrukturen (5) ,
- festes Verbinden der prismaförmigen Massivstruktur (22) mit den beiden einander gegenüberliegenden, flächig ausgebildeten Rippenstrukturen (5) ,
- Anordnen einer Verbindungsrippe (21) zwischen den Fußabschnitten (5a) der beiden einander genüberliegenden, flächig ausgebildeten Rippenstrukturen (5)
- festes Verbinden der Verbindungsrippe (21) mit den beiden einander gegenüberliegenden, flächig ausgebildeten Rippenstrukturen (5) und der prismaförmigen Massivstruktur (22) .
EP23729970.6A 2023-01-27 2023-05-23 Drehzapfen zwischen drehgestell und wagenunterbau eines schienenfahrzeugs Pending EP4630306A1 (de)

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DE102023200668 2023-01-27
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