WO2017025381A1

WO2017025381A1 - Federungsvorrichtung zur abstützung zweier wagenkästen eines schienenfahrzeugs

Info

Publication number: WO2017025381A1
Application number: PCT/EP2016/068389
Authority: WO
Inventors: Gerhard Kaserer; Markus Gottschalk; Herbert Haas
Original assignee: Siemens Ag Österreich
Priority date: 2015-08-07
Filing date: 2016-08-02
Publication date: 2017-02-16

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Federungsvorrichtung (1) zur gegenseitigen Abstützung eines ersten Wagenkastens (12) und eines zweiten Wagenkastens (13) eines Schienenfahrzeugs, mit einer Wirkachse (11), wobei der erste Wagenkasten (12) mit dem zweiten Wagenkasten (13) über eine Gelenksverbindung (14) verbunden ist, welche Gelenksverbindung (14) zumindest eine Wankbewegung zwischen den Wagenkästen (12, 13) um die Längsachse (9) des Schienenfahrzeuges zulässt. Um die kinematischen Zusammenhänge zu vereinfachen, ohne dabei die Wanksteifigkeit des Schienenfahrzeuges zu reduzieren, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Federungsvorrichtung (1) eine beidseitig wirkende Federungsvorrichtung (1) mit zumindest zwei Federelementen (2, 3) ist, wobei die Federelemente (2, 3) derart angeordnet sind, dass sich bei eine Belastung der Federungsvorrichtung (1) in beiden Richtungen längs der Wirkachse (11) in jeweils zumindest einem der Federelemente (2, 3) eine den Wankbewegungen entgegen wirkende Rückstellkraft aufbaut.

Description

Beschreibung

Federungsvorrichtung zur Abstützung zweier Wagenkästen eines Schienenfahrzeugs

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Federungsvorrichtung zur gegenseitigen Abstützung eines ersten Wagenkastens und eines zweiten Wagenkastens eines Schienenfahrzeugs, mit einer Wirkachse, welche normal zu einer Längsachse des

Schienenfahrzeuges parallel zu einer Querrichtung

ausgerichtet ist,

wobei der erste Wagenkasten mit dem zweiten Wagenkasten über eine Gelenksverbindung verbunden ist, welche

Gelenksverbindung zumindest eine Wankbewegung zwischen den Wagenkästen um die Längsachse des Schienenfahrzeuges zulässt wobei die Federungsvorrichtung eine erste Verbindungsstelle sowie eine zweite Verbindungsstelle zur Verbindung mit den Wagenkästen aufweist.

Stand der Technik

Schienenfahrzeuge, die als Gliederfahrzeuge ausgeführt sind, wie es beispielsweise bei Straßenbahnen oftmals der Fall ist umfassen in der Regel zumindest zwei Wagenkästen, die auf Drehgestellen aufliegen und eine Längsachse aufweisen, die parallel zur Fahrtrichtung des Schienenfahrzeuges

ausgerichtet ist. Zwei Wagenkästen sind dabei im Bereich der Drehgestelle, also im unteren Bereich der Wagenkästen, über eine Gelenkverbindung miteinander verbunden. Dabei erlaubt die Gelenkverbindung eine Relativbewegung zwischen den Wagenkästen, sodass zumindest eine Schwenkbewegung um eine Hochachse und üblicher Weise auch eine Nickbewegung um eine Querrichtung des Schienenfahrzeuges möglich ist, um

Kurvenfahrten und Kuppenfahrten zu ermöglichen. Wankbewegungen, also eine Verdrehung der Wagenkästen

gegeneinander um die Längsachse, werden oftmals nicht zugelassen, sodass es bei Gleisverwindungen, also

Verwindungen des Gleisbetts und des Gleises um die Längsachse über einen Abschnitt des Gleiskörpers in Längsrichtung gesehen, zu hohen Belastungen der Wagenkästen und

Drehgestelle kommt. Dadurch wird auch die Sicherheit des Schienenfahrzeuges gegen Entgleisen herabgesetzt.

Aus der DE 103 43 536 AI ist bereits ein großräumiges

Fahrzeug zur Personenbeförderung bekannt, insbesondere ein Schienenfahrzeug, bekannt, bei dem eine Gelenksverbindung zusätzlich zu einer Schwenkbewegung auch eine Wankbewegung ermöglicht. Dazu ist neben einem sphärischen Gelenk im unteren Abschnitt der Wagenkästen ein Verbindungselement im oberen Abschnitt angebracht ist, welches als Lenkerstange ausgebildet ist und über Gelenke mit den Wagenkästen

verbunden ist. Auch ist bekannt, dass neben dem

Verbindungselement ein Bauteil zur Begrenzung der

Wankbewegungen vorgesehen ist, welches federnde und dämpfende Wirkung hat, wobei eine Wirkachse der Federungsvorrichtung parallel zur Querrichtung ausgerichtet ist und normal auf die Längsachse steht.

Aus der Kombination des Verbindungselementes und des Bauteils zur Begrenzung der Wankbewegungen ergeben sich eine komplexe Konstruktion, bei der eine große Anzahl von Bauteilen dimensioniert und gegebenenfalls gewartet werden müssen, umfangreiche kinematische Abhängigkeiten, die bei der

Auslegung berücksichtigt werden müssen, sowie eine

zeitaufwändige Montage bei der Assemblierung des

Schienenfahrzeuges. Der genaue Aufbau des Bauteils zur

Begrenzung der Wankbewegungen bleibt dabei im Dunkeln.

Aufgabe der Erfindung Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden und eine

Federungsvorrichtung zur gegenseitigen Abstützung eines ersten Wagenkastens und eines zweiten Wagenkastens eines Schienenfahrzeugs vorzuschlagen, in der die Anzahl der benötigten Bauteile gegenüber dem Stand der Technik reduziert ist und die kinematischen Zusammenhänge vereinfacht sind, ohne dabei die Wanksteifigkeit zu reduzieren.

Darstellung der Erfindung

Diese Aufgabe wird durch eine Federungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen

abhängigen Ansprüchen definiert.

Die Erfindung betrifft eine Federungsvorrichtung zur

gegenseitigen Abstützung eines ersten Wagenkastens und eines zweiten Wagenkastens eines Schienenfahrzeugs mit einer

Wirkachse, welche normal zu einer Längsachse des

Schienenfahrzeuges parallel zu einer Querrichtung

ausgerichtet ist,

Gelenksverbindung zumindest eine Wankbewegung zwischen den Wagenkästen um die Längsachse des Schienenfahrzeuges zulässt, wobei die Federungsvorrichtung eine erste Verbindungsstelle sowie eine zweite Verbindungsstelle zur Verbindung mit den Wagenkästen aufweist.

Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die

Federungsvorrichtung eine um einen Nullpunkt beidseitig annähernd gleichwirkende Federungsvorrichtung mit zumindest zwei Federelementen ist, wobei die Federelemente derart angeordnet sind, dass sich bei einer Belastung der

Federungsvorrichtung in beiden Richtungen längs der Wirkachse in jeweils zumindest einem der Federelemente eine den Wankbewegungen entgegen wirkende Rückstellkraft aufbaut.

Durch die Gestaltung der Federungsvorrichtung als um einen Nullpunkt beidseitig annähernd gleichwirkende

Federungsvorrichtung ist es nunmehr möglich, die Wagenkästen zusätzlich zu der Gelenksverbindung ausschließlich über die Federungsvorrichtung miteinander zu verbinden. Durch die beidseitige Wirkung baut sich bei beiden möglichen

Wankbewegungen in zumindest einem der Federelemente eine Rückstellkraft auf. Unter den beiden möglichen Wankbewegungen wird dabei die erste Wankbewegung als Rotation des ersten Wagenkastens im Uhrzeigersinn um die Längsachse und die Rotation des zweiten Wagenkastens gegen den Uhrzeigersinn um die Längsachse verstanden, wobei die zweite Wankbewegung genau gegengleiche Rotationen aufweist. Die Federelemente sind dabei so angeordnet, dass jeder Wankbewegung zumindest ein Federelement zugeordnet ist, welches bei der jeweiligen Wankbewegung eine Rückstellkraft aufbaut. Die Rückstellkraft kann beispielsweise aus der Kompression einer Druckfeder, etwa einer Zylinderfeder, durch die Wankbewegung resultieren, sodass das Federelement durch die wirkende Federkraft bestrebt ist zu reexpandieren. Die Federelemente können dabei parallel oder in Serie angeordnet sein, wobei jeder

Verbindungsstelle zumindest ein Federelement zugeordnet sein kann. Dadurch wird die Wanksteifigkeit des Schienenfahrzeuges so weit erhöht, dass trotz der Reduktion der benötigten

Bauteile und des kinematisch einfacheren Zusammenhangs, die Gefahr der Verletzung des Lichtraumprofils vermindert wird und gleichzeitig die mechanische Belastung der Wagenkästen, bzw. auch von Drehgestellen, im Falle von Gleisverwindungen reduziert wird. So wird auch eine Erhöhung der

Entgleisungssicherheit erreicht.

Da die Zugkraftübertragung zwischen den Wagenkästen in der Regel über die Drehgestelle erfolgt, die gleisgebunden sind und daher in einem unteren, gleisnahen, Abschnitt der

Wagenkästen angeordnet sind bzw. da die Wankbewegungen zu einer Auslenkung von oberen Abschnitten der Schienenfahrzeuge führt, beispielsweise im Bereich des Dachs oder der Verbindung des Dachs mit den Seitenwänden des

Schienenfahrzeuges, sodass die Gefahr einer Verletzung des Lichtraumprofils insbesondere im oberen Abschnitt gegeben ist, ist in einer Ausführungsvariante der Erfindung

vorgesehen, dass die Gelenksverbindung an einem unteren Abschnitt der Wagenkästen und die Federungsvorrichtung an einem oberen Abschnitt der Wagenkästen angeordnet ist.

Eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass die Federungsvorrichtung einen Führungsteil und einen geführten Teil umfasst, wobei der geführte Teil parallel zur Wirkachse im Führungsteil translatorisch verschiebbar ist. Durch die Ausführung der Federungsvorrichtung mit

Führungsteil und geführtem Teil ist der Einfluss von

Querbelastungen auf die Federungsvorrichtung, also von

Kräften, die eine Komponente aufweisen die parallel zur Längsrichtung ausgerichtet ist, reduziert, da die Führung lediglich Verschiebungen parallel zur Wirkachse erlaubt.

Dabei weist der Führungsteil in der Regel einen Hohlraum mit einem konstanten Querschnitt normal auf die Wirkachse auf, der beispielsweise die geometrische Form eines Kreises, Rechtecks, Vielecks oder einer Ellipse, aufweist. Der geführte Teil weist zumindest einen Abschnitt auf, der im Wesentlichen dem Querschnitt des Hohlraums des Führungsteils entspricht, sodass dieser Abschnitt im Hohlraum geführt ist. So ist beispielsweise eine Linearführung, etwa durch eine Kolben-Zylinder-Einheit, denkbar .

Zur Aufnahme und Übertragung der Federkräfte in den geführten Teil ist in einer weiteren Ausführungsvariante einer

erfindungsgemäßen Federungsvorrichtung vorgesehen, dass der geführte Teil einen ersten Stützabschnitt und einen zweiten Stützabschnitt aufweist, wobei die Stützabschnitte normal auf die Wirkachse stehen und in entgegengesetzte Richtungen weisen und dass ein erstes Federelement am ersten

Stützabschnitt und ein zweites Federelement am zweiten

Stützabschnitt angeordnet ist und dass eine der

Verbindungsstellen vom geführten Teil ausgebildet ist. Die Stützabschnitte sind dabei bevorzugt in jenem Abschnitt des geführten Teils angeordnet, welcher denselben Querschnitt aufweist wie der Hohlraum. In den Stützabschnitten stützen sich die Federelemente gegen den geführten Teil ab, wobei der geführte Teil über die Verbindungsstelle an einem der

Wagenkästen befestigt ist. Damit lässt sich eine

Rückstellkraft von einem der Federelemente auf den

Wagenkasten ausüben, sodass der Wagenkasten durch die

Rückstellkraft im Falle einer Wankbewegung zurück in eine Ausgangsstellung gebracht wird, in der die Wagenkästen nicht gegeneinander durch eine gegengleiche Rotation um die

Längsachse verdreht sind. Die Federelemente können dabei die Stützabschnitte, welche in der Regel kreisringförmig

ausgebildet sind, direkt kontaktieren, oder aber über

Zwischenelemente, wie beispielsweise Federteller, verbunden sein .

Da sich die Federelemente jeweils gegen einen zweiten

Abschnitt abstützen müssen, um Federkräfte, insbesondere Druckkräfte, aufbauen zu können, ist in einer weiteren

Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen, dass der

Führungsteil einen ersten Kontaktabschnitt und einen zweiten Kontaktabschnitt aufweist, wobei je ein Kontaktabschnitt einem Stützabschnitt gegenüberliegend angeordnet ist und wobei je eines der Federelemente zwischen Kontaktabschnitt und korrespondierendem Stützabschnitt angeordnet ist und dass eine der Verbindungsstellen vom Führungsteil ausgebildet ist. Ein Federelement ist also zwischen dem Stützabschnitt und dem Kontaktabschnitt angeordnet und stützt sich damit einerseits gegen den Führungsteil und andererseits gegen den geführten Teil ab. Durch die Verbindung des Führungsteils mit dem

Wagenkasten über die Verbindungsstelle, wie zuvor

beschrieben, wird eine Rückstellkraft von den Federelementen auf den jeweils anderen Wagenkasten ausgeübt, sodass beide Wagenkästen bei Wankbewegungen über die Rückstellkräfte in die Ausgangsstellung zurück bewegt werden. Eine bevorzugte Ausführungsvariante sieht dabei vor, dass der geführte Teil als eine Kolbenstange mit Kolben und der

Führungsteil als ein Zylinder ausgebildet ist. Die lineare Führung nach dem Kolben-Zylinder-Prinzip ist konstruktiv einfach aufgebaut und für den Einsatzzweck besonders gut geeignet, da es sich um eine äußerst robuste und wartungsarme Konstruktion handelt. Dabei kann eine der Verbindungsstellen am Zylinder und die andere Verbindungsstelle an der

Kolbenstange angeordnet sein, vorzugsweise jeweils in

Richtung der Wirkachse gesehen endseitig.

Da die Achse des Kolbens parallel zur Wirkrichtung

ausgerichtet ist, sodass der Kolben entlang seines Umfangs an einer Zylinderbohrungswand anliegt bzw. über geeignete Mittel im Zylinder geführt ist und die Stirnseiten des Kolbens in Richtung des jeweiligen Längsendes des Zylinders weisen, eignen sich die Stirnseiten des Kolbens besonders gut zur Aufnahme der Federelemente und damit zur Ausbildung der Stützabschnitte. Daher ist in einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen, dass die

Stützabschnitte auf jeweils einer Stirnseite des Kolbens ausgebildet sind.

Um die Federelemente am Zylinder abzustützen, obwohl der Zylinder zumindest auf einer Seite eine Öffnung zur Aufnahme des Kolbens aufweist, sodass keine der Stirnseite des Kolbens gegenüberliegende Fläche vorhanden ist, ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante einer

erfindungsgemäßen Federungsvorrichtung vorgesehen, dass zumindest einer der Kontaktabschnitte durch eine

Verschlussplatte des Zylinders ausgebildet ist, welche

Verschlussplatte den Zylinder, vorzugsweise jeweils

endseitig, zumindest teilweise verschließt. Da die

Kolbenstange durch die Verschlussplatte geführt werden muss, ist diese in der Regel kreisringförmig ausgebildet. Der andere Kontaktabschnitt ist dabei am Zylinderboden

ausgebildet. Ist der Zylinder jedoch beidseitig geöffnet und weist dadurch keinen Zylinderboden auf, kann auch die zweite Seite durch eine Verschlussplatte verschlossen sein, wobei diese Verschlussplatte üblicher Weise keine Öffnung aufweist.

Um die Größe der Rückstellkraft und damit die Grenzen der Wankbewegungen einstellbar zu machen und gleichzeitig sicherzustellen, dass die Federelemente auch bei einer

Wankbewegung an den Kontaktstellen und Stützstellen anliegen, ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen, dass die Federelemente in einer

Ausgangsstellung eine Vorspannung aufweisen. Eine Vorspannung kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass zumindest eine Verschlussplatte in Richtung des Kolbens verschiebbar und fixierbar ist, sodass beide Federelemente vorgespannt werden. Insbesondere kann die Verschlussplatte ein

Außengewinde aufweisen, welches in ein Innengewinde des

Zylinders eingreift, sodass durch eine Schraubbewegung der Verschlussplatte eine Vorspannung realisiert wird. Natürlich ist es dabei auch denkbar, dass die Verschlussplatte in den Zylinder eingeschweißt ist. Die Ausgangsstellung ist dabei jene Stellung in der die Wagenkästen nicht gegeneinander durch eine gegengleiche Rotation um die Längsachse verdreht sind, also die Federelemente nicht durch eine äußere Kraft belastet sind. In der Regel ist der Kolben dabei in einer Richtung parallel zur Wirkachse mittig im Zylinder

angeordnet. Durch eine Vorspannung der Federelemente gegen den Kolben ist ein Bereich erhöhter Federsteifigkeit

realisierbar, da solange beide Federelemente am Kolben anliegen, die Ersatzfedersteifigkeit der Summe der einzelnen Federsteifigkeiten entspricht. Wird dabei ein Federelement mit einer Kraft belastet, die größer als die Vorspannkraft ist, so ist das andere Federelement nicht mehr im Eingriff mit dem Kolben und die Federsteifigkeit für den weiteren Verformungsweg entspricht der Federsteifigkeit des belasteten Federelements .

Bei einer Koppelung der Federn, wie zuvor beschrieben, reichen bereits kleine Kräfte aus, um den Kolben im Zylinder zu verschieben, obwohl die Federsteifigkeit erhöht ist. Daher würde jede Wankbewegung der Wagenkästen eine Verschiebung des Kolbens aus der Ausgangsstellung bewirken, sodass der Kolben im Betrieb ständig hin und her bewegt werden würde. Daher ist zur Entkoppelung der beiden Federelemente in einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen, dass beide Federelemente endseitig in einem Federtopf gelagert sind, wobei der Kolben zwischen den beiden

Federtöpfen positioniert ist und wobei die Federtöpfe in der Ausgangsstellung an einem im Zylinder befestigten Anschlag anliegen. Dadurch, dass sich die Federtöpfe gegen den

Anschlag, der beispielsweise ringförmig ausgebildet sein kann, abstützen, ist eine Vorspannung beider Federelemente gegen den Anschlag möglich. Der Kolben befindet sich dabei in dem durch den Abstand der Federtöpfe bzw. durch die

Erstreckung des Anschlags parallel zur Wirkachse definierten Zwischenraum, sodass vorzugsweise zumindest eine der

Stützflächen an einem der Federtöpfe anliegt. Kontaktiert beispielsweise die erste Stützfläche den ersten Federtopf, so wird der Federtopf erst in Richtung der ersten Kontaktfläche verschoben, wenn die aufgebrachte Kraft größer ist als die Vorspannkraft des ersten Federelements. Gleiches gilt auch umgekehrt für das zweite Federelement. Bevorzugt ist der Anschlag dabei an der Zylinderbohrungswand befestigt, sodass sich ein radialer Spalt zwischen Kolben und Anschlag

einstellt.

Um eine Bewegung des Kolbens im Zylinder bei einer auf den Kolben wirkenden Kraft unterhalb der Vorspannkraft zu verhindern, sieht eine weitere besonders bevorzugte

Ausführungsvariante vor, dass in der Ausgangsstellung die

Stützabschnitte des Kolbens an den Federtöpfen anliegen. Mit anderen Worten ist der Kolben dabei so dimensioniert, dass seine maximale Erstreckung parallel zur Wirkachse gleich groß ist wie die maximale Erstreckung des Anschlags parallel zur Wirkachse, so dass sich in der Ausgangsstellung eine plane Fläche normal zur Wirkachse zwischen Anschlag und zumindest einem Teil des ersten und zweiten Stützabschnitts ausbildet. Zur Führung der Federtöpfe im Zylinder und zur Verhinderung des Verkantens der Federtöpfe im Zylinder ist gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsvariante der

Federungsvorrichtung vorgesehen, dass die Federtöpfe einen hülsenförmigen Abschnitt aufweisen, welcher sich an der Zylinderbohrungswand abstützt und parallel zur Wirkachse in Richtung des dem entsprechenden Stützabschnitts

gegenüberliegenden Kontaktabschnitts erstreckt.

Kurzbeschreibung der Figuren

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im nachfolgenden Teil der Beschreibung auf die Figuren Bezug genommen, aus der weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Einzelheiten und

Weiterbildungen der Erfindung zu entnehmen sind. Die Figuren sind als beispielhaft zu verstehen und sollen den

Erfindungscharakter zwar darlegen, ihn aber keinesfalls einengen oder gar abschließend wiedergeben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung zweier Wagenkästen mit

einer erfindungsgemäßen Federungsvorrichtung

Fig. 2 eine Detaildarstellung einer ersten;

Ausführungsvariante der Federungsvorrichtung

Fig. 3 eine Detaildarstellung einer zweiten;

Ausführungsvariante der Federungsvorrichtung;

Fig. 4 einen prinzipiellen Verlauf der Federkennlinien für die erste Ausführungsvariante;

Fig. 5 einen prinzipiellen Verlauf der Federkennlinie für die zweite Ausführungsvariante.

Ausführung der Erfindung

Figur 1 zeigt einen ersten Wagenkasten 12 und einen zweiten Wagenkasten 13 eines Schienenfahrzeuges, vorzugsweise eines Straßenbahnfahrzeuges in einer Ausgangsstellung, bei der die Federungsvorrichtung 1 nicht durch äußere Kräfte belastet ist. Die Wagenkästen 12,13 weisen dabei eine Längsachse 9 auf, die im vorliegenden Fall der Fahrtrichtung des

Schienenfahrzeuges entspricht; eine Querrichtung 10 des Schienenfahrzeugs steht normal auf die Längsachse 9 und bildet gemeinsam mit dieser eine Grundebene, welche parallel zu einer Gleisebene ausgerichtet ist. Es versteht sich dabei von selbst, dass sich dieser Zustand nur bei einer Fahrt entlang eines ebenen geraden Gleisabschnitts einstellt und etwa bei Kurvenfahrten oder Kuppenfahrten von dem

beschriebenen Zustand abweichen kann. Die Wagenkästen 12,13 sind in einem unteren Abschnitt 17 über eine

Gelenksverbindung 14 miteinander verbunden, wobei die

Gelenksverbindung 14 zumindest eine Wankbewegung um die Längsachse 9 zulässt, aber auch Nickbewegungen um die

Querrichtung 10 und Schwenkbewegungen um eine zur Gleisebene normalen Höhenrichtung. Der untere Abschnitt 17 ist dabei in Höhenrichtung gesehen im gleisnahen Bereich angeordnet, wobei die Gelenksverbindung 14 beispielsweise als Teil eines

Drehgestelles ausgebildet sein kann oder auf einem

Drehgestell aufliegen kann.

Im oberen Abschnitt 18 der Wagenkästen 12,13 ist eine

Federungsvorrichtung 1 angeordnet, welche eine Wirkachse 11 aufweist, die parallel zur Querrichtung 10 und damit auch parallel zu der Gleisebene ausgerichtet ist. In der Regel ist der obere Abschnitt 18 in jenem Bereich der Wagenkästen 12,13 ausgebildet, in der der Übergang zwischen Dach und

Seitenwänden erfolgt. Die Federungsvorrichtung 1 ist an einer ersten Verbindungsstelle 15 mit dem ersten Wagenkasten 12 und über eine zweite Verbindungsstelle 16 mit dem zweiten

Wagenkasten 13 verbunden, wobei die Verbindungsstellen 15,16 in Querrichtung 10 gegeneinander versetzt sind und jeweils endseitig an der Federungsvorrichtung 1 angebracht sind. Die Federungsvorrichtung 1 ist dabei als um einen Nullpunkt beidseitig annähernd gleichwirkende Federungsvorrichtung 1 ausgebildet und weist dementsprechend ein erstes

Federelement 2 und ein zweites Federelement 3 auf, wobei das erste Federelement 2 im Bereich der ersten Verbindungsstelle 15 und das zweite Federelement 3 im Bereich der zweiten Verbindungsstelle 16 angeordnet ist. Die als Druckfedern ausgebildeten Federelemente 2,3 sind dabei derart angeordnet, dass sich bei einer Belastung der

Federungsvorrichtung 1 in beiden Richtungen längs der

Wirkachse 11 in zumindest einem der Federelemente 2,3 eine den Wankbewegungen entgegenwirkende Rückstellkraft aufbaut. Kommt es also zu einer Wankbewegung der Wagenkästen, so wird eines der Federelemente 2,3 komprimiert, sodass sich eine Druckkraft aufbaut, welche die Wagenkasten in einen Zustand zurückbewegen in dem keine Verwankung mehr vorliegt .

Aus Figur 2, in der eine erste Ausführungsvariante abgebildet ist, ist die Funktionsweise der erfindungsgemäßen

Federungsvorrichtung 1 besonders deutlich erkennbar. Die

Federungsvorrichtung 1 umfasst neben den Federelementen 2,3 einen Führungsteil 4, im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Zylinder 6 ausgeführt, und einen geführten Teil 5, im

Ausführungsbeispiel als Kolben 7 mit einer Kolbenstange 8 ausgebildet, wobei der Kolben 7 im Zylinder 6 parallel zur Wirkachse 11 translatorisch verschiebbar ist. Es versteht sich dabei von selbst, dass die folgenden, auf Kolben 7 und Zylinder 6 bezogenen Ausführungen auch für alternative

Gestaltungen des Führungsteils 4 bzw. des geführten Teils 5 gültig sind, da die Funktionsweise unabhängig vom Querschnitt der Teile 4,5 ist und dementsprechend auch für rechteckige, mehreckige oder elliptische Querschnitte zutrifft.

Der Zylinder 6 weist eine Zylinderbohrungswand 25 (siehe Fig. 3) auf, wobei die Umfangsfläche des Kolbens 7 die

Zylinderbohrungswand 25 kontaktiert und so eine Gleitbewegung in beiden Richtungen längs der Wirkachse 11 möglich ist. Der Zylinder 6 ist an einem Ende durch eine Verschlussplatte 23 in Form eines Stopfens verschlossen, wobei an der Außenseite der Verschlussplatte 23 die erste Verbindungsstelle 15 ausgebildet ist, welche hier als Öse für einen Bolzen ausgebildet ist. Die Innenseite der Verschlussplatte 23 ist als erster Kontaktabschnitt 21 für das erste Federelement 2 ausgebildet, sodass sich das erste Federelement 2 gegen die Verschlussplatte 23 abstützt. Die der Innenseite der

Verschlussplatte 23 gegenüberliegende Stirnseite des

Kolbens 7 ist als erster Stützabschnitt 19 für das erste Federelement 2 ausgebildet, sodass das erste Federelement 2 zwischen erstem Stützabschnitt 19 und erstem

Kontaktabschnitt 21 angeordnet ist und beide Abschnitte 19,21 kontaktiert. Das andere Ende des Zylinders 6 ist ebenfalls durch eine Verschlussplatte 23 verschlossen, jedoch weist diese eine Öffnung zur Aufnahme der Kolbenstange 8 auf. Die genaue Anordnung des zweiten Federelementes 3 unterscheidet sich jedoch, mit Ausnahme eben der durch das zweite

Federelement 3 geführten Kolbenstange 8, nicht von der bereits beschriebenen Anordnung des ersten Federelementes 2, dementsprechend ist das zweite Federelement 3 zwischen einem zweiten Kontaktabschnitt 22 der Verschlussplatte 23 und einem zweiten Stützabschnitt 20 des Kolbens 7 angeordnet und kontaktiert die beiden Abschnitte 20,22. Die zweite

Verbindungsstelle 16 ist an dem, dem Kolben 7

gegenüberliegenden Ende der Kolbenstange 8, analog zur ersten Verbindungsstelle 15, ausgebildet.

Wird nun aufgrund einer Wankbewegung die

Federungsvorrichtung 1 in einer Richtung längs der

Wirkachse 11 belastet, so ändert sich die Position des

Kolbens 7, der in einer Ausgangsstellung in Richtung der Wirkachse 11 gesehene mittig im Zylinder 6 angeordnet ist. Werden beispielsweise die Verbindungsstellen 15,16 aufgrund der Belastung aufeinander zu bewegt, so verschiebt sich der Kolben 7 in Richtung der ersten Verbindungsstelle 15. Das erste Federelement 2 wird dadurch komprimiert und es baut sich in dem ersten Federelement 2 eine Rückstellkraft auf, die den Kolben 7 und damit die zweite Verbindungsstelle 16 bzw. den zweiten Wagenkasten 13 wieder in die

Ausgangsposition bringen will. Genauer baut sich eine

Federdruckkraft auf, die der Belastung aufgrund der

Wankbewegung entgegenwirkt. Gleichermaßen wird bei einer entgegengesetzten Belastung, bei der die Verbindungsstellen 15,16 voneinander weg bewegt werden, der Kolben 7 in Richtung der zweiten Verbindungsstelle 16 bewegt, sodass sich die Rückstellkraft im zweiten Federelement 3 aufbaut. Damit die Federelemente 2,3 den Kontakt zu den Kontaktabschnitten 21,22 bzw. den Stützabschnitten 19,20 im Belastungsfall nicht verlieren, bzw. um die Höhe der

Rückstellkraft und damit die Wanksteifigkeit zu beeinflussen, sind die Federelemente 2,3 in der Ausgangsstellung

vorgespannt. Beispielsweise kann die Vorspannung durch entsprechende Wahl der Federlänge bzw. Positionierung der Verschlussplatten 23 erreicht werden.

Figur 3 zeigt eine zweite Ausführungsvariante der Erfindung, die in ihrer Funktionsweise und der Anordnung der

Federelemente 2,3 im Wesentlichen der ersten

Ausführungsvariante entspricht. In diesem Ausführungsbeispiel sind ist das erste Federelement 2 endseitig, also auf der dem ersten Kontaktabschnitt 21 gegenüberliegenden Seite, in einem ersten Federtopf 26 gelagert. Ebenso ist auch das zweite Federelement 3 endseitig in einem zweiten Federtopf 27 gelagert. Die Federtöpfe 26,27 liegen dabei an einem

Anschlag 24 an, wobei die Federelemente 2,3 zwischen den durch die Verschlussplatten 23 und den am Anschlag 24 anliegenden Federtöpfen 26,27 mit einer Vorspannkraft F_v vorgespannt sind. Der Anschlag 24 ist dabei in einer Richtung parallel zur Wirkachse 11 mittig im Zylinder 6 angebracht und an der Zylinderbohrungswand 25 befestigt, sodass der

Anschlag 24 ringförmig ausgebildet ist. Durch das Anliegen der Federtöpfe 26,27 am Anschlag 24 wird verhindert, dass sich die Federelemente 2,3 entspannen, sodass unabhängig der Belastungsrichtung stets die Vorspannkraft F_v überwunden werden muss, um einen der Federtöpfe 26,27 in Richtung des jeweiligen Kontaktabschnitts 21,22 zu bewegen. Die

Federelemente 2,3 beeinflussen sich dabei gegenseitig in ihrer Wirkung nicht mehr und sind dementsprechend voneinander entkoppelt . Der Kolben 7 ist in der abgebildeten

Ausgangsstellung zwischen den beiden Federtöpfen 26,27 angeordnet und zwar so, dass der Kolben 7 an der einen Seite am ersten Federtopf 26 und an der anderen Seite am zweiten Federtopf 27 vollflächig anliegt. In anderen Worten ist die Erstreckung des Kolbens 7 in einer Richtung parallel zur Wirkachse 11 gleich groß wie die Erstreckung des Anschlags 24 in derselben Richtung. Zur Funktion der

Federungsvorrichtung 1 ist natürlich kein vollflächiger Kontakt nötig, es reicht wenn die Elemente einander nur abschnittsweise kontaktieren. Dadurch dass der Kolben 7 in der Ausgangsstellung spielfrei zwischen den beiden

Federtöpfen 26,27 sitzt, wird der Kolben 7 erst entlang der Wirkachse 11 bewegt, wenn eine Kraft am Kolben 7 angreift die größer ist als die Vorspannkraft F_v.

Um die Kolbenstange 8 aufnehmen zu können, weist in diesem Fall der zweite Federtopf 27 eine Öffnung auf durch die die Kolbenstange 8 geführt ist. Die Federtöpfe 26,27 weisen jeweils sowohl eine tellerförmige Basis, an welcher

einerseits die Stützabschnitte 19,20 des Kolbens 7 und andererseits die Federelemente 2,3 anliegen, als auch einen hülsenförmigen Abschnitt auf, wobei der hülsenförmige

Abschnitt die Federelemente 2,3 abschnittsweise umgibt und sich in radialer Richtung an der Zylinderbohrungswand 25 abstützt .

Die Figuren 4 und 5 zeigen Federkennlinien in einem Kraft- Weg-Diagramm, in dem jeweils der Federweg x entlang der Wirkachse 11 gegen die Rückstellkraft F aufgetragen ist. In Figur 4 sind zwei Federkennlinien ki,k₂ für die erste

Ausführungsvariante der Erfindung analog zu Figur 2

abgebildet. Da sich die beiden Federelemente 2,3 an jeweils einer Seite des Kolbens 7, an den Stützabschnitten 19,20, am Kolben 7 abstützen, entspricht die zweite Federkennlinie k₂ jener Einbausituation, in der die Federelemente 2,3 nicht vorgespannt sind. Wird der Kolben 7 entlang der

Wirkachse 11 aus der Ausgangsstellung bewegt, so baut sich eine ausschließlich von der Federkonstanten des jeweiligen ausgelenkten Federelements 2,3 abhängige Rückstellkraft F auf. Die erste Federkennlinie ki beschreibt hingegen eine Einbausituation, in der die Federelemente 2,3 gegen den Kolben 7 vorgespannt sind. Dadurch ergibt sich ein Bereich mit erhöhter Federkonstante bei geringen Federwegen x, da die beiden Federelemente 2,3 bis zum Erreichen der

Vorspannkraft F_v parallel geschaltet sind, also so lange bis der Federweg x so groß wird, dass eines der Federelemente 2,3 sich nicht weiter ausdehnt. In diesem Bereich entspricht die Ersatzfederkonstante der Summe der Federsteifigkeiten der einzelnen Federelementen 2,3. Bei einer Belastung größer der Vorspannkraft F_v wird nur mehr eines der Federelemente 2,3 verformt, sodass die erste Federkennlinie ki nach einem Knick nur mehr von der Federsteifigkeit des verformten

Federelements 2,3 abhängig ist. Im vorliegenden Fall, bei dem die Federkonstanten der Federelemente 2,3 für beide

Federkennlinien ki,k₂ gleich groß sind, verlaufen sie daher bei großen Federwegen x parallel zueinander.

In Figur 5 ist eine dritte Federkennlinie k₃ abgebildet, die sich auf die zweite Ausführungsvariante bezieht, bei der die beiden Federelemente 2,3 entkoppelt sind und sich nur im Belastungsfall am Kolben 7 abstützen, in der Ausgangsstellung jedoch am Anschlag 24. Daher wird ein Federelement 2,3 erst um einen Federweg x ausgelenkt, wenn die auf das

Federelement 2,3 wirkende Kraft, welche gleich groß ist wie die von den Federelementen 2,3 ausgeübte Rückstellkraft F, größer ist als die Vorspannkraft F_v.

Bezugszeichenliste :

1 Federungs orrichtung

2 erstes Federelement

3 zweites Federelement

4 Führungsteil

5 geführter Teil

6 Zylinder

7 Kolben

8 Kolbenstange

9 Längsachse des Schienenfahrzeugs

10 Querrichtung des Schienenfahrzeugs

11 Wirkachse

12 erster Wagenkasten

13 zweiter Wagenkasten

14 Gelenks erbindung

15 erste Verbindungsstelle

16 zweite Verbindungsstelle

17 unterer Abschnitt

18 oberer Abschnitt

19 erster Stützabschnitt

20 zweiter Stützabschnitt

21 erster Kontaktabschnitt

22 zweiter Kontaktabschnitt

23 Verschlussplatte

24 Anschlag

25 Zylinderbohrungswand

26 erster Federtopf

27 zweiter Federtopf

X Federweg

F Rückstellkraft

F_v Vorspannkraft

Federkennlinie

Claims

Patentansprüche

1. Federungsvorrichtung (1) zur gegenseitigen Abstützung eines ersten Wagenkastens (12) und eines zweiten

Wagenkastens (13) eines Schienenfahrzeugs, mit einer Wirkachse (11), welche normal zu einer Längsachse (9) des Schienenfahrzeuges parallel zu einer Querrichtung (10) ausgerichtet ist,

wobei der erste Wagenkasten (12) mit dem zweiten

Wagenkasten (13) über eine Gelenksverbindung (14) verbunden ist, welche Gelenksverbindung (14) zumindest eine Wankbewegung zwischen den Wagenkästen (12,13) um die Längsachse (9) des Schienenfahrzeuges zulässt,

wobei die Federungsvorrichtung (1) eine erste

Verbindungsstelle (15) sowie eine zweite

Verbindungsstelle (16) zur Verbindung mit den

Wagenkästen (12,13) aufweist,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Federungsvorrichtung (1) eine um einen Nullpunkt beidseitig annähernd gleichwirkende

Federungsvorrichtung (1) mit zumindest zwei

Federelementen (2,3) ist, wobei die Federelemente (2,3) derart angeordnet sind, dass sich bei einer Belastung der Federungsvorrichtung (1) in beiden Richtungen längs der

Wirkachse (11) in jeweils zumindest einem der Federelemente (2,3) eine den Wankbewegungen entgegen wirkende Rückstellkraft aufbaut.

2. Federungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, dass die Gelenksverbindung (14) an einem unteren Abschnitt (17) der Wagenkästen (12,13) und die Federungsvorrichtung (1) an einem oberen Abschnitt (18) der Wagenkästen (12,13) angeordnet ist.

3. Federungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Federungsvorrichtung (1) einen Führungsteil (4) und einen geführten Teil (5) umfasst, wobei der geführte Teil (5) parallel zur

Wirkachse (11) im Führungsteil (4) translatorisch

verschiebbar ist.

4. Federungsvorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch

gekennzeichnet, dass der geführte Teil (5) einen ersten Stützabschnitt (19) und einen zweiten Stützabschnitt (20) aufweist, wobei die Stützabschnitte (19,20) normal auf die Wirkachse (11) stehen und in entgegengesetzte Richtungen weisen und dass ein erstes Federelement (2) am ersten Stützabschnitt (19) und ein zweites Federelement (3) am zweiten Stützabschnitt (20) angeordnet ist und dass eine der Verbindungsstellen (15,16) vom geführten Teil (5) ausgebildet ist.

5. Federungsvorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch

gekennzeichnet, dass der Führungsteil (4) einen ersten

Kontaktabschnitt (21) und einen zweiten

Kontaktabschnitt (22) aufweist, wobei je ein

Kontaktabschnitt (21,22) einem Stützabschnitt (19,20) gegenüberliegend angeordnet ist und wobei je eines der

Federelemente (2,3) zwischen Kontaktabschnitt (21,22) und korrespondierendem Stützabschnitt (19,20) angeordnet ist und dass eine der Verbindungsstellen (15,16) vom

Führungsteil (4) ausgebildet ist.

6. Federungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der geführte Teil (5) als eine Kolbenstange (8) mit Kolben (7) und der

Führungsteil (4) als ein Zylinder (6) ausgebildet ist.

7. Federungsvorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch

gekennzeichnet, dass die Stützabschnitte (19,20) auf jeweils einer Stirnseite des Kolbens (7) ausgebildet sind.

8. Federungsvorrichtung (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der

Kontaktabschnitte (21,22) durch eine Verschlussplatte (23) des Zylinders (6) ausgebildet ist, welche

Verschlussplatte (23) den Zylinder (6), vorzugsweise jeweils endseitig, zumindest teilweise verschließt.

. Federungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (2,3) in einer Ausgangsstellung eine Vorspannung aufweisen.

0. Federungsvorrichtung (1) nach Anspruch 9, dadurch

gekennzeichnet, dass beide Federelemente (2,3) endseitig in einem Federtopf (26,27) gelagert sind,

wobei der Kolben (7) zwischen den beiden

Federtöpfen (26,27) positioniert ist

und wobei die Federtöpfe (26,27) in der Ausgangsstellung an einem im Zylinder (6) befestigten Anschlag (24) anliegen .

1. Federungsvorrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ausgangsstellung die

Stützabschnitte (19,20) des Kolbens (7) an den

Federtöpfen (26,27) anliegen.

2. Federungsvorrichtung (1) nach Anspruch 10 oder 11,

dadurch gekennzeichnet, dass die Federtöpfe (26,27) einen hülsenförmigen Abschnitt aufweisen, welcher sich an der Zylinderbohrungswand (25) abstützt und parallel zur

Wirkachse (11) in Richtung des dem entsprechenden

Stützabschnitts (19,20) gegenüberliegenden

Kontaktabschnitts (21,22) erstreckt.