[0001] Die Erfindung betrifft elastische Lager für die pleuelartigen Lenker für Achslagerungen
der in Fig. 1 der beigefügten Zeichnung schematisch dargestellten Art an Schienenfahrzeugen
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
[0002] Derartige Lager werden in großem Umfang zur federnd vertikal beweglichen Abstützung
der Achsen von Schienenfahrzeugen gegenüber dem Fahrzeugrahmen - insbesondere gegenüber
den Drehgestellrahmen solcher Fahrzeuge - verwendet. Dabei sind die besagten pleuelartigen
Lenker zum einen für die laufstabile Führung der Fahrzeugachsen in Längs- und Querrichtung
verantwortlich, und zum andern ermöglichen sie deren federnde Auslenkung in Vertikalrichtung.
Zur Erzielung einer optimalen Fahrstabilität der Fahrzeuge - auch bei hohen Fahrgeschwindigkeiten
- muß daher die elastische Lagerung der Lagerachsen der Pleuel in den Lageraugen der
Pleuel bezüglich axialer und radialer Auslenkungen und insbesondere bezüglich kardanischer
Auslenkungen um den Lagermittelpunkt verhältnismäßig hart, dagegen bezüglich Torsionsbewegungen
möglichst weich sein.
[0003] Diesen Forderungen wurden die bisher an den in Rede stehenden pleuelartigen Lenkern
verwendeten elastischen Lager nur in unbefriedigender Weise gerecht. Die die elastischen
Eigenschaften der bekannten Pleuellager bestimmenden Federelemente waren nämlich als
Gummikörper ausgebildet, die rotationssymetrisch zylindrisch oder annähernd zylindrisch
zwischen Lagerachse und Lagerauge des Pleuels angeordnet waren und insbesondere bezüglich
kardanischer Auslenkungen keine ausreichende Steifheit aufwiesen und den stetig steigenden
Anforderungen nicht mehr genügten.
[0004] Es stellte sich daher die Aufgabe, ein elastisches Lager für die pleuelartigen Lenker
an Achslagerungen der eingangs genannten Art an Schienenfahrzeugen aufzuzeigen, das
unter Vermeidung der Nachteile der bekannten Lager und unter Berücksichtigung der
vorgegebenen Einbauverhältnisse eine optimale Achsführung gewährleistet, indem es
die o.a. Forderungen erfüllt.
[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein gattungsgemäßes elastisches Lager gelöst,
das die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale aufweist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in
den Patentansprüchen 2 bis 8 angegeben.
[0006] Durch die erfindungsgemäße etwa doppelkegelige Gestaltung und Anordnung der gummielastischen
Federkörper und ihre Zentrierung auf den Lagermittelpunkt wird erreicht, daß die bei
herkömmlichen Lagern besonders schwer beherrschbaren kardanischen Auslenkungen jeweils
in Richtung der Flächennormalen auf die konischen Mantelflächen der gummielastischen
Federkörper einwirken und dabei die Flächenbindung zwischen den Federkörpern und den
mit diesen verbundenen Metallteilen gleichmäßig vollflächig belasten. Hierdurch werden
örtliche Belastungsüberhöhungen, die im Dauerbetrieb zur Zerstörung des Gummis oder
zur Lösung der Gummi/Metall- Bindung und damit zum Defekt des Lagers führen können,
vermieden.
[0007] In vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung liegen die Scheitel der gedachten
kegeligen Mittelflächen der beiden gummielastischen Federkörper, auf der der Rotationssymmetrieachse
des Lagers entsprechenden Lagermittellinie nicht mehr als 10 % der axialen Breite
des elastischen Lagers auseinander. Vorzugsweise fallen die beiden Scheitel im Lagermittelpunkt
zusammen.
[0008] In der praktischen Ausführung hat es sich als vorteilhaft erwiesen für den Scheitelwinkel
der gedachten kegeligen Mittelflächen der beiden gummielastischen Federkörper ebenso
wie für denjenigen ihrer inneren und äußeren kegelmantelförmigen Oberflächen einen
Wert von 60 bis 90° zu wählen. Vorzugsweise besitzt dieser Winkel einen Wert von 70
bis 80°.
[0009] In die Federkörper der erfindungsgemäßen Lager sind zur Erzielung der angestrebten
extrem hohen Härte gegenüber kardanischen Auslenkungen vorzugsweise Zwischenbleche
in Form von zu den konischen Innen- und Außenflächen der Federkörper flächenparallelen
konischen Ringen haftend eingelagert. Um die Federkörper gleichmäßig zu belasten,
nimmt die axiale Breite dieser Ringe wie auch diejenige der Federkörper von innen
nach außen ab und ist ebenso wie die axiale Breite der konischen Außen- bzw. Innenflächen
der metallischen Anschlußteile der Federkörper jeweils so bemessen, daß sich gleiche
kraftübertragende Haftflächen zu den benachbarten Gummischichten des Federkörpers
ergeben, während die Dicke der so erzeugten Gummischichten der Federkörper von innen
nach außen abnehmend insbesondere so gewählt ist, daß alle Gummischichten den gleichen
Formfaktor aufweisen.
[0010] Die beigefügte Zeichnung erläutert die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen
bzw. Prinzipdarstellungen; es zeigen:
- Figur 1
- die schematische Darstellung einer der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Achslagerung
von Schienenfahrzeugen,
- Figur 2
- einen pleuelartigen Längslenker einer solchen Achslagerung links im Axialschnitt und
rechts in der Draufsicht,
- Figur 3
- links den Querschnitt III'-III' und rechts die seitliche Außenansicht III-III gemäß
Figur 2,
- Figur 4 und Figur 5
- bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Lagers in Axialschnitten entsprechend
der linken Seite von Figur 2.
[0011] Wie die Prinzipdarstellung einer Achslagerung von Schienenfahrzeugen in Figur 1 zeigt,
ist das die Radachse 3 aufnehmende Radachslager 4 über Federn 5 an dem durch eine
Schraffur angedeuteten Fahrzeug- bzw. Drehgestell- Rahmen abgestützt. Zur Führung
des Radachslagers 4 in Längs-, Quer- und Vertikalrichtung dienen zwei pleuelartige
Lenker 1, die jeweils über elastische Lager 2 einerseits mit dem Radachslager 4 und
andererseits mit dem Fahrzeug- bzw. Drehgestellrahmen verbunden sind.
[0012] Wie in Figur 2 erkennbar ist, enthält jeder der pleuelartigen Lenker 1 zwei Lageraugen
7, in die je ein erfindungsgemäßes elastisches Lager 2 eingesetzt ist. Die jeweilige
Lagerachse 6 stützt sich über zwei in axial spiegelverkehrter Ausrichtung koaxial
in das Lagerauge 7 eingesetzte und gegeneinander axial vorgespannte Lagerbuchsen 8
in diesem ab. Die Lagerbuchsen 8 bestehen jeweils aus einem Innenteil 8.1 und einem
Außenteil 8.2 sowie einem Federkörper 8.3, wobei die Außenfläche 8.11 des Innenteils
8.1 und die Innenfläche 8.21 des Außenteils 8.2 mit dem aus einem gummielastischen
Werkstoff gebildeten Federkörper 8.3 zusammenvulkanisiert sind. Die Federkörper 8.3
sind konisch ausgebildet, und ihre gedachten Mittelflächen F1, F2 liegen auf Kegelmänteln,
deren Scheitel S1, S2 nach der besagten Axial-Vorspannung der Lagerbuchsen im unmittelbaren
Bereich des Lagermittelpunktes M liegen und die den gleichen Scheitelwinkel α aufweisen.
[0013] Aufgrund des geringen Abstandes der Scheitel S1, S2 der gedachten kegeligen Mittelflächen
F1, F2 der Federkörper 8.3 bewirkt eine kardanische Auslenkung der Lagerachse 6 um
den Lagermittelpunkt M eine Belastung der Federkörper 8.3 jeweils annähernd in Richtung
der Flächennormalen ihrer konischen Mantelflächen. Diese vorteilhafte Belastungseinleitung
in die Federkörper 8.3 wird optimiert, wenn die Scheitel S1, S2 im Lagermittelpunkt
M zusammenfallen, wie die Darstellungen der bevorzugten Ausführungsformen gemäß Figur
4 und Figur 5 ohne weiteres zeigen.
[0014] Die Figuren 3, 4 und 5 bedürfen nach dem vorstehend Gesagten keiner weiteren Erläuterung
bis auf die Tatsache, daß in Figur 5 die Federkörper 8.3 durch einvulkanisierte Zwischenbleche
in Form von konischen Ringen 8.31 unterteilt sind, wodurch ihre den kardanischen Auslenkungen
der Lagerachse 6 entgegenwirkende Härte erhöht wird.
[0015] Ergänzend zu der erfindungsgemäßen konstruktiven Optimierung der gattungsgemäßen
elastischen Lager, hat der Fachmann es in der Hand, diese in üblicher Weise - insbesondere
durch Auswahl von Gummimischungen geeigneter Härte für die Federkörper 8.3 - an die
Erfordernisse des jeweiligen Einsatzfalles anzupassen. Vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung können darin bestehen, die konischen Federkörper 8.3 nicht vollständig
rotationssymmetrisch auszubilden, sondern so, daß sie in Abhängigkeit von den in den
verschiedenen radialen Richtungen auf sie einwirkenden unterschiedlichen statischen
bzw. dynamischen Kräften sektorenmäßig unterschiedliche Härte und/oder Dämpfung aufweisen.
Zu diesem Zweck können die Federkörper 8.3 sektorenmäßig aus unterschiedlichen Gummimischungen
aufgebaut sein, und/oder sie weisen eine nicht rotationssymmetrische, sektorenmäßig
unterschiedliche Raumform - insbesondere mit sektorenartigen Aussparungen - auf.
[0016] Mit der vorliegenden Erfindung wird ein elastisches Lager geschaffen, das Achslagerungen
nach Figur 1 von Schienenfahrzeugen - vor allem bezüglich der einwandfreien Achsführung
- entscheidend verbessert. Aber auch bezüglich des Vertikal-Federverhaltens in Verbindung
mit den Fahrzeugfedern 5 und damit im Hinblick auf den gesamten Federungskomfort der
Fahrzeuge sowie auf die Verschleißfestigkeit und Lebensdauer sowohl des Lagers selbst
als auch der gesamten Achslagerung werden erhebliche Verbesserungen erzielt.
1. Elastisches Lager für pleuelartige Lenker an Achslagerungen von Schienenfahrzeugen
mit zwischen der Lagerachse (6) und dem Lagerauge (7) des Lenkers (1) angeordneten
und diese gegeneinander abstützenden, zur Lagerachse (6) koaxialen Federelementen,
dadurch gekennzeichnet,
- daß als Federelement zwei Gummi/Metall-Lagerbuchsen (8) vorgesehen sind,
- die jeweils ein metallisches Innenteil (8.1) und ein metallisches Außenteil (8.2.)
sowie einen den Ringspalt zwischen Innen- und Außenteil ausfüllenden und mit diesen
Teilen verbundenen gummielastischen Federkörper (8.3) aufweisen,
- und daß diese Lagerbuchsen (8) in zueinander axial spiegelverkehrter Ausrichtung
koaxial zur Lagerachse beiderseits in das Lagerauge (7) eingesetzt
- und kraft- und/oder formschlüssig unverdrehbar über ihre Außenteile (8.2) mit dem
Lagerauge (7) und über ihre Innenteile (8.1) mit der Lagerachse (6) verbunden und
gegeneinander axial vorgespannt sind,
- wobei die Außenflächen (8.11) der Innenteile (8.1) und die Innenflächen (8.21) der
Außenteile (8.2) der Lagerbuchsen ebenso wie die Innen- bzw. Außenflächen der zwischen
diesen Teilen angeordneten gummielastischen Federkörper (8.3) konisch ausgebildet
sind, derart daß ihr Radius proportional zum axialen Abstand vom Lagermittelpunkt
(M) zunimmt,
- und wobei die Scheitel (S1, S2) der gedachten kegeligen Mittelflächen (F1,F2) der
beiden Federkörper (8.3) im Bereich des Lagermittelpunktes (M) auf der Lagermittellinie
(A) liegen.
2. Elastisches Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Scheitel
(S1, S2) der gedachten kegeligen Mittelflächen (M1, M2) auf der Lagermittellinie (A)
höchstens 10 % der axialen Breite (B) des elastischen Lagers beträgt.
3. Elastisches Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gedachten kegeligen
Mittelflächen (F1, F2) der beiden Federkörper (8.3) einen Doppelkegel bilden, dessen
Scheitel im Lagermittelpunkt (M) liegt.
4. Elastisches Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
Scheitelwinkel (α) der gedachten kegeligen Mittelflächen (F1, F2) der beiden Federkörper
(8.3) einen Wert von 60 bis 90 ° besitzt.
5. Elastisches Lager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Scheitelwinkel
(α) einen Wert von 70 bis 80 ° besitzt.
6. Elastisches Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in
die Federkörper (8.3) Zwischenbleche in Form von zu den konischen Flächen (8.11, 8.21)
der Innen- und Außenteile (8.1, 8.2) flächenparallelen konischen Ringen (8.31) haftend
eingelagert sind, die die Federkörper (8.3) in mehrere Gummischichten unterteilen,
wobei die axiale Breite dieser Ringe (8.31) wie auch diejenige der Federkörper (8.3)
von innen nach außen abnimmt und ebenso wie die axiale Breite der konischen Außen-
bzw. Innenflächen (8.11, 8.21) der Innen- und Außenteile (8.1, 8.2) jeweils so bemessen
ist, daß sich gleiche kraftübertragende Haftflächen zu den benachbarten Gummischichten
des Federkörpers (8.3) ergeben, und wobei die Dicke der so erzeugten Gummischichten
der Federkörper (8.3) von innen nach außen abnehmend insbesondere so gewählt ist,
daß die Gummischichten alle den gleichen Formfaktor aufweisen.
7. Elastisches Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Federkörper (8.3) in Abhängigkeit von den in radialer Richtung auf sie einwirkenden
statischen bzw. dynamischen Kräften sektorenmäßig mit unterschiedlicher Härte und/oder
Dämpfung ausgebildet sind.
8. Elastisches Lager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkörper (8.3)
sektorenartige Aussparungen aufweisen.