[0001] Die Erfindung betrifft eine Abstützung von Schienenfahrzeugen mittels Luftfedersysteme,
die jeweils aus einer Luftfeder sowie einer Zusatzfeder, vorzugsweise einer Gummizusatzfeder,
bestehen, einzeln oder mehrfach zwischen dem Wagenkasten und den Laufwerken vorgesehen
sind und die Querfederung und die Ausdrehung des Fahrzeuges übernehmen.
[0002] Es ist ganz allgemein bekannt, Wagenkästen von Schienenfahrzeugen über Luftfedersysteme
auf den Laufwerken abzustützen. Diese Luftfedersysteme dienen hauptsächlich der vertikalen
Fahrzeugfederung, werden aber aus ökonomischen Erwägungen überwiegend zugleich für
die Querfederung des Fahrzeuges und die Ausdrehbewegung des Laufwerkes benutzt. Um
die Fahrsicherheit/ Entgleisungssicherheit des Fahrzeuges auch bei einem eventuellen
Ausfall der Luftfeder zu gewährleisten, ist das Luftfedersystem im allgemeinen als
eine Reihen- und/ oder Parallelschaltung von Luft- und Gummizusatzfeder aufgebaut.
Infolge der hohen und sehr komplexen Beanspruchung des Luftfedersystems ist es praktisch
unmöglich, eine sowohl für die vertikale Federung als auch für die horizontale Federung
und Ausdrehcharakteristik jeweils optimale Gestaltung und Auslegung zu gewährleisten.
So kann zwar mit einer Halbbalgluftfeder und einer Gummischichtenfeder, als Zusatzfeder,
eine ausreichende Querweichheit erreicht werden, jedoch ist dieses System beim Ausdrehen
häufig nicht knicksteif und vertikal im Notfederbetrieb zu hart. Sicherlich ließen
sich diese Mängel durch Vergrößerung des Systems beseitigen, jedoch steht in den Laufwerken
der hierzu erforderliche Platz selten zur Verfügung. Zusatzfedern, welche knicksteif
und vertikal ausreichend weich sind, wie beispielsweise Konusfedern, bieten in Querrichtung
wiederum nur eine geringe Elastizität. Die Auslegung des Luftfedersystems hinsichtlich
Platzbedarf, vertikaler und horizontaler Federkonstante, Drehsteifigkeit, Setzungsverhalten,
Lebensdauer und anderes mehr stellt deshalb immer nur einen Kompromiß dar.
[0003] So ist ein Abstützsystem für Schienenfahrzeuge (WO 95/18743) bekannt, bei dem zur
Verbesserung der Quersteifigkeit und der kardanischen Beanspruchung bei Neigetechnik
vorgeschlagen wird, am oberen Ende der Gasfeder (Luftfeder) eine Kalottenfeder zusätzlich
anzuordnen. Dieser Lösung haftet der Nachteil an, daß die Kalottenfeder nicht nur
ihre Wirkung in der beabsichtigten Richtung entfaltet, sondern unerwünschte Auswirkungen
beziehungsweise Bedingungen beispielsweise auch in vertikaler Belastungsrichtung oder
bei der Drehung des Laufwerkes auftreten.
[0004] In jedem Fall verringert die zusätzliche Kalottenfeder die Knick- und die Drehsteifigkeit
des Federsystems insbesondere dann ganz erheblich, wenn gemäß Anspruch 2 unter der
Gasfeder eine Schichtfeder angeordnet ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß
die Wirkung der Kalottenfeder im gesamten Bewegungsbereich des Federsystems vorhanden
ist, das heißt, die verringerte Quersteifigkeit muß gegen Ende des Querfederweges
durch zusätzliche Bauteile wieder verhärtet werden, damit plötzliche, unangenehme
Anschläge vermieden werden.
[0005] Weiterhin ist auch allgemein bekannt, daß die Querfederkonstante eines Luftfederbalges
keine feste Größe ist, sondern beispielsweise neben dem Balginnendruck und der Bewegungsgeschwindigkeit
auch vom Querfederweg abhängig ist. Nachteiligerweise ist die Querfederung bei den
häufig vorkommenden kleinen Querausschlägen deutlich härter als bei den selteneren
großen Querfederwegen, was zu einer negativen Wirkung auf Fahrzeuglauf und Fahrkomfort
führt.
[0006] Der im Patentanspruch angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Abstützung
von Schienenfahrzeugen mittels Luftfedersysteme zu schaffen, welche eine geringe Querfedercharakteristik
des Fahrzeuges bei kleinen Querfederwegen gewährleistet und die keine nachteiligen
Wirkungen auf die vertikale Federung und die Drehung des Laufwerkes hervorruft.
[0007] Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, indem zwischen dem Luftfedersystem
und dem Laufwerk eine Rolleinrichtung mit quer zum Fahrzeug orientierter Rollrichtung
angeordnet ist, deren wirksamer Radius R annähernd gleich oder größer der Höhe des
Luftfedersystems und deren Rollbereich definiert begrenzt ist. Des weiteren ist erfindungsgemäß,
daß die Rolleinrichtung durch eine an der unteren Abstützfläche des Luftfedersystems
oder daran befindlicher Elemente angeordneten Rollplatte mit mittiger, gerundeter
Rollschneide und eine am Laufwerk angebrachten ebenen Gegenlagerfläche gebildet ist.
Weiterhin ist erfindungsgemäß, daß die Rollschneide nach beiden Seiten von tangierenden
ebenen Flächen begrenzt ist, deren Öffnungswinkel α den Rollbereich der Einrichtung
definiert und begrenzt. Es ist weiterhin erfindungsgemäß, daß die Rolleinrichtung
durch Anschläge und Leisten gegen ein Verdrehen, Verschieben und Abheben gesichert
ist.
[0008] Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung liegen insbesondere darin, daß weitgehend
herkömmliche und damit bewährte sowie kostengünstige Luftfedersysteme in Kombination
mit der Rolleinrichtung eine definierte Gestaltung des Querfederverhaltens ermöglichen.
Durch Wahl des Radius R der Rolleinrichtung und des Rollbereiches kann einerseits
die Größe der Querfedercharakteristik und andererseits der Bereich der Beeinflussung
den speziellen Anforderungen jedes Fahrzeuges einfach angepaßt werden. Die Lösung
ist auch deshalb so vorteilhaft, weil ausschließlich in der gewünschten Richtung die
positive Wirkung auftritt, ohne dabei die vertikale Feder- und horizontale Ausdrehcharakteristik
zu beeinflussen. Die geringe Bauhöhe der Einrichtung gewährleistet zudem den problemlosen
Einsatz auch bei Laufwerken mit beschränkten Platzverhältnissen.
[0009] Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
Hierbei zeigen die Zeichnungen in
- Fig. 1:
- einen Querschnitt durch ein Luftfedersystem mit einer Rolleinrichtung in Mittelstellung
- Fig. 2:
- einen Querschnitt durch ein Luftfedersystem mit der Rolleinrichtung in Ausschlagsstellung
- Fig. 3:
- eine Draufsicht auf die Rolleinsichtung im Schnitt A-A nach Fig. 1
[0010] Der Wagenkasten 1 stützt sich in nicht näher dargestellter, aber allgemein üblicher
Anordnung über symmetrisch zur Laufwerkmitte angeordnete Luftfedersysteme 2 auf dem
Laufwerk 3 ab.
[0011] Dabei kann es sich sowohl um zwei als auch um mehrere Luftfedersysteme 2 pro Laufwerk
3 handel. Gemäß Fig. 1 besteht das Luftfedersystem 2 aus der Luftfeder 4, hier als
Halbbalg vorgesehen, und der Gummizusatzfeder 5, hier als Konusfeder ausgeführt. Der
Halbbalg ist notwendig, weil neben der Querbewegung auch die Ausdrehbewegungen bei
Bogenfahrten vom Balg aufgenommen werden müssen. Die Konusfeder wurde wegen der vergleichsweise
großen vertikalen Elastizität bei vorhandener Knicksteifigkeit ausgewählt. Unterhalb
des Luftfedersystems 2 ist die Rolleinrichtung 6 angeordnet, deren Rollschneide 7
in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet ist. Im einzelnen besteht die Rolleinrichtung
6 aus einer an der Gummizusatzfeder 5 befestigten Rollplatte 8 und einer am Laufwerk
3 befindlichen ebenen Gegenlagerfläche 9. Die Rollschneide 7, mittig an der Rollplatte
8 ausgebildet, besitzt einen Radius R, der annähernd gleich oder größer der Höhe des
Luftfedersystems 2 ist, wobei auch zur Erzeugung einer Progression dieser Radius mit
zunehmendem Queranschlag größer werden kann. Die spezielle Auslegung richtet sich
nach der zu erreichenden Elastizität der Querfederung des Wagenkastens 1. Beiderseitig
der Rollschneide 7 sind an der Rollplatte 8 ebene Flächen 10 unter einem Öffnungswinkel
α angeordnet, die den Rollbereich der Abstützung definieren und begrenzen. Die Fig.
1 zeigt die gesamte Abstützung für den Fall eines stehenden Schienenfahrzeuges im
geraden Gleis, das heißt, einer Belastung der Abstützung mit ausschließlich vertikalen
Kräften. Dabei nehmen alle Bauteile ihre symmetrische Mittellage ein.
[0012] Wirken während der Fahrt Seitenkräfte auf das Schienenfahrzeug ein, kommt es zwischen
dem Wagenkasten 1 und dem Laufwerk 3 zu einer Seitenverschiebung Sy, die durch eine
Verformung beziehungsweise Bewegung der Luftfeder 4, der Gummizusatzfeder 5 und der
Rolleinrichtung 6 hervorgerufen wird. Entsprechend der Ausbildung des Öffnungswinkels
α wird beim Erreichen bestimmter Seitenkräfte die Bewegungsmöglichkeit der Rolleinrichtung
6 durch die ebenen Flächen 10 begrenzt. Die Seitenverschiebung Sy des Wagenkastens
1 sollte in diesem Fall ca. 25 % des maximalen Weges betragen. Die weitere Querbewegung
erfolgt jetzt nur noch durch das Luftfedersystem 2, eventuell in Verbindung mit weiteren
elastischen Queranschlägen. Diese Situation ist in der Fig. 2 dargestellt. Durch eine
derartige erfindungsgemäße Ausbildung der Abstützung kann bei kleinen Querbewegungen
eine weiche Querfedercharakteristik mit einer sich daran anschließenden, definierten
Progression erzielt werden. Im Betriebseinsatz ist zu gewährleisten, daß die Rolleinrichtung
6 in der beabsichtigten Anordnung erhalten bleibt, wofür gemäß Fig. 3 die formschlüssige
Ausbildung der Rollplatte 8 in Verbindung mit entsprechenden Anschlägen 11 gegen Verdrehen
und Verschieben gewählt wurde. Eine zusätzliche Leiste 12 gewährleistet darüberhinaus
auch die Sicherung gegen ein Abheben der Rollplatte 8.
Bezugszeichenliste
[0013]
- 1
- Wagenkasten
- 2
- Luftfedersystem
- 3
- Laufwerk
- 4
- Luftfeder
- 5
- Gummizusatzfeder
- 6
- Rolleinrichtung
- 7
- Rollschneide
- 8
- Rollplatte
- 9
- Gegenlagerfläche
- 10
- ebene Flächen
- 11
- Anschläge
- 12
- Leisten
- α
- Öffnungswinkel
- Sy
- Seitenverschiebung
- R
- wirksamer Radius
1. Abstützung von Schienenfahrzeugen mittels Luftfedersysteme, die jeweils aus einer
Luftfeder sowie einer Zusatzfeder, vorzugsweise einer Gummizusatzfeder, bestehen und
einzeln oder mehrfach zwischen dem Wagenkasten und den Laufwerken vorgesehen sind,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Luftfedersystem (2) und dem Laufwerk (3)
eine Rolleinrichtung (6) mit quer zum Fahrzeug orientierter Rollrichtung angeordnet
ist, deren wirksamer Radius R annähernd gleich oder größer der Höhe des Luftfedersystems
(2) ist und deren Rollbereich definiert begrenzt ist.
2. Abstützung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rolleinrichtung (6) durch
eine an der unteren Abstützfläche des Luftfedersystems (2) oder daran befindlicher
Elemente angeordneten Rollplatte (8) mit mittiger, gerundeter Rollschneide (7) und
eine am Laufwerk (3) angebrachten ebenen Gegenlagerfläche (9) gebildet ist.
3. Abstützung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollschneide (7)
nach beiden Seiten von tangierenden ebenen Flächen (10) begrenzt ist, deren Öffnungswinkel
α den Rollbereich der Einrichtung definiert und begrenzt.
4. Abstützung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rolleinrichtung (6) durch
Anschläge (11) und Leisten (12) gegen ein Verdrehen, Verschieben und Abheben gesichert
ist.