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EP 0 794 099 B1 |
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EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
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Hinweis auf die Patenterteilung: |
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29.03.2000 Patentblatt 2000/13 |
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Anmeldetag: 07.12.1996 |
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Abstützung von Schienenfahrzeugen mittels Luftfedersystemen
Support of railway vehicles by air spring systems
Appui de véhicules ferroviaires par systèmes à ressort pneumatique
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Benannte Vertragsstaaten: |
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AT CH DE ES FR IT LI PT |
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Priorität: |
04.03.1996 DE 19608179
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(43) |
Veröffentlichungstag der Anmeldung: |
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10.09.1997 Patentblatt 1997/37 |
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Patentinhaber: DWA Deutsche Waggonbau GmbH |
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12526 Berlin (DE) |
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Erfinder: |
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- Kahl, Siegfried, Dipl.-Ing.
02827 Görlitz (DE)
- Menzel, Karl-Heinz
02827 Görlitz (DE)
- Zähr, Hans-Jochim, Dipl.-Phys.
02828 Görlitz (DE)
- Wiessner, Manfred, Prof. Dr.-Ing. habil.
02829 Emmerichswalde (DE)
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Vertreter: Hanisch, Jürgen |
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DWA Deutsche Waggonbau GMBH,
Christoph-Lüders-Strasse 24 02826 Görlitz 02826 Görlitz (DE) |
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Entgegenhaltungen: :
WO-A-95/18734 DE-B- 1 083 299
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DE-A- 1 580 691
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Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die
Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen
das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich
einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr
entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die Erfindung betrifft eine Abstützung für Schienenfahrzeuge, mittels Luftfedersystem,
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 95/18734) 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. 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
a 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.
[0011] 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
[0012]
- 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 für Schienenfahrzeuge, mittels Luftfedersystem, die jeweils aus einer Luftfeder
(4) sowie einer Zusatzfeder, vorzugsweise einer Gummizusatzfeder (5), bestehen und
einzeln oder mehrfach zwischen dem Wagenkasten (1) und den Laufwerken vorsehbar 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) anbringbaren 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.
1. Support of railway vehicles using air spring systems consisting of an air spring (4)
and an additional spring respectively, the latter one being preferably of the rubber
spring type (5), which can be installed both individually or in a multiple mode between
the car body (1) and the running gears and which are characterised by the fact that
a roller device (6) is arranged between the air spring system (2) and the running
gear (3), the rolling direction of said roller device being oriented transversally
towards the vehicle, the effective radius ( R ) of said roller device being as big
as or bigger than the height of the air spring system (2), its rolling range being
limited by definition.
2. Support according to claim 1, characterised by the fact that the roller device (6)
is formed by a rolling plate (8) arranged at the lower support surface of the air
spring system (2), which may be completed by additional elements, the rolling plate
having a centric, rounded out rolling edge (7) and by a plane surface of a counter
bearing (9) which may be installed at the running gear (3).
3. Support according to claims 1 and 2, characterised by the fact that the rolling edge
(7) is limited towards both sides by tangential plane surfaces (10), whose opening
angle (α) defines and limits the rolling range of the device.
4. Support according to claim 1, characterised by the fact that the roller device (6)
is secured by limit stops (11) and limit bars (12) against any distortions, as well
as against any shifting and lifting.
1. Appui de véhicules ferroviaires utilisant un système à ressort pneumatique, et comportant
respectivement un ressort pneumatique (4) ainsi qu'un ressort auxiliaire, étant de
préférence un ressort auxiliaire en caoutchouc (5), susceptible d'être installés individuellement
où de façon multiple entre la caisse de voiture (1) et les organes de roulement, caractérisés
par le fait qu'un dispositif de roulement (6), étant arrangé de sorte que sa direction
de roulement est orientée transversalement à la voiture, est installé entre le système
à ressort pneumatique (2) et l'organe de roulement (3); le rayon effectif ( R ) du
dit dispositif de roulement étant approximativement aussi grand que où plus grand
que la hauteur du système à ressort pneumatique (2), la marge de roulement duquel
étant limitée par définition.
2. Appui selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le dispositif de roulement
(6) est formé d'une plaque de roulement (8) arrangée à la face inférieure d'appui
du système à ressort pneumatique, pouvant être complété par des éléments y installés,
ladite plaque de roulement ayant une arête de roulement (7) centrée et arrondie, et
une surface de contrebutée (9) plane, pouvant être installée à l'organe de roulement
(3).
3. Appui selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'arête de roulement
(7) est limitée vers les deux côtés par des surfaces (10) tangentes planes, dont l'angle
d'ouverture (α) définit et limite la marge de roulement du dit dispositif.
4. Appui selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le dispositif de roulement
(6) est assuré par des arrêts (11) et des rebords (12) contre des distorsions, des
dislocations et des décollements.