Die Erfindung betrifft eine Pendelstütze, die zur Abstützung eines Wagenkastens an einem Drehgestell, insbesondere an einem Drehgestell eines schienengebundenen Fahrzeugs, vorgesehen ist und die die Merkmale aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 aufweist.
Eine solche Pendelstütze ist aus der DE 198 42 145 A1 (siehe Ausführungsbeispiel nach Figur 5) bekannt und umfaßt ein oberes rahmenartiges Stützenteil und ein unteres rahmenartiges Stützenteil und ein mittleres Stützenteil. Die beiden rahmenartigen Stützenteile sind von ihrer Form her verschieden voneinander. Das eine rahmenartige Stützenteil greift als inneres Stützenteil in Richtung einer Mittelachse in das andere, äußere Stützenteil axial hinein. Auf diese Weise können sich das obere und das untere Stützenteil axial jeweils über eine horizontale Mittelebene der Pendelstütze hinauserstrecken und dadurch besonders formstabil gemacht werden. Das mittlere Stützenteil ist bei der betrachteten bekannten Pendelstütze ebenfalls rahmenartig ausgebildet, kann jedoch gegebenenfalls, wie in der DE 198 42 145 A1 auch gezeigt, aus zwei bezüglich der Mittelachse gegenüberliegend angeordneten Einzelstützteilen bestehen.
Beide rahmenartigen Stützenteile weisen jeweils bezüglich der Mittelachse einander gegenüberliegende erste Abrollflächen zum Abrollen auf Gegenflächen eines unverschwenkbaren ersten bzw. zweiten Auflageteils und, um 90 Grad dazu versetzt, zweite Abrollflächen zum Abrollen auf Gegenflächen des mittleren Stützenteils auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pendelstütze mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so weiterzuentwickeln, daß bei begrenzter Baugröße die Formstabilität noch verbessert ist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine Pendelstütze mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff zusätzlich mit den Merkmalen aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 ausgestattet ist. Danach sind die rahmenartigen Stützenteile in einem Schnitt parallel zur Mittelachse und parallel zu den Mantellinien der ersten Abrollflächen jeweils L-förmig mit einem in Richtung der Mittelachse verlaufenden aufrechten Schenkel, der den aufrechten Schenkel des jeweils anderen rahmenartigen Stützenteils axial übergreift, und mit einem senkrecht zur Mittelachse verlaufenden liegenden Schenkel ausgebildet. Durch den liegenden Schenkel wird eine hohe Formstabilität der rahmenartigen Stützenteile erhalten, ohne daß sich die Ausdehnung der Pendelstütze in Richtung der Mittelachse vergrößern würde. Die ersten Abrollflächen befinden sich im wesentlichen in Verlängerung der aufrechten Schenkel der rahmenartigen Stützenteile, so daß die Belastung durch das Gewicht des Wagenkastens günstig aufgenommen wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Pendelstütze kann man den Unteransprüchen entnehmen.
Bevorzugt zeigt gemäß Patentanspruch 2 der liegende Schenkel des äußeren rahmenartigen Stützenteil nach innen zur Mittelachse hin und der liegende Schenkel des inneren rahmenartigen Stützenteil nach außen von der Mittelachse weg. Dadurch baut die erfindungsgemäße Pendelstütze auch in eine Richtung senkrecht zur Mittelachse nicht groß.
Um das Abrollen zwischen den rahmenartigen Stützenteilen und den Auflageteilen mit hoher Sicherheit zu gewährleisten, greifen diese Teile mit Verzahnungselementen ineinander. Zur Begrenzung der Baugröße trägt nun auch bei, wenn die Verzahnungselemente gemäß Patentanspruch 3 angeordnet sind und sich am inneren Stützenteil radial außerhalb und am äußeren Stützenteil radial innerhalb der ersten Abrollflächen befinden.
Das mittlere Stützenteil ist gemäß Patentanspruch 5 vorteilhafterweise durch zwei identische Einzelstützteile gebildet ist, die axial zwischen den liegenden Schenkeln der rahmenartigen Stützenteile angeordnet sind und sich in zwei Taschen befinden, die an sich bezüglich der Mittelachse diametral gegenüberliegenden Stellen zwischen den aufrechten Schenkeln der rahmenartigen Stützenteile ausgebildet sind.
Es ist besonders günstig, wenn gemäß Patentanspruch 7 die beiden rahmenartigen Stützenteile durch sich seitlich der Taschen für die Einzelstützteile des mittleren Stützenteils befindliche Flächen in Richtung der Abrollbewegung zwischen ihnen und dem mittleren Stützenteil aneinander geführt sind. Bei dieser Ausbildung gehen im Vergleich zu einer Führung durch Anlage der Einzelstützteile sowohl am inneren als auch am äußeren rahmenartigen Stützenteil weniger Toleranzen in die Führung ein. Außerdem wird durch die Führung die Beweglichkeit zwischen den rahmenartigen Stützenteilen und den Einzelstützteilen des mittleren Stützenteils nicht eingeschränkt.
Sind die Mantellinien der Abrollflächen Geraden, so können an den seitlichen Kanten der die Abrollflächen aufweisenden Wälzteile hohe Spannungen im Material auftreten, da die Wälzteile aufgrund von Toleranzen und aufgrund von durch unterschiedliche Belastungen verursachte Formänderungen der Bauteile einer Pendelstütze nicht über ihre gesamte Breite gleich, sondern mehr oder weniger immer an den Seitenkanten tragen. Hohe Materialspannungen werden vermieden, wenn gemäß Patentanspruch 9 die Mantellinien von Abrollflächen leicht konvex gekrümmt sind. Zum Beispiel kann der Krümmungsradius einer Mantellinie 500 mm oder 800 mm betragen. Es genügt, wenn von einem Abrollflächenpaar nur eine Abrollfläche leicht gekrümmte Mantellinien aufweist. Die Mantellinien der anderen Abrollfläche können Geraden sein. Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 9 ist auch in Verbindung nur mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruch 1 mit Vorteilen verbunden.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Pendelstütze ist in den Zeichnungen dargestellt. Anhand dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.
Es zeigen
Die in den Figuren 1 und 4 bis 6 in ihrer Gesamtheit gezeigte Pendelstütze zur Abstützung eines Wagenkastens an einem Drehgestell eines schienengebundenen Fahrzeugs, z. B einer Straßenbahn, umfaßt eine Kolben-Zylinder-Einheit 10 und eine Pendelvorrichtung 11. Zwischen einem Drehgestell und einem Wagenkasten sind zwei derartige Pendelstützen angeordnet.
Die Kolben-Zylinder-Einheit 10 umfaßt einen Zylinder 12, der nach oben zum Wagenkasten hin offen ist, und einen Plungerkolben 13, der in dem Zylinder 12. druckmitteldicht geführt ist, in Richtung auf den Wagenkasten zu aus dem Zylinder 12 herausragt und in seiner äußeren Stirnseite eine Ringnut 14 aufweist, die ein entsprechendes Gegenstück des Wagenkastens aufnimmt. Der Zylinder 12 hat einen Zylinderkopf 15, der das obere Auflageteil für die Pendelvorrichtung 11 darstellt. Durch die Achse der Kolben-Zylinder-Einheit ist eine Mittelachse 16 der Pendelstütze definiert.
Deren Pendelvorrichtung 11 umfaßt ein oberes Stützenteil 21, ein unteres Stützenteil 22, das mit unteren, fest mit dem Drehgestell zu verbindenden Auflageteilen 24 zusammenwirkt, und ein mittleres Stützenteil 23, das aus zwei Einzelstützteilen 25 besteht, die sich zwischen dem oberen und dem unteren Stützenteil befinden. Als Einzelstützteile sind zwei gehärtete Rollen verwendet, wie eine in Figur 8 perspektivisch dargestellt ist. Am oberen Auflageteil 15 sind zwei ebene, gehärtete Wälzplatten 28 und an jedem der beiden unteren Auflageteile 24 ist eine ebene, gehärtete Wälzplatte 28 befestigt. Die beiden oberen Wälzplatten liegen sich genauso wie die beiden unteren Wälzplatten bezüglich der Mittelachse 16 diametral gegenüber, wobei der Abstand zwischen den beiden oberen Wälzplatten kleiner als zwischen den beiden unteren Wälzplatten ist und sich alle Wälzplatten 28 mit ihrer Mitte in derselben Axialebene befinden.
Die beiden Stützenteile 21 und 22 sind rahmenförmig ausgebildet und umgeben den Zylinder 12 radial in einem solchen Abstand, daß die Pendelvorrichtung 11 ohne Behinderung durch die Kolben-Zylinder-Einheit 10 die geforderten Auslenkungen ausführen kann. Insgesamt sind die Stützenteile 21 und 22 um eine Achse, die in der Neutralstellung der Pendelvorrichtung 11 mit der Mittelachse 16 zusammenfällt, zweifach symmetrisch ausgebildet. Die Rahmenform für die Stützenteile 21 und 22 ergibt sich dadurch, daß das Stützenteil 21 einen rahmenartigen Grundkörper 26 und das Stützenteil 22 einen rahmenartigen Grundkörper 27 aufweist. Beide Grundkörper sind einstückig ausgebildet und haben im wesentlichen eine Rechteckform.
Der Grundkörper 27 des unteren Stützenteils 22 hat einen sich in Richtung der Mittelachse 16 der Pendelvorrichtung erstreckenden Mantel 29, an den am unteren Ende ein nach innen zur Mittelachse 16 hin weisender Flansch 30 angeformt ist. In einem Schnitt durch eine Seite des Grundkörpers 27 ergibt sich deshalb an den meisten Stellen eine L-Form mit einem aufrechten, im Mantel liegenden, langen Schenkel und mit einem liegenden, im Flansch befindlichen, kurzen Schenkel.
Durch Materialanhäufungen 31 innen am Mantel 29 von den vier Ecken her zur Mitte von zwei Seitenwänden hin sind an zwei gegenüberliegenden Stellen des Grundkörpers 27 Taschen 36 entstanden, von denen jede eine Rolle 25 aufnimmt. Die Tiefe einer Tasche 36 senkrecht zur Mittelachse 16 ist gleich der Erstreckung der Rollen 25 in Richtung ihrer Achse. Nach unten sind die Taschen 36 durch einen Boden 37 mit einer flachen Vertiefung 35 verschlossen, in der eine ebene, gehärtete Wälzplatte 38 befestigt ist, auf der eine Rolle 25 aufsteht. Die Höhe der Taschen 36 in Richtung der Mittelachse 16 von der Wälzplatte 38 aus bis zum oberen Rand des Mantels 29 ist etwas geringer als der Durchmesser einer Rolle 25. Die Breite der Taschen 36 von einer Materialanhäufung 31 zur anderen ist um den maximalen Verschiebeweg der beiden Stützenteile 21 und 22 aus der Neutralstellung heraus größer als der Durchmesser einer Rolle 25.
Mittig der beiden anderen Seitenwände befindet sich im Flansch 30 des Grundkörpers 27 eine nach innen hin offene und axial durchgehende Aussparung 39, in der ein Verzahnungselement 40 befestigt ist, das den Grundkörper 27 nach unten überragt und das eine nach unten offene Zahnlücke 41 aufweist. In jede Zahnlükke 41 greift ein an einem Auflageteil 24 befestigtes Verzahnungselement 42 mit einem Zahn 43 ein. Außerhalb der Aussparung 39 und damit im wesentlichen unterhalb des aufrechten Schenkels und damit des Mantels 29 des Grundkörpers 27 befindet sich in diesem eine flache Vertiefung 44, in der ein nach unten über den Grundkörper 27 vorstehendes und auf einer Wälzplatte 28 aufliegendes gehärtetes Wälzsegment 45 befestigt ist. Dessen der Wälzplatte 28 zugekehrte Abrollfläche 46 ist im wesentlichen kreiszylindrisch ausgebildet. Allerdings ist die Abrollfläche in Richtung der Mantellinien 47, wie eine in Figur 7 eingezeichnet ist, leicht konvex und mit konstantem Radius gekrümmt, so daß besonders hohe Belastungen des Wälzsegments an den Seitenkanten 48 vermieden werden. Vielmehr ist unabhängig von leichten Schrägstellungen von Wälzplatte 28 und Wälzsegment 45 zueinander gewährleistet, daß die Wälzteile 28 und 45 jeweils mit gleich großer Fläche innerhalb der Seitenkanten 48 aneinander anliegen. Der Radius der Krümmung der Mantellinien 47 eines Wälzsegments 45 beträgt etwa 500mm.
In Entsprechung zur Form der Wälzsegmente 45 haben auch die Rollen 25 keine vollkommen kreiszylindrische Abrollfläche 49. Diese ist Vielmehr entlang den Mantellinien 50, von denen eine in Figur 8 gestrichelt eingezeichnet ist, konvex und mit konstantem Radius gekrümmt. Hier betragt der Radius der Krümmung entsprechend der maximal möglichen Schrägstellung einer Rolle 25 zu den Wälzplatten 38 etwa 800 mm.
Der Grundkörper 26 des oberen Stützenteils 21 hat einen sich in Richtung der Mittelachse 16 der Pendelvorrichtung erstreckenden Mantel 56, dessen Außenabmessungen umlaufend kleiner sind als die Innenabmessungen des Grundkörpers 27 des Stützenteils 22 und der sich innerhalb des Grundkörpers 27 befindet. An den Mantel 56 ist am oberen Ende umlaufend ein nach außen von der Mittelachse 16 weg weisender Flansch 57 angeformt, der über den oberen Rand des Mantels 29 des Stützenteils 22 ragt. In einem Schnitt durch eine Seite des Grundkörpers 26 ergibt sich somit eine L-Form mit einem aufrechten, im Mantel liegenden, langen Schenkel und mit.einem liegenden, im Flansch befindlichen, kurzen Schenkel.
An zwei sich bezüglich der Mittelachse 16 gegenüberliegenden Stellen in der Mitte zweier Seitenwände befinden sich in der Unterseite des Flansches 57 flache Vertiefungen 35, in denen jeweils eine ebene, gehärtete Wälzplatte 38 befestigt ist. Mit den beiden Wälzplatten 38 liegt das Stützenteil 21 auf den Rollen 25 auf. In der Neutralstellung der Pendelvorrichtung 11 befinden sich die vier Wälzplatten 38 mit ihrer Mitte in einer Axialebene, die auf der Axialebene für die Wälzplatten 28 senkrecht steht.
Mittig der beiden anderen Seitenwände befindet sich im Flansch 57 des Grundkörpers 26 eine nach außen hin offene und axial durchgehende Aussparung 39, in der ein Verzahnungselement 40 befestigt ist, das den Grundkörper 26 nach oben überragt und dessen Zahnlücke 41 nach oben offen ist. In jede Zahnlücke 41 greift ein am Auflageteil 15 befestigtes. Verzahnungselement 42 mit einem Zahn 43 ein. Von der Aussparung 39 nach innen zu und damit im wesentlichen oberhalb des aufrechten Schenkels und damit des Mantels 56 des Grundkörpers 26 befindet sich in diesem eine flache Vertiefung 44, in der ein mit der Abrollfläche 46 auf einer Wälzplatte 28 des Auflageteils 15 von unten anliegendes Wälzsegment 45 befestigt ist. Es wird deutlich, daß sich die Verzahnungselemente 40 und 42 beim oberen Stützenteil 21 bezüglich der Mittelachse 16 außerhalb und beim unteren Stützenteil 22 innerhalb der Wälzsegmente 45 befinden. Die Wälzsegmente 45 selbst sind im wesentlichen oberhalb bzw. unterhalb des Mantels 56 bzw. 29 angeordnet, so daß eine Verformung der entsprechenden Seitenwände der Stützenteile 21 und 22 durch die von der Pendelstütze aufgenommenen Last weitgehend vermieden wird.
In der Neutralstellung der Pendelvorrichtung 11 befinden sich die vier Wälzsegmente 45 der beiden Stützenteile 21 und 22 mit ihrer Mitte in derselben Axialebene wie die Wälzplatten 28.
Der Grundkörper 26 schließt mit zwei einander gegenüberliegenden Wänden 58 die Taschen 36 des Grundkörpers 27 nach innen so ab, daß eine Rolle 25 von einer Tasche 36 mit geringem Spiel in Richtung ihrer Achse aufgenommen ist. Seitlich der Taschen befinden sich in jeder Wand 58 des Grundkörpers 26 zwei flache Vertiefungen 59, in die Gleitbeläge 60 eingeklebt sind. Diese stehen geringfügig über die übrige Außenfläche der Wände 58 vor und liegen an den nach innen gerichteten Flächen 61 der Materialanhäufungen 31 an. Somit sind die beiden Stützenteile 21 und 22 in der durch Rollen 25 vorgegebenen Bewegungsrichtung nicht über die Rollen 25, sondern unmittelbar aneinander geführt. In das Führungsspiel gehen somit die Maßtoleranzen von nur wenigen Bauteilen ein, so daß die Führung sehr eng gestaltet werden kann.
Nach dem Einbau der Pendelstütze stimmt die durch die Rollen 25 vorgegebene Bewegungsrichtung bei Geradeausfahrt mit der Längsrichtung des Wagenkastens und der Fahrrichtung eines Schienenfahrzeugs überein. Die durch die Wälzsegmente 45 definierte Schwenkebene steht senkrecht auf der Längsrichtung des Wagenkastens.
Der Druckraum der Kolben-Zylinder-Einheit ist in nicht näher dargestellter Weise mit einem Hydrospeicher verbunden. Der Hydrospeicher und die Kolben-Zylinder-Einheit bilden eine hydropneumatische Feder, wobei durch Zuführen und durch Ablassen von Druckflüssigkeit aus dem System das Niveau des Wagenkastens verändert oder trotz eines sich verändernden Gewichts konstant gehalten werden kann.
Auf das Verhalten der Pendelvorrichtung haben die verschiedenen Positionen von Zylinder 12 und Kolben 13 zueinander keine Auswirkungen. Wirkt auf den Wagenkasten z.B. eine Kraft in Querrichtung, bewegt sich die Pendelvorrichtung 11 aus ihrer in den Figuren 1 und 4 bis 6 gezeigten Mittelstellung, wobei die Abrollflächen 46 der beiden Wälzsegmente 45 am oberen Stützenteil 21 an den Wälzplatten 28 des Auflageteils 15 und die Abrollflächen 46 der beiden Wälzsegmente 45 am unteren Stützenteil 22 an den Wälzplatten 28 der Auflageteile 24 abrollen. Die Pendelvorrichtung 11 gerät in eine Schrägstellung, wobei sich aufgrund der gewählten Maße für die Krümmungen der kreiszylindrischen Abrollflächen 46 und für den Abstand zwischen den Wälzplatten 28 in der Neutralstellung - Radius der Krümmung ist größer als der halbe Abstand - der Abstand zwischen den Wälzplatten 28 vergrößert, der Wagenkasten also angehoben wird. Dadurch tritt eine auf den Wagenkasten in Richtung auf die Neutralstellung der Pendelvorrichtung wirkende Rückstellkraft auf. Bei einer Längsverschiebung des Wagenkastens gegenüber dem Drehgestell rollen die Rollen 25 an den Wälzplatten 38 entlang. Dabei ändert sich das Niveau des Wagenkastens nicht. Bei einer Bewegung des Wagenkastens gegenüber dem Drehgestell, die zugleich eine Komponente in Querrichtung als auch in Längsrichtung hat, rollen alle Abrollflächen aufeinander ab.