[0001] Die Erfindung betrifft eine Gelenkanordnung zum gelenkigen Verbinden von zwei benachbarten
Wagenkästen eines spurgeführten Fahrzeuges, im Einzelnen mit den Merkmalen aus dem
Oberbegriff von Anspruch 1.
[0002] Die Erfindung betrifft damit insbesondere eine Gelenkanordnung, umfassend einen ersten
Gelenkarm sowie einen zweiten Gelenkarm, welche mit Hilfe eines Gelenklagers in einer
Gelenkebene gelenkig miteinander verbunden sind. Das Gelenklager weist insbesondere
einen Gelenkzapfen auf, welcher eine für die Gelenkanordnung gemeinsame Schwenkachse
bildet. Dieser Gelenkzapfen ist vorzugsweise beidseitig über Lagerschalen der Gelenkanordnung
abgestützt. Der erste Gelenkarm weist einen wagenkastenseitigen, mit einer Grundplatte
eines ersten Wagenkastens verbundenen oder verbindbaren Endbereich und einen gegenüberliegenden
stirnseitigen Endbereich mit einem ersten Gelenkkopf auf, während der zweite Gelenkarm
einen wagenkastenseitigen, mit einer Grundplatte eines zweiten Wagenkastens verbundenen
Endbereich und einem gegenüberliegenden stirnseitigen Endbereich mit einem zum ersten
Gelenkkopf zumindest bereichsweise komplementär ausgebildeten zweiten Gelenkkopf aufweist.
[0003] Derartige Gelenkanordnungen sind in einer Vielzahl von Ausführungen aus dem Stand
der Technik bekannt. Stellvertretend wird auf die Druckschriften
EP 1884 434 B1 und
WO 2020/035196 A1 verwiesen. Derartige oftmals als sogenannte Sphäroelastikgelenke ausgebildete Gelenkverbindungen
nehmen die bei der Fahrt des mehrgliedrigen Schienenfahrzeuges zwischen den benachbarten
Wagenkästen auftretenden Längskräfte, Querkräfte und vertikalen Kräfte auf.
[0004] Bei der fahrdynamischen Auslegung einer Gelenkanordnung ist allerdings neben den
im Betrieb auftretenden Belastungen auch das Crashverhalten zu berücksichtigen. Hierbei
ist zu beachten, dass das im Gelenklager üblicherweise vorgesehene (integrierte) Energieverzehrelement
ein regenerativ ausgebildetes Energieverzehrelement, insbesondere Elastomer-Element
ist, welches lediglich zum Abdämpfen der beim normalen Fahrbetrieb über die Gelenkverbindung
übertragenen Zug- und Stoßkräfte dient. Es ist bekannt, dass dieses regenerativ ausgebildete
Energieverzehrelement Kräfte bis zu einer definierten Größe aufnimmt und die darüberhinausgehenden
Kräfte ungedämpft in das Fahrzeuguntergestell bzw. in den Wagenkasten weiterleitet.
Dadurch werden zwar Zug- und Stoßkräfte, welche während des normalen Fahrbetriebs
zwischen den einzelnen Wagenkästen auftreten, in dieser regenerativen Stoßsicherung
absorbiert, bei Überschreiten der Betriebslast aber, etwa beim Aufprall des Fahrzeugs
auf ein Hindernis oder bei einem abrupten Abbremsen des Fahrzeugs, reicht dieses üblicherweise
im Gelenklager integrierte Energieverzehrelement nicht mehr für einen Verzehr der
insgesamt anfallenden Energie aus. Deshalb sind in einem Crashfall weitere Stoßsicherungen,
insbesondere in Gestalt von destruktiv ausgebildeten Energieverzehrelementen, in das
Energieverzehrkonzept des Gesamtfahrzeuges mit einzubeziehen, so dass die anfallende
Stoßenergie direkt in der Gelenkanordnung oder im Fahrzeuguntergestell aufgenommen
werden kann. Ansonsten nämlich würde der Fahrzeugkasten extremen Belastungen ausgesetzt
und unter Umständen beschädigt oder gar zerstört werden. Bei Schienenfahrzeugen läuft
in solch einem Fall der Wagenkasten Gefahr zu entgleisen.
[0005] Mit dem Ziel, das Fahrzeuguntergestell gegen Beschädigungen bei starken Auffahrstößen
zu schützen, kommt häufig ein destruktiv ausgebildetes Energieverzehrelement zum Einsatz,
welches beispielsweise derart ausgelegt ist, dass es erst nach Ausschöpfung des Arbeitsverzehrs
des beispielsweise im Gelenklager vorgesehenen, regenerativ ausgebildeten Energieverzehrelements
anspricht und die durch den Kraftfluss über das Energieverzehrelement übertragene
Energie zumindest teilweise absorbiert und somit abbaut. Als destruktiv ausgebildete
Energieverzehrelemente kommen insbesondere Verformungsrohre in Frage, bei denen in
destruktiver Weise durch eine definierte Verformung (plastische Verformung) von zumindest
einem Abschnitt des Verformungsrohres die Stoßenergie in Verformungsarbeit und Wärme
umgewandelt wird. Ein Energieverzehrelement, welches auf dem Prinzip eines Verformungsrohrs
basiert, zeichnet sich dabei dadurch aus, dass es eine definierte Ansprechkraft ohne
Kraftspitzen aufweist. Verformungsrohre sind gemäß den bekannten Ausführungen aus
dem Stand der Technik in zumindest einem der Gelenkarme integriert. Ein Gelenkarm
mit einem darin integrierten Verformungsrohr ist somit als eine funktionelle Kraftübertragungseinheit
zu verstehen, wobei der Gelenkarm dabei aus einem ersten Kraftübertragungselement
in Gestalt des Verformungsrohres und einem zweiten Kraftübertragungselement in Gestalt
eines am stirnseitigen Endbereich des Gelenkarmes vorgesehenen Gelenkkopfes ausgebildet
ist. Beide Bauteile sind derart kraftschlüssig miteinander verbunden, dass Zug- und
Stoßkräfte in Längsrichtung der Gelenkanordnung übertragbar sind. Dabei bildet das
destruktiv ausgebildete Energieverzehrelement in der Regel den wagenkastenseitigen
Endabschnitt des Gelenkarmes, während der stirnseitige Endabschnitt des Gelenkarmes
dem Gelenkkopf entspricht. Grundsätzlich ist der wagenkastenseitige Endabschnitt des
Gelenkarmes mit der sogenannten Grundplatte des Wagenkastens verbunden, in welcher
die von den Gelenkarmen der Gelenkanordnung übertragenen Kräfte eingeleitet werden
bzw. von welcher die von den Gelenkarmen der Gelenkanordnung zu übertragenden Kräften
vom Wagenkasten in den zugehörigen Gelenkarm eingeleitet werden.
[0006] Der Gelenkkopf am stirnseitigen Endabschnitt des ersten Gelenkarmes einer Gelenkanordnung
ist allgemein mit einem entsprechend komplementär hierzu, am stirnseitigen Endabschnitt
des zweiten Gelenkarmes der Gelenkanordnung ausgebildeten Gelenkkopf eines benachbarten
Wagenkastens in Eingriff bringbar.
[0007] Bei der Übertragung von Zug- und Stoßkräften läuft der Kraftfluss von der Grundplatte
des ersten Wagenkastens über das ggf. im ersten Gelenkarm integrierte, vorzugsweise
destruktiv ausgebildete Energieverzehrelement, den ersten Gelenkkopf zum zweiten Gelenkarm,
welcher dem benachbarten zweiten Wagenkasten zugeordnet ist. Der zweite Gelenkarm
kann entweder ebenfalls mit einem destruktiv ausgebildeten Energieverzehrelement ausgerüstet
sein, denkbar allerdings wäre auch, dass der zweite Gelenkarm lediglich an seinem
stirnseitigen Endabschnitt einen Gelenkkopf aufweist, während der wagenkastenseitige
Endabschnitt direkt mit der Grundplatte des zweiten Wagenkastens im Wesentlichen starr
verbunden ist. In Analogie kann auch der erste Gelenkarm frei von einem destruktiven
Energieverzehrelement sein und dieses dem zweiten Gelenkarm zugeordnet.
[0008] Die Figur 1 zeigt beispielhaft eine aus dem Stand der Technik bekannte Gelenkanordnung
1 mit einem ersten Gelenkarm 10 und einem zweiten Gelenkarm 20. Die Gelenkanordnung
1 weist ein Mitnehmerelement 50 auf, wobei ein erster Endbereich des Mitnehmerelements
50 in Wirkverbindung mit einem (in Figur 1 nicht gezeigten) unterhalb der Gelenkanordnung
1 anzuordnenden Fahrwerk, insbesondere Drehgestell, bringbar ist. Ein wagenkastenseitiger
Endbereich 11 des ersten Gelenkarms 10 ist mit einer Grundplatte 2 eines ersten Wagenkastens
verbunden oder verbindbar, während ein dem wagenkastenseitigen Endbereich 11 des Gelenkarms
10 gegenüberliegender stirnseitiger Endbereich 12 des ersten Gelenkarms 10 mit einem
ersten Gelenkkopf 15 versehen ist. In gleicher Weise weist der zweite Gelenkarm 20
einen wagenkastenseitigen, mit einer Grundplatte 4 eines zweiten Wagenkastens verbundenen
oder verbindbaren Endbereich 21 sowie einen gegenüberliegenden stirnseitigen Endbereich
22 mit einem zum ersten Gelenkkopf 15 zumindest bereichsweise komplementär ausgebildeten
zweiten Gelenkkopf 25 auf. Beispielsweise kann der erste Gelenkkopf 15 des ersten
Gelenkarms 10 als Gelenkgabel und der zweite Gelenkkopf 25 des zweiten Gelenkarms
20 als Gelenkauge ausgeführt sein. Selbstverständlich kommen hier aber auch andere
Ausführungsformen in Frage. Der erste Gelenkkopf 15 des ersten Gelenkarms 10 und der
zweite Gelenkkopf 25 des zweiten Gelenkarms 20 sind über ein Gelenklager 30 gelenkig
miteinander verbunden. Hierzu weist das Gelenklager 30 einen Gelenkzapfen 31 auf,
welcher die für die Gelenkanordnung 1 gemeinsame als Schwenkachse fungierende Lagerachse
Z definiert. Das Gelenklager 30 weist ferner beidseitig der Gelenkköpfe 15, 25 Lagerschalen
32 auf, um beidseitig den Gelenkzapfen 31 des Gelenklagers 30 abzustützen. Der dem
ersten Endbereich 51 des Mitnehmerelements 50 gegenüberliegende zweite Endbereich
52 ist mit den beidseitig angeordneten Lagerschalen 32 verbunden. Der Gelenkzapfen
31 des Gelenklagers 30 ist als ein horizontal verlaufender und sich senkrecht zur
Längsrichtung der Gelenkanordnung 1 erstreckender Bolzen 31 ausgeführt.
[0009] Darüber hinaus weist die Gelenkanordnung 1 gemäß Figur 1 Energieverzehreinrichtungen
in Gestalt von destruktiv ausgebildeten Energieverzehrelementen 13, 23 in Form von
Verformungsrohren 13a, 23a auf, welche im ersten und zweiten Gelenkarm 10, 20 derart
integriert sind, dass der Kraftfluss der im normalen Fahrbetrieb auftretenden und
von der Gelenkanordnung 1 zu übertragenen Zug- und Stoßkräfte über die Gelenkarme
10, 20, das Gelenklager 30, den Gelenkzapfen 31 und die in den entsprechenden Gelenkarmen
10, 20 integrierten Energieverzehrelemente 13, 23 und die jeweiligen Grundplatten
2, 4 in den Wagenkasten verlaufen. Das einzelne Verformungsrohr 13a bzw. 23a ist dazu
zwischen einem hier nicht dargestellten Kegelring und einem Ringsegment einerseits
und einem Stirnblech 13b, 23b andererseits eingespannt. Das Stirnblech 13b bzw. 23b
ist über Befestigungselemente , insbesondere Schrauben wiederum mit der jeweiligen
Grundplatte 2, 4 verbunden. Dadurch wird das jeweilige Verformungsrohr 13a bzw. 23a
zwischen wagenkastenseitigem Endbereich des jeweiligen Gelenkarmes 10, 20 und Stirnblech
13b, 23 b vorgespannt.
[0010] Im normalen Fahrbetrieb läuft bei der Übertragung von Zug- und Stoßkräften der Kraftfluss
vom ersten zum zweiten Wagenkasten über die Grundplatte 2 des ersten Wagenkastens,
die Schrauben des im ersten Gelenkarm 10 am wagenkastenseitigen Endabschnitt 11 integrierten,
destruktiv ausgebildeten Energieverzehrelements 13, das Stirnblech 13b, das Verformungsrohr
13a, die Gelenkgabel 15 zum Gelenkzapfen 31 und zum im Gelenklager integrierten, regenerativ
ausgebildete Energieverzehrelement (Sphärolastiklager), welches in Figur 1 nicht explizit
dargestellt ist. Anschließend lauft der Kraftfluss weiter vom Gelenklager 30 bzw.
Gelenkzapfen 31 zum als Gelenkauge ausgebildeten zweiten Gelenkkopf 25 am stirnseitigen
Endabschnitt 22 des zweiten Gelenkarmes 20 und schließlich über das im wagenkastenseitigen
Endabschnitt des zweiten Gelenkarms 20 integrierte, destruktive Energieverzehrelement
zur Grundplatte 4 des (nicht explizit dargestellten) zweiten Wagenkastens. Die beiden
Verformungsrohre 13a und 23a selber sind derart ausgelegt, dass bei Überschreiten
eines durch den Kraftfluss über die jeweiligen Verformungsrohre 13a und 23a übertragenen
Energiebetrags eine plastische Verformung der jeweiligen Elemente stattfindet, so
dass die Grundplatten 2 und 4 der jeweiligen Wagenkasten relativ zueinander in Längsrichtung
der Gelenkanordnung verschoben werden, wodurch infolge der plastischen Verformung
der Verformungsrohre 13a und 23a zumindest ein Teil des übertragenen Energiebetrags
von den jeweiligen Energieverzehrelementen absorbiert und in Verformungsarbeit und
Wärme umgewandelt und somit abgebaut wird. Die durch das plastische Verformen der
jeweiligen Verformungsrohre 13a und 23a bewirkte Verkürzung der ersten und zweiten
Gelenkarme 10 und 20 hat unmittelbar zur Folge, dass sich die Stirnflächen der jeweiligen
Wagenkästen bzw. die zugehörigen Grundplatten 2 und 4 der jeweiligen Wagenkästen relativ
zueinander in Längsrichtung der Gelenkanordnung verschieben. Der Betrag der beim Energieverzehr
maximal bewirkten Verschiebung wird hierin als "Längshub" bzw. "Hub" bezeichnet. Dabei
setzt sich bei der in Figur 1 gezeigten Gelenkanordnung der beim Energieverzehr auftretende
Gesamthub aus den Einzel-Längshüben der jeweiligen im ersten bzw. zweiten Gelenkarm
10 und 20 integrierten, destruktiv ausgebildeten Energieverzehrelementen 13 und 23
und dem Einzel-Längshub des im Gelenklager 30 vorgesehenen, regenerativ ausgebildeten
Energieverzehrelements (Elastomerelement) zusammen. Nach Ausschöpfung des für den
Energieverzehr insgesamt vorgesehenen Längshubs, d.h. nach dem die Betriebslast der
gesamten in der Gelenkanordnung integrierten Energieverzehreinrichtung, die das regenerativ
ausgebildete Energieverzehrelement im Gelenklager und die destruktiv ausgebildeten
Energieverzehrelementen in den Gelenkarmen aufweist, ausgeschöpft ist, muss der zwischen
den benachbarten Wagenkasten zu übertragene Kraftfluss direkt über die jeweiligen
Grundplatten 2 und 4 übertragen werden, wobei über die mit den Gelenkarmen 10 und
20 und dem Gelenklager gebildete Gelenkverbindung nur noch ein vorgebbarer maximaler
Kraftfluss geleitet werden darf, damit ein vorhersagbarer und insbesondere vorab definierter
Ereignisablauf im Crashfall erzielbar ist.
[0011] Die Ausbildung der Gelenkanordnung mit destruktiv ausgebildeten Energieverzehrelementen,
wie in Figur 1 beschrieben, ist durch eine hohe Teilevielfalt charakterisiert, relativ
komplex aufgebaut und in der Montage entsprechend aufwendig, so dass eine Automatisierung
nur schlecht möglich ist.
[0012] Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gelenkanordnung der eingangs genannten Art
derart weiterzuentwickeln, dass diese bei gleicher Funktionalität durch eine geringere
Teileanzahl und Vielfalt charakterisiert ist und hinsichtlich der Montage einfacher
zu handhaben. Insbesondere ist auf die Möglichkeit eines hohen Automatisierungsgrades
abzustellen.
[0013] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ausführung entsprechend dem unabhängigen
Anspruch gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
finden sich in den Unteransprüchen.
[0014] Eine Gelenkanordnung zum gelenkigen Verbinden von zwei benachbarten Wagenkästen eines
Schienenfahrzeuges, wobei die Gelenkanordnung folgendes umfasst:
einen ersten Gelenkarm, welcher einen wagenkastenseitigen, mit einer Grundplatte eines
ersten Wagenkastens verbundenen oder verbindbaren Endbereich und einen gegenüberliegenden
stirnseitigen Endbereich mit einem ersten Gelenkkopf aufweist;
einen zweiten Gelenkarm, welcher einen wagenkastenseitigen, mit einer Grundplatte
eines zweiten Wagenkastens verbundenen oder verbindbaren Endbereich und einen gegenüberliegenden
stirnseitigen Endbereich mit einem zum ersten Gelenkkopf zumindest bereichsweise komplementär
ausgebildeten zweiten Gelenkkopf aufweist; und
ein Gelenklager mit einem Gelenkzapfen zum gelenkigen Verbinden des ersten und zweiten
Gelenkkopfes in einer Gelenkebene, wobei mit dem Gelenkzapfen eine für die Gelenkanordnung
gemeinsame Lagerachse gebildet wird;
zumindest eine in der Gelenkanordnung integrierte Energieverzehrvorrichtung, umfassend
ein zumindest einem der Gelenkarme zugeordnetes destruktives Energieverzehrelement
in Form eines Verformungsrohres mit einem gelenkseitigen Endbereich und einem wagenkastenseitigen
Endbereich, welches wenigstens mittelbar zwischen Gelenkarm und Grundplatte vorgespannt
ist, wobei der wagenkastenseitige Endbereich des Verformungsrohres sich an einem über
zumindest eine Verbindungseinrichtung mit der Grundplatte verbundenen Abschlusselement
abstützt;
ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet; dass die Verbindungseinrichtung von einem
hülsenförmigen, das Verformungsrohr unter Ausbildung eines Abstandes in Umfangsrichtung
über zumindest einen Teilbereich dessen Erstreckung in Längsrichtung umschließenden
und integral mit der Grundplatte ausgebildeten oder mit dieser verbundenen Element
gebildet ist, wobei das Abschlusselement kraft- und/oder formschlüssig mit dem hülsenförmigen
Element verbindbar ist.
[0015] Durch den Ersatz der einzelnen Befestigungselemente zur Realisierung der Verspannung
des Verformungsrohres zwischen Gelenkarm und Grundplatte durch das hülsenförmige Element
kann das Verformungselement auf einfache Art und Weise leicht in die Gelenkanordnung
integriert werden. Ferner erlaubt die Ausbildung als hülsenförmiges Element eine Führung
des wagenkastenseitigen Endbereiches des Gelenkarmes im Falle des Ansprechens des
Verformungsrohres an diesem.
[0016] Vorzugsweise ist dazu der einzelne Gelenkarm in Richtung zum wagenkastenseitigen
Endbereich betrachtet mit einem Lagerbereich und einem Führungsbereich zum zumindest
mittelbarem Führen im Auslösefall am hülsenförmigen Element und ferner am Innenumfang
mit einem Bereich zum zumindest mittelbarem Zusammenwirken mit dem Verformungsrohr
ausgebildet. Der Führungsbereich bewirkt beim Ansprechen des Verformungsrohres ein
definiertes und geführtes Einwirken des Gelenkarmes auf das Verformungsrohr, insbesondere
durch ein Entlanggleiten am Innenumfang des hülsenförmigen Elementes. Der Führungsbereich
kann integral am Gelenkarm ausgeführt sein. In einer vorteilhaften Ausbildung wird
dieser jedoch von einem ersten, zwischen dem Gelenkarm im wagenkastenseitigen Endbereich,
insbesondere Führungsbereich und dem hülsenförmigen Element mit dem Gelenkarm verbindbarem,
insbesondere verbundenem Schraubring gebildet, welcher gleichzeitig eine axiale Anschlagfläche
zur Anlage an der Grundplatte aufweist.
[0017] Bezüglich der Ausbildung des Abschlusselementes besteht eine Mehrzahl von Möglichkeiten.
Bevorzugt ist dieses als Scheiben- oder Ringelement ausgebildet, welches über einen
zweiten Schraubring mittelbar mit dem hülsenförmigen Element verbunden bzw. verbindbar
ist, wobei der zweite Schraubring eine vorzugsweise zumindest axiale Anschlagfläche
für das Verformungsrohr bildet. Der zweite Schraubring ist dazu mit dem hülsenförmigen
Element verbunden, insbesondere über ein am Außenumfang vorgesehenes Gewinde am Innenumfang
des hülsenförmigen Elementes verschraubt. Dadurch kann die Wandstärke des hülsenförmigen
Elementes gering gehalten werden. Das Abschlusselement ist dann kraft- oder formschlüssig
mit dem Schraubring verbunden. Vorzugsweise erfolgt die Verbindung über Befestigungselemente,
insbesondere Schraubverbindungen.
[0018] Das Verformungsrohr weist an seinem gelenkseitigen Endbereich einen Bereich zum zumindest
mittelbarem Zusammenwirken mit dem Gelenkarm auf welcher einen im Vergleich zu einem
weiter in Richtung zum wagenkastenseitigen Endbereich des Verformungsrohres liegenden
Bereich geringeren Querschnitt aufweist, wobei der Gelenkarm im Bereich seines Lagerbereiches
zwischen der Grundplatte und diesem weiter in Richtung zum wagenkastenseitigen Endbereich
liegenden Bereiches des Verformungsrohres verspannt ist. Der Gelenkarm liegt ferner
im Bereich seines Führungsbereiches an der Außenoberfläche des weiter in Richtung
zum wagenkastenseitigen Endbereich liegenden Bereiches des Verformungsrohres zumindest
mittelbar oder direkt an.
[0019] Um beim Zusammenwirken von Gelenkarm und Verformungsrohr bei Überschreiten einer
zulässigen Maximalkraft die überschüssige Energie am Verformungsrohr abzubauen, sind
der Lagerbereich und der Führungsbereich des wagenkastenseitigen Endbereiches des
Gelenkarms integral ausgeführt und am Innenumfang des Gelenkarmes ist eine konische
Fläche zum Zusammenwirken mit dem Verformungsrohr vorgesehen. Die Konische Fläche
kann dabei integral am Gelenkarm oder von einem separaten zwischen Gelenkarm und Verformungsrohr
vorgesehenen Element, insbesondere Kegelring gebildet werden. Letztere Möglichkeit
bietet den Vorteil einer einfachen Anpassung der Gelenkanordnung an unterschiedliche
Verformungsrohrgeometrien, wobei auf aufwendige Modifikationen am Gelenkarm verzichtet
werden kann. Dabei ist der Gelenkarm zwischen der Grundplatte und dem weiter in Richtung
zum wagenkastenseitigen Endbereich liegenden Abschnitt des Verformungsrohres über
den Kegelring bzw. die Kegelfläche spielfrei verspannt.
[0020] In einer vorteilhaften Ausbildung ist der Gelenkarm derart zwischen der Grundplatte
und dem Verformungsrohr verspannt und das Verformungsrohr derart ausgelegt, dass bei
Überschreiten einer vorab festlegbaren Betriebslast sich der Gelenkarm in Richtung
zum wagenkastenseitigen Endbereich des Verformungsrohres bewegt und dabei den weiter
in Richtung zum wagenkastenseitigen Endbereich liegenden Abschnitt des Verformungsrohres
unter Querschnittserweiterung plastisch verformt. Dadurch wird auf einfache Art und
Weise der Gelenkarm mit seinem wagenkastenseitigen Endbereich mit der Grundplatte
kraftübertragend verbunden bzw. in dieser gelagert.
[0021] Zur Begrenzung des Hubs und Ableitung der Kräfte im Crashfall in den Wagenkasten
direkt über die entsprechende Grundplatte weist diese einen Anschlag für einen am
Gelenklager oder einem der Gelenkarme in einem Bereich zwischen Gelenkkopf und jeweiliger
Grundplatte vorgesehenen Flächenbereich auf. Dieser kann an dieser ausgebildet oder
von einem separaten, mit der Grundplatte verbundenen Bauteil gebildet werden. Je nach
Auslegung und geometrischer Ausbildung der Gelenkanordnung bildet die Grundplatte
einen Anschlag für einen Flächenbereich bei Relativbewegung gegenüber dieser, welcher
entweder
- a) an dem in dieser gelagerten Gelenkarm oder
- b) dem Gelenklager oder
- c) dem mit dem in dieser Grundplatte gelagerten Gelenkarm gelenkig verbundenen Gelenkarm
in einem Bereich zwischen Gelenkkopf und Grundplatte
vorgesehen ist.
[0022] Vorzugsweise ist der erste Gelenkkopf als Gelenkgabel und der zweite Gelenkkopf des
Gelenklagers als Gelenkauge ausgebildet ist. Die alternative Ausbildung ist ebenfalls
bei entsprechender Ausgestaltung möglich.
[0023] Im Gelenklager ist vorzugsweise bei allen Ausführungen ein regenerativer Energieverzehr
vorgesehen.
[0024] Die Gelenkanordnung umfasst ein Mitnehmerelement mit einem ersten Endbereich, welcher
in Wirkverbindung mit einem unterhalb der Gelenkanordnung anzuordnenden Fahrwerk,
insbesondere Drehgestell, bringbar ist und einen gegenüberliegenden zweiten Endbereich
aufweist, über den das Mitnehmerelement fest mit einem der Gelenkarme im Bereich der
Gelenklagerebene verbunden ist, wobei das Mitnehmerelement im ersten Endbereich durch
eine senkrecht zur Längsachse ausgerichtete Mitnehmerachse charakterisiert ist, die
insbesondere beim Zusammenwirken des Mitnehmerelementes mit dem Fahr- oder Drehgestell
mit einer Mittenachse einer an dieser vorgesehenen Aufnahmeeinrichtung zusammenfällt.
[0025] Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren erläutert. Die Figuren zeigen
im Einzelnen:
- Figur 1
- eine Ausbildung einer Gelenkanordnung gemäß dem Stand der Technik;
- Figur 2
- eine Schnittdarstellung einer besonders vorteilhaften Ausbildung einer Gelenkanordnung
mit in beiden Gelenkarmen integrierten Energieverzehrvorrichtungen mit erfindungsgemäß
ausgebildeter Anbindung des Verformungsrohres;
- Figur 3
- eine Gelenkanordnung gemäß Figur 2 in einer Ansicht auf die Erstreckung in Längsrichtung.
[0026] Die Figur 3 verdeutlicht eine Gesamtansicht einer Gelenkanordnung 1 zum Verbinden
zweier, hier lediglich angedeuteter hintereinander angeordneter Wagen eines Schienenfahrzeuges
40 mit erfindungsgemäßer Ausführung zumindest einer, einem der Gelenkarme 10 oder
20 zugeordneten Energieverzehrvorrichtung mit in der Figur 3 nicht dargestellten destruktivem
Energieverzehrelement 13, 23 in Form eines Verformungsrohres 13a oder 23a. Figur 3
verdeutlicht eine besonders vorteilhafte Ausbildung, bei welchem jedem der Gelenkarme
10, 20 eine derartige Energieverzehrvorrichtung mit destruktivem Energieverzehrelement
13, 23 zugeordnet ist, insbesondere in Form der Verformungsrohre 13a, 23a. Die einzelnen
Gelenkarme 10, 20 sind dazu wenigstens mittelbar mit den Wagenkästen 41, 42 der einander
benachbart hintereinander angeordneten Wagen des Schienenfahrzeuges 40 verbunden.
[0027] Figur 2 zeigt einen Axialschnitt aus der Gelenkanordnung 1 gemäß Figur 3. Für gleiche
Elemente werden daher die gleichen Bezugsziffern verwendet. Die Figur 3 zeigt dabei
im Detail eine besonders vorteilhafte erfindungsgemäße Ausbildung zum Verspannen des
einzelnen Verformungsrohres 13a, 23a zwischen einem Gelenkarm 10 bzw. 20 der Gelenkanordnung
1 und der mit diesem Gelenkarm 10 bzw. 20 wenigstens mittelbar verbundenen Grundplatte
2 bzw. 4. Zur Verdeutlichung der einzelnen Richtungen ist beispielhaft ein Koordinatensystem
an die Gelenkanordnung 1 angelegt. Die X-Richtung beschreibt die Längsrichtung, welche
in Einbaulage der Gelenkanordnung 1 mit der Längsrichtung eines in Figur 2 nicht dargestellten
und in Figur 3 lediglich durch die benachbarten Wagen angedeuteten Schienenfahrzeuges
und insbesondere mit den im nicht ausgelenkten Zustand koaxial zueinander ausgerichteten
Achsen der Gelenkarme 10, 20 zusammenfällt. Die Y-Richtung beschreibt die Breitenrichtung,
d.h. quer zur Längsrichtung und die Z-Richtung beschreibt die Höhenrichtung. Diese
Richtungsangaben gelten auch für die weiteren Figuren.
[0028] Die Figuren 2 und 3 verdeutlichen eine besonders vorteilhafte Ausführung, bei welcher
beiden Gelenkarmen 10, 20 eine destruktives Energieverzehrelement 13, 23 zugeordnet
ist und bei welcher beide Energieverzehrelemente 13, 23 jeweils zwischen dem jeweiligen
Gelenkarm 10 bzw. 20 und den diesen zugeordneten Grundplatten 2, 4 verspannt sind.
[0029] Die Gelenkanordnung 1 umfasst einen ersten Gelenkarm 10 und einen zweiten Gelenkarm
20 zum Realisieren einer gelenkigen Verbindung zweier benachbarter Wagen eines Schienenfahrzeuges
40. Ein wagenkastenseitiger Endbereich 11 des ersten Gelenkarms 10 ist mit einer Grundplatte
2 eines ersten Wagenkastens 41 wenigstens mittelbar verbunden oder verbindbar, während
ein dem wagenkastenseitigen Endbereich des Gelenkarms 10 gegenüberliegender stirnseitiger
Endbereich 12 des ersten Gelenkarms 10 mit einem ersten Gelenkkopf 15 versehen ist.
In gleicher Weise weist der zweite Gelenkarm 20 einen wagenkastenseitigen, mit einer
Grundplatte 4 eines zweiten Wagenkastens 42 wenigstens mittelbar verbundenen oder
verbindbaren Endbereich 21 sowie einen gegenüberliegenden stirnseitigen Endbereich
22 mit einem zum ersten Gelenkkopf 15 zumindest bereichsweise komplementär ausgebildeten
zweiten Gelenkkopf 25 auf. Der erste Gelenkkopf 15 des ersten Gelenkarms 10 ist hier
als Gelenkgabel und der zweite Gelenkkopf 25 des zweiten Gelenkarms 20 als Gelenkauge
ausgeführt. Selbstverständlich kommen hier aber auch andere Ausführungsformen in Frage.
Der erste Gelenkkopf 15 des ersten Gelenkarms 10 und der zweite Gelenkkopf 25 des
zweiten Gelenkarms 20 sind über ein Gelenklager 30 gelenkig miteinander verbunden.
Hierzu weist das Gelenklager 30 einen Gelenkzapfen 31 auf, welcher die für die Gelenkanordnung
1 gemeinsame als Schwenkachse fungierende Lagerachse Z definiert. Der Gelenkzapfen
31 des Gelenklagers 30 ist als ein horizontal verlaufender und sich senkrecht zur
Längsrichtung der Gelenkanordnung 1 erstreckender Bolzen ausgeführt. Das Gelenklager
30 weist ferner beidseitig der Gelenkköpfe 15, 25 Lagerschalen 32 auf, um beidseitig
den Gelenkzapfen 31 des Gelenklagers 30 abzustützen. Bei der in Figur 2 dargestellten
Ausbildung werden die Lagerschalen 32 direkt vom ersten Gelenkarm 10, insbesondere
dem stirnseitigen Endbereich 12 des ersten Gelenkarms 10 gebildet. Der stirnseitige
Endbereich 12 ist dazu als geteilte Gelenkgabel ausgebildet. Die Teilung erfolgt vorzugsweise
in einer durch die X- und Y-Richtung beschreibbaren und damit horizontalen Ebene.
Andere Ausbildungen sind auch denkbar, wobei die in den Figuren 2 und 3 dargestellte
Ausbildung eine besonders kompakte Ausführung erlaubt.
[0030] Der erste Gelenkarm 10 umfasst ein Mitnehmerelement 50. wobei ein erster Endbereich
51 des Mitnehmerelements 50 in Wirkverbindung mit einem nicht gezeigten unterhalb
der Gelenkanordnung 1 anzuordnenden Fahrwerk, insbesondere hier nur angedeuteten Drehgestell
43 des Schienenfahrzeuges 40 bringbar ist. Der zweite, vom ersten Endbereich 51 abgewandte
Endbereich 52 ist mit dem ersten Gelenkarm 10 verbunden.
[0031] Die Gelenkanordnung 1 umfasst zumindest eine in dieser integrierte Energieverzehrvorrichtung.
Im dargestellten Fall ist vorzugsweise jedem der Gelenkarme 10, 20 in der Verbindung
mit der Grundplatte 2, 4 eine Energieverzehrvorrichtung 3, 5 zugeordnet. Beide sind
hier analog ausgebildet. Die einzelne Energieverzehrvorrichtung 3 bzw. 5 umfasst zumindest
ein destruktives Energieverzehrelement 13, 23 in Form eines Verformungsrohres 13a,
23a mit einem in Einbaulage betrachtet gelenkseitigen Endbereich 16, 26 und einem
wagenkastenseitigen Endbereich 18, 28, welches wenigstens mittelbar zwischen Gelenkarm
10 bzw. 20 und Grundplatte 2 bzw. 4 verspannt ist. Der wagenkastenseitige Endbereich
18, 28 des Verformungsrohres 13a, 23a stützt sich an einem, über zumindest eine Verbindungseinrichtung
6, 7 mit der Grundplatte 2, 4 verbundenen Abschlusselement 8, 9 ab. Die Verbindungseinrichtung
6, 7 wird erfindungsgemäß von einem hülsenförmigen, das Verformungsrohr 13a, 23a unter
Ausbildung eines Abstandes 14 bzw. 24 in Umfangsrichtung umschließenden und integral
mit der Grundplatte 2 bzw. 4 ausgebildeten oder mit dieser verbundenen Element 36,
37 gebildet. Im dargestellten Fall erfolgt die Ausbildung von Grundplatte 2 bzw. 4
und hülsenförmigen Element 36, 37 vorzugsweise integral.
[0032] Der wagenkastenseitige Endbereich 11 des ersten Gelenkarmes 10 bzw. der wagenkastenseitige
Endbereich 21 des zweiten Gelenkarms 20 ist jeweils wenigstens mittelbar mit der Grundplatte
2 bzw. 4 verbunden. Im Einzelnen ist der einzelne Gelenkarm 10, 20 im wagenkastenseitigen
Endbereich über ein Ringelement 34, 35, vorzugsweise in Form eines Schraubringes mit
der Grundplatte 2, 4, insbesondere dem mit dieser integral ausgebildeten hülsenförmigen
Element 36, 37 verbunden. Das Ringelement 34, 35 ist mit seinem Außenumfang in die
Grundplatte 2, 4 bzw. das mit dieser verbundene oder integral ausgebildete hülsenförmige
Element 36, 37 eingepresst und weist im Bereich seines Innenumfangs Mittel, insbesondere
ein Gewinde zum Verbinden mit dem wagenkastenseitigen Endbereich des Gelenkarmes 10,
20 auf. Der einzelne Gelenkarm 10, 20 weist dazu im wagenkastenseitigem Endbereich
11, 21 am Außenumfang einen komplementär zum Gewinde des Ringelementes 34, 35 ausgebildeten
Gewindebereich auf, um mit diesem in Wirkverbindung verbracht zu werden. Über das
jeweilige im Endbereich 11, 21 mit dem Gelenkarm 10, 20 zusammenwirkende Ringelement
34, 35 erfolgt die radiale und axiale Abstützung des jeweiligen Gelenkarmes 10, 11
an der Grundplatte 2, 4.
[0033] Das jeweilige Abschlusselement 8, 9 ist mit dem hülsenförmigen Element 36, 37 kraft-
und/oder formschlüssig verbunden, hier über einen weiteren zweiten Schraubring 38,
39. Dieser weist am Außenumfang einen Gewindeabschnitt zum Zusammenwirken mit einem
am Innenumfang des hülsenförmigen Elementes 36, 37 vorgesehenen Gewindeabschnitt auf,
ferner eine Abstützfläche 43 bzw. 44 für das Verformungsrohr 13a, 23a.
[0034] Das einzelne Verformungsrohr 13a, 23a ist derart ausgebildet und angeordnet, dass
dieses mit einem ersten gelenkseitigen Endbereich wenigstens mittelbar, d.h. direkt
oder aber über ein Zwischenelement mit dem Gelenkarm 10 bzw. 29 zusammenwirkt. Im
dargestellten Fall wird dieses von einem separaten zwischen Außenumfang des Verformungsrohres
13a, 23a und Innenumfang des wagenkastenseitigen Endbereiches 11, 21 der Gelenkarme
10, 20 angeordneten eine Keilfläche bildenden Ringelement, insbesondere Kegelring
13b, 23b gebildet. Das Verformungsrohr 13a, 23a weist dazu einen zum Gelenk weisenden
ersten Bereich mit einer konischen Anlagefläche für den Kegelring 13b, 23b auf. Am
Gelenkarm 10 bzw. 20 erfolgt de Abstützung in axialer und radialer Richtung über entsprechende
Anlage- und Führungsflächen am wagenkastenseitigen Endbereich 11, 21 der Gelenkarme
10, 20.
Bezugszeichenliste
[0035]
- 1
- Gelenkanordnung
- 2
- Grundplatte des ersten Wagenkastens
- 3
- Energieverzehrvorrichtung
- 4
- Grundplatte des zweiten Wagenkastens
- 5
- Energieverzehrvorrichtung
- 6
- Verbindungseinrichtung
- 7
- Verbindungseinrichtungen
- 8
- Abschlusselement
- 9
- Abschlusselement
- 10
- erster Gelenkarm
- 11
- wagenkastenseitiger Endbereich des ersten Gelenkarms 10
- 12
- stirnseitiger Endbereich des ersten Gelenkarms 10
- 13
- Energieverzehrelement erster Gelenkarm 10
- 13a
- Verformungsrohr
- 13b
- Kegelring
- 14
- Abstand
- 15
- erster Gelenkkopf
- 16
- gelenkseitiger Endbereich Verformungsrohr
- 17
- erster Abschnitt Verformungsrohr
- 18
- zweiter weiter in Richtung wagenkastenseitiger Endbereich des Verformungsrohres liegender
Abschnitt
- 19
- wagenkastenseitiger Endbereich des Verformungsrohres
- 20
- zweiter Gelenkarm
- 21
- wagenkastenseitiger Endbereich des zweiten Gelenkarms 20
- 22
- stirnseitiger Endbereich des zweiten Gelenkarms 20
- 23
- Energieverzehrelement zweiter Gelenkarm 20
- 23a
- Verformungsrohr
- 23b
- Kegelring
- 24
- Abschnitt
- 25
- zweiter Gelenkkopf
- 26
- gelenkseitiger Endbereich Verformungsrohr
- 27
- gelenkseitiger Endbereich Verformungsrohr
- 28
- wagenkastenseitiger Endbereich des Verformungsrohres
- 30
- Gelenklager
- 31
- Gelenkzapfen
- 32
- Lagerschalen
- 33
- Kegelfläche
- 34
- erster Schraubring
- 35
- erster Schraubring
- 36
- hülsenförmiges Element
- 37
- hülsenförmiges Element
- 38
- zweiter Schraubring
- 39
- zweiter Schraubring
- 40
- Schienenfahrzeug
- 41
- Wagenkasten erster Wagen
- 42
- Wagenkasten zweiter Wagen
- 43
- Abstützfläche
- 44
- Abstützfläche
- 50
- Mitnehmerelement
- 51
- erster Endbereich
- 52
- zweiter Endbereich
- M
- Mitnehmerachse
- Z
- Lagerachse
1. Gelenkanordnung (1) zum gelenkigen Verbinden von zwei benachbarten Wagenkästen (41,
42) eines Schienenfahrzeuges, wobei die Gelenkanordnung (1) folgendes umfasst:
einen ersten Gelenkarm (10), welcher einen wagenkastenseitigen, mit einer Grundplatte
(2) eines ersten Wagenkastens verbundenen oder verbindbaren Endbereich und einen gegenüberliegenden
stirnseitigen Endbereich mit einem ersten Gelenkkopf (15) aufweist;
einen zweiten Gelenkarm (20), welcher einen wagenkastenseitigen, mit einer Grundplatte
(4) eines zweiten Wagenkastens verbundenen oder verbindbaren Endbereich und einen
gegenüberliegenden stirnseitigen Endbereich mit einem zum ersten Gelenkkopf (15) zumindest
bereichsweise komplementär ausgebildeten zweiten Gelenkkopf (25) aufweist; und
ein Gelenklager (30) mit einem Gelenkzapfen (31) zum gelenkigen Verbinden des ersten
und zweiten Gelenkkopfes (15, 25) in einer Gelenkebene, wobei mit dem Gelenkzapfen
(31) eine für die Gelenkanordnung (1) gemeinsame Lagerachse (Z) gebildet wird;
zumindest eine in der Gelenkanordnung integrierte Energieverzehrvorrichtung (13, 23),
umfassend ein zumindest einem der Gelenkarme (10, 20) zugeordnetes destruktives Energieverzehrelement
in Form eines Verformungsrohres (13a, 23a) mit einem gelenkseitigen Endbereich und
einem wagenkastenseitigen Endbereich, welches wenigstens mittelbar zwischen Gelenkarm
(10, 20) und Grundplatte (2, 4) vorgespannt ist, wobei der wagenkastenseitige Endbereich
des Verformungsrohres (13a, 23a) sich an einem über zumindest eine Verbindungseinrichtung
(6, 7) mit der Grundplatte (2, 4) verbundenen Abschlusselement (8, 9) abstützt;
dadurch gekennzeichnet;
dass die Verbindungseinrichtung (6, 7) von einem hülsenförmigen, das Verformungsrohr (13a,
23a) unter Ausbildung eines Abstandes (14, 24) in Umfangsrichtung über zumindest einen
Teilbereich dessen Erstreckung in Längsrichtung umschließenden und integral mit der
Grundplatte (2, 4) ausgebildeten oder mit dieser verbundenen Element gebildet ist,
wobei das Abschlusselement (8, 9) wenigstens mittelbar kraft- und/oder formschlüssig
mit dem hülsenförmigen Element (36, 37) verbindbar ist.
2. Gelenkanordnung (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der Gelenkarm am Außenumfang in seinem wagenkastenseitigen Endbereich einen Lagerbereich
zum Lagern in der Grundplatte und einen sich daran anschließenden Führungsbereich
zum zumindest mittelbarem Führen im Auslösefall am hülsenförmigen Element umfasst
und ferner am Innenumfang einen Bereich zum zumindest mittelbarem Zusammenwirken mit
dem Verformungsrohr umfasst.
3. Gelenkanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gelenkarm (2. 4) im wagenkastenseitigen Endbereich, insbesondere Führungsbereich
und dem hülsenförmigen Element (36, 37) ein erster mit dem Gelenkarm verbindbarer,
insbesondere verbundener Schraubring (34, 35) vorgesehen ist, welcher eine axiale
Anschlagfläche zur Anlage an der Grundplatte aufweist.
4. Gelenkanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass das Abschlusselement (8, 9) als Scheiben- oder Ringelement ausgebildet ist, welches
über einen zweiten mit dem hülsenförmigen Element (36, 37) verbundenen Schraubring
(38, 39) verbindbar ist, wobei der zweite Schraubring (38, 39) eine Anschlagfläche
für das Verformungsrohr bildet.
5. Gelenkanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass das Verformungsrohr an seinem gelenkseitigen Endbereich einen Bereich zum zumindest
mittelbarem Zusammenwirken mit dem Gelenkarm aufweist, welcher einen im Vergleich
zu einem weiter in Richtung zum wagenkastenseitigen Endbereich des Verformungsrohres
liegenden Bereich geringeren Querschnitt aufweist, wobei der Gelenkarm im Bereich
seines Lagerabschnittes zwischen der Grundplatte und diesem weiter in Richtung zum
wagenkastenseitigen Endbereich liegenden Bereiches des Verformungsrohres verspannt
ist und im Bereich des Führungsbereiches an der Außenoberfläche dieses weiter in Richtung
zum wagenkastenseitigen Endbereich liegenden Bereiches des Verformungsrohres zumindest
mittelbar oder direkt anliegt.
6. Gelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerbereich und der Führungsbereich des wagenkastenseitigen Endbereiches des
Gelenkarms integral ausgeführt sind und am Innenumfang des Gelenkarmes eine konische
Fläche zum Zusammenwirken mit dem Verformungsrohr vorgesehen ist, wobei die konische
Fläche vom Gelenkarm oder einem separaten zwischen Gelenkarm und Verformungsrohr vorgesehenen
Element, insbesondere Kegelring gebildet ist.
7. Gelenkanordnung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass der Gelenkarm zwischen der Grundplatte und dem weiter in Richtung zum wagenkastenseitigen
Endbereich liegenden Abschnitt des Verformungsrohres über den Kegelring bzw. die Kegelfläche
spielfrei verspannt ist.
8. Gelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass der Gelenkarm derart zwischen der Grundplatte und dem Verformungsrohr verspannt ist
und das Verformungsrohr derart ausgelegt ist, dass bei Überschreiten einer vorab festlegbaren
Betriebslast sich der Gelenkarm in Richtung zum wagenkastenseitigen Endbereich des
Verformungsrohres bewegt und dabei den weiter in Richtung zum wagenkastenseitigen
Endbereich liegenden Abschnitt des Verformungsrohres unter Querschnittserweiterung
plastisch verformt.
9. Gelenkanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte einen Anschlag für einen Flächenbereich bei Relativbewegung gegenüber
der Grundplatte ausbildet oder aufweist, welcher entweder
d) an dem in dieser gelagerten Gelenkarm oder
e) dem Gelenklager oder
f) dem mit dem in dieser Grundplatte gelagerten Gelenkarm gelenkig verbundenen Gelenkarm
in einem Bereich zwischen Gelenkkopf und Grundplatte
vorgesehen ist.
10. Gelenkanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der erste Gelenkkopf als Gelenkgabel und der zweite Gelenkkopf des Gelenklagers als
Gelenkauge ausgebildet ist.
11. Gelenkanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Gelenkanordnung ein Mitnehmerelement mit einem ersten Endbereich, welcher in Wirkverbindung
mit einem unterhalb der Gelenkanordnung anzuordnenden Fahrwerk, insbesondere Drehgestell,
bringbar ist und einen gegenüberliegenden zweiten Endbereich aufweist, über den das
Mitnehmerelement fest mit einem der Gelenkarme im Bereich der Gelenklagerebene verbunden
ist, wobei das Mitnehmerelement im ersten Endbereich durch eine senkrecht zur Längsachse
ausgerichtete Mitnehmerachse charakterisiert ist, die insbesondere beim Zusammenwirken
des Mitnehmerelementes mit dem Fahr- oder Drehgestell mit einer Mittenachse einer
an dieser vorgesehenen Aufnahmeeinrichtung zusammenfällt.