Richtgelenk für Kuppelstangen von Schienenfahrzeugen

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Richtgelenk für Kuppelstangen zum Verbinden von Einzelwagen mehrgliedrigen Eisenbahngüterwageneinheiten, welches zur Reduzierung des Unterhaltungsaufwandes und gleichzeitig zur Senkung des Herstellungsaufwandes führt.
Das Richtgelenk ist so ausgeführt, dass druckseitige Federplattendämpfungselemente (6), eingespannt zwischen den Endflächen (7) der Kuppelstange (2) und den Stützlagerplatten (4) des Richtgelenkes innerhalb eines Stützkäfiges (8), an dessen äußeren Rändern (9) sich Abstütz- und Kipppunkte (10) befinden, die einen solchen Abstand "a" zur Auflagefläche (13) der Stützlagerplatte (4) aufweisen, dass sie beim beginnenden Ausschwenken der Kuppelstange (2) in vertikaler und/oder horizontaler Richtung und dem gleichzeitigen Wirken anfänglicher Längsdruckkräfte "L_DK", als Kraftübertragungspunkt zwischen Kuppelstange (2) und der Stützlagerplatte (4) zur Anlage kommen, angeordnet sind.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein vereinfachtes Richtgelenk für Kuppelstangen von Eisenbahntragwageneinheiten gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

[0002] Richtgelenke für Kuppelstangen und an den Enden angeordneten Endzugstangenteilen, die von je einer Endplatte der Kuppelstange aus zentrisch durch die Richtgelenkplatten, die Stützlagerplatten sowie die Federelemente und die Endscheiben geführt sind, sind bereits vorgeschlagen worden.

[0003] So zeigt DE - Aktenzeichen 102 10 059.4 ein Richtgelenk in der vorstehend genannten Bauweise, bei dem Stützlagerplatten als Verbindungsteile zum Untergestell und die Richtgelenkplatten als Endteile der Kuppelstange über zug- und druckseitig angeordnete Federplatten längs verspannt werden.
Die Richtgelenkplatte ist zur Stützlagerplatte hin kugelkalottenförmig ausgebildete und der Kraftübertragungspunkt der Längskräfte rollt bei Ausschlägen der Kuppelstange nach den Außenbereichen, wodurch eine exakte Außermittigkeit und ein genaues Rückstellmoment gegeben ist. Damit wird es möglich, in Abhängigkeit der Gleisradien und den unterschiedlichen Beladezuständen die im Moment notwendigen Entlastungen der Radsatzführungskräfte und die vertikalen Kraftkomponenten zur Vergrößerung der Radkräfte relativ genau zu erzeugen.
Die Richtgelenkplatte sitzt mit ihrem Schaftteil teleskopartig und damit axial verstellbar auf dem Endrohr der Kuppelstange. Das genannte Schaftteil nimmt die druckseitigen Federscheiben auf.

[0004] Neben dem Vorteil, dass man sowohl in vertikaler Richtung und insbesondere auch in horizontaler Richtung angepasst an den gerade zu durchfahrenden Gleisbogen und dem momentanen Ladezustand durch die Wahl des vertikalen sowie horizontalen Abrollradius stets die optimale Rückstellung bei Längsdruckkräften und die erforderliche Entlastung der Kraft zwischen Schiene und Spurkranz des führenden Rades und die Erhöhung der Radkraft des entlasteten Rades sichert, hat die vorgeschlagene Ausführung den Nachteil, dass die Teleskopführungen an den Enden der Kuppelstange teuer, gewichtserhöhend und insbesondere verschleißbehaftet und damit wartungsaufwendig sind.

[0005] Weiterhin sind hinreichend Lösungen bekannt, bei denen Kuppelstangen mit ihren Endzugstangen einfach über druck- und zugseitige runde Federscheiben an einer Stützlagerplatte, die wieder zwischen zwei Kupplungsträgern eines Wagens befestigt ist, angeordnet sind.
Beim Ausschwenken der Kuppelstangen werden die vorgespannten druckseitigen Federscheiben keilförmig verspannt, und die wirkenden Längsdruckkräfte vergrößern diese Verspannung und die Krafteinleitung in die Kuppelstange erfolgt außermittig, wodurch auch Rückstellmomente erzeugt werden.

[0006] Der Nachteil besteht jedoch darin, dass die Außermittigkeit der Kraftübertragung, die von der Flächenresultierenden der keilförmig deformierten Federscheibe abhängt, gering ist und nicht in den nahen Randbereichen der Scheiben erfolgt.

[0007] Auch vergrößerte Federscheibendurchmesser sowie eine Erhöhungen der Federwerkstoffhärte bringen keine optimalen Richtgelenkwirkungen, zumal der Federwerkstoff an der Keilspitze Überbesanspruchungen ausgesetzt ist.
Diese Gelenkart ist nur bei Fahrzeugen, die eine geringe Richtgelenkleistung benötigen zum Beispiel Wagen mit höherem Gewicht oder kürzeren Wagenlängenparametem, anwendbar.

[0008] Aufgabe der Erfindung ist es, ein vereinfachtes Richtgelenk für Kuppelstangen zu schaffen, welches die Nachteile der bekannten Lösungen vermeidet und die Anforderungen an Richtgelenke mit großer Richtgelenkwirkung für leichtgewichtige Eisenbahntragwagen und der Laufsicherheit unter Wirkung von Längsdruckkräften zuverlässig gewährleistet bei einem geringeren Unterhaltungsaufwand im Betrieb und Senkung des Herstellungsaufwandes bei Geringhaltung des Eigengewichtes.

[0009] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ergänzungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

[0010] Erfindungswesentlich ist, dass die druckseitigen Federplattendämpfungselemente, eingespannt zwischen den Endflächen der Kuppelstange und den Stützlagerplatten des Richtgelenkes innerhalb eines Stützkäfiges an dessen äußeren Rändern sich Abstützund Kipppunkte befinden, die einen solchen Abstand "a" zur Anlagefläche der Stützlagerplatte aufweisen, dass sie beim Ausschwenken der Kuppelstange in vertikaler und/oder horizontaler Richtung und dem gleichzeitigen Wirken anfänglicher Längsdruckkräfte "L_DK" als Kraftübertragungspunkte zwischen Kuppelstange und Stützlagerplatte zur Anlage kommen, angeordnet sind,
und dass die Anlage der Abstütz- und Kipppunkte des Stützkäfiges an die Stützlagerplatte ab einem horizontalen Kuppelstangenausschlag erfolgt, der bei europäischen Normalspurbahnen im definierten Bereich der Gleisbögen mit kleinem Gleisradiuns von ca. R = 400 bis 300 m liegt und einem gleichzeitigen Wirken einer anfänglichen Längsdruckkraft "L_DK" von etwa ¹/₃ bis ½ der Maximalkraft der im Gegen/Vollbogen verlangten Mindestlängsdruckkraft enspricht.

[0011] Darüber hinaus ist erfindungsgemäß, dass der Stützkäfig in horizontaler Richtung von seinem Mittelpunkt aus verbreiterte Ränder aufweist, die Abrollkurven zum Abrollen an der Stützlagerplatte besitzen.

[0012] In den übrigen Ansprüchen werden weitere vorteilhafte Ergänzungen der Erfindung dargelegt.
Der besondere Vorteil des vorstehend vorgeschlagenen vereinfachten Richtgelenkes für Kuppelstangen ist seine Hochleistungsrichtgelenkwirkung, erzielt durch weitgehenden Verzicht auf eine über ein Schaftteil axial geführte Richtgelenkplatte mit Kugelkalottenteil. Durch das Verwenden eines Stützkäfiges an der Richtgelenkplatte und des Einsetzens der Abstütz- und Kipppunkte oder des ringförmigen Randes nach dem Erreichen eines Kuppelstangenausschlages ab etwa 400 bis 300 m Gleisradius und einer anfänglichen Längsdruckkraft von ¹/₃ bis ½ der ertragbaren Längsdruckkraft erfolgt eine Zweiteilung des Lastwirkungsbereiches in einen Normallastbereich und einem außergewöhnlichen Lastbereich im engen Bogen mit hohen Längsdruckkräften.

[0013] Im Normallastbereich mit großen Gleisradien wirkt druckseitig das geringe, aber hier ausreichende Rückstellmoment, erzeugt über die Härte der Federplatte.
Im außergewöhnlichen Bereich wirken die "außergewöhnlichen" Einrichtungen, bestehend aus Abstütz- und Kipppunkten sowie aus einer Abrollkurve über den Rand der Richtgelenkplatte hinaus bzw. dem Eingreifen von Hilfsdruckfedern.
Im Normallastbereich, der im wesentlichen das gerade Gleis und flache Gleisbögen ausmacht, steht daneben die volle Dämpfungskapazität der Druckfederelemente weitgehends zur Verfügung. Die einsetzende vergrößerte Eigenverspannung ab einem Gleisradius von 400 bis 300m wirkt für die leichten Tragwagen Laufruhe verbessernd in Gleisen mit geringeren Radien bis R = 250 m entsprechend den Forderungen des internationalen Eisenbahnverbandes UIC.

[0014] Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1:

eine Draufsicht auf ein vereinfachtes Richtgelenk im Teilschnitt

Figur 2:

eine Draufsicht auf eine Ausführung mit getrennten Abstütz- und Kipppunkten

Figur 3:

eine Draufsicht wie Figur 2, jedoch mit Abrollkurven

Figur 4:

eine Draufsicht wie Figur 2, jedoch mit angeordneten Hilfsdruckfedern

Figur 5:

eine Seitenansicht eines Richtgelenkes einer Schrägkuppelstange.

[0015] Die Figuren 1 bis 5 zeigen jeweils die Endpartien der Kuppelstangen 2, die über Anschläge mit dem Tragwagenuntergestell 1 in Verbindung stehen.
Die Kuppelstangen 2 tragen an ihren Enden Richtgelenkplatten 3 mit Endlächen 7, die als Stützkäfig 8 fungieren und einen Rand 9 besitzen, der die Anlage des jeweiligen Abstütz- und Kipppunktes 10 beim Ausschwenken der Kuppelstange 2 an der Stützlagerplatte 4 übernimmt.

[0016] Ein Kuppelstangenendzugteil 5, befestigt am Endteil der Kuppelstange 2 verbindet selbige über Federplattendämpfungselemente 6 mit der Stützlagerplatte 4, die wiederum über Anschläge die unmittelbare Verbindung mit dem Tragwagenuntergestell 1 darstellt. Die Kuppelstangenendzugteile 5 sind dabei beweglich in der Stützlagerplatte 4 gelagert, wobei der Schwenkpunkt 16 innerhalb oder außerhalb der Dicke der Stützlagerplatte 4 liegen kann.

[0017] Zwischen der Endfläche 7 an der Kuppelstange 2, die auch gleichzeitig die Innenfläche der Richtgelenkplatte 3 darstellt, und der Auflagefläche 13 der Stützlagerplatte 4 sind die druckseitigen Federplattendämpfungselemente 6 und hinter der Stützlagerplatte 4 sind solche zur Aufnahme der Zugkräfte eingespannt angeordnet.

[0018] Erfindungsgemäß werden die druckseitigen Federplattendämpfungselemente 6 in der Richtgelenkplatte 3, die als Stützkäfig 8 ausgeführt ist, angeordnet, so dass zwischen dem Rand 9 bzw. dem Abstütz- und Kipppunkt 10 und der Auflagefläche 13 der Stützlagerplatte 4 ein Maß "a" gegeben ist.

[0019] Beim zentrischen Zusammendrücken der Federplattendämpfungselemente 6 im geraden Gleis und in solchen mit großen Gleisradien, die im internationalen Eisenbahnverband mit bis zu R = 400 m definiert sind, als die weitestgehenden Belastungsfälle, steht dabei bis zum Ausschlag der Kuppelstange 2 entsprechend den vorgenannten Gleisbedingungen die volle Feder- und Dämpfungskapazität zur Verfügung.
Als Rückstellmoment wirkt in diesem "Normallastbereich" lediglich selbiges aus der keilförmigen Verspannung der druckseitigen Federplattendämpfungselemente 6.

[0020] Weiter sind die Federplattendämpfungselemente 6 und die Druckfederwege so dimensioniert, dass das Maß "a" einen freien Kuppelstangenausschlag bis zu Gleisbögen mit Radien von ca.400 bis 300 m garantiert beim gleichzeitigen Wirken einer anfänglichen Längsdruckkraft "L_DK" von ¹/₃ bis ½ der geforderten ertragbaren Längsdruckkraft L_DK im Vollbogen mit einem Gleisradius von 150 m.

[0021] Nach dem Überschreiten der anfänglichen Längsdruckkraft "L_DK" und dem Durchfahren von Gleisbögen < R = 300 m beginnt der "außergewöhnliche Lastbereich". Dabei kommen die weit von der Kuppelstangenlängsmitte angeordneten Abstütz- und Kipppunkte 10 sowie die Abrollkurve 11 mit ihrem Abrolleffekt oder die Hilfsdruckfeder 14 zur Anlage. Sie erzeugen ab diesem Zeitpunkt zunehmend höhere Rückstellmomente, die proportional den ansteigenden Radlagerquerkräften "H_y" zwischen Spurkranz und Schiene entgegenwirken.
Das Gleiche erfolgt in vertikaler Richtung, wo durch die Entstehung von Vertikalkomponenten aus dem Richtgelenkt die vertikalen Radkräfte der entlasteten Achsen ausgleichend belastet werden.

[0022] Diese getrennte Wirkungsweise zwischen "Normal- und außergewöhnlichem Lastbereich" macht eine Vereinfachung der Ausbildung des Richtgelenkes ohne durchgehende Abrollflächen und ohne die Verwendung von Teleskoprohren an der Richtgelenk-platte möglich.

[0023] In Figur 1 ist ein Richtgelenk, ausgestattet mit einem ringförmigen Rand 9 am Stützkäfig 8 dargestellt.

[0024] Figur 2 zeigt eine Richtgelenkplatte 3 mit Stützkäfig 8 mit getrennt ausgeführten Abstütz- und Kipppunkten 10 für vertikale sowie horizontale Richtgelenkwirkung.

[0025] Figur 3 zeigt die Anordnung eines verbreiterten Randes 9 des Stützkäfiges 8 mit anschließender Abrollkurve 11, vorzugsweise zur Vergrößerung der horizontalen Stabilisierung.

[0026] Das Maß "a" zur Stützlagerplatte 4, welches sich zusammensetzt aus dem Kippweg "S_K" der Richtgelenkplatte 3 und deren Kipppunkte plus dem Federweg "S_F" aus der anfänglichen Längsdruckkraft "L_DK", vergrößert sich im Anteil des Kippweges mit dem Ausschlagwinkel "α_V" oder "α_H" der Kuppelstange 2.

[0027] In der Ausführung der Figur 4 werden horizontal stabilisierende Hilfsdruckfedern 14 angeordnet, wodurch auch eine elastische Kraftübertragung in Extremkurven gegeben ist. Dabei ist es auch denkbar, dass die Hilfsdruckfedern 14 bei Verwendung einer weichen Feder mit einer flachen statischen Kraft-Weg-Kennlinie von Anbeginn, an der Stützlagerplatte 4 anliegt und bei zentrischer Krafteinleitung auch Längsdruckkräfte "L_DK" übernimmt.

[0028] Vorteilhaft ist auch vorgesehen, die druckseitigen Federplattendämpfungselemente 6 zur Verbesserung der Richtgelenkwirkung mit größeren Durchmessern auszuführen als die der zugseitigen Federplattendämpfungselemente 6.
Vorgesehen ist weiter die Anzahl der druckseitigen Federplattendämpfungselemente 6 gegenüber der Anzahl der zugseitigen Federplattendämpfungselemente 6 klein zu halten.

[0029] Wie Figur 1 zeigt, ist bei druckseitigen Federplattendämpfungselementen 6, die etwa das doppelte Höhenmaß des international festgelegten UIC-Richtgelenkes besitzt, die Lagerung der Kuppelstangenendzugteile 5 in der Kuppelstange 2 über einen Gelenkpunkt 15 zur Vermeidung erhöhter Biegebeanspruchungen möglich.

[0030] Es ist auch denkbar, dass die Teile des Stützkäfiges 8 reziprok an der Stützlagerplatte 4 angeordnet sein können.

[0031] Bei der Verwendung von Kuppelstangen 2 gemäß Figur 5, die permanent in Schrägstellung angeordnet ausgeführt sind, sind die Anschlagteile 12 im Winkel der permanenten Schrägstellung "α_VSK" zur Sicherung des gleichmäßigen Abstandes "a" unterschiedlich lang ausgeführt, oder die vertikalen Stützlagerplatten besitzen entsprechende Ausarbeitung.

[0032] Weiter ist vorgesehen, dass die Kuppelstangen 2 zwischen den End- und Mittelwagen die nicht extrem leicht ausgeführt sind, nur an dem Ende zum Endwagen hin mit Stützlagerkäfigen 8 und deren Anbauteilen , die die Funktion des Abstützens und Kippens übernehmen, ausgerüstet sind. Das bedeutet, dass in diesem Falle auch Kuppelstangen zwischen den Mittelwagen symmetrisch an beiden Enden ohne Stützkäfig 8 verwendet werden können.
Denkbar ist auch eine Kuppelstange 2 zwischen End- und Mittelwagen, die an ihren beiden Enden unterschiedlich große Abstütz- und Kipppunkte 10 mit unterschiedlichen Kipphebelarmen besitzt. Dabei sind die größeren Kipphebelarme am Endwagenende angeordnet.

Aufstellung der verwendeten Bezugsteile

[0033] 

1

Tragwagenuntergestell

2

Kuppelstange

3

Richtgelenkplatte

4

Stützlagerplatte

5

Kuppelstangenendzugteil

6

Federplattendämpfungselement

7

Endfläche (der Kuppelstange)

8

Stützkäfig

9

Rand

10

Abstütz- und Kipppunkte

11

Abrollkurve

12

Anschlagteile

13

Auflagefläche (der Stützlagerplatte)

14

Hilfsdruckfeder

15

Gelenkpunkt (des Kuppelstangenendzugteils)

16

Schwenkpunkt

a

Abstand

S_K

Kippweg

S_F

Federweg

α_V

vertikaler Ausschlagwinkel

α_H

horizontaler Ausschlagwinkel

α_VSK

vertikaler Ausschlagwinkel (einer Schrägkuppelstange)

LDK

Längsdruckkraft

H_y

Radlagerquerkraft

Ansprüche

1. Vereinfachtes Richtgelenk für Kuppelstangen, dessen Ausführung und Anordnung zum Verbinden von leichtgewichtigen Einzeltragwagen innerhalb einer Eisenbahntragwageneinheit, bei welchen druck- und zugseitig Federplattendämpfungselemente, die von Kuppelstangenendzugteilen, welche zentrisch durch die Stützlagerplatten der Richtgelenke geführt sind, aufgenommen werden, zur Anwendung kommen.
dadurch gekennzeichnet, dass die druckseitigen Federplattendämpfungselemente (6), eingespannt zwischen den Endflächen (7) der Kuppelstange (2) und den Stützlagerplatten (4) des Richtgelenkes innerhalb eines Stützkäfigs (8), an dessen äußeren Rändern (9) sich Abstütz- und Kipppunkte (10) befinden, die einen solchen Abstand "a" zur Anlagefläche (13) der Stützlagerplatte (4) aufweisen, dass sie beim Aussschwenken der Kuppelstange (2) in vertikaler und/oder horizontaler Richtung und dem gleichzeitigen Wirken anfänglicher Längsdruckkräfte "L_DK" als Kraftübertragungspunkt zwischen Kuppelstange (2) und Stützlagerplatte (4) zur Anlage kommen, angeordnet sind.

2. Vereinfachtes Richtgelenk für Kuppelstangen nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage der Abstütz- und Kipppunkte (10) des Stützkäfigs (8) an die Stützlagerplatte (4) ab einem horizontaler Kuppelstangenausschlag erfolgt, der bei europäischen Normalspurbahnen im definierten Bereichder Gleisbögen mit kleinem Gleisradius von ca. R = 400 bis 300 m liegt und einem gleichzeitigen Wirken einer anfänglichen Längsdruckkraft "L_DK" von etwa ¹/₃ bis ½ der Maximalkraft der im Gegen/Vollbogen verlangten Mindestlängsdruckkraft entspricht.

3. Vereinfachtes Richtgelenk für Kuppelstangen nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass am Stützkäfig (8) getrennte Abstütz- und Kipppunkte (10) für eine vertikale und/oder horizontale Stabilisierung der Tragwagen angeordnet sind.

4. Vereinfachtes Richtgelenk für Kuppelstangen nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkäfig (8) einen ringförmigen Rand (9) aufweist.

5. Vereinfachtes Richtgelenk für Kuppelstangen nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkäfig (8) in horizontaler Richtung von seinem Mittelpunkt aus verbreiterte Ränder (9) aufweist, die Abrollkurven (11) besitzen.

6. Vereinfachtes Richtgelenk für Kuppelstangen nach einem der vorhergehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkäfig (8) als Abstütz- und Kipppunkt (10) Hilfsdruckfedern ( 14) besitzt.

7. Vereinfachtes Richtgelenk für Kuppelstangen nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand "a" zwischen der Hilfsdruckfeder (14) und der Stützlagerplatte (4) bei Verwendung einer Hilfsdruckfeder (14) mit flach verlaufender statischer Kraft-Weg-Kennlinie gleich Null sein kann.

8. Vereinfachtes Richtgelenk für Kuppelstangen nach einem der vorhergehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass die druckseitigen Federplattendämpfungselemente (6) größere Durchmesserabmessungen als die zugseitigen Federplattendämpfungselemente (6) besitzen.

9. Vereinfachtes Richtgelenk für Kuppelstangen nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der zugseitigen Federplattendämpfungselemente (6) größer als die der druckseitigen Federplattendämpfungselemente (6) ist.

10. Vereinfachtes Richtgelenk für Kuppelstangen nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass bei der Verwendung von Federplattendämpfungselementen (6) mit großen Höhenabmessungen, die bei den druckseitigen Federplattendämpfungselementen (6) etwa das doppelte Höhenmaß des international festgelegten UIC-Richtgelenkes betragen soll, das Kuppelstangenendzugteil (5) auch gelenkartig über Gelenkpunkt (15) an den Enden der Kuppelstangen (2) angeordnet sein kann.

11. Vereinfachtes Richtgelenk für Kuppelstangen nach einem der vorhergehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass die Teile (9), (10), (11) und (12) des Stütz käfigs (8) reziprok an der Stützlagerplatte (4) angeordnet sein könnten.

12. Vereinfachtes Richtgelenk für Kuppelstangen nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass bei Kuppelstangen zwischen End- und Mittelwagen mit permanenter Schrägstellung die Stütz käfige (8) unterschiedlich hohe, als Abstütz- und Kipppunkt (10) wirkende Anschlagteile (12) besitzen, oder die Anlagefläche (13) der Stützlagerplatte (4) ist örtlich zurückgesetzt ausgeführt zur Sicherung des beidseitigen gleichen Maßes für den Abstand "a".

13. Vereinfachtes Richtgelnk für Kuppelstangen nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kuppelstangen (2) zwischen den End- und Mittelwagen, die nicht extrem leicht ausgeführt sind, nur an dem Ende zum Endwagen hin mit Stützkäfigen (8) und deren Anbauteilen ausgerüstet sind, oder das Richtgelenk am Mittelwagenende besitzt Abstütz- und Kipppunkte (10) mit kleineren insbesondere horizontalen Kipphebelarmen.

Zeichnung