Verbindungselement zur drehbaren Verbindung eines

Wagenkastens mit einem Drehgestell eines Schienenfahrzeugs

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verbindungselement zur drehbaren Verbindung eines Wagenkastens mit einem Drehgestell eines Schienenfahrzeugs, wobei das Verbindungselement eine zum Wagenkasten ausrichtbare Begrenzungsfläche aufweist, auf welcher der Wagenkasten im montierten Zustand des

Verbindungselements zumindest teilweise aufliegt.

Ein solches Verbindungselement kann als Tauch- oder

Drehzapfen ausgebildet sein zur Montage an einem Wagenkasten zwecks Längs- und Querkraftübertragung zwischen einem

Drehgestell und dem Wagenkasten, wobei der Tauch- oder

Drehzapfen sich entlang seiner Längsachse von einem breiten Ende zu einem schmalen Ende verjüngt.

Der Tauch- oder Drehzapfen verjüngt sich in Richtung seiner Längsachse, welche im montierten Zustand des Tauch- oder Drehzapfen die Drehachse bildet, sodass das schmale Ende des Tauch- oder Drehzapfens den eigentlichen Zapfen bildet.

Dabei wird in der Regel das breite Ende des Tauch- oder

Drehzapfens am Wagenkasten befestigt und das schmale Ende des Tauch- oder Drehzapfens ragt in eine Öffnung an einem

Drehgestell. In dem Sinne, dass die Längsachse die Drehachse ist, ist es auch denkbar, dass die Abmessung des Tauch- oder Drehzapfens in Richtung der Längsachse kleiner ist als normal dazu, dass der Tauch- oder Drehzapfen also weniger lang als breit ist.

Der Tauch- oder Drehzapfen überträgt üblicher Weise

Längskräfte, Querkräfte und Vertikalkräfte. Tauchzapfen drehen sich selbst, haben aber, im Unterschied zu Drehzapfen, keine runde Buchse oder Ähnliches, wie es bei einer Lemniskatenanlenkung von Drehzapfen der Fall ist.

Das Verbindungselement kann - statt eines Tauch-oder

Drehzapfens oder zusätzlich zu einem Tauch-oder Drehzapfen - aber auch eine Wiege oder Traverse umfassen, also Bauteile, die in der Regel quer zur Längsachse des Wagenkastens (quer zur Fahrtrichtung) angeordnet sind.

Eine Wiege dient zur Verbesserung der Laufeigenschaften von Drehgestellen. Dabei nimmt ein an seinen Enden beweglich und durch die Sekundärfedern abgefedert mit dem Drehgestellrahmen verbundener Querträger die Wagenkastenkräfte auf.

Typischerweise ruht der Wagenkasten dabei außen auf

Gleitplatten, sodass Drehzapfen und -pfanne nur noch die Längskräfte übertragen und kein Gewicht mehr zu tragen haben. Eine Traverse oder Neigetraverse ist eine tragende Struktur aus geschweißten, geschmiedeten oder gefrästen Bauteilen aus Stahl oder einer Aluminiumlegierung. Bei einer Neigetraverse sind zusätzlich Komponenten für die aktive (mit Aktuatorik) oder passive Neigefunktion integriert. Zur Fahrstabilisierung im oberen Geschwindigkeitsbereich kann zwischen

Drehgestellrahmen und Neigetraverse je ein Schlingerdämpfer angebracht werden.

Stand der Technik

Tauchzapfen oder Drehzapfen sind an der Unterseite des

Wagenkastens lösbar befestigt, etwa durch Verschrauben mit dem Wagenkasten. Um auch Längsstöße, etwa bei einem Unfall, aufnehmen zu können, werden die Tauch- oder Drehzapfen üblicher Weise aus einem duktilen Werkstoff, wie Stahl, hergestellt . Längs eines Wagenkastens, insbesondere eines

Schienenfahrzeugs, müssen auch Kabelstränge untergebracht werden. Die Verlegung von Kabelsträngen entlang eines

Wagenkastens verursacht besonders im Bereich der Verbindung des Wagenkastens mit dem Drehgestell konstruktive Probleme, da dort Bauraum nur sehr eingeschränkt zur Verfügung steht.

Kabelstränge von Schienenfahrzeugen werden üblicher Weise entlang des Unterbaus von Wagenkästen in Kabelkanälen oder - Schächten geführt. Im Bereich der Koppel- oder

Verbindungselemente (Tauchzapfen, Drehzapfen, Wiegen,

Traversen) können die Kabelkanäle oder -Schächte bzw. die Kabel oberhalb des Verbindungselements geführt werden, z. B. schwenkt der Kabelkanal in diesem Bereich nach oben in den Unterbau des Wagenkastens hinein. Oder der Kabelkanal wird im Bereich des Verbindungselements seitlich um das

Verbindungselement geführt, also seitlich verschwenkt

geführt . Die DE 10 2010 011 568 AI zeigt eine Lösung, wo die

Bodenstruktur eines Schienenfahrzeugs Gerippe und flächige Strukturteile aufweist und Kabel zwischen dem Gerippe und den flächigen Strukturteilen angeordnet sind. Vom Gerippe der Bodenstruktur geht ein nach unten gerichteter Drehzapfen aus. Gemäß Fig. 3 der DE 10 2010 011 568 AI werden die Kabel also - unter anderem - oberhalb des Verbindungselements, hier ein Drehzapfen, durch den Wagenkasten geführt.

Wenn die Kabel aber oberhalb des Verbindungselements geführt werden, müssen dabei oft tragende Strukturen des Wagenkastens durchbrochen werden.

Darstellung der Erfindung

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verbindungselement zur Verfügung zu stellen, welches eine Führung von Kabeln ohne Durchbrechung von tragenden Strukturen des Wagenkastens und gegebenenfalls ohne

Verlängerung der Kabelwege durch seitliche Umgehung eines Tauch- oder Drehzapfens ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch ein Verbindungselement mit den

Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst, wobei das

Verbindungselement eine zum Wagenkasten ausrichtbare

Begrenzungsfläche aufweist, auf welcher der Wagenkasten im montierten Zustand des Verbindungselements zumindest

teilweise aufliegt. Diese Begrenzungsfläche kann, muss aber nicht eben sein.

Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das

Verbindungselement in der - zum Wagenkasten ausrichtbaren - Begrenzungsfläche zumindest eine rinnenförmige Ausnehmung aufweist, welche die gesamte Begrenzungsfläche durchzieht.

Gemäß der Erfindung bildet die durchgängige rinnenförmige Ausnehmung im montierten Zustand einen Tunnel durch das

Verbindungselement hindurch und es können durch die

rinnenförmige Ausnehmung im Verbindungselement Kabel oder andere Leitungen geführt werden, sodass in der tragenden Struktur des Wagenkastens keine Durchbrüche vorgesehen werden müssen. Kabel, die längs des Wagenkastens an dessen

Unterseite verlaufen, können bei montiertem

Verbindungselement längs der Ausnehmung, z.B. in gerader Linie, durch die Ausnehmung geführt werden, also auch dort an der Unterseite des Wagenkastens verlaufen.

Dadurch, dass die Ausnehmung durch ihre Rinnenform offen ist, kann das Verbindungselement grundsätzlich auch ohne Demontage der Kabel oder Leitungen am Wagenkasten montiert und

demontiert werden.

Die Ausnehmung kann gerade sein, was kurze Kabel- oder andere Leitungslängen bedingt. Es wäre aber auch denkbar, dass die Ausnehmung einen gekrümmten Verlauf nimmt, etwa, um eine Leitung innerhalb des Verbindungselements um einen Winkel umzulenken (z.B. aus der Richtung längs des Wagenkastens in eine Richtung quer zur Längsrichtung des Wagenkastens) .

Es kann genau eine Ausnehmung vorgesehen sein, insbesondere dann, wenn diese so groß ist, dass alle Kabeln oder Leitungen aufgenommen werden können und diese den gleichen Verlauf haben. Selbstverständlich können auch mehrere Ausnehmungen vorgesehen werden, die entweder parallel zueinander verlaufen oder zueinander unterschiedliche Verläufe aufweisen können.

Die Ausnehmung kann so ausgebildet werden, dass diese im montierten Zustand des Verbindungselements in Längsrichtung des Wagenkastens ausrichtbar ist. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Ausnehmung im montierten Zustand des

Verbindungselements z.B. quer zum Wagenkasten verläuft, um quer verlaufende Leitungen durch das Verbindungselement zu führen .

In der Regel wird die rinnenförmige Ausnehmung

über ihre Länge die gleiche Höhe aufweisen, es wäre aber auch denkbar, dass sich die Höhe ändert, die Ausnehmung sich also etwa an einer Seite tiefer in das Verbindungselement

„eingräbt" als auf einer anderen Seite des

Verbindungselements. In der Regel wird die Ausnehmung bei einem Tauch- oder Drehzapfen normal zu seiner Längsachse verlaufen .

Um dem Verbindungselement, insbesondere dem Tauch- oder

Drehzapfen, trotz der Ausnehmung größtmögliche Stabilität zu verleihen, kann vorgesehen sein, dass die Ausnehmung gewölbt ist, beim Tauch- oder Drehzapfen also etwa zum schmalen Ende des Tauch- oder Drehzapfens hin gewölbt ist. Eine Wölbung im Sinne einer stetigen Kurve weist, ähnlich der

Begrenzungsfläche eines Tunnels, keine Ecken auf, sodass etwaige Spannungen im Verbindungselement gleichmäßig um die Ausnehmung verteilt werden. Sonst könnte für die Ausnehmung auch ein rechteckiger Querschnitt verwendet werden, wie er für Kabelkanäle oder -Schächte sonst üblich ist. Insbesondere wenn nur eine Ausnehmung im Verbindungselement vorgesehen ist, können die Teile des Verbindungselements, welche die Ausnehmung umgeben, eine offene Dreieckstruktur bilden, wobei die beiden Schenkel des Dreiecks an ihren Enden am Wagenkasten befestigt werden und dadurch dem

Verbindungselement seine Stabilität verleihen. So kann der - im montierten Zustand - nach oben geöffnete Tauch- oder

Drehzapfen die Form eines „Y" bilden, wobei der obere Teil des „Y" die beiden Schenkel des Dreiecks und in seinem

Inneren die Ausnehmung bildet. Der untere Teil des „Y" bildet den eigentlichen Zapfen, der in das Drehgestell eingreift. Erst wenn die beiden Schenkel des „Y" (bzw. im allgemeinen Fall des Dreiecks) an ihren freien Enden mit dem Wagenkasten verbunden werden, ergibt sich eine stabile geschlossene

Dreiecksstruktur .

Das Verbindungselement kann als Tauch- oder Drehzapfen zwecks Längs- und Querkraftübertragung zwischen dem Drehgestell und dem Wagenkasten ausgebildet sein, wobei der Tauch- oder

Drehzapfen sich entlang seiner Längsachse von einem breiten Ende zu einem schmalen Ende verjüngt, wobei die rinnenförmige Ausnehmung zum breiten Ende hin offen ist. In einer Ausführungsform weist der Tauch- oder Drehzapfen genau eine Ausnehmung auf, die durch die Längsachse des

Tauch- oder Drehzapfens verläuft. Dadurch können im

montierten Zustand des Tauch- oder Drehzapfens Kabel bzw. Kabelkanäle, die mittig am und längs des Wagenkastens

angeordnet sind, gerade durch den Tauch- oder Drehzapfen geführt werden.

Die Ausnehmung kann am breiten Ende des Tauch- oder

Drehzapfens eine Breite von 10-90%, insbesondere von einer Hälfte bis zu einem Drittel, der Breite des breiten Endes, gemessen in der gleichen Richtung wie die Breite der

Ausnehmung, aufweisen. Dies stellt eine ausreichende

Stabilität des Tauch- oder Drehzapfens sicher. Wenn die Breite der Ausnehmung am breiten Ende des Tauchoder Drehzapfens die maximale Breite der Ausnehmung ist und sich die Breite der Ausnehmung zum schmalen Ende des Tauchoder Drehzapfens hin nicht erhöht (sondern nur gleichbleibt und sich nicht verringert) , dann ist sichergestellt, dass der Tauch- oder Drehzapfen vom Wagenkasten abgenommen werden kann, ohne die in der Ausnehmung befindlichen Einbauten

(Kabel, Kabelkanäle oder -schachte) ebenfalls demontieren zu müssen .

Die Ausnehmung kann je nach dem Platz, der für Leitungen benötigt wird, und je nach der erforderlichen Stabilität des Verbindungselements eine Höhe von 10-90% der Höhe des

Verbindungselements aufweisen. Die Höhe des

Verbindungselements kann im Bereich von 0,5 bis 2,5 m liegen. Grundsätzlich wäre es denkbar, auch eine sehr geringe Höhe von einigen mm zuzulassen, die für ein dünnes Kabel

ausreichend wäre. In der Regel wird man aber, unabhängig von der absoluten Höhe des Verbindungselements, eine Höhe von zumindest einem Zentimeter vorsehen, wobei auch geringe Höhen von 2-5 cm denkbar wären.

Die Erfindung umfasst auch einen Wagenkasten mit einem daran montierten erfindungsgemäßen Verbindungselement, wobei der Wagenkasten zumindest teilweise auf der Begrenzungsfläche aufliegt, welche die rinnenförmige Ausnehmung aufweist. Durch diese Ausnehmung verlaufen dann zumindest ein Kabelkanal und/oder zumindest ein Kabel oder eine andere Leitung, wie eine Druckluftleitung.

Durch das erfindungsgemäße Verbindungselement, etwa einen erfindungsgemäßen Tauch- oder Drehzapfen, wird der Bauraum im Unterflurbereich um das Verbindungselement nicht durch

Kabelstränge beansprucht. Die Fußbodenhöhe des Wagenkastens wird niedrig gehalten, weil keine Höhe für etwaige

Durchbrüche für Kabelstränge vorgesehen werden muss.

Schließlich können aufgrund der geraden Verlegung von Kabeln durch das Verbindungselement Kabellängen reduziert werden gegenüber einer Kabelführung seitlich oder oben um das

Verbindungselement herum.

Kurzbeschreibung der Figuren

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im nachfolgenden Teil der Beschreibung auf die Figuren Bezug genommen, aus der weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Einzelheiten und

Weiterbildungen der Erfindung zu entnehmen sind. Es zeigen:

Fig. 1 einen an einem Schienenfahrzeug befestigten

erfindungsgemäßen Tauchzapfen in Seitenansicht (in

Längsrichtung des Schienenfahrzeugs gesehen) ,

Fig. 2 den Tauchzapfen aus Fig. 1 in einer anderen

Seitenansicht (in Querrichtung des Schienenfahrzeugs

gesehen) .

Ausführung der Erfindung

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Tauchzapfen 1 derart, dass oben das breite Ende 2 und unten das schmale Ende 3 des Tauchzapfens zu liegen kommt. Der Tauchzapfen 1 hat in etwa die Form eines vierseitigen Pyramidenstumpfs, der zum

schmalen Ende 3 hin in einen Quader übergeht. Die Abmessung (die Höhe) des Tauchzapfens 1 beträgt in der dargestellten Form in Richtung der Längsachse 4, in Abhängigkeit von der Art des Schienenfahrzeugs, 0,5 bis 2,5 Meter. Da die

Längsachse 4 des Tauchzapfens 1 im Betriebszustand des

Tauchzapfens 1 seine Drehachse ist, ist es auch denkbar, dass die Abmessung des Tauchzapfens 1 in Richtung der Längsachse 4 kleiner ist als normal dazu, dass der Tauchzapfen also weniger lang als breit ist. Dies ist hier nicht der Fall. Am breiten Ende 2 des Tauchzapfens 1 ist an zwei gegenüberliegenden Seiten des Grundkörpers jeweils ein

Verschraubungsabschnitt 5 vorgesehen, mit welchem der

Tauchzapfen 1 mit dem Boden des Wagenkastens 9 verschraubt ist. Das schmale Ende 3 ragt dann nach unten in ein - hier nicht dargestelltes - Drehgestell. So bildet der nach oben geöffnete Tauchzapfen 1 die Form eines „Y", wobei der obere Teil des „Y" die beiden Schenkel eines Dreiecks und in seinem Inneren die Ausnehmung 6 bildet. Der untere Teil des „Y" bildet den eigentlichen Zapfen, der in das Drehgestell eingreift. Erst wenn die beiden Schenkel des „Y" an ihren freien Enden mittels Verschraubungsabschnitten 5 mit dem Wagenkasten 9 verbunden werden, ergibt sich eine stabile geschlossene Dreiecksstruktur.

Am breiten Ende 2 des Tauchzapfens 1 ist eine gerade, in etwa halbkreisförmige Ausnehmung 6 durch den Tauchzapfen 1 vorgesehen, wobei die Längsachse der Ausnehmung 6 normal zur Längsachse (Drehachse) 4 des Tauchzapfens 1 verläuft und diese schneidet. Die Ausnehmung 6 wölbt sich weg von der sonst ebenen Auflagefläche, mit welcher das breite Ende 2 des Tauchzapfens 1 am Wagenkasten 9 aufliegt und welche die hier ebene Begrenzungsfläche 11 des Tauchzapfens 1 bildet. Der Tauchzapfen 1 ist bezüglich des Wagenkastens 9 so

ausgerichtet, dass die Längsachse der Ausnehmung 6 (hier normal zur Zeichenebene verlaufend) parallel zur

Längsrichtung des Wagenkastens 9 verläuft. Es wäre auch denkbar, dass statt der eingezeichneten Ausnehmung 6 oder zusätzlich zu dieser eine weitere Ausnehmung quer zum

Wagenkasten 9 verläuft.

Die Ausnehmung 6 hat (in Fig. 1 von links nach rechts

gemessen) eine Breite, die etwas weniger als die Hälfte des breiten Endes 2 (gemessen in der selben Richtung) beträgt und gleichzeitig die größte Breite der Ausnehmung 6 ist, wobei die Breite der Ausnehmung 6 immer normal zur Längsachse 4 gemessen wird. Durch die Wölbung der Ausnehmung 6 verjüngt sich diese stetig längs der Längsachse 4 in Richtung des schmalen Endes 3. Die größte Höhe der Ausnehmung 6 (gemessen in Richtung der Längsachse 4) ist etwas kleiner als deren größte Breite. Durch die Ausnehmung 6 ist ein nach oben offener oder

geschlossener Kabelkanal 7 mit etwa quadratischem Querschnitt geführt, in welchem mehrere Kabel 8 verlegt sind.

In Fig. 2 ist erkennbar, dass der Kabelkanal 7 gerade längs des Wagenkastens 9 an dessen Unterseite und durch die

Ausnehmung 6 verläuft.

Der Tauchzapfen 1 kann auf verschiedene Art hergestellt werden. Er kann als Gussteil aus einer Stahl- oder

Aluminiumlegierung hergestellt werden, z.B. auch aus

Grauguss. Er kann aber auch aus Stahl oder Aluminium

geschweißt, geschmiedet, gefräst (insbesondere aus dem Vollen gefräst) werden. Er kann neben der Ausnehmung oder den

Ausnehmungen 6 auch Hohlräume aufweisen, was Gewicht

einspart.

Der Tauchzapfen 1 ist an seinem breiten Ende 2 in

Querrichtung des Wagenkastens 9 (von links nach rechts in Fig. 1 gemessen) etwa 0,5 - 2 m breit, in Längsrichtung des Wagenkastens 9 gemessen (von links nach rechts in Fig. 2) etwa 0,3 - 0,8 m breit. Das schmale Ende 3 ist in

Querrichtung (von links nach rechts in Fig. 1 gemessen) etwa 0,2 - 0,7 m breit, in Längsrichtung gemessen (von links nach rechts in Fig. 2) etwa 0,5 - I m breit. Die größte Breite der Ausnehmung 6 beträgt 0,2 - 0,5 m, die größte Höhe der

Ausnehmung 6 beträgt 0,1 - 0,3 m.

Bezugs zeichenliste :

1 Tauchzapfen (Verbindungselement)

2 breites Ende des Tauchzapfens 1

3 schmales Ende des Tauchzapfens 1 Längsachse des Tauchzapfens

Versehraubungsabschnitt

rinnenförmige Ausnehmung

Kabelkanal

Kabel

Wagenkasten

Begrenzungsfläche der Ausnehmung 6 Begrenzungsfläche des Tauchzapfens Verbindungselements 1)