GOTTSCHALK MARKUS (AT)
HAAS HERBERT (AT)
JP2007253679A | 2007-10-04 | |||
DE4446282C1 | 1996-04-04 | |||
DE10343536A1 | 2005-05-04 | |||
EP1647462A1 | 2006-04-19 |
Patentansprüche 1. Federungsvorrichtung (1) zur gegenseitigen Abstützung eines ersten Wagenkastens (12) und eines zweiten Wagenkastens (13) eines Schienenfahrzeugs, mit einer Wirkachse (11), welche normal zu einer Längsachse (9) des Schienenfahrzeuges parallel zu einer Querrichtung (10) ausgerichtet ist, wobei der erste Wagenkasten (12) mit dem zweiten Wagenkasten (13) über eine Gelenksverbindung (14) verbunden ist, welche Gelenksverbindung (14) zumindest eine Wankbewegung zwischen den Wagenkästen (12,13) um die Längsachse (9) des Schienenfahrzeuges zulässt, wobei die Federungsvorrichtung (1) eine erste Verbindungsstelle (15) sowie eine zweite Verbindungsstelle (16) zur Verbindung mit den Wagenkästen (12,13) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Federungsvorrichtung (1) eine um einen Nullpunkt beidseitig annähernd gleichwirkende Federungsvorrichtung (1) mit zumindest zwei Federelementen (2,3) ist, wobei die Federelemente (2,3) derart angeordnet sind, dass sich bei einer Belastung der Federungsvorrichtung (1) in beiden Richtungen längs der Wirkachse (11) in jeweils zumindest einem der Federelemente (2,3) eine den Wankbewegungen entgegen wirkende Rückstellkraft aufbaut. 2. Federungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenksverbindung (14) an einem unteren Abschnitt (17) der Wagenkästen (12,13) und die Federungsvorrichtung (1) an einem oberen Abschnitt (18) der Wagenkästen (12,13) angeordnet ist. 3. Federungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Federungsvorrichtung (1) einen Führungsteil (4) und einen geführten Teil (5) umfasst, wobei der geführte Teil (5) parallel zur Wirkachse (11) im Führungsteil (4) translatorisch verschiebbar ist. 4. Federungsvorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der geführte Teil (5) einen ersten Stützabschnitt (19) und einen zweiten Stützabschnitt (20) aufweist, wobei die Stützabschnitte (19,20) normal auf die Wirkachse (11) stehen und in entgegengesetzte Richtungen weisen und dass ein erstes Federelement (2) am ersten Stützabschnitt (19) und ein zweites Federelement (3) am zweiten Stützabschnitt (20) angeordnet ist und dass eine der Verbindungsstellen (15,16) vom geführten Teil (5) ausgebildet ist. 5. Federungsvorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsteil (4) einen ersten Kontaktabschnitt (21) und einen zweiten Kontaktabschnitt (22) aufweist, wobei je ein Kontaktabschnitt (21,22) einem Stützabschnitt (19,20) gegenüberliegend angeordnet ist und wobei je eines der Federelemente (2,3) zwischen Kontaktabschnitt (21,22) und korrespondierendem Stützabschnitt (19,20) angeordnet ist und dass eine der Verbindungsstellen (15,16) vom Führungsteil (4) ausgebildet ist. 6. Federungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der geführte Teil (5) als eine Kolbenstange (8) mit Kolben (7) und der Führungsteil (4) als ein Zylinder (6) ausgebildet ist. 7. Federungsvorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützabschnitte (19,20) auf jeweils einer Stirnseite des Kolbens (7) ausgebildet sind. 8. Federungsvorrichtung (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Kontaktabschnitte (21,22) durch eine Verschlussplatte (23) des Zylinders (6) ausgebildet ist, welche Verschlussplatte (23) den Zylinder (6), vorzugsweise jeweils endseitig, zumindest teilweise verschließt. . Federungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (2,3) in einer Ausgangsstellung eine Vorspannung aufweisen. 0. Federungsvorrichtung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass beide Federelemente (2,3) endseitig in einem Federtopf (26,27) gelagert sind, wobei der Kolben (7) zwischen den beiden Federtöpfen (26,27) positioniert ist und wobei die Federtöpfe (26,27) in der Ausgangsstellung an einem im Zylinder (6) befestigten Anschlag (24) anliegen . 1. Federungsvorrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ausgangsstellung die Stützabschnitte (19,20) des Kolbens (7) an den Federtöpfen (26,27) anliegen. 2. Federungsvorrichtung (1) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Federtöpfe (26,27) einen hülsenförmigen Abschnitt aufweisen, welcher sich an der Zylinderbohrungswand (25) abstützt und parallel zur Wirkachse (11) in Richtung des dem entsprechenden Stützabschnitts (19,20) gegenüberliegenden Kontaktabschnitts (21,22) erstreckt. |
Federungsvorrichtung zur Abstützung zweier Wagenkästen eines Schienenfahrzeugs
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Federungsvorrichtung zur gegenseitigen Abstützung eines ersten Wagenkastens und eines zweiten Wagenkastens eines Schienenfahrzeugs, mit einer Wirkachse, welche normal zu einer Längsachse des
Schienenfahrzeuges parallel zu einer Querrichtung
ausgerichtet ist,
wobei der erste Wagenkasten mit dem zweiten Wagenkasten über eine Gelenksverbindung verbunden ist, welche
Gelenksverbindung zumindest eine Wankbewegung zwischen den Wagenkästen um die Längsachse des Schienenfahrzeuges zulässt wobei die Federungsvorrichtung eine erste Verbindungsstelle sowie eine zweite Verbindungsstelle zur Verbindung mit den Wagenkästen aufweist.
Stand der Technik
Schienenfahrzeuge, die als Gliederfahrzeuge ausgeführt sind, wie es beispielsweise bei Straßenbahnen oftmals der Fall ist umfassen in der Regel zumindest zwei Wagenkästen, die auf Drehgestellen aufliegen und eine Längsachse aufweisen, die parallel zur Fahrtrichtung des Schienenfahrzeuges
ausgerichtet ist. Zwei Wagenkästen sind dabei im Bereich der Drehgestelle, also im unteren Bereich der Wagenkästen, über eine Gelenkverbindung miteinander verbunden. Dabei erlaubt die Gelenkverbindung eine Relativbewegung zwischen den Wagenkästen, sodass zumindest eine Schwenkbewegung um eine Hochachse und üblicher Weise auch eine Nickbewegung um eine Querrichtung des Schienenfahrzeuges möglich ist, um
Kurvenfahrten und Kuppenfahrten zu ermöglichen. Wankbewegungen, also eine Verdrehung der Wagenkästen
gegeneinander um die Längsachse, werden oftmals nicht zugelassen, sodass es bei Gleisverwindungen, also
Verwindungen des Gleisbetts und des Gleises um die Längsachse über einen Abschnitt des Gleiskörpers in Längsrichtung gesehen, zu hohen Belastungen der Wagenkästen und
Drehgestelle kommt. Dadurch wird auch die Sicherheit des Schienenfahrzeuges gegen Entgleisen herabgesetzt.
Aus der DE 103 43 536 AI ist bereits ein großräumiges
Fahrzeug zur Personenbeförderung bekannt, insbesondere ein Schienenfahrzeug, bekannt, bei dem eine Gelenksverbindung zusätzlich zu einer Schwenkbewegung auch eine Wankbewegung ermöglicht. Dazu ist neben einem sphärischen Gelenk im unteren Abschnitt der Wagenkästen ein Verbindungselement im oberen Abschnitt angebracht ist, welches als Lenkerstange ausgebildet ist und über Gelenke mit den Wagenkästen
verbunden ist. Auch ist bekannt, dass neben dem
Verbindungselement ein Bauteil zur Begrenzung der
Wankbewegungen vorgesehen ist, welches federnde und dämpfende Wirkung hat, wobei eine Wirkachse der Federungsvorrichtung parallel zur Querrichtung ausgerichtet ist und normal auf die Längsachse steht.
Aus der Kombination des Verbindungselementes und des Bauteils zur Begrenzung der Wankbewegungen ergeben sich eine komplexe Konstruktion, bei der eine große Anzahl von Bauteilen dimensioniert und gegebenenfalls gewartet werden müssen, umfangreiche kinematische Abhängigkeiten, die bei der
Auslegung berücksichtigt werden müssen, sowie eine
zeitaufwändige Montage bei der Assemblierung des
Schienenfahrzeuges. Der genaue Aufbau des Bauteils zur
Begrenzung der Wankbewegungen bleibt dabei im Dunkeln.
Aufgabe der Erfindung Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden und eine
Federungsvorrichtung zur gegenseitigen Abstützung eines ersten Wagenkastens und eines zweiten Wagenkastens eines Schienenfahrzeugs vorzuschlagen, in der die Anzahl der benötigten Bauteile gegenüber dem Stand der Technik reduziert ist und die kinematischen Zusammenhänge vereinfacht sind, ohne dabei die Wanksteifigkeit zu reduzieren.
Darstellung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch eine Federungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen
abhängigen Ansprüchen definiert.
Die Erfindung betrifft eine Federungsvorrichtung zur
gegenseitigen Abstützung eines ersten Wagenkastens und eines zweiten Wagenkastens eines Schienenfahrzeugs mit einer
Wirkachse, welche normal zu einer Längsachse des
Schienenfahrzeuges parallel zu einer Querrichtung
ausgerichtet ist,
wobei der erste Wagenkasten mit dem zweiten Wagenkasten über eine Gelenksverbindung verbunden ist, welche
Gelenksverbindung zumindest eine Wankbewegung zwischen den Wagenkästen um die Längsachse des Schienenfahrzeuges zulässt, wobei die Federungsvorrichtung eine erste Verbindungsstelle sowie eine zweite Verbindungsstelle zur Verbindung mit den Wagenkästen aufweist.
Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die
Federungsvorrichtung eine um einen Nullpunkt beidseitig annähernd gleichwirkende Federungsvorrichtung mit zumindest zwei Federelementen ist, wobei die Federelemente derart angeordnet sind, dass sich bei einer Belastung der
Federungsvorrichtung in beiden Richtungen längs der Wirkachse in jeweils zumindest einem der Federelemente eine den Wankbewegungen entgegen wirkende Rückstellkraft aufbaut.
Durch die Gestaltung der Federungsvorrichtung als um einen Nullpunkt beidseitig annähernd gleichwirkende
Federungsvorrichtung ist es nunmehr möglich, die Wagenkästen zusätzlich zu der Gelenksverbindung ausschließlich über die Federungsvorrichtung miteinander zu verbinden. Durch die beidseitige Wirkung baut sich bei beiden möglichen
Wankbewegungen in zumindest einem der Federelemente eine Rückstellkraft auf. Unter den beiden möglichen Wankbewegungen wird dabei die erste Wankbewegung als Rotation des ersten Wagenkastens im Uhrzeigersinn um die Längsachse und die Rotation des zweiten Wagenkastens gegen den Uhrzeigersinn um die Längsachse verstanden, wobei die zweite Wankbewegung genau gegengleiche Rotationen aufweist. Die Federelemente sind dabei so angeordnet, dass jeder Wankbewegung zumindest ein Federelement zugeordnet ist, welches bei der jeweiligen Wankbewegung eine Rückstellkraft aufbaut. Die Rückstellkraft kann beispielsweise aus der Kompression einer Druckfeder, etwa einer Zylinderfeder, durch die Wankbewegung resultieren, sodass das Federelement durch die wirkende Federkraft bestrebt ist zu reexpandieren. Die Federelemente können dabei parallel oder in Serie angeordnet sein, wobei jeder
Verbindungsstelle zumindest ein Federelement zugeordnet sein kann. Dadurch wird die Wanksteifigkeit des Schienenfahrzeuges so weit erhöht, dass trotz der Reduktion der benötigten
Bauteile und des kinematisch einfacheren Zusammenhangs, die Gefahr der Verletzung des Lichtraumprofils vermindert wird und gleichzeitig die mechanische Belastung der Wagenkästen, bzw. auch von Drehgestellen, im Falle von Gleisverwindungen reduziert wird. So wird auch eine Erhöhung der
Entgleisungssicherheit erreicht.
Da die Zugkraftübertragung zwischen den Wagenkästen in der Regel über die Drehgestelle erfolgt, die gleisgebunden sind und daher in einem unteren, gleisnahen, Abschnitt der
Wagenkästen angeordnet sind bzw. da die Wankbewegungen zu einer Auslenkung von oberen Abschnitten der Schienenfahrzeuge führt, beispielsweise im Bereich des Dachs oder der Verbindung des Dachs mit den Seitenwänden des
Schienenfahrzeuges, sodass die Gefahr einer Verletzung des Lichtraumprofils insbesondere im oberen Abschnitt gegeben ist, ist in einer Ausführungsvariante der Erfindung
vorgesehen, dass die Gelenksverbindung an einem unteren Abschnitt der Wagenkästen und die Federungsvorrichtung an einem oberen Abschnitt der Wagenkästen angeordnet ist.
Eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass die Federungsvorrichtung einen Führungsteil und einen geführten Teil umfasst, wobei der geführte Teil parallel zur Wirkachse im Führungsteil translatorisch verschiebbar ist. Durch die Ausführung der Federungsvorrichtung mit
Führungsteil und geführtem Teil ist der Einfluss von
Querbelastungen auf die Federungsvorrichtung, also von
Kräften, die eine Komponente aufweisen die parallel zur Längsrichtung ausgerichtet ist, reduziert, da die Führung lediglich Verschiebungen parallel zur Wirkachse erlaubt.
Dabei weist der Führungsteil in der Regel einen Hohlraum mit einem konstanten Querschnitt normal auf die Wirkachse auf, der beispielsweise die geometrische Form eines Kreises, Rechtecks, Vielecks oder einer Ellipse, aufweist. Der geführte Teil weist zumindest einen Abschnitt auf, der im Wesentlichen dem Querschnitt des Hohlraums des Führungsteils entspricht, sodass dieser Abschnitt im Hohlraum geführt ist. So ist beispielsweise eine Linearführung, etwa durch eine Kolben-Zylinder-Einheit, denkbar .
Zur Aufnahme und Übertragung der Federkräfte in den geführten Teil ist in einer weiteren Ausführungsvariante einer
erfindungsgemäßen Federungsvorrichtung vorgesehen, dass der geführte Teil einen ersten Stützabschnitt und einen zweiten Stützabschnitt aufweist, wobei die Stützabschnitte normal auf die Wirkachse stehen und in entgegengesetzte Richtungen weisen und dass ein erstes Federelement am ersten
Stützabschnitt und ein zweites Federelement am zweiten
Stützabschnitt angeordnet ist und dass eine der
Verbindungsstellen vom geführten Teil ausgebildet ist. Die Stützabschnitte sind dabei bevorzugt in jenem Abschnitt des geführten Teils angeordnet, welcher denselben Querschnitt aufweist wie der Hohlraum. In den Stützabschnitten stützen sich die Federelemente gegen den geführten Teil ab, wobei der geführte Teil über die Verbindungsstelle an einem der
Wagenkästen befestigt ist. Damit lässt sich eine
Rückstellkraft von einem der Federelemente auf den
Wagenkasten ausüben, sodass der Wagenkasten durch die
Rückstellkraft im Falle einer Wankbewegung zurück in eine Ausgangsstellung gebracht wird, in der die Wagenkästen nicht gegeneinander durch eine gegengleiche Rotation um die
Längsachse verdreht sind. Die Federelemente können dabei die Stützabschnitte, welche in der Regel kreisringförmig
ausgebildet sind, direkt kontaktieren, oder aber über
Zwischenelemente, wie beispielsweise Federteller, verbunden sein .
Da sich die Federelemente jeweils gegen einen zweiten
Abschnitt abstützen müssen, um Federkräfte, insbesondere Druckkräfte, aufbauen zu können, ist in einer weiteren
Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen, dass der
Führungsteil einen ersten Kontaktabschnitt und einen zweiten Kontaktabschnitt aufweist, wobei je ein Kontaktabschnitt einem Stützabschnitt gegenüberliegend angeordnet ist und wobei je eines der Federelemente zwischen Kontaktabschnitt und korrespondierendem Stützabschnitt angeordnet ist und dass eine der Verbindungsstellen vom Führungsteil ausgebildet ist. Ein Federelement ist also zwischen dem Stützabschnitt und dem Kontaktabschnitt angeordnet und stützt sich damit einerseits gegen den Führungsteil und andererseits gegen den geführten Teil ab. Durch die Verbindung des Führungsteils mit dem
Wagenkasten über die Verbindungsstelle, wie zuvor
beschrieben, wird eine Rückstellkraft von den Federelementen auf den jeweils anderen Wagenkasten ausgeübt, sodass beide Wagenkästen bei Wankbewegungen über die Rückstellkräfte in die Ausgangsstellung zurück bewegt werden. Eine bevorzugte Ausführungsvariante sieht dabei vor, dass der geführte Teil als eine Kolbenstange mit Kolben und der
Führungsteil als ein Zylinder ausgebildet ist. Die lineare Führung nach dem Kolben-Zylinder-Prinzip ist konstruktiv einfach aufgebaut und für den Einsatzzweck besonders gut geeignet, da es sich um eine äußerst robuste und wartungsarme Konstruktion handelt. Dabei kann eine der Verbindungsstellen am Zylinder und die andere Verbindungsstelle an der
Kolbenstange angeordnet sein, vorzugsweise jeweils in
Richtung der Wirkachse gesehen endseitig.
Da die Achse des Kolbens parallel zur Wirkrichtung
ausgerichtet ist, sodass der Kolben entlang seines Umfangs an einer Zylinderbohrungswand anliegt bzw. über geeignete Mittel im Zylinder geführt ist und die Stirnseiten des Kolbens in Richtung des jeweiligen Längsendes des Zylinders weisen, eignen sich die Stirnseiten des Kolbens besonders gut zur Aufnahme der Federelemente und damit zur Ausbildung der Stützabschnitte. Daher ist in einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen, dass die
Stützabschnitte auf jeweils einer Stirnseite des Kolbens ausgebildet sind.
Um die Federelemente am Zylinder abzustützen, obwohl der Zylinder zumindest auf einer Seite eine Öffnung zur Aufnahme des Kolbens aufweist, sodass keine der Stirnseite des Kolbens gegenüberliegende Fläche vorhanden ist, ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante einer
erfindungsgemäßen Federungsvorrichtung vorgesehen, dass zumindest einer der Kontaktabschnitte durch eine
Verschlussplatte des Zylinders ausgebildet ist, welche
Verschlussplatte den Zylinder, vorzugsweise jeweils
endseitig, zumindest teilweise verschließt. Da die
Kolbenstange durch die Verschlussplatte geführt werden muss, ist diese in der Regel kreisringförmig ausgebildet. Der andere Kontaktabschnitt ist dabei am Zylinderboden
ausgebildet. Ist der Zylinder jedoch beidseitig geöffnet und weist dadurch keinen Zylinderboden auf, kann auch die zweite Seite durch eine Verschlussplatte verschlossen sein, wobei diese Verschlussplatte üblicher Weise keine Öffnung aufweist.
Um die Größe der Rückstellkraft und damit die Grenzen der Wankbewegungen einstellbar zu machen und gleichzeitig sicherzustellen, dass die Federelemente auch bei einer
Wankbewegung an den Kontaktstellen und Stützstellen anliegen, ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen, dass die Federelemente in einer
Ausgangsstellung eine Vorspannung aufweisen. Eine Vorspannung kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass zumindest eine Verschlussplatte in Richtung des Kolbens verschiebbar und fixierbar ist, sodass beide Federelemente vorgespannt werden. Insbesondere kann die Verschlussplatte ein
Außengewinde aufweisen, welches in ein Innengewinde des
Zylinders eingreift, sodass durch eine Schraubbewegung der Verschlussplatte eine Vorspannung realisiert wird. Natürlich ist es dabei auch denkbar, dass die Verschlussplatte in den Zylinder eingeschweißt ist. Die Ausgangsstellung ist dabei jene Stellung in der die Wagenkästen nicht gegeneinander durch eine gegengleiche Rotation um die Längsachse verdreht sind, also die Federelemente nicht durch eine äußere Kraft belastet sind. In der Regel ist der Kolben dabei in einer Richtung parallel zur Wirkachse mittig im Zylinder
angeordnet. Durch eine Vorspannung der Federelemente gegen den Kolben ist ein Bereich erhöhter Federsteifigkeit
realisierbar, da solange beide Federelemente am Kolben anliegen, die Ersatzfedersteifigkeit der Summe der einzelnen Federsteifigkeiten entspricht. Wird dabei ein Federelement mit einer Kraft belastet, die größer als die Vorspannkraft ist, so ist das andere Federelement nicht mehr im Eingriff mit dem Kolben und die Federsteifigkeit für den weiteren Verformungsweg entspricht der Federsteifigkeit des belasteten Federelements .
Bei einer Koppelung der Federn, wie zuvor beschrieben, reichen bereits kleine Kräfte aus, um den Kolben im Zylinder zu verschieben, obwohl die Federsteifigkeit erhöht ist. Daher würde jede Wankbewegung der Wagenkästen eine Verschiebung des Kolbens aus der Ausgangsstellung bewirken, sodass der Kolben im Betrieb ständig hin und her bewegt werden würde. Daher ist zur Entkoppelung der beiden Federelemente in einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen, dass beide Federelemente endseitig in einem Federtopf gelagert sind, wobei der Kolben zwischen den beiden
Federtöpfen positioniert ist und wobei die Federtöpfe in der Ausgangsstellung an einem im Zylinder befestigten Anschlag anliegen. Dadurch, dass sich die Federtöpfe gegen den
Anschlag, der beispielsweise ringförmig ausgebildet sein kann, abstützen, ist eine Vorspannung beider Federelemente gegen den Anschlag möglich. Der Kolben befindet sich dabei in dem durch den Abstand der Federtöpfe bzw. durch die
Erstreckung des Anschlags parallel zur Wirkachse definierten Zwischenraum, sodass vorzugsweise zumindest eine der
Stützflächen an einem der Federtöpfe anliegt. Kontaktiert beispielsweise die erste Stützfläche den ersten Federtopf, so wird der Federtopf erst in Richtung der ersten Kontaktfläche verschoben, wenn die aufgebrachte Kraft größer ist als die Vorspannkraft des ersten Federelements. Gleiches gilt auch umgekehrt für das zweite Federelement. Bevorzugt ist der Anschlag dabei an der Zylinderbohrungswand befestigt, sodass sich ein radialer Spalt zwischen Kolben und Anschlag
einstellt.
Um eine Bewegung des Kolbens im Zylinder bei einer auf den Kolben wirkenden Kraft unterhalb der Vorspannkraft zu verhindern, sieht eine weitere besonders bevorzugte
Ausführungsvariante vor, dass in der Ausgangsstellung die
Stützabschnitte des Kolbens an den Federtöpfen anliegen. Mit anderen Worten ist der Kolben dabei so dimensioniert, dass seine maximale Erstreckung parallel zur Wirkachse gleich groß ist wie die maximale Erstreckung des Anschlags parallel zur Wirkachse, so dass sich in der Ausgangsstellung eine plane Fläche normal zur Wirkachse zwischen Anschlag und zumindest einem Teil des ersten und zweiten Stützabschnitts ausbildet. Zur Führung der Federtöpfe im Zylinder und zur Verhinderung des Verkantens der Federtöpfe im Zylinder ist gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsvariante der
Federungsvorrichtung vorgesehen, dass die Federtöpfe einen hülsenförmigen Abschnitt aufweisen, welcher sich an der Zylinderbohrungswand abstützt und parallel zur Wirkachse in Richtung des dem entsprechenden Stützabschnitts
gegenüberliegenden Kontaktabschnitts erstreckt.
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. Die Figuren sind als beispielhaft zu verstehen und sollen den
Erfindungscharakter zwar darlegen, ihn aber keinesfalls einengen oder gar abschließend wiedergeben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung zweier Wagenkästen mit
einer erfindungsgemäßen Federungsvorrichtung
Fig. 2 eine Detaildarstellung einer ersten;
Ausführungsvariante der Federungsvorrichtung
Fig. 3 eine Detaildarstellung einer zweiten;
Ausführungsvariante der Federungsvorrichtung;
Fig. 4 einen prinzipiellen Verlauf der Federkennlinien für die erste Ausführungsvariante;
Fig. 5 einen prinzipiellen Verlauf der Federkennlinie für die zweite Ausführungsvariante.
Ausführung der Erfindung
Figur 1 zeigt einen ersten Wagenkasten 12 und einen zweiten Wagenkasten 13 eines Schienenfahrzeuges, vorzugsweise eines Straßenbahnfahrzeuges in einer Ausgangsstellung, bei der die Federungsvorrichtung 1 nicht durch äußere Kräfte belastet ist. Die Wagenkästen 12,13 weisen dabei eine Längsachse 9 auf, die im vorliegenden Fall der Fahrtrichtung des
Schienenfahrzeuges entspricht; eine Querrichtung 10 des Schienenfahrzeugs steht normal auf die Längsachse 9 und bildet gemeinsam mit dieser eine Grundebene, welche parallel zu einer Gleisebene ausgerichtet ist. Es versteht sich dabei von selbst, dass sich dieser Zustand nur bei einer Fahrt entlang eines ebenen geraden Gleisabschnitts einstellt und etwa bei Kurvenfahrten oder Kuppenfahrten von dem
beschriebenen Zustand abweichen kann. Die Wagenkästen 12,13 sind in einem unteren Abschnitt 17 über eine
Gelenksverbindung 14 miteinander verbunden, wobei die
Gelenksverbindung 14 zumindest eine Wankbewegung um die Längsachse 9 zulässt, aber auch Nickbewegungen um die
Querrichtung 10 und Schwenkbewegungen um eine zur Gleisebene normalen Höhenrichtung. Der untere Abschnitt 17 ist dabei in Höhenrichtung gesehen im gleisnahen Bereich angeordnet, wobei die Gelenksverbindung 14 beispielsweise als Teil eines
Drehgestelles ausgebildet sein kann oder auf einem
Drehgestell aufliegen kann.
Im oberen Abschnitt 18 der Wagenkästen 12,13 ist eine
Federungsvorrichtung 1 angeordnet, welche eine Wirkachse 11 aufweist, die parallel zur Querrichtung 10 und damit auch parallel zu der Gleisebene ausgerichtet ist. In der Regel ist der obere Abschnitt 18 in jenem Bereich der Wagenkästen 12,13 ausgebildet, in der der Übergang zwischen Dach und
Seitenwänden erfolgt. Die Federungsvorrichtung 1 ist an einer ersten Verbindungsstelle 15 mit dem ersten Wagenkasten 12 und über eine zweite Verbindungsstelle 16 mit dem zweiten
Wagenkasten 13 verbunden, wobei die Verbindungsstellen 15,16 in Querrichtung 10 gegeneinander versetzt sind und jeweils endseitig an der Federungsvorrichtung 1 angebracht sind. Die Federungsvorrichtung 1 ist dabei als um einen Nullpunkt beidseitig annähernd gleichwirkende Federungsvorrichtung 1 ausgebildet und weist dementsprechend ein erstes
Federelement 2 und ein zweites Federelement 3 auf, wobei das erste Federelement 2 im Bereich der ersten Verbindungsstelle 15 und das zweite Federelement 3 im Bereich der zweiten Verbindungsstelle 16 angeordnet ist. Die als Druckfedern ausgebildeten Federelemente 2,3 sind dabei derart angeordnet, dass sich bei einer Belastung der
Federungsvorrichtung 1 in beiden Richtungen längs der
Wirkachse 11 in zumindest einem der Federelemente 2,3 eine den Wankbewegungen entgegenwirkende Rückstellkraft aufbaut. Kommt es also zu einer Wankbewegung der Wagenkästen, so wird eines der Federelemente 2,3 komprimiert, sodass sich eine Druckkraft aufbaut, welche die Wagenkasten in einen Zustand zurückbewegen in dem keine Verwankung mehr vorliegt .
Aus Figur 2, in der eine erste Ausführungsvariante abgebildet ist, ist die Funktionsweise der erfindungsgemäßen
Federungsvorrichtung 1 besonders deutlich erkennbar. Die
Federungsvorrichtung 1 umfasst neben den Federelementen 2,3 einen Führungsteil 4, im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Zylinder 6 ausgeführt, und einen geführten Teil 5, im
Ausführungsbeispiel als Kolben 7 mit einer Kolbenstange 8 ausgebildet, wobei der Kolben 7 im Zylinder 6 parallel zur Wirkachse 11 translatorisch verschiebbar ist. Es versteht sich dabei von selbst, dass die folgenden, auf Kolben 7 und Zylinder 6 bezogenen Ausführungen auch für alternative
Gestaltungen des Führungsteils 4 bzw. des geführten Teils 5 gültig sind, da die Funktionsweise unabhängig vom Querschnitt der Teile 4,5 ist und dementsprechend auch für rechteckige, mehreckige oder elliptische Querschnitte zutrifft.
Der Zylinder 6 weist eine Zylinderbohrungswand 25 (siehe Fig. 3) auf, wobei die Umfangsfläche des Kolbens 7 die
Zylinderbohrungswand 25 kontaktiert und so eine Gleitbewegung in beiden Richtungen längs der Wirkachse 11 möglich ist. Der Zylinder 6 ist an einem Ende durch eine Verschlussplatte 23 in Form eines Stopfens verschlossen, wobei an der Außenseite der Verschlussplatte 23 die erste Verbindungsstelle 15 ausgebildet ist, welche hier als Öse für einen Bolzen ausgebildet ist. Die Innenseite der Verschlussplatte 23 ist als erster Kontaktabschnitt 21 für das erste Federelement 2 ausgebildet, sodass sich das erste Federelement 2 gegen die Verschlussplatte 23 abstützt. Die der Innenseite der
Verschlussplatte 23 gegenüberliegende Stirnseite des
Kolbens 7 ist als erster Stützabschnitt 19 für das erste Federelement 2 ausgebildet, sodass das erste Federelement 2 zwischen erstem Stützabschnitt 19 und erstem
Kontaktabschnitt 21 angeordnet ist und beide Abschnitte 19,21 kontaktiert. Das andere Ende des Zylinders 6 ist ebenfalls durch eine Verschlussplatte 23 verschlossen, jedoch weist diese eine Öffnung zur Aufnahme der Kolbenstange 8 auf. Die genaue Anordnung des zweiten Federelementes 3 unterscheidet sich jedoch, mit Ausnahme eben der durch das zweite
Federelement 3 geführten Kolbenstange 8, nicht von der bereits beschriebenen Anordnung des ersten Federelementes 2, dementsprechend ist das zweite Federelement 3 zwischen einem zweiten Kontaktabschnitt 22 der Verschlussplatte 23 und einem zweiten Stützabschnitt 20 des Kolbens 7 angeordnet und kontaktiert die beiden Abschnitte 20,22. Die zweite
Verbindungsstelle 16 ist an dem, dem Kolben 7
gegenüberliegenden Ende der Kolbenstange 8, analog zur ersten Verbindungsstelle 15, ausgebildet.
Wird nun aufgrund einer Wankbewegung die
Federungsvorrichtung 1 in einer Richtung längs der
Wirkachse 11 belastet, so ändert sich die Position des
Kolbens 7, der in einer Ausgangsstellung in Richtung der Wirkachse 11 gesehene mittig im Zylinder 6 angeordnet ist. Werden beispielsweise die Verbindungsstellen 15,16 aufgrund der Belastung aufeinander zu bewegt, so verschiebt sich der Kolben 7 in Richtung der ersten Verbindungsstelle 15. Das erste Federelement 2 wird dadurch komprimiert und es baut sich in dem ersten Federelement 2 eine Rückstellkraft auf, die den Kolben 7 und damit die zweite Verbindungsstelle 16 bzw. den zweiten Wagenkasten 13 wieder in die
Ausgangsposition bringen will. Genauer baut sich eine
Federdruckkraft auf, die der Belastung aufgrund der
Wankbewegung entgegenwirkt. Gleichermaßen wird bei einer entgegengesetzten Belastung, bei der die Verbindungsstellen 15,16 voneinander weg bewegt werden, der Kolben 7 in Richtung der zweiten Verbindungsstelle 16 bewegt, sodass sich die Rückstellkraft im zweiten Federelement 3 aufbaut. Damit die Federelemente 2,3 den Kontakt zu den Kontaktabschnitten 21,22 bzw. den Stützabschnitten 19,20 im Belastungsfall nicht verlieren, bzw. um die Höhe der
Rückstellkraft und damit die Wanksteifigkeit zu beeinflussen, sind die Federelemente 2,3 in der Ausgangsstellung
vorgespannt. Beispielsweise kann die Vorspannung durch entsprechende Wahl der Federlänge bzw. Positionierung der Verschlussplatten 23 erreicht werden.
Figur 3 zeigt eine zweite Ausführungsvariante der Erfindung, die in ihrer Funktionsweise und der Anordnung der
Federelemente 2,3 im Wesentlichen der ersten
Ausführungsvariante entspricht. In diesem Ausführungsbeispiel sind ist das erste Federelement 2 endseitig, also auf der dem ersten Kontaktabschnitt 21 gegenüberliegenden Seite, in einem ersten Federtopf 26 gelagert. Ebenso ist auch das zweite Federelement 3 endseitig in einem zweiten Federtopf 27 gelagert. Die Federtöpfe 26,27 liegen dabei an einem
Anschlag 24 an, wobei die Federelemente 2,3 zwischen den durch die Verschlussplatten 23 und den am Anschlag 24 anliegenden Federtöpfen 26,27 mit einer Vorspannkraft F v vorgespannt sind. Der Anschlag 24 ist dabei in einer Richtung parallel zur Wirkachse 11 mittig im Zylinder 6 angebracht und an der Zylinderbohrungswand 25 befestigt, sodass der
Anschlag 24 ringförmig ausgebildet ist. Durch das Anliegen der Federtöpfe 26,27 am Anschlag 24 wird verhindert, dass sich die Federelemente 2,3 entspannen, sodass unabhängig der Belastungsrichtung stets die Vorspannkraft F v überwunden werden muss, um einen der Federtöpfe 26,27 in Richtung des jeweiligen Kontaktabschnitts 21,22 zu bewegen. Die
Federelemente 2,3 beeinflussen sich dabei gegenseitig in ihrer Wirkung nicht mehr und sind dementsprechend voneinander entkoppelt . Der Kolben 7 ist in der abgebildeten
Ausgangsstellung zwischen den beiden Federtöpfen 26,27 angeordnet und zwar so, dass der Kolben 7 an der einen Seite am ersten Federtopf 26 und an der anderen Seite am zweiten Federtopf 27 vollflächig anliegt. In anderen Worten ist die Erstreckung des Kolbens 7 in einer Richtung parallel zur Wirkachse 11 gleich groß wie die Erstreckung des Anschlags 24 in derselben Richtung. Zur Funktion der
Federungsvorrichtung 1 ist natürlich kein vollflächiger Kontakt nötig, es reicht wenn die Elemente einander nur abschnittsweise kontaktieren. Dadurch dass der Kolben 7 in der Ausgangsstellung spielfrei zwischen den beiden
Federtöpfen 26,27 sitzt, wird der Kolben 7 erst entlang der Wirkachse 11 bewegt, wenn eine Kraft am Kolben 7 angreift die größer ist als die Vorspannkraft F v .
Um die Kolbenstange 8 aufnehmen zu können, weist in diesem Fall der zweite Federtopf 27 eine Öffnung auf durch die die Kolbenstange 8 geführt ist. Die Federtöpfe 26,27 weisen jeweils sowohl eine tellerförmige Basis, an welcher
einerseits die Stützabschnitte 19,20 des Kolbens 7 und andererseits die Federelemente 2,3 anliegen, als auch einen hülsenförmigen Abschnitt auf, wobei der hülsenförmige
Abschnitt die Federelemente 2,3 abschnittsweise umgibt und sich in radialer Richtung an der Zylinderbohrungswand 25 abstützt .
Die Figuren 4 und 5 zeigen Federkennlinien in einem Kraft- Weg-Diagramm, in dem jeweils der Federweg x entlang der Wirkachse 11 gegen die Rückstellkraft F aufgetragen ist. In Figur 4 sind zwei Federkennlinien ki,k 2 für die erste
Ausführungsvariante der Erfindung analog zu Figur 2
abgebildet. Da sich die beiden Federelemente 2,3 an jeweils einer Seite des Kolbens 7, an den Stützabschnitten 19,20, am Kolben 7 abstützen, entspricht die zweite Federkennlinie k 2 jener Einbausituation, in der die Federelemente 2,3 nicht vorgespannt sind. Wird der Kolben 7 entlang der
Wirkachse 11 aus der Ausgangsstellung bewegt, so baut sich eine ausschließlich von der Federkonstanten des jeweiligen ausgelenkten Federelements 2,3 abhängige Rückstellkraft F auf. Die erste Federkennlinie ki beschreibt hingegen eine Einbausituation, in der die Federelemente 2,3 gegen den Kolben 7 vorgespannt sind. Dadurch ergibt sich ein Bereich mit erhöhter Federkonstante bei geringen Federwegen x, da die beiden Federelemente 2,3 bis zum Erreichen der
Vorspannkraft F v parallel geschaltet sind, also so lange bis der Federweg x so groß wird, dass eines der Federelemente 2,3 sich nicht weiter ausdehnt. In diesem Bereich entspricht die Ersatzfederkonstante der Summe der Federsteifigkeiten der einzelnen Federelementen 2,3. Bei einer Belastung größer der Vorspannkraft F v wird nur mehr eines der Federelemente 2,3 verformt, sodass die erste Federkennlinie ki nach einem Knick nur mehr von der Federsteifigkeit des verformten
Federelements 2,3 abhängig ist. Im vorliegenden Fall, bei dem die Federkonstanten der Federelemente 2,3 für beide
Federkennlinien ki,k 2 gleich groß sind, verlaufen sie daher bei großen Federwegen x parallel zueinander.
In Figur 5 ist eine dritte Federkennlinie k 3 abgebildet, die sich auf die zweite Ausführungsvariante bezieht, bei der die beiden Federelemente 2,3 entkoppelt sind und sich nur im Belastungsfall am Kolben 7 abstützen, in der Ausgangsstellung jedoch am Anschlag 24. Daher wird ein Federelement 2,3 erst um einen Federweg x ausgelenkt, wenn die auf das
Federelement 2,3 wirkende Kraft, welche gleich groß ist wie die von den Federelementen 2,3 ausgeübte Rückstellkraft F, größer ist als die Vorspannkraft F v .
Bezugszeichenliste :
1 Federungs orrichtung
2 erstes Federelement
3 zweites Federelement
4 Führungsteil
5 geführter Teil
6 Zylinder
7 Kolben
8 Kolbenstange
9 Längsachse des Schienenfahrzeugs
10 Querrichtung des Schienenfahrzeugs
11 Wirkachse
12 erster Wagenkasten
13 zweiter Wagenkasten
14 Gelenks erbindung
15 erste Verbindungsstelle
16 zweite Verbindungsstelle
17 unterer Abschnitt
18 oberer Abschnitt
19 erster Stützabschnitt
20 zweiter Stützabschnitt
21 erster Kontaktabschnitt
22 zweiter Kontaktabschnitt
23 Verschlussplatte
24 Anschlag
25 Zylinderbohrungswand
26 erster Federtopf
27 zweiter Federtopf
X Federweg
F Rückstellkraft
F v Vorspannkraft
Federkennlinie