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Fahrzeugfederung für Schienenfahrzeuge Die Erfindung betrifft eine
Fahrzeugfederung, die aus einer balgförmigen Gasfeder und einer Zuschaltfeder besteht
und zwischen dem Wagenkasten und dem Laufwerk von Schienenfahrzeugen angeordnet
ist.
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Es ist bekannt, balgförmigen Gasfedern von Fahrzeugen eine Zuschaltfeder
zuzuordnen. Ist die Zuschaltfeder beispielsweise eine Schraubenfeder, so ist diese
innerhalb des Federbalges angeordnet, und ihre Federteller sind mit den Federtellern
des Federbalges verbunden. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß mit einfachen Mitteln
die statische Tragfähigkeit der Gasfeder erhöht worden ist. Der Nachteil dieser
Anordnung besteht darin, daß die Gasfeder durch die Schraubenfeder dynamisch verhärtet
wird.
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Es sind auch Gasfedern bekannt, bei denen Zuschaltfedern zwischen
einem Schwingarmpaar angeordnet sind. Bei einer solchen Anordnung sind die Achskörper
eines Fahrzeuges an jedem Ende am Bund einer Blattfeder befestigt. Das eine Ende
der Blattfeder ist mit einem Laschengelenk am Fahrzeugrahmen gelagert, während das
andere Ende mit einem Laschengelenk an einem in Fahrzeuglängsrichtung verlaufenden
Schwinghebel gelagert ist, dessen eines Ende drehbar am Fahrzeugrahmen befestigt
ist und der mit seinem anderen Ende unter Einschaltung einer balgförmigen Gasfeder
den Fahrzeugrahmen trägt. Diese Anordnung ist auch bereits in der Weise weiter ausgestaltet
worden, daß das die Gasfeder tragende Ende des Schwinghebels in Fahrzeugquerrichtung
geführt ist und die Führung einen lotrecht wirkenden Anschlag in Form einer Schraubenfeder
oder eines Gummipuffers trägt. Das zuletzt genannte Merkmal eines Anschlages, vorzugsweise
in Form eines Gummipuffers zur Begrenzung der Ein- und Ausfederung zweier Fahrzeugteile,
die mit Gasfedern gegeneinander abgefedert sind, ist auch in zahlreichen anderen
Lösungen bereits verwirklicht worden, wobei die Anschläge mehr oder weniger mit
den Federn vereinigt sein können und gegebenenfalls die Abstützkräfte über ein Hebelgestänge
übertragen werden können. Diesen Lösungen ist ebenfalls gemeinsam, daß dann, wenn
die Anschläge überhaupt in nennenswertem Ausmaß als Federn wirken, diese Zusatzfedern
die Gasfedern dynamisch verhärten. Dieser Nachteil macht sich im allgemeinen lediglich
deswegen nicht störend bemerkbar, weil die Zuschaltfedern während des Hauptfederbereiches
der Gasfedern gar nicht wirken, sondern erst gegen Ende des jeweils zulässigen Federbereiches
als Anschläge wirksam werden, wobei dann das dynamische Federverhalten nicht mehr
wesentlich in Erscheinung tritt. Ferner ist es Gegenstand eines älteren Patents,
zwei Gasfedern so einander zuzuordnen, daß sie einander entgegenwirken. Die als
Hauptfeder wirkende Gasfeder ist so zwischen Fahrzeugaufbau und Laufwerk angeordnet,
daß sie beim Einfedern komprimiert wird und beim Ausfedern expandiert. Die neben
der Hauptfeder als Zuschaltfeder angeordnete Gasfeder verhält sich umgekehrt wie
die Hauptfeder. Nähern sich beide Fahrzeugteile und wird die Hauptfeder komprimiert,
so expandiert die Zuschalt feder, entfernen sich beide Fahrzeugteile voneinander
und expandiert die Hauptfeder, dann wird die Zuschaltfeder komprimiert. Durch diese
Maßnahme wird erreicht, daß die Schwingungsfrequenz der durch die Gasfeder abgefederten
Hauptmasse sich um den Betrag verringert, der sich aus den physikalischen Gleichungen
durch Subtraktion der Federkonstanten beider Federn ergibt. Diese nicht vorbekannte
Lösung ist auch bereits in der Weise weiter ausgestaltet worden, daß einer Hauptfeder
mehrere Zuschaltfedern zugeordnet sind.
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Bekannt ist es auch, lotrecht wirkende Stützfedern und horizontal
wirkende Zentrierfedern zwischen Wagenkasten und Laufwerk von Schienenfahrzeugen
so einander zuzuordnen, daß sich eine bestimmte gewünschte resultierende Federkonstante
ergibt.
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Schließlich ist noch bekannt, zwischen den von Längslenkern geführten
Kraftfahrzeugachsen und dem Fahrzeugrahmen Schraubenfedern anzuordnen, deren dem
Fahrzeugrahmen zugehörige Federlager einstellbar sind. Jedes Federlager befindet
sich an einem Kolben, der in einem Zylinder des Fahrzeugrahmens einstellbar ist.
Die hydraulische oder pneumatische Füllung des Zylinders ist mit einem Schieber
oder
Ventil veränderlich, dessen Regelgestänge verstellbar ist.
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Durch die Erfindung soll eine Fahrzeugfederung, die aus einer balgförmigen
Gasfeder und einer Zuschaltfeder besteht und zwischen dem Wagenkasten und dem Laufwerk
von Schienenfahrzeugen angeordnet ist, so ausgestaltet werden, daß die gesamte Federung
einerseits zwar eine hohe statische Tragfähigkeit aufweist, daß andererseits jedoch
die die Tragfähigkeit der Gasfeder erhöhende Zuschaltfeder nicht das dynamische
Federungsverhalten der Gasfeder unzulässig beeinflußt.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen,
daß eine an sich bekannte Hebelübersetzung vorgesehen ist, die auf Abstandsänderungen
zwischen den gegeneinander abgefederten Fahrzeugteilen anspricht und mit ihrem einen
Ende an einem der beiden Fahrzeugteile und mit ihrem anderen Ende an der Zuschaltfeder
angreift sowie den Einfluß der die Tragfähigkeit der Gasfeder erhöhenden Zuschaltfeder
mit zunehmender Einfederung der Gasfeder trotz zunehmender Kraft der Zuschaltfeder
kleiner werden läßt.
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Bei einer Feder nach der Erfindung wird zwar die statische Tragfähigkeit
der Gasfeder durch die Zuschaltfeder erhöht. Andererseits nimmt jedoch mit zunehmender
Einfederung der Gasfeder die Wirkung und damit der Einfluß der Zuschaltfeder auf
die Gasfeder ab. Während des Einfederns wird die Gasfeder nicht verhärtet, was bei
den bekannten Anordnungen in unerwünschter Weise der Fall ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung soll jede Zuschaltfeder zwischen
einem Schwingarmpaar angeordnet sein, dessen Schwingarme die in Fahrzeuglängsrichtung
sich erstreckenden Arme einer Längsseite eines Drehgestells eines Schienenfahrzeuges
sind, die an ihren lotrecht schwingbaren Enden die Achslagergehäuse tragen und auf
denen der Wagenkasten über die Gasfedern abgestützt ist. Die Schwingarme jeder Drehgestellängsseite
sollen über Hebelgestänge auf eine gemeinsame lotrecht angeordnete Schraubenfeder
als Zuschaltfeder einwirken, die sich mit ihrem einen Ende an dem Hebelgestänge
und mit ihrem anderen Ende an einem den Drehgestellrahmen bildenden Querträger abstützt,
der die Schwingarme trägt und am Wagenkasten aufgehängt ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung soll jede Zuschaltfeder eine
auf Druck beanspruchte Schraubenfeder sein. Diese Schraubenfeder soll in Fahrzeuglängsrichtung
unter einem den Drehgestellrahmen bildenden Querträger liegen, der die Schwingarme
trägt und am Wagenkasten aufgehängt ist, wobei die Schraubenfeder mit je einem ihrer
Enden mit einem der beiden Schwingarme der jeweiligen Drehgestellängsseite in Verbindung
steht. Jeder Schwingarm einer Drehgestellängsseite soll über einen Federteller an
dem dem jeweils anderen Schwingarm der gleichen Drehgestellängsseite zugewandten
Ende der Schraubenfeder angreifen. Dabei kann der eine Federteller als die Zuschaltfeder
und den anderen Federteller führendes Gehäuse ausgebildet sein.
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Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal soll das Hebelgestänge in Fahrzeugquerrichtung
liegen und lotrecht schwingbar gelagert sein. Die Arme des Hebelgestänges sollen
vorzugsweise in ihren Drehpunkten an Böcken des Drehgestellrahmens gelagert sein,
und die Enden der Arme jedes Hebelgestänges sollen in einem gemeinsamen Gelenkpunkt
am Wagenkasten des Schienenfahrzeuges aufgehängt sein. Der gemeinsame Gelenkpunkt
soll sich an dem am Wagenkasten befestigten lotrechten Drehzapfen des Drehgestells
befinden. Schließlich soll das Hebelgestänge auf zwei sich in Fahrzeugquerrichtung
erstreckende Schraubenfedern einwirken.
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Nach einem letzten Erfindungsmerkmal soll als Zuschaltfeder eine hydropneumatische
Feder dienen, auf die das Hebelgestänge über ein hydraulisches Gestänge einwirkt.
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Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen
schematisch dargestellt. Es zeigt F i g. 1 eine Ausführungsform der Erfindung bei
einem zweiachsigen Drehgestell, F i g. 2 Teile der Anordnung gemäß F i g. 1 in Skelettliniendarstellung
zur Erläuterung der Arbeitsweise der Anordnung gemäß F i g. 1, F i g. 3 eine andere
Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung, F i g. 4 Teile der Anordnung
gemäß F i g. 3 in Skelettliniendarstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise der
Anordnung gemäß F i g. 3, F i g. 5 eine weitere Ausführungsform der Erfindung in
schematischer Darstellung, F i g. 6 eine Einzelheit der Anordnung gemäß F i g. 5
in größerer Darstellung und um 90 ' gedreht, F i g. 7 Teile der Anordnung gemäß
F i g. 5 in Skelettliniendarstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise der Anordnung
gemäß F i g. 5, F i g. 8 eine weitere, letzte Ausführungsform der Erfindung in schematischer
Darstellung.
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Der Wagenkasten 1 ist auf einem zweiachsigen Drehgestell 2
abgestützt. Der Wagenkasten 1 stützt sich dabei auf jeder Längsseite über Konsolen
10 auf den oberen Deckflächen zweier balgförmiger Gasfedern 3 ab (F i g.
1). Mit den unteren Deckflächen stützt sich jede Gasfeder 3 auf einem Schwingarm
11 ab. Die biegesteifen Schwingarme 11 sind mit breiter Basis an einem den Drehgestellrahmen
bildenden Querträger 12 mittels in Fahrzeugquerrichtung weisender Bolzen 13 drehbar
gelagert. Mit ihren lotrecht schwingbaren äußeren Enden erfassen die Schwingarme
11 die Radsätze des Drehgestelles 2 an den Achslagergehäusen 14. Je einem Achslagergehäuse
14 ist somit einer der sich in Fahrzeuglängsrichtung erstreckenden Schwingarme 11
zugeordnet.
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Der Querträger 12 befindet sich in der lotrechten Quermittelebene
des Drehgestelles 2. Er ist an seinen Enden mit Pendeln 15 am Wagenkasten 1 aufgehängt,
wobei zwischen dem Wagenkasten 1 und den Pendeln 15 je ein Gummiblock 16 angeordnet
ist, um die Übertragung von Körperschallschwingungen von den Pendeln 15 auf den
Wagenkasten 1 zu vermeiden. In Verbindung mit den Gasfedern 3 wird auf diese Weise
weitestgehend jegliche Körperschallübertragung zwischen Drehgestell t und Wagenkasten
1 verhindert. Beachtet muß dabei werden, daß auch die Führungsorgane des Drehgestelles
- eine bekannte Drehzapfen- oder Lenkerführung - keine Schallbrücke bilden.
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Mit den Schwingarmen 11 sind im Winkel zu diesen stehende Hebelgestänge
17 fest verbunden. Die Hebelgestänge 17 jeder Drehgestellängsseite sind mit den
einander zugekehrten Schenkeln an einen gemeinsamen Federteller 18 angelenkt. Auf
der Unterseite jedes Federtellers 18 stützt sich eine Schraubenfeder 19 als Zuschaltfeder
der Gasfederung mit
ihren oberen Enden ab. Mit ihren unteren Enden
stützen sich die Schraubenfedern 19 seitlich von den Pendeln 15 auf dem Querträger
12 ab.
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Auch bei der Anordnung gemäß F i g. 2 beeinfussen die der Gasfederung
parallel geschalteten Zuschaltfedern die Federcharakteristik der Federung, indem
sie eine Verhärtung der durch die Gasfederung gegebenen Federweichheit ergeben.
Die verhärtende Wirkung der Zuschaltfedern kann dabei bei zunehmender Zusammendrückung
der Gasfederung abnehmen, indem die in F i g. 2 durch Skelettlinien dargestellte
Schwinghebelanordnung bei nicht zusammengedrückter Gasfederung die Stellung 1 und
bei zusammengedrückter Gasfederung die Stellung 11 einnimmt und so bemessen sein
kann, daß dabei der wirksame Hebelarm der Hebelanordnung stärker abnimmt (von
a auf b) als die Federkraft der Schraubenfedern 19 infolge deren Zusammendrückung
zunimmt. Wie F i g. 2 zeigt, ist diese wünschenswerte Wirkung mit der Schwinghebelanordnung
in einfacher Weise zu erreichen.
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Die Anordnung gemäß F i g. 3 gleicht in ihrem grundsätzlichen Aufbau
der Anordnung gemäß F i g. 1. Auch hier sind Schwingarme 11 drehbar an einem Querträger
12 gelagert und erfassen mit ihren lotrecht schwingbaren Enden die Radsätze eines
Drehgestelles 2. Auf den Schwingarmen 11 ist wiederum der Wagenkasten 1 über Gasfedern
3 mit Federbälgen abgestützt. Abweichend von der Anordnung gemäß F i g. 1 weisen
hier jedoch die Schwingarme 11 nach unten gerichtete Nasen 20 auf, mit denen die
Schwingarme des Schwingarmpaares jeder Drehgestellängsseite eine gemeinsame Schraubenfeder
21 beiderseits begrenzen. An den Nasen 20
der Schwingarme 11 sind hierzu Federteller
22 bzw. 23 mittels Stangen 24 angelenkt. Der Federteller jedes Schwingarmes 11 einer
Drehgestellängsseite wirkt auf das Ende der Schraubenfeder 21 ein, das dem jeweils
anderen Schwingarm der gleichen Drehgestellängsseite zugewandt ist. Der Federteller
23 ist als Gehäuse ausgebildet, welches die Schraubenfeder 21 und zugleich den anderen
Federteller 22 führt.
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Auch bei der Anordnung gemäß F i g. 3 kann mit einfachen Mitteln eine
Beeinflussung der Federcharakteristik der Gasfederung derart, daß die verhärtende
Wirkung der Zuschaltfeder bei zunehmender Zusammendrückung der Gasfederung abnimmt,
erreicht werden, indem bei entsprechender Bemessung der Schwingarme 11 bei zunehmender
Zusammendrückung der wirksame Hebelarm der Gasfederung stärker abnimmt (von c auf
d) als die Kraft der Zuschaltfeder zunimmt (von P auf P1) (F i g. 4).
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Die F i g. 5 stellt ein Schienenfahrzeug mit Drehgestellen als Schnitt
etwa in der lotrechten Quermittelebene eines der Drehgestelle dar. Die Anordnung
gemäß F i g. 5 unterscheidet sich von den Anordnungen gemäß F i g. 1 und 3 im wesentlichen
dadurch, daß ein Hebelgestänge 25 mit Schwingarmen vorgesehen ist, wobei die Schwingarme
eine Zuschaltfeder 21 in Form von zwei Schraubenfedern zu den Gasfedern 3 zwischen
dem Wagenkasten 1 und dem Drehgestell 2 seitlich begrenzen und dabei nicht der Führung
der Radsätze des Drehgestelles 2 dienen. Die in F i g. 5 nicht dargestellten Radsätze
sind vielmehr in einem üblichen Drehgestellrahmen 2 a gelagert und geführt. An einem
in der lotrechten Quermittelebene des Drehgestelles 2 angeordneten Querträger des
Drehgestellrahmens sind an Böcken 27 und mit Pendeln 28 die Hebelgestänge 25 aufgehängt.
Diese Aufhängungen wirken als Drehpunkte der Hebelgestänge 25. Mit nach unten weisenden
Armen begrenzen die Hebelgestänge 25 seitlich die gemeinsame,-aus zwei Schraubenfedern
gebildete Zuschaltfeder 21. Mit einander zugekehrten gabelförmig ausgebildeten
Enden sind die Hebelgestänge 25 auf seitlichen Bolzen 29 einer Hülse 30 gelagert
(F i g. 6). Die Hülse 30 befindet sich drehbar, jedoch in lotrechter Richtung unverschiebbar
auf einem Drehzapfen 31. Zwischen einem Bund 32 des Drehzapfens 31 und der Hülse
30 ist ein Rollendrucklager 33 angeordnet. Der am Wagenkasten 1 befestigte lotrechte
Drehzapfen 31 dient der Führung des Drehgestelles 2 in horizontaler Ebene und taucht
zu diesem Zweck mit seinem unteren, aus der Hülse 30 herausragenden Ende in den
Querträger des Drehgestellrahmens 2 a, der die Lagerböcke 27 trägt.
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Die Anordnung gemäß F i g: 5 hat die gleichen Vorteile wie die Anordnung
gemäß F i g. 3. Es findet keine zunehmend verhärtende Beeinflussung der Charakteristik
der Gasfedern 3 durch die Zuschaltfeder 21 statt. Die verhärtende Wirkung der Zuschaltfeder
21 nimmt bei zunehmender Zusammendrückung der Gasfedern 3 ab, weil der wirksame
Hebelarm der Hebelgestänge 25 von e auf f stärker abnimmt als die Kraft der Zuschaltfeder
21 von P2 auf P3 zunimmt (F i g. 7). Der Anordnung gemäß F i g. 3 gegenüber hat
die Anordnung gemäß F i g. 5 aber noch den Vorteil, daß für die Gasfederung beider
Drehgestellängsseiten nur ein Hebelgestängepaar 25 und eine Zuschaltfeder 21 erforderlich
ist. Die Anordnung gemäß F i g. 5 ist also einfacher als die Anordnung gemäß F i
g. 3. Ferner ist die Anwendung der Anordnung gemäß F i g. 5 nicht auf Drehgestelle
mit Schwingarmen zur Führung der Radsätze beschränkt, sondern die Anordnung gemäß
F i g. 5 kann auch bei Drehgestellen mit üblichen Drehgestellrahmen angewendet werden,
wie es in F i g. 5 dargestellt ist.
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Bei der Anordnung gemäß F i g. 8 sind die als Züschaltfeder dienenden
Schraubenfedern der Anordnung gemäß F i g: 5 durch ein in einem -Behälter 34 eingeschlossenes
Gasvolumen ersetzt: Das Gasvolumen wirkt als Zuschaltfeder der balgförmigen Gasfedern
3, über die der Wagenkasten 1 auf dem Rahmen eines Drehgestelles abgestützt ist.
'Die Verbindung zwischen den paarweise angeordneten Hebelgestängen 25, die mit den
Pendeln 28 an , den Böcken 27 des Drehgestelles 2 aufgehängt sind; und dem Luftvolumen
in dem Behälter 34 erfolgt durch ein hydraulisches Gestänge 35 bis 37Die - Flüssigkeit
des hydraulischen Gestänges füllt den Behälter 34 zum Teil, eine Verbindungsleitung
35 zwischen dem Behälter 34 und einem Zylinder 36 sowie den durch einen Kolben 37
abgeschlossenen Zylinderraum des Zylinders 36. Der nicht mit Flüssigkeit gefüllte
Raum des Zylinders 36 steht über eine Bohrung 38 mit der Atmosphäre in Verbindung.
Der Zylinder 36 ist über eine Stange 39 am lotrechten Schenkel eines der als Winkelhebel
ausgebildeten Hebelgestänges 25 angelenkt. Der Kolben 37 ist über eine Kolbenstange
39 a am lotrechten Schenkel des anderen Hebelgestänges 25 angelenkt. Die Kolbenstange
39 a ist durch eine Dichtung 40 in einer Öffnung in der Zylinderwand hindurchgeführt
und in einer Führung 41 geführt. Die Führung 41 ist am Zylinder 36 befestigt. Zwisehen
der
Führung 41 und der Dichtung 40 ist ein Gelenk 42 in der Kolbenstange 39 a
angeordnet. In der Verbindungsleitung 35 ist eine Drosseleinrichtung 43 angeordnet.
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Die Anordnung gemäß F i g. 8 hat die gleiche Wirkung wie die Anordnung
gemäß F i g. 5, weil das Gasvolumen in dem Behälter 34 (F i g. 8) ebenso wie die
aus Schraubenfedern gebildete Zuschaltfeder 21
(F i g. 5) wirkt. Die Anordnung
gemäß F i g. 8 hat der Anordnung gemäß F i g. 5 gegenüber den Vorteil, daß eine
größere Freizügigkeit in der Anordnung der von dem im Behälter 34 eingeschlossenen
Gasvolumen gebildeten Zuschaltfeder besteht. Außerdem kann vermöge der Drosseleinrichtung
43 eine besondere Dämpferanordnung für die senkrechten Schwingungen eingespart werden.
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Die zugbelasteten Pendel 28 sowohl in F i g. 5 als auch in F i g.
8 wirken bei Querbewegungen des Wagenkastens 1 gegenüber dem Drehgestell 2 als Querrückstellorgane.
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Bezüglich der nachfolgenden Patentansprüche wird erklärt, daß die
Ansprüche 2 bis 13 als echte Unteransprüche nur in Verbindung mit Anspruch 1 gelten.