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SchlineerdämpfunRsanordnung für
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Drehgestell-Schienenfahrzeuge
Schlingerdämpfungsanordnung
für Drehgestell-Schienenfahrzeuge Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schlingerdämpfungsanordnung
für Drehgestell-Schienenfahrzeuge mit hydraulischer Schwingungsdämpfung und mechanischer
Entkoppelung der Dämpfungswirkung für alle Bewegungskomponenten, ausser der Drehung
um eine vertikale Achse.
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Durch den Sinuslauf der starren Achsen im geraden Gleis und durch
Unregelmässigkeiten in der Gleisgeometrie, werden oszillierende Drehbewegungen der
Drehgestelle hervorgerufen, die als Schlingern bezeichnet werden. Um diese störenden
Bewegungen zwischen Drehgestell und Kasten zu verkleinern, sind verschiedene Anordnungen
bekannt. Durch die Eigenschaft, rasche Bewegungen stark und langsame wenig zu dämpfen,
sind hydraulische Dämpfer, insbesondere solche, die aus Zylinder und Kolben bestehen,
besonders geeignet. So können die raschen, kleinen Drehschwingungen aus dem Sinuslauf
stark gedämpft werden, während die langsamen, grossen Ausdrehbewegungen bei Kurvenfahrt
praktisch unbeeinflusst bleiben.
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Werden je seitlich horizontal in Längsrichtung solche Dämpfer zwischen
Drehgestell und Kasten angebracht, so kann eine wirksame Schlingerdämpfung erzielt
werden, wobei aber Längsbewegungen ebenfalls stark gedämpft werden, während alle
übrigen Bewegungskomponenten nicht beeinflusst werden. Die verhinderte Längsbewegung
wirkt sich jedoch bei schnellfahrenden Schienenfahrzeugen ungünstig auf das Laufverhalten
aus.
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Es wurde daher eine Verbesserung geschaffen, bei welcher durch eine
Verbindungswelle mit Hebel die Dämpfungswirkung bezüglich der Längsschwingungen
ebenfalls entkoppelt wird. Eine derartige Anordnung wird in der Deutschen Patentschrift
20 42 458 gezeigt, dort jedoch mit dem gravierenden Nachteil, dass die Verbindungswelle
einen Freiheitsgrad zuviel aufweist und dadurch in ihrer Drehlage unbestimmt ist.
Durch unsymmetrisches Verhalten der beiden Dämpfer bei einer unvermeidlichen, kleinen
Kraftdifferenz, oder durch einseitige äussere Störeinflüsse kann das System allmählich
gegen eine ihrer beiden Endlagen laufen. Hierdurch wird die Entkoppelung in Längsrichtung
wiederum unwirksam, da alle auftretenden Vibrationen ungedämpft vom Endanschlag
der Verbindungswelle übernommen werden.
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Der Vorteil der vorliegenden Erfindung hingegen besteht im Wesentlichen
darin, dass die Verbindungswelle über einen Hebel und eine starre Verbindungsstange
in ihrer Mittellage positioniert ist und ein Anlaufen gegen einer der Endlagen nicht
möglich ist.
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Diese eindeutige Positionierung wirkt sich gleichermassen darin aus,
dass auch die angeordneten hydraulischen Dämpfer bezüglich ihrem in beiden Richtungen
benötigten Arbeitshub eine gemeinsame, definierte Mittelstellung aufweisen.
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Eine weitere Ausführungsform für eine Schlingerdämpfungsanordnung
mit mechanischer Entkoppelung der Dämpfungswirkung für alle Bewegungskomponenten,
ausser der Drehung um eine vertikale Achse besteht darin, anstelle von zwei aussenliegenden
hydraulischen Dämpfern nur auf einer Seite einen hydraulischen Dämpfer zu verwenden
und auf der anderen Seite statt dessen die Verbindungswelle über einen Hebel und
eine starre Verbindungsstange mit dem Wagenkasten zu verbinden. Ausgehend von der
Voraussetzung, dass einerseits das Gesamtsystem für die Dämpfung der raschen, kleinen
Drehschwingungen auf kleinste Auslenkwinkel des Drehgestells anzusprechen hat, und
andererseits sämtliche Gelenkpunkte des Systems zweckmässigerweise wartungsfrei
auszuführen sind, kommt dem Verhalten der Gelenkpunkte im Hinblick auf elastische
Verformung und allfällig auftretender Spiele grösste Bedeutung zu. Hierbei hat es
sich infolge der erforderlichen kleinen Ansprechwinkel des Systems als besser erwiesen,
bei einer aussenliegenden Anordnung mit nur einem hydraulischen Dämpfer und einer
starren Verbindungsstange die Gelenkpunkte anstelle mit den an sich bekannten wartungsfreien
Gummi lagern mit den ebenfalls bekannten, jedoch verschleissbehafteten Stahl-Gelenklagern
zu versehen.
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Da bei dieser aussenliegenden Anordnung ein einzelner Dämpfer einen
derart langen Hub benötigen würde, bestünde eine weitere Ausführungsform darin,
je einen hydraulischen Dämpfer und eine starre Verbindungsstange innenliegend, auf
einer kleineren Basis über je einen Hebel an der Verbindungswelle anzuordnen.
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Diese Ausbildung der Schlingerdämpfungsanordnung genügt jedoch den
Anforderungen bezüglich kleiner Ansprechwinkel vergleichsweise am wenigsten, so
dass sich als die zweckmässigste Ausführungsform einer Schlingerdämpfungsanordnung
für Drehgestell-Schienenfahzeuge die Verwendung von je einem aussenliegenden hydraulischen
Dämpfer, dessen Gelenkpunkte mit an sich bekannten wartungsfreien Gummilagern versehen
sind, sowie einer ebenfalls an Ihren Gelenkpunkten mit an sich bekannten wartungsfreien
Gummilagern versehenen, starren Verbindungsstange als besonders vorteilhaft darstellt.
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Es wäre auch denkbar, die hydraulischen Dämpfer anstelle mechanischer
Bauteile mit hydraulischen Leitungen so zu verbinden, dass die gewünschte Entkoppelung
erreicht wird. Im rauhen Bahnbetrieb sind jedoch solche, in der Regel hydraulikölführenden
Leitungen dem Steinschlag, grossen Temperaturschwankungen und anderen äusseren Einflüssen
ausgesetzt, die zu Betriebsstörungen Anlass geben könnten. Zudem wäre es erforderlich,
das hydraulische Leitungssystem andauernd absolut luftfrei zu halten, da kleinste
Lufteinschlüsse die Dämpfungswirkung stark vermindern würden.
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Bei einzelnen, in sich geschlossenen hydraulischen Dämpfern kommen
vorgenannte Faktoren weitaus weniger in Betracht, da sie bezüglich dieser Einflüsse
weitgehendst unempfindlich sind.
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Die Aufgabe, die sich daher stellt, ist die Schaffung einer Schlingerdämpfungsanordnung
für Drehgestell-Schienenfahrzeuge, welche auf geradem Gleis korrekt und ohne nachteilige
Nebenwirkungen die aus dem Schlingern herrührenden Drehschwingungen wirksam dämpft
und bei Kurvenfahrt keine unerwünschte Drehhemmung erzeugt.
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Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemässe Schlingerdämpfungsanordnung
für Drehgestell-Schienenfahrzeuge gelöst, die sich durch den Wortlaut des Anspruchs
1 auszeichnet.
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Die Erfindung wird anschliessend beispielsweise anhand einer Zeichnung
für ein zweiachsiges Drehgestell erläutert. Sinngemäss erheben die dargelegten Ausführungsformen
jedoch auch den Anspruch der Verwendbarkeit bei drei- oder mehrachsigen Drehgestellen,
sowie bei Einachslaufwerken.
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Es zeigen Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Ausschnittes
aus einem Drehgestell eines Schienenfahrzeuges und eines mit diesem verbundenen
Wagenkastens mit Schlingerdämpfern, Fig. 2 eine perspektiv-schematische Darstellung
des Ausschnittes nach Fig. 1 mit dessen Dämpfungsanordnung, Fig. 3, 4, 5 Varianten
von Dämpfungsanordnungen in der Darstellung gemäss Fig. 2.
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Die Hauptachsen x, y, z sowie der Abstand a der Dämpfungsaggregate
von z sind in den Fig. 1 und 5 dargestellt und gelten analog für die anderen Figuren.
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Ein erstes Anwendungsbeispiel ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt.
Ein Drehgestellrahmen 1 eines Drehgestell-Schienenfahrzeuges ist mit dem Fachmann
bekannten Führungs-, Federungs- und Dämpfungsmitteln versehen.
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Diese stützen den Rahmen 1 einerseits auf nicht dargestellte Radsätze.
Andererseits tragen und führen ebenfalls bekannte Mittel einen zugehörigen Wagenkasten
2. Der Drehgestellrahmen ist mit zwei Drehlagern 3 versehen, in welchen eine starre
Verbindungswelle 4 gelagert ist. An dieser sind zwei äussere Hebel 5 und ein innerer
Hebel 6 befestigt.
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Die äusseren Hebel 5 sind über kugelyelenkartige Verbindungen 7 mit
Kolbenstangen 8 zweier Dämpferaggregate 9 verbunden. Diese sind ihrerseits über
analoge kugelgelenkartige Verbindungen 10 mit dem Wagenkasten 2 verbunden. Mit analogen
Verbindungen 11 ist der innere Hebel 6 durch die starre Verbindungsstange 12 mit
dem Wagenkasten 2 verbunden.
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Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, kann sich der Drehgestellrahmen 1
bezüglich des Wagenkastens 2, soweit dies der Bewegungsbereich der Drehlager 3 und
der Verbindungen 7, 10, 11 erlaubt, in allen drei Hauptrichtungen x, y, z frei verschieben
und um die Quer- und die Längsachse y und x des Drehgestellrahmens 1 frei drehen.
Einzig die Drehung um die Hochachse z wird durch die Dämpfungsaggregate 9, insbesondere
bei raschen Schwingungsbewegungen, wirksam gedämpft, wobei die Verbindungswelle
4 durch eine Verbindungsstange 12 immer eindeutig positioniert wird. Um die Wirkung
der Dämpfungsaggregate zu erhöhen und um im mittleren Bereich des Drehgestells Bauraum
für andere Teile zu erhalten, werden die Dämpfungsaggregate möglichst weit vor der
mittigen Drehachse des Wagenkastens angeordnet.
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Da ein einzelner aussenliegender Dämpfer bei dieser Anordnung einen
derart langen Hub benötigen würde, werden zwei einander etwa gegenüberliegende Dämpfer
verwendet. Um aber die Verbindungswelle zufolge ihres überzähligen Freiheitsgrades
bei der unvermeidlichen kleinen Kraftdifferenz der beiden Dämpfer nicht dauernd
gegen eine ihrer beiden Endstellungen anschlagen zu lassen, wodurch die Entkoppelung
der Längsbewegung unwirksam würde, wird die Verbindungswelle über einen weiteren
Hebel und die starre Verbindungsstange in ihrer Mittellage gehalten.
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Die Fig. 2 dient vor allem dem besseren Verständnis der stark vereinfacht
dargestellten weiteren Anwendungsbeispiele gemäss den Fig. 3, 4, 5, indem Varianten
von Fig. 1 in der Schemadarstellung der folgenden Figuren erläutert werden.
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Bei der Variante gemäss Fig. 3 weisen die Hebel 5 und 6 in der Mittelstellung
der Welle 4 nach oben. Zudem sind die Dämpfungsaggregate 9 in verschiedenen Richtungen,
d.h. vor und hinter der Welle 4, angeordnet.
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Bei der Variante gemäss Fig. 4 ist der innere Hebel 6 nur virtuell
vorhanden, da die Drehlager 3 sich aussen an den äusseren Hebeln 5 befinden.
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Eine weitere Variante zeigt Fig. 5. Hier sind die Verbindungswelle
4 parallel und die Dämpfungsaggregate 9 quer zur Fahrtrichtung x angebracht. Die
Drehlager 3 sind am Wagenkasten 2 befestigt.
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Es sind noch eine Reihe weiterer Varianten und Kombinationen möglich,
die alle auf dem Erfindungsgedanken beruhen. Insbesondere können die Verbindungswellen-Drehlager
3 innerhalb oder ausserhalb der äusseren Hebel 4 sowie am Drehgestellrahmen 1 oder
am Wagenkasten 2 angeordnet sein. Die äusseren und die inneren Hebel 5, 6 können
sich nach oben oder nach unten erstrecken.
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Die Dämpfungsaggregate 9 und die Verbindungsstange 12 können bezüglich
der Verbindungswelle 4 in gleicher oder in unterschiedlicher Richtung liegen. Schliesslich
kann die ganze Anordnung so vorgesehen werden, dass die Verbindungswelle 4 quer,
längs oder diagonal zur Fahrtrichtung x liegt.
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Diese, auf ein und demselben Erfindungsgedanken beruhenden Variationsmöglichkeiten
ergeben eine hervorragende Anpassungsfähigkeit an die verschiedensten Fahrzeugkonstruktionen.
Die Dämpfungsaggregate können, bei seitlicher Anordnung, weit aussen angeordnet
werden, was eine gute Dämpfungswirkung und Zugänglichkeit bringt und auch gestattet,
gleitreibungs- und wartungsfreie rlastomer-Lager und -Gelenkverbindungen zu verwenden,
ohne dass sich dabei die radiale Nachgiebigkeit nachteilig auswirkt.