DE69210401T2

DE69210401T2 - Nachrüstbares gummielastisches lager für dreiteilige drehgestelle für eisenbahnwagen mit verbesserter lebensdauer und niedriger bauhöhe

Info

Publication number: DE69210401T2
Application number: DE69210401T
Authority: DE
Inventors: James H. Mckean Pa 16426 Bucksbee
Original assignee: Lord Corp
Current assignee: Lord Corp
Priority date: 1991-07-25
Filing date: 1992-07-23
Publication date: 1996-09-12
Anticipated expiration: 2012-07-24
Also published as: RU2082638C1; DE69210401D1; MX9204344A; US5237933A; AU656500B2; EP0596044A1; AU2442192A; WO1993001962A1; EP0596044B1; CA2114120C; CA2114120A1; EP0596044A4; BR9206305A

Description

Gebiet der Erfindung

Der Gegenstand der Erfindung bezieht sich auf den Bereich von elastomeren Lagern und insbesondere auf elastomere Lager für das Lenksystem eines dreiteiligen Fahrgestells eines Eisenbahnwagens, das zwei Fahrgestell-Seitenrahmen mit Seitenrahmen-Lagerbockbacken und einen Fahrgestell-Sattelklotz aufweist, der die zwei Seitenrahmen verbindet, welche die drei leile umfassen. Jedes Fahrgestell weist auch zwei Achsen, Achslager, Achsgehäuse oder Achslageradapter und zwei Rädersets auf.

Hintergrund der Erfindung

Elastomere Lager werden seit langer Zeit für das Hauptaufhängungssystem von Eisenbahnwagenfahrgestellen verwendet. Vor dem Einsatz dieser flexiblen Lagersysteme wurden Verschleißflächen verwendet, wie im US-Patent 4,785,740 beschrieben. Die Vorteile von elastomeren Lagern gegenüber Verschleißflächen sind in den US-Patenten 3,785,298, 4,483,253, 4,655,143 und 4,938,152 beschrieben, die sich auf selbststeuernde Eisenbahnwagen-Fahrgestelle beziehen. Im Gefolge der Erfindung des grundlegenden selbststeuernden Fahrgestells führten verschiedene Entwicklungen zu Verbesserungen bei den Lagern selbst, wie in verschiedenen US- Patenten bezeugt wird, die später beschrieben werden. Diese elastomeren Lager sind zwischen dem Lagergehäuse oder der Achslageradapterkrone und dem Seitenrahmen-Lagerbockbackendach am Eisenbahnwagen-Fahrgestell angeordnet. Die elastomeren Lager schaffen eine gesteuerte Flexibilität in allen Richtungen und haben viele Vorteile gegenüber den früher verwendeten Metall-auf-Metall-Gleitflächen oder ähnlichen Verschleißflächen. Diese Vorteile umfassen verringerte seitliche und vertikale Stöße auf die Kugellager, eine verbesserte Systemdämpfung, das Ausschalten von Verschleiß zwischen der Oberfläche des Achsgehäuses oder der Achslageradapterkrone und dem Seitenrahmen-Lagerbockbackendach, die Verringerung der Abnutzung der Eisenbahnwagenräder, eine verringerte Schienenabnutzung, eine verbesserte Lebensdauer der Fahrgestellbauteile sowie der Lager, und letztlich sorgen elastomere Lager für eine Quadraturbeziehung zwischen der Eisenbahnschiene und den Eisenbahnwagen- Fahrgestellen.
Elastomere Lager für Eisenbahnwagen-Fahrgestelle können extrem drucksteif ausgebildet werden, um große Drucklasten aufzunehmen, die aus dem Eisenbahnwagen und dem Beladungsgewicht resultieren, und dennoch flexibel bezüglich der Scherung bleiben, um Bewegungen zwischen den Achsensets und den Seitenrahmen aufzunehmen. Das Hinzufügen von gesteuerten Federraten schafft eine Selbstlenkung und steuert die Fahrzeugdynamik. Es wurden Patente für eine Vielzahl von veränderungen und Verbesserungen für diese grundlegenden elastomeren Lager ausgegeben; diese fallen im allgemeinen in zwei Kategorien. Patente, in denen nachrüstbare Lager beschrieben sind, sind in 3,381,629; 3,638,582; 3,699,897; 4,363,278 und 4,674,412 erläutert. Und diejenigen, die im allgemeinen auf hochentwickelte elastomere Lager gerichtet sind, wo das elastomere Lager und die Eisenbahnwagen- Lagerbockbacke, der Achsgehäuse- oder Achslager- (im folgenden wird der Ausdruck Achslager als Kurzbezeichnung für diese Alternative verwendet) adapter und die Befestigung zusammen entwickelt wurden, sind in 4,416,203; 3,621,792; 4,026,217 beschrieben. Das schwierigere Problem ergibt sich aus der ersteren Gruppe, wo das elastomere Lager an das gegenwärtig adäquate dreiteilige Eisenbahnwagen-Fahrgestell angepaßt werden muß, dieses verbessert oder für dieses nachgerüstet werden muß. Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lagerung muß an neuen dreiteiligen Eisenbahn- Fahrgestellen, nachgerüsteten Fahrgestellen verwendet werden können, die gegenwärtig in Betrieb sind und nur Verschleißflächen haben, und das in Fig. 1 gezeigte elastomere Lager mit beschränkter Lebensdauer gemäß dem "Stand der Technik" ersetzen.
Das hier gezeigte elastomere Lager mit einer einzigen Lage gemäß dem "Stand der Technik" erfährt eine begrenzte Lebensdauer aufgrund der Verschlechterung des Elastomers und dern Ablösen des freien Randes des Lagers. Obwohl die Ausführung gemäß dem "Stand der Technik" ausreichend lang hält, um einen wirtschaftlichen Vorteil für die Eisenbahnen zu bieten, um sie zu verwenden, fordern Kunden eine verlängerte Lebensdauer und haben lange nach einem derartigen Vorteil gesucht, um die Betriebskosten weiter zu verringern.
Ursprünglich wurde der Grund für die begrenzte Lebensdauer der Ausbildung gemäß dem "Stand der Technik" nicht genau verstanden. Nach umfangreichen Studien und Analysen durch den Erfinder wurde jedoch die Ursache für die vorzeitigen Ausfälle der Lagerung gemäß dem "Stand der Technik" bestimmt. Das früher unerkannte oder fehlverstandene Problem war ein Ergebnis eines niedrigen Verhältnisses der Kippsteifigkeit zur Schersteifigkeit des elastomeren Lagers. Die Kippsteifigkeit des Lagers gemäß dem "Stand der Technik" war so niedrig, um zu ermöglichen, daß die Achslageradapterkrone relativ zum Seitenrahmen-Lagerbockbackendach während des Bremsens und des Schaukelns des Eisenbahnwagens kippte. Wenn die aufgebrachten Bremskräfte dazu tendierten, die Achsen in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung wegzubewegen, wird diese Abbiegung im Lager gemäß dem "Stand der Technik" aufgenommen. Die Schaukelbewegung durch das "Hunting" und andere Fahrzeugdynamiken verursacht, daß Seitenbewegungen auf das Lager aufgebracht werden. Es wurde von den Fachleuten anfänglich angenommen, daß diese seitlichen und nach vorne und hinten gerichteten Bewegungen vom Lager gemäß dem "Stand der Technik" als reine Scherung aufgenommen werden. Aufgrund des niedrigen Verhältnisses der Kippsteifigkeit zur Schersteifigkeit der Ausführung gemäß dem "Stand der Technik" induziert jedoch das Bremsen und Schaukeln eine Kombination aus Kippen und Scheren in den bekannten Lagern.
Tatsächlich wird aufgrund dieses niedrigen Verhältnisses ein hoher Prozentsatz der Bewegung als Kippen aufgenommen, während ursprünglich angenommen wurde, daß sie als Scherung aufgenommen wird. Infolge dieser hohen Kippbewegungen tre ten druckinduzierte Randspannungen an den Rändern des Lagers gemäß dem "Stand der Technik" auf. Diese Randspannungen sind direkt für die begrenzte Lebensdauer der elastomeren Lager gemäß dem "Stand der Technik" verantwortlich. Ferner tendieren die beschriebenen Kippbewegungen dazu, wesentlich schädlicher für die Lebensdauer des Lagers zu sein, als dies reine Scherbewegungen sein würden. Es wurde daher bestimmt, daß zur Erhöhung der nutzbaren Lebensdauer das Verhältnis der Kippsteifigkeit zur Schersteifigkeit erhöht und die druckinduzierten Randspannungen durch irgendeine Einrichtung reduziert werden müssen.

Zusamenfassung der Erfindung

Das Problem der begrenzten Lebensdauer des in Fig. 1 gezeigten Lagers gemäß dem "Stand der Technik" wird durch die vorliegende Erfindung gelöst, indem die druckinduzierten Randspannungen wesentlich verringert werden, ohne daß die Scherfederrate, die Befestigungsmerkmale oder die Auflagehöhe des Eisenbahnwagen-Fahrgstells wesentlich verändert werden. Dies wurde erreicht, ohne daß irgendein Vorteil der elastomeren Lager gemäß dem "Stand der Technik" vermindert wurde. Diese Verbesserungen ermöglichen auch, daß dieselbe Vorrichtung zum Nachrüsten von Wagen verwendet wird, die gewartet werden, sowie an neuen Wagen installiert werden, ohne daß irgendwelche größeren Änderungen der Gestaltung des Seitenrahmens oder der Achslageradapter erforderlich wären.
Die Erfindung löst das Problem der begrenzten Lebensdauer und entspricht den strengen Anforderungen der Eisenbahnindustrie. Eine dieser Anforderungen bezieht sich auf die Auflagehöhe des Eisenbahnwagen-Fahrgestells. Die Auflagehöhe darf nicht bedeutend über ein dreiteiliges Eisenbahnwagen-Fahrgestell hinausgehen, das nicht elastomer gehaltert ist, d.h. das Verschleißflächen verwendet. Dieses Erfordernis wird auferlegt, um die Kupplungshöhe des Eisenbahnwagens aufrechtzuerhalten. Die unterschiedliche Kupplungshöhe zwischen Wagen mit und ohne elastomeren Lagern darf nicht eine spezifische Abmessung überschreiten, um ein ordnungsgemäßes und sicheres Koppeln sicherzustellen.
Eine andere Anforderung besteht darin, daß die Schersteifigkeit nicht wesentlich relativ zum Lager gemäß dem "Stand der Technik" verändert werden darf, so daß a) die Ausricht- Wiederherstellungsfähigkeit zum Ausrichten des Eisenbahnwagen-Fahrgestells mit dem Gleis aufrechterhalten wird und b) die Fahrzeugdynamik nicht wesentlich verändert wird. Ferner müssen die Befestigungsmerkmale das Nachrüsten des elastomeren Lagers an einem dreiteiligen Eisenbahnwaghen- Fahrgestell oder die Verwendung an einem neuen Fahrgestell ohne irgendwelche größere Veränderungen am Lagerbockbackendach des Eisenbahnwagen-Fahrgestells oder der Achslageradapterkrone erlauben. In manchen Fällen können kleinere Modifikationen für die verbesserte Erfindung erforderlich sein, wie eine Schweißwulst oder eine Aussparung oder ein Loch, das dem Seitenrahmen-Lagerbockbackendach oder dem Achslageradapter hinzugefügt oder in diese eingefräst wird. Dies unterbindet die Bewegung der oberen und unteren Lagerplatten relativ zu den Seitenrahmen-Lagerbacken- und Achslageradaptern. Diese kleineren Modifikationen können jedoch im Betrieb auf einfache Weise durchgeführt werden. Ein zusätzliches Erfordernis besteht darin, daß die verbesserte Lebensdauer und Nachrüstbarkeit mit einem maximalen Kostenanstieg erfüllt werden kann, derart, daß für den Kunden noch ein signifikanter wirtschaftlicher Wert bleibt. Die wesentliche Verbesserung der Lebensdauer ist ein Ergebnis von Änderungen bei einer Vielzahl von Hauptelementen der verbesserten Erfindung.
Das erste Element ist der wesentlich höhere Formfaktor (SF) des elastomeren Lagers. Ist der Formfaktor der Lage erhöht, erhöht sich auch die Drucksteifigkeit der Lage. Dies erhöht wiederum indirekt die Kippsteifigkeit des Teils. Eine Zwischenscheibe wurde hinzugefügt, um diese Änderung des Formfaktors erreichen zu helfen. Unter den aufgebrachten Bremslasten und dem Schaukeln des Eisenbahnwagens überträgt das elastomere Lager nun mehr Scherung und erfährt ein geringeres Kippen.
Die Lebensdauer wurde ferner durch das Hinzufügen einer speziellen Kontur an den Rand der Lagen des elastomeren Lagers erhöht. Diese Konturen unterstützen die Verringerung der druckinduzierten Randspannungen oder das Zusammenpressen. Weitere Verbesserungen werden durch ein Abstufen der Dicke der Lagen gemäß der Erfindung geschaffen. Durch Erhöhen der Lagedicke einer jeden elastomeren Lage in Richtung des Rands der elastomeren Lage können die druckinduzierten Randspannungen weiter verringert werden. All diese Verbesserungen wurden unter Berücksichtigung des Nachrüstens und der vorerwähnten Erfordernisse durchgeführt.
Der Gegenstand der Erfindung erfüllt all diese auferlegten Erfordernisse und erhöht wesentlich die Lebensdauer des elastomeren Lagers gemäß dem "Stand der Technik". Gegenwärtige Ausgestaltungen gemäß dem "Stand der Technik", die in Fig. 1 gezeigt sind, haben eine geschätzte Lebensdauer von 320.000 km (200.000 Meilen). Das verbesserte nachrüstbare Lager hat eine geschätzte Lebensdauer von 1.600.000 km (1.000.000 Meilen). Die Verbesserung der Lebensdauer wurde im Labor durch Tests unter gleichwertigen Bedingungen demonstriert, wobei der Gegenstand der Erfindung 600.000 Zyklen mit geringer Schädigung überdauerte und der Test des bekannten Lagers bei 150.000 Zyklen gestoppt werden mußte. Weil das Ersetzen für die Eisenbahnindustrie ein teurer Vorgang ist, da es die Zeit des Mechanikers, die Kosten für das Ersatzteil und die Ausfallkosten des Eisenbahnwagens kostet, ist es sehr wünschenswert, daß das Lager eine verbesserte Lebensdauer hat. Verschiedene weitere Merkmale, Vorteile und Charakteristiken der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die beiliegenden Zeichnungen, welche in die vorliegende Beschreibung eingegliedert sind und einen Teil dieser Beschreibung bilden, zeigen einige Hauptausführungsformen der Erfindung. Die Zeichnungen und die Beschreibung dienen zusammen zur vollständigen Erklärung der Erfindung. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine isometrische Darstellung des elastomeren Lagers gemäß dem "Stand der Technik", wobei eine obere Platte, eine Bodenplatte und ein einziger Elastomerkörper gezeigt sind;
Fig. 2 eine Seitendarstellung der Installation des elastomeren Lagers gemäß der Erfindung, das zwischen Seitenrahmen-Lagerbockbackendach und der Achslageradapterkrone an einem dreiteiligen Eisenbahnwagen-Fahrgestell installiert ist;
Fig. 3 eine isometrische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines nachrüstbaren elastomeren Lagers mit verbesserter Lebensdauer und geringer Bauhöhe, das an einem dreiteiligen Eisenbahnwagen-Fahrgestell befestigt wird, wobei gegabelte, nach unten abstehende Flansche vorgesehen sind;
Fig. 4 eine isometrische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines nachrüstbaren elastomeren Lagers mit verbesserter Lebensdauer und niedriger Bauhöhe für ein dreiteiliges Eisenbahn-Fahrge stell, wobei abgeschrägte Zapfen vorgesehen sind, die von der Bodenplatte aus abstehen;
Fig. 5 eine isometrische Darstellung einer dritten Ausführungsform eines nachrüstbaren elastomeren Lagers mit verbesserter Lebensdauer und niedriger Bauhöhe für ein dreiteiliges Eisenbahnwagen- Fahrgestell mit einer "H"-förmigen Bodenplatte und
Fig. 6 eine isometrische Darstellung einer vierten Ausführungsform eines nachrüstbaren elastomeren Lagers mit verbesserter Lebensdauer und niedriger Bauhöhe für ein dreiteiliges Eisenbahnwagen- Fahrgestell mit einer ebenen "H"-förmigen und einer ebenen oberen Platte.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Jede Ausführungsform des nachrüstbaren gummielastischen Lagers 18 mit verbesserter Lebensdauer und niedriger Bauhöhe ist auf dem Eisenbahnwagen-Drehgestell 16 installiert, wie in Fig. 2 gezeigt. Die Anordnung erfaßt die folgenden Schlüsselkomponenten: eine Achse 12, die von einem Achslager 14 umgeben ist, einen Achslageradapter 20, der auf der Oberseite der Achse 14 aufliegt, und ein Lager 18, das für eine Befestigung zwischen dem Achslageradapter 20 und der Seitenrahmen-Lagerbockbacke 22 sorgt. Jede Ausführungsform des Lagers 18 umfaßt ferner: eine Bodenplatteneinrichtung 24, eine obere Platteneinrichtung 26 und eine Beilagscheibeneinrichtung 28. Die Erhöhung der Lebensdauer der vorliegenden Erfindung ist ein direktes Ergebnis der Verbesserungen dieser Komponenten und ihrer Anordnung, die dazu dienen, das Verhältnis der Kippsteifheit zur Schersteifheit zu erhöhen und die druckinduzierten Randspannungen zu verringern. Die erste Verbesserung ist das Ergebnis eines signifikant höheren Formfaktors (SF) der verbesserten gummielastischen Lagerung 18, wie in Fig. 3 gezeigt. Der Formfaktor ist das Verhältnis der Lastfläche (La) zur Ausbeulfläche (Ba) und durch die Gleichung 1 festgelegt.

Gleichung 1. SF = La/Ba

Die Lastfläche (La) ist die Fläche einer jeden gummielastischen Lage 30, 31 in einer Ebene senkrecht zur Richtung des statisch aufgebrachten Gewichts (W). Die Ausbeulfläche (Ba) ist die Fläche, bei der sich die gummielastische Lage 30, 31 ausbeulen darf. In diesem Fall ist sie eine Ebene parallel zur Richtung des statisch aufgebrachten Gewichts (W). Aufgrund des sehr hohen Kompressionsmoduls 6,894 x 10&sup5; - 1,724 x 10&sup6; kPa (100.000-250.000 psi) von Elastomeren und des relativ niedrigen Schermoduls 206,84- 2068,4 kPa (30-300 psi) führt jede aufgebrachte Last dazu, daß das Elastomer innerhalb der Lage 30, 31 eher eine Scherung als eine Kompression erfährt. Diese Kompressionsbelastung erzeugt oder induziert Spannungen, die am freien Rand der elastomeren Lagen 30, 31 auftreten. Diese sind als druckinduzierte Randspannungen bekannt und stellen diejenigen Spannungen dar, die mit der begrenzten Lebensdauer des "Standes der Technik" verbunden sind. Wird der Formfaktor der Lage 30, 31 erhöht, erhöht sich die Drucksteifigkeit der Schicht entsprechend. Dies erhöht wiederum indirekt die Kippsteifheit des Lagers 18 um die "X"-"X"-Achse oder "Y"-"Y"-Achse. Um die Schersteifigkeit relativ konstant zu halten, ist es wichtig, die gesamte elastomere Dicke nicht wesentlich zu verändern. Eine Verringerung dieser Dicke würde die Scherbelastungen erhöhen und infolgedessen die Lebensdauer verringern sowie die Fahrzeugdynamik verändern. Eine wesentliche Erhöhung der gesamten Lagerdicke (tmt) des gummielastischen Lagers 18 würde die Auflagehöhe erhöhen, die zum sicheren Koppeln des Eisenbahnwagens erforderlich ist. Das gegenwärtig akzeptierbare tmt beträgt 3,175 cm (1,25 inch), um ein sicheres Koppeln vorzusehen. Daher wurde eine Zwischenscheibe 28 hinzugefügt, um das Verhältnis der Kippsteifigkeit zu erhöhen und die Schersteifigkeit nicht wesentlich zu verändern. Die Hinzufügung dieser Scheibe ergibt den erforderlichen Formfaktor, der für die Kippbeschränkung erforderlich ist. Die sich ergebenden Räume zwischen der Scheibe 28 und der entsprechenden Bodenplatte 24 und der oberen Platte 26 sind mit einem geeigneten elastomeren Material, wie Naturgummi, thermoplastisches Elastomer, synthetisches Elastomer oder Mischungen der vorerwähnten Materialien gefüllt. Für das übertragen des Elastomers in das Lager kann irgendein geeignetes Verfahren verwendet werden. Typische Verfahren können das Transferformen, Druckformen, Kaltverbinden oder Spritzgießen umfassen. Tatsächlich würde es nicht erforderlich sein, daß das Elastomer überall verbunden ist, und es könnte mittels einer geeigneten Einrichtung mechanisch befestigt sein, wie mittels Lappen oder gegossene Rückhalteknöpfe, die sich durch die Aufnahmelöcher in der entsprechenden Bodenplatte 24, oberen Platte 26 und Scheibe 28 erstrecken. Die Hinzufügung der Scheibe erhöht den Formfaktor von SF = 4 des "Standes der Technik" auf SF = 8 oder mehr bei der vorliegenden Erfindung. Dies ist eine Erhöhung des Formfaktors wenigstens um einen Faktor von zwei. Diese Veränderung erhöhte das Verhältnis der Kippsteifigkeit zur Schersteifigkeit um den viel größeren Faktor von neun oder mehr. Unter den aufgebrachten Bremsbelastungen und dem Schaukeln des Eisenbahnwagens überträgt nunmehr das elastomere Lager 18 mehr Scherung und erfährt wesentlich weniger Kippbewegungen. Dies führt zu wesentlich niedrigeren druckinduzierten Randspannungen. Die Hinzufügung einer Scheibe trug zur erhöhten Lebensdauer bei, während die gesamte Elastomerdicke im wesentlichen beibehalten wird, so daß die Scherfederrate oder Auflagehöhe nicht verändert wird.
Die erste bevorzugte Ausführungsform (Fig. 3) enthält ferner nach oben abstehende Flansche 32, 33 für die seitliche Positionierung und Beschränkung relativ zur Seitenrahmen Lagerbockbacke 22 (Fig. 2). Auf der Oberfläche des elastomeren Lagers 18, welche die Seitenrahmen-Lagerbockbacke 22 kontaktiert, können elastomere Vorsprünge 34 zum Zentrieren der nach oben vorstehenden Flansche 32, 33 relativ zur Seitenrahmen-Lagerbockbacke 22 und zum Aufnehmen des Spiels vorgesehen sein, das sich aus Herstelltoleranzen ergibt.
Die obere Platte 26 kann optional eine oder mehrere hindurchgehende Löcher 36, 37 aufweisen, um die Drücke während des Verbindens oder Gießens auszugleichen und den Elastomertransfervorgang während des Verbindens zu unterstützen. Diese Löcher 36, 37 können in Abhängigkeit der Anforderungen insgesamt nicht erforderlich sein. Das Hinzufügen dieser Oberplattenlöcher 36, 37 vermeidet, daß die Verbindungseingüsse 38, welche als Spannungserhöher wirken, am vorderen und hinteren Rand der elastomeren Lage 30, 31 angeordnet werden, wo sie die Lebensdauer negativ beeinflussen. Die Löcher dienen auch dem Zweck, daß das Elastomer auf beide Seiten der oberen Platte 26 gelangen kann, um eine korrosionsverhindernde Schutzhaut aus Elastomer 35 zu bilden und die elastomeren Vorsprünge 34 formen zu können. Zusätzlich unterstützen sie das Festlegen der oberen Platte 26 und das Übertragen des Elastomers in die Lagen 30, 31. Ein Teil des Lagers kann optional mit irgendeinem anderen Korrosionsschutz, wie einem Kleber, Farbe oder einem Rostschutz, beschichtet sein. Die Bodenplatte 24 kann auch wenigstens ein durchgehendes Loch für den gleichen Zweck aufweisen, wie oben erwähnt, und die Scheibe 28 kann ebenfalls wenigstens ein durchgehendes Loch zum Ausgleichen von Verbindungsdrücken haben.
Die Scheibe 28 kann in allen Ausführungsform aus irgendeinem Material aus geeigneter Festigkeit bestehen, wie Stahl, Aluminium, technischer Kunststoff, Komposite oder ähnliches. Die Scheiben 28 können wärmebehandelt sein, um die Festigkeit zu erhöhen und einen zusätzlichen Sicherheitsspielraum zu schaffen, insbesondere wenn die Löcher zum Verbinden vorgesehen werden. Die Bodenplatte 24 und obere Platte 26 können aus irgendeinem geeigneten Material bestehen, um auf die aufgebrachten Lasten zu reagieren, wie Stahl, Aluminium, technischer Kunststoff, Komposite oder ähnliches. Ferner können irgendwelche geeignete Formverfahren für die Bodenplatte 24 und obere Platte 26, wie Stahlstanzen, Schmieden, Gießen oder Formverfahren eingesetzt werden.
Die Bodenplatteneinrichtung 24 der ersten Ausführungsform ist am Achslageradapter 20 durch nach unten abstehende Flansche 42, 43 befestigt. Diese Flansche sind derart angeordnet, daß sie eine Bewegung der Bodenplatte 24 relativ zur Achslageradapterplatte 20 in seitliche Richtung sowie in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung unterbinden. Dies wird erreicht, indem Flansche 42, 43 verwendet werden, welche eine gabel- oder zinkenartige Anordnung bilden. Die Flansche 42, 43 sind mit dem Achslageradapter 20 in Eingriff. Die Länge und Breite der Flansche 42, 43 werden derart ausgewählt, daß sie die Relativbewegung zwischen der Bodenplatte 24 und dem Achslageradapter 20 begrenzen (Fig. 2). Die Befestigung und Rückhalteeinrichtung, die für die Bodenplatte 24 verwendet werden, können offensichtlich auf die obere Platte 26 und umgekehrt angewendet werden.
Die Hinzufügung einer speziellen Elastomerkontureinrichtung an den Rand der elastomeren Lagen 30, 31 führte zu einer weiter verbesserten Lebensdauer. Diese Konturen 40 unterstützen die weitere Verringerung der druckinduzierten Randspannungen oder der Klemmung, die sogar über der Verringerung liegt, welche durch das Anwenden des höheren Formfaktors erreicht werden. Die Konturen 40 können längs irgendeines Rands der elastomeren Lagen 31, 32 angeordnet werden, wo eine Schädigung auftritt. Es wurden Versuche mit vielen unterschiedlichen Konturen 40 durchgeführt; Kombinationen aus der Finiteelementeanalyse und der Überprüfung der Lebensdauer zeigen, daß das Hinzufügen einer Kontur 40 zu einem signifikanten Vorteil in Richtung einer verbesserten Lebensdauer führt. Insbesondere wurden kreisförmige und eiliptische Konturen 40 analysiert und kreisförmige Konturen angewendet, die sich als besonders vorteilhaft gezeigt haben.
Ein weiteres Hauptmerkmal ist das Abstufen der Dicke der elastomeren Lagen 30, 31 der vorliegenden Erfindung, um ferner die Lebensdauer zu verbessern. Durch Erhöhen der Lagedicke einer jeden elastomeren Lage 30, 31 in Richtung des Rands des Lagers 18 können die druckinduzierten Randspannungen weiter verringert werden. Ein klares Beispiel hiervon ist in Fig. 3 gezeigt, wo "t&sub1;" im Zentrum der Lagen 30, 31 und "t&sub2;" am Rand der Lagen 30, 31 liegen. Ein optimaler Bereich des Verhältnisses von t&sub2;/t&sub1; ist für diese Anwendun gen t&sub2;/t&sub1; = 1,05-1,30. Obwohl die Abstufung lediglich in einer Richtung gezeigt ist, kann die Abstufung der Dicke der elastomeren Lage 30, 31 sowohl in Vorwärts- als auch Röckwärtsrichtung, in seitlicher Richtung oder beides durchgeführt werden, um die Randspannungen zu verringern, die aus dem Schaukeln und Bremsen des Eisenbahnwagens resultieren. Eine weitere Optimierung kann durch eine Abstufung der relativen Dicke jeweils der ersten und zweiten Lage 30, 31 als Funktion der Lastfläche einer jeden Lage 31, 32 erreicht werden. Beispielsweise können es der Raum oder Herstellbeschränkungen erfordern, daß die Lastfläche der einen Lage 31, 32 geringer ist als bei der anderen, derart, daß das Lager ein konisches Profil hat. Um die Lebensdauer zwischen den Lagen 31, 32 derart zu optimieren, daß sich beide mit derselben Geschwindigkeit verschlechtern, würde die mittlere Lagendicke einer jeden Lage getrennt gestuft werden. Die Lagen 30, 31 mit mehr Lastfläche würden dicker sein, so daß die Spannungen mit der dünneren Lage 30, 31, welche eine geringere Lastfläche hat, ausgeglichen werden.
Die zweite Ausführungsform, die in Fig. 4 gezeigt ist, besteht aus einer oberen Platteneinrichtung 26, die im we sentlichen gleich zur oberen Platte 26 der ersten Ausführungsforrn ist. Ferner umfaßt die zweite Ausführungsform nach oben abstehende Flansche 32, 33, eine Beilagscheibeneinrichtung 28, eine Kontureinrichtung 40, eine Dickenabstufung von "t&sub1;" auf "t&sub2;" innerhalb jeder elastomeren Lage 30, 31, und eine Bodenplatteneinrichtung 24. Die Bodenplatte 24 weist eine Rückhalteeinrichtung auf, die aus einer Vielzahl von Stiften 46, 47 besteht. Diese Bodenplattenkomponente 24 enthält die größeren Unterschiede zur ersten Ausführungsform.
Die Stifte können aus irgendeinem geeigneten Material sein, um auf die aufgebrachte Scherbelastung zu reagieren, wie Stahl, Aluminium, technischer Kunststoff oder ähnliches.
Vorzugsweise sollten diese Stifte 46, 47 an ihren Umfangsrändern zur leichteren Installation abgeschrägt sein. Die Stifte 46, 47 können entweder an die Bodenplatte 24 angeschweißt, in diese hineingepreßt, mit dieser vernietet oder verklebt sein, um zu ermöglichen, daß die Stifte 46, 47 Scherlasten aufnehmen und das Zentrieren und Festlegen des Lagers 18 unterstützen. Die Stifte ermöglichen das Nachrüsten auf im wesentlichen dieselbe Weise wie dies die nach unten abstehenden Flansche 42 für die erste Ausführungsform taten. Bei der Anwendung würde eine Vielzahl von Löchern in den Achslageradapter 20 gebohrt werden, um die Stifte 46, 47 aufzunehmen. Eine Steuerung des Freiraums zwischen den Stiften 46, 47 und diesen Löchern hemmt die seitliche sowie nach vorne und hinten gerichtete Bewegung zwischen der Bodenplatte 24 und dem Achslageradapter 20. Veränderungen bezüglich der Hemmung und Kombinationen der Hemmverfahren können in gleicher Weise wie Kombinationen eines Stiftes und eines Flansches verwendet werden. Die Befestigung und Rückhalteeinrichtung, die über die Bodenplatte 24 verwendet werden, können offensichtlich auf die obere Platte 26 und umgekehrt angewendet werden.
Die in Fig. 5 gezeigte dritte Ausführungsform besteht aus einer oberen Platteneinrichtung 26 mit nach oben abstehenden Flanschen 32, 33, einer Beilagscheibeneinrichtung 28, einer Kontureinrichtung 40 und einer Dickenabstufung von auf "t&sub2;" innerhalb jeder elastomeren Lage 30, 31 und der Bodenplatteneinrichtung 24. Die Unterschiede zwischen dieser dritten Ausführungsform und der ersten Ausführungsform bestehen in der Bodenplatte 24, den Seiteneingüssen 50, 51 und dem Weglassen der oberen und unteren Plattenlöcher. Für einige Anwendungen sind Eingüsse 38, 39 und Löcher 36, 37 für Festlegungs- oder Verbindungszwecke nicht erforderlich. Die Bodenplatte 24 hat eine Rückhalteeinrichtung, die aus einer Vielzahl von Lappen 48 besteht, die sich im allgemeinen in seitlicher Richtung erstrecken. Diese Lappen 48 hemmen die Bewegung der Bodenplatte 24 re lativ zum Achslageradapter 20 in seitlicher und Vorwärtsund Rückwärtsrichtung. Die Bodenplatte 24 bildet im wesentlichen ein H-Muster, das sich im allgemeinen in seitlicher Richtung erstreckt, um dieses Zurückhalten zu schaffen. Dieses Zurückhalten ergibt sich aus dem Eingriff der Lappen 48 mit dem Achslageradapter 20. Für das seitliche und nach vorne und hinten gerichtete Zurückhalten werden geeignete Freiräume ausgewählt. Veränderungen der Rückhaltemerkmale und Kombinationen der Rückhalteverfahren können ebenfalls verwendet werden, wie eine Kombination eines Stiftes und eines Flansches. Die Befestigung und die Zurückhalteeinrichtung, die für die Bodenplatte 24 verwendet werden, können offensichtlich auf die obere Platte 26 und umgekehrt angewendet werden, wie dies bei den früheren Ausführungsformen der Fall ist.
Die in Fig. 6 gezeigte vierte Ausführungsform besteht aus einer oberen Platteneinrichtung 26, die eben ausgebildet ist, um die Lagerbockbacke zu kontaktieren, und rechtwinklig oder ungefähr quadratisch geformt ist. Die Bewegung der oberen Platte relativ zur Lagerbockbacke 22 wird durch Reibung unterbunden. In einigen Fällen wird eine Aussparung in das Dach der Lagerbockbacke 22 gefräst. Diese Ausführungsform enthält eine Beilagscheibeneinrichtung 28 und eine Kontureinrichtung 40, die an der vorderen und hinteren Seite des Lagers 18 angeordnet sind. Diese Ausführungsform ist ohne Dickenabstufung innerhalb jeder elastomeren Lage 30, 31 gezeigt. Dies könnte jedoch auf einfache Weise erreicht werden, indem Material von der oberen Platte bis zur Form entfernt wird, die durch die gestrichelte Linie "L" angegeben ist. Diese Ausführungsform weist eine Bodenplatteneinrichtung 24 auf, die ähnlich zur dritten Ausführungsform ist mit der Ausnahme, daß diese ein ebenes "H"-Muster hat.
Die Unterschiede zwischen dieser vierten Ausführungsform und der ersten Ausführungsform finden sich in der Bodenplatte 24, den Seiteneingüssen 50, 51 und dem Wegfall der oberen und unteren Plattenlöcher. Wie vorstehend erwähnt, sind die oberen Eingüsse 38, 39 und Löcher 36, 37 für Festlegungs- oder Verbindungszwecke für einige Anwendungen nicht erforderlich oder erwünscht. In diesem Fall können die Eingüsse 50, 51 an irgendeinem anderen Punkt angeordnet sein, wo sie am wenigsten Einfluß auf die Lebensdauer haben. Da die Beschädigung meistens von einem Bruch in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung herrührt, ist eine annehmbare alternative Position die jeweilige Seitenfläche des Lagers.
Die Bodenplatte 24 hat eine Rückhalteeinrichtung, die aus einer Vielzahl von Lappen 48 besteht, die sich in Seitenrichtung erstrecken. Diese Lappen 48 hemmen die Bewegung der Bodenplatte 24 relativ zum Achslageradapter 20 in seitlicher und Vorwärts- und Rückwärtsrichtung. Die Bodenplatte 24 bildet ein H-Muster, das sich in seitlicher Richtung erstreckt, um dieses Zurückhalten zu schaffen. Das Zurückhalten ist ein Ergebnis der Lappen 48, die mit dem Achslageradapter 20 in Eingriff sind. Es werden geeignete Freiräume ausgewählt, um das seitliche und nach vorne und hinten ge richtete Zurückhalten zu ermöglichen. Veränderungen der Rückhaltemerkmale und der Kombinationen der Rückhalteverfahren können ebenfalls verwendet werden, wie eine Kombination eines Stiftes und eines Flansches. Die Befestigung und Rückhalteeinrichtung, die für die Bodenplatte 24 verwendet werden, können offensichtlich auf die obere Platte 26 und umgekehrt angewendet werden, wie dies bei den vorherigen Ausführungsformen der Fall ist.
Alle verschiedenen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen schaffen eine erhöhte Lebensdauer gegenüber dem "Stand der Technik". Ferner bietet das verbesserte Lager Nachrüstmerkmale, welche es ermöglichen, daß das Lager 18 an dreiteiligen Drehgestellen 18 von Eisenbahnwagen verwendet werden, die neu sind, sowie an denjenigen, die momentan in Betrieb sind. Diese hocherwünschte Lebensdauerverbesserung wird durch neuartige Kombinationen von höheren Formfaktoren der elastomeren Lagen 30, 31, durch Hinzufügen einer Beilagscheibe 28 zum Lager 18, durch Hinzufügen von Konturen 40 zu den elastomeren Lagen 30, 31 gemäß den spezifischen Analyse- und Testergebnissen und durch Abstufen der Dicke der elastomeren Lage 30, 31 erreicht.
Für den Fachmann sind verschiedene Veränderungen, Alternativen und Modifikationen offensichtlich, die der Lehre der vorstehenden Beschreibung folgen. Es ist beabsichtigt, daß alle derartige Veränderungen, Alternativen und Modifikationen, die innerhalb der beigefügten Ansprüche liegen, als Teil der vorliegenden Erfindung betrachtet werden.

Claims

1. Nachrüstbares gummielastisches Lager mit niedriger Bauhöhe und verbesserter Lebensdauer zur Verwendung in Verbindung mit einem dreiteiligen Eisenbahnwagen-Fahrgestell zum Schaffen von Flexibilität, Fahrgestellzentrierung, Radlastausgleich und Rad- und Achsenausrichtung in Kurven, wobei das Lager zwischen einem Achsgehäuse- oder Achslageradapter und einer Seitenrahmen-Lagerbockbacke des dreiteiligen Eisenbahnwagen-Fahrgestells befestigt und versehen ist mit einer oberen Platte, die eine Einrichtung zum Unterbinden der Seitenbewegung der oberen Platte relativ zur Seitenrahmen-Lagerbockbacke aufweist, einer Bodenplatte, die eine Einrichtung zum Unterbinden der Bewegung der Bodenplatte relativ zum Achsgehäuse- oder Achslageradapter enthält, einer Scheibe, die zwischen der oberen Platte sowie der Bodenplatte angeordnet ist und einen ersten Raum zwischen der Scheibe und der oberen Platte sowie einen zweiten Raum zwischen der Scheibe und der Bodenplatte begrenzt und einem Elastomer, das sowohl den ersten Raum zwischen der oberen Platte und der Scheibe als auch den zweiten Raum zwischen der Bodenplatte und der Scheibe füllt, wodurch eine erste und zweite elastomere Lage gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die elastomere Lage einen Formfaktor hat, der als das Verhältnis der Lastfläche der elastomeren Lage zur Fläche definiert ist, in welcher sich das Elastomer frei ausbauchen kann, welche als Ausbauchfläche bekannt ist, und größer als 8,0 ist, derart, daß Bewegungen, die aus einem Bremsen und Schaukeln resultieren, zu einer Scherbewegung jeder elastomeren Lage führen und die Kippbewegung in jeder elastomeren Lage minimieren, und wobei wenigstens eine der ersten und zweiten elastomeren Lage eine mittige Dicke und eine Randdicke "t&sub2;" aufweist und das Verhältnis von "t&sub2;"/"t&sub1;" im Bereich von 1,05 bis 1,30 liegt; wobei das verbesserte elastomere Lager einfach an einem dreiteiligen Eisenbahnwagen-Fahrgestell nachrüstbar ist.

2. Nachrüstbares gummielastisches Lager mit niedriger Bauhöhe und verbesserter Lebensdauer zur Verwendung in Verbindung mit einem dreiteiligen Eisenbahnwagen-Fahrgestell zum Schaffen von Flexibilität, Fahrgestellzentrierung, Radlastausgleich und Rad- und Achsenausrichtung in Kurven, wobei das Lager zwischen einem Achsgehäuse- oder Achslageradapter und einer Seitenrahmen-Lagerbockbacke des dreiteiligen Eisenbahnwagen-Fahrgestells befestigt und versehen ist mit einer oberen Platte, die eine Einrichtung zum Unterbinden der Seitenbewegung der oberen Platte relativ zur Seitenrahmen-Lagerbockbacke aufweist, einer Bodenplatte, die eine Einrichtung zum Unterbinden der Bewegung der Bodenplatte relativ zum Achsgehäuse- oder Achslageradapter enthält, einer Scheibe, die zwischen der oberen Platte sowie der Bodenplatte angeordnet ist und einen ersten Raum zwischen der Scheibe und der oberen Platte sowie einen zweiten Raum zwischen der Scheibe und der Bodenplatte begrenzt und einen Elastomer, das sowohl den ersten Raum zwischen der oberen Platte und der Scheibe als auch den zweiten Raum zwischen der Bodenplatte und der Scheibe füllt, wodurch eine erste und zweite elastomere Lage gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die elastomere Lage einen Formfaktor hat, der als das Verhältnis der Lastfläche der elastomeren Lage zur Fläche definiert ist, in welcher sich das Elastomer frei ausbauchen kann, welche als Ausbauchfläche bekannt ist, und größer als 8,0 ist, derart, daß Bewegungen, die aus einem Bremsen und Schaukeln resultieren, zu einer Scherbewegung einer jeden elastomeren Lage führen und die Kippbewegung in jeder elastomeren Lage minimieren, und Eingüsse, die am Lager in einer anderen Fläche als die vorderen und hinteren Ränder der ersten und zweiten elastomeren Lage angeordnet sind; wobei das verbesserte elastornere Lager auf einfache Weise an einem dreiteiligen Eisenbahnwagen-Fahrgestell nachrüstbar ist.

3. Lager nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch wenigstens eine Einrichtung zum Unterbinden der Bewegung der oberen Platte und der Bodenplatte, wobei wenigstens ein abstehender Flansch vorgesehen ist.

4. Lager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Unterbinden der Bewegung der Bodenplatte wenigstens einen nach unten abstehenden Flansch umfaßt.

5. Lager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Unterbinden der Bewegung der oberen Platte wenigstens einen nach oben abstehenden Flansch umfaßt.

6. Lager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenplatte eine Vielzahl von im allgemeinen sich seitlich erstreckenden Flanschen aufweist.

7. Lager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Einrichtungen zum Hemmen der Bodenplatte und der oberen Platte wenigstens einen Stift umfaßt.

8. Lager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der ersten und zweiten elastomeren Lagen eine mittige Dicke "t&sub1;" und eine Randdicke "t&sub2;" aufweisen und das Verhältnis von "t&sub2;"/"t&sub1;" im Bereich von 1,05 bis 1,30 ist.

9. Lager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kontureinrichtung an einem Rand wenigstens einer der ersten und zweiten elastomeren Lagen hinzugefügt ist.

10. Lager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontureinrichtung aus der Gruppe von Konturformen ausgewählt ist, die im wesentlichen kreisförmig und im wesentlichen elliptisch sind.

11. Lager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Platte, die Bodenplatte und die Scheibe aus einem Material bestehen, das aus der Gruppe von Materialien Stahl, Aluminium, technischer Kunststoff und Komposite ausgewählt ist.

12. Lager nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil des gummielastischen Lagers in einem Material eingekapselt ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Elastomer und Kleber enthält.

13. Lager nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die elastomeren Lagen mit wenigstens einer der oberen Platte, Bodenplatte und Scheibe verbunden sind.

14. Lager nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das gummielastische Lager eine freie Höhe von weniger als 3,125 cm (1,25 inch) hat, um die Erhöhung der Auflagehöhe des Eisenbahnwagen-Fahrgestells zu minimieren, um das Koppeln des Eisenbahnwagens zu erleichtern.

15. Lager nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die elastomeren Lagen mit wenigstens einer der oberen Platte, Bodenplatte und Scheibe verbunden sind.

16. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet&sub1; daß das verbesserte Lager Eingußmittel aufweist, die am Lager in einer anderen Fläche als an den vorderen und hinteren Rändern der ersten und zweiten elastomeren Lage angeordnet sind.

17. Lager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Gruppe, welche die obere Platte, die Bodenplatte und die Scheibe umfaßt, wenigstens ein durchgehendes Loch enthält.