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Dokumentenidentifikation DE102005033849B4 04.09.2008
Titel Universal-Hochleistungsrichtgelenk
Anmelder Bartel, Manfred, Dipl.-Ing. (FH), 02906 Niesky, DE
Erfinder Bartel, Manfred, Dipl.-Ing. (FH), 02906 Niesky, DE
DE-Anmeldedatum 20.07.2005
DE-Aktenzeichen 102005033849
Offenlegungstag 25.01.2007
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 04.09.2008
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.09.2008
IPC-Hauptklasse B61G 9/24(2006.01)A, F, I, 20080402, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Universal-Hochleistungsrichtgelenk für Kuppelstangen von Eisenbahngüterwageneinheiten in Horizontal- und Schrägkuppelstangenausführung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Richtgelenke für Kuppelstangen zum Verbindung von leichtgewichtigen Eisenbahnwagen sind bereits bekannt.

So wird in der EP 1247715 eine Kuppelstange mit Richtgelenken vorgeschlagen, bei welchen gemäß den 7 und 8 zur Erzielung einer Steigerung der Richtgelenkwirkung auf den Güterwagen, das heißt zur Erreichung einer maximalen Verlagerung der Druckkraftübertragungspunkte zwischen Stützlagerplatten und Richtgelenkplatten bei Kupplungsausschlägen, den Drehpunkt der Kuppelstangen in der Stützlagerplatte weit nach hinten in Richtung der wirkenden Druckkräfte verschoben angeordnet wird, um über den vergrößerten Abstand zur Duckkraftübertragungsfläche des Stützlagers eine zusätzliche Verlagerung der Druckkraftlinie durch eine direkte gleitende Querverschiebung der Flächen in Abhängigkeit des Kupplungsausschlagwinkels zu erzielen. Ansonsten werden, wie üblich, die kritischen Druckkräfte über eine keilförmige Verformung von Federdruckscheiben weit möglichst nach außen verlagert.

Diese Ausführung hat jedoch den Nachteil, dass durch die Drehpunktverlagerung bei dem üblichen Ausschwenkwinkel von 2,5 bis 3,5° nur eine äußerst geringe zusätzliche Querverschiebung erzielt wird, die praktisch unbedeutend ist. Die verbleibende keilförmige Deformation der Federdruckscheiben verursacht ebenfalls nur eine unbefriedigend große Kraftverlagerung nach außen.

Ein weiterer Nachteil besteht in der notwendigen Verwendung von zusätzlichen Gleitplatten zwischen Federn und Kraftübertragungsplatte und der zu erwartende Verschleiß bei gleichzeitiger aufwendiger Ausführung der voluminösen Stützlagerplatte.

Es wurde weiterhin bereits eine Lösung nach DE 102 46 428 vorgeschlagen, bei welcher zwischen der Krafteinleitungsfläche an der Stützlagerplatte ebenfalls Federdämpfungselemente angeordnet sind, die jedoch von einem Stützkäfig umgeben sind.

Nach definierten Kupplungsausschlägen übernimmt der Stützkäfig mit seinen Abstütz- und Kipppunkten, vorgesehen am oberen Rand derselben, wodurch eine bedeutend vergrößerte Verlagerung des Druckkraftübertragungspunktes nach außen, mit den entsprechenden Rückstellmomenten gesichert wird. Verbreiterte Ränder können auch Abrollkurven tragen.

Diese Lösung hat den Vorteil einer bedeutenden Steigerung der Richtgelenkwirkung, daneben jedoch auch den Nachteil, dass die Stütz- und Kipppunkte relativ weit vom Mittelpunkt des Richtgelenkes angeordnet sind und nach dem Auftreffen auf die Stützlagerplatte über ihre Ränder keine optimale, über das ganze Längenmaß genutzte Richtgelenkbreite und Höhe sichern kann.

Dasselbe trifft auch auf die vorgeschlagene Richtgelenklösung gemäß 5 für Kuppelstangen zwischen End- und Mittelwagen mit permanenter Schrägstellung derselben zu.

Gemäß DE 102 24 680 A1 wurde auch eine Lösung für eine Schrägkuppelstange bekannt. Hierbei werden Kuppelstangenendplatten jeweils wechselseitig rechtwinklig zur Längsachse der Schrägkuppelstange angeordnet. Nach 1 und 2 sind hierzu die Stützlagerplatten an den Wagenenden vertikal zur Gleisebene angeordnet. Diese Ausführung hat zwar den Vorteil einer einfachen rechtwinkligen Bauweise, wenn sich jedoch der niedrige Wagen absenkt, nimmt der Kuppelstangenwinkel geradlinig zu und damit auch die negative, das Laufwerk entlastende, Vertikalkomponente des hochstehenden Tragwagens.

Nach 4 sind die Stützlagerplatten an den Wagenenden mit dem Winkel &agr; schräggestellt angeordnet, was den Vorteil bringt, dass der aktive Abrollbereich vergrößert wird und beim Absenken eines Wagen die Kraftlinie mindestens horizontal bleibt, hat jedoch den Nachteil, dass der Anschluss an den Wagen mehr Bauhöhe benötigt und die Schrägstellung der Stütz- und der Richtgelenkplatten vereinheitlichte und gleiche Anschlüsse von gleich hohen Mittelwagen und deren freizügige Kupplung von Mittelwagen untereinander nicht gewährleistet.

Aufgabe der Erfindung ist es, Universal-Hochleistungsrichtgelenke für Kuppelstangen von Eisenbahngüterwageneinheiten in Horizontal- und Schrägkuppelstangenausführung zu schaffen, welche Hochleistungsparameter sichern bei geringem Herstellungs- und Wartungsaufwand und gleichzeitig geringer Eigenmasse.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist insbesondere, dass die Richtgelenkplatte stützlagerplattenseitig flächenförmige Übertragungskörper für die Längsdruckkräfte aufweist, welche ein Federungs- und Dämpfungselement, ausgeführt mit möglichst geringem Außendurchmesser, bei solchen mit kleiner Federlängssteifigkeit, mit einem geringstmöglichen horizontalen Abstand „a" umschließen, und dass dabei die flächenförmigen Übertragungskörper stützplattenseitig ab einem Richtgelenklängen- zu Breitenverhältnis von > 1,5 mit getrennten horizontalen und vertikalen Abrollradien RH und RV und analogen Abrollflächen versehen sind, und dass sie in ihrer Form, die eine Mittenausnehmung sowie Seitenausnehmungen vorsieht, das Breitenmaß zwischen den Kupplungsträgern unter Berücksichtigung des Bewegungsverhaltens der Federungs- und Dämpfungselemente und der Zugänglichkeit zu den Befestigungselementen zwischen Stützlagerplatte und Wagenuntergestell zur Erzielung verbesserter Richtgelenkparameter voll ausnutzen.

Erfindungsgemäß ist weiterhin, dass bei Tragwagen mit unterschiedlichen Ladehöhen und damit unterschiedlich hohen Anlenkpunkten und damit notwendigem Schrägeinbau der Kuppelstange an dem höher stehenden Ende einer Schrägkuppelstange bei vertikaler Anordnung der Richtgelenkplatte und der Stützlagerplatte die diesem Ende am höher stehenden Wagen zugeordneten flächenförmigen Übertragskörper für die Längsdruckkräfte in unsymmetrischer Ausführung mit reduziertem aktivem vertikalen Abrollbereich unterhalb der horizontalen Mitte des Richtgelenkes so angeordnet sind, dass der Scheitelpunkt der sphärischen Abrollfläche und damit der Kraftübertragungspunkt nahe des tiefsten Endes des flächenförmigen Übertragungskörpers zu Stande kommt und damit gleichzeitig dem Höhenmaß des tieferen Übertragungspunktes des niedrigeren Nachbarwagens weitgehend angenähert ist mit dem Ziel, den vertikalen Kraftübertragungswinkel &agr; der Längsdruckkraft klein und entlastende Vertikalkomponenten am höher stehenden leeren Wagen gering zu halten.

Weiterhin ist vorgesehen, dass die Schrägkuppelstange an der Seite des niedrigeren Tragwagens einen annähernd horizontalen Längenbereich besitzt, an dessen Ende sich eine Trennkupplung befindet, und dass im horizontalen Bereich der Schrägkuppelstange Längenverstelleinrichtungen angeordnet sind.

Weitere Merkmale der Erfindung bestehen darin, dass, wenn es die Kuppelstangenparameter gestatten, gleichgroße Abrollradien Verwendung finden und die flächenförmigen Übertragungskörper eine Kugelkalottenform besitzen, und dass die Mitten- und Seitenausnehmungen durch das Aufbringen der flächenförmigen Übertragungskörper als auf die Richtgelenkplatte aufsetzbare Formteile gebildet werden, und dass bezüglich der Universalität für geforderte unterschiedliche Kuppelstangenausführungen Typenreihen mit unterschiedlichen Richtgelenkparametern und damit unterschiedlichen Abrollflächen eine Teilevereinheitlichung mit dem Ziel einer rationellen Fertigung insofern erfolgt, dass einheitliche flächenförmige Übertragungskörper mit vereinheitlichten Grössenabstufungen der Abrollkurven nach Bedarf auf die Richtgelenkplatten aufgebracht werden, und dass vereinheitlichte Federungs- und Dämpfungselemente sowie Kuppelstangenendzugteile mit vereinheitlichten Lagerungsteilen Verwendung finden.

Durch die vorstehend vorgeschlagenen Lösungen mit ihren Merkmalen auch bezüglich einer universellen Verwendung der Kuppelstangenbauart werden die Richtgelenkparameter verbessert und ein mögliches Optimum zwischen Leistungsparametern, Herstellungs- und Unterhaltungsaufwand und Eigenmasse erreicht, wodurch der Einsatz verbesserter leichtgewichtiger Güterwagen möglich wird.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele an Hand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1: eine Vorderansicht des eingebauten Richtgelenkes gemäß Schnitt A-A in 2, mit dargestellten Konturen der Stützlagerplatte,

2: eine Seitenansicht des eingebauten Richtgelenkes gemäß Schnitt B-B in 1,

3: einen Schnitt C-C in 1,

4: eine weitere Vorderansicht eines eingebauten Richtgelenkes gemäß Schnitt A-A in 2,

5: eine Seitenansicht einer Schrägkuppelstange zwischen End- und Mitteltragwagen mit Teilschnitten,

6: eine Vorderansicht nach Schnitt D-D in 5 mit dargestellten Konturen der Stützlagerplatte.

Die 1, 2 und 4 zeigen eine Vorderansicht des Richtgelenkes bzw. einen Längsschnitt desselben, welches zwischen den Kupplungsträgern 2 eines Wagenuntergestelles 1 angeordnet und je über Stützlagerplatten 5 und Befestigungselementen 13 mit dem Wagen verbunden ist. Am Ende des Kuppelstangenrohres sind Richtgelenkplatten 4 angeordnet, an denen Kuppelstangenendzugteile 6 befestigt sind. Über dem Endzugstangenteil 6 sind einmal zwischen Richtgelenkplatte 4 und Stützlagerplatte 5 druckseitige Federungs- und Dämpfungselemente 7 und zwischen der Stützlagerplatte 5 und einer Endscheibe zugseitige Federungs- und Dämpfungselemente unter Vorspannung angeordnet.

Das Federungs- und Dämpfungselement 7 ist dabei in flächenförmigen Übertragungskörpern 8 eingebettet, wobei die Übertragungskörper 8 ein- oder zweiteilig auf der Richtgelenkplatte 4 aufgebracht sind, wobei Mittenausnehmungen 11 und im Bereich der Befestigungselemente 13 Seitenausnehmungen 12 auf der Richtgelenkplatte gebildet werden. Die Übertragungselemente 8 sind auf die Richtgelenkplatte 4 aufgesetzt, oder Freiräume sind im Dickenmaß der Richtgelenkplatte 4 ausgespart.

Die horizontalen Zwischenräume zu den Federungs- und Dämpfungselementen 7 und auch zu den im Kupplungsträgerbereich angeordneten Befestigungselementen 13 mit dem Abstand „a" so eng als möglich ausgeführt, um möglichst große Abrollflächen zu bekommen und ein frühzeitiges Einsetzen des Abrollvorganges zu gewährleisten.

In bekannter Weise ist zwischen der Stützlagerplatte und den flächenförmigen Übertragungskörpern ein Abstand als anteiliger Federungs- und Kippweg „S" im Richtgelenk, der aufgebraucht wird durch die horizontalen und vertikalen Kippwege beim Kuppelstangenausschlag und einer definierten Anfangslängsdruckkraft. Bis zum Erreichen einer Berührung der genannten beiden Teile übernimmt die Federscheibe des Federungs- und Dämpfungselementes 7 selbst eine eingeschränkte Richtgelenkwirkung. Die 1 zeigt eine Ausführung mit einem Federungs- und Dämpfungselement 7 mit einer geringen Federlängssteifigkeit mit kleinem Außendurchmesser. Hier wird die Stabilisierung bei den Kupplungsausschlägen schnell von den metallischen Abrolleinrichtungen übernommen, da die weiche Federscheibe keine bedeutende Verlagerung des Druckkraftübertragungspunkte 16 nach außen verursachen kann. Ist das Federelement 7 jedoch härter, sind auch größere Federscheiben mit einer entsprechenden größeren Mittenausnehmung 11, wie sie 4 zeigt, sinnvoll und denkbar. Dabei leistet dann das Federelement auch eine größere anfängliche Teilrückstellwirkung.

Die flächenförmigen Übertragungskörper 8, die gezielt nach ihrer Rückstellfunktion angeordnet sind, tragen ab einem Verhältnis von Richtgelenkbreite zu Richtgelenkhöhe von > 1,5 vorteilhaft getrennte horizontale und vertikale Abrollradien RH und RV und analoge Abrollflächen.

Aus den Schnittdarstellung in den 2 und 3 ist zu erkennen, dass oberhalb und unterhalb einer horizontalen Abrollkammlinie 9, die dem horizontalen Abrollradius RH folgt, vertikale Abrollflächen 1Q beidseitig dieser Linie angeordnet sind.

Um den Einbauraum des Richtgelenkes klein zu halten und eine geringe Stützweite der Stützlagerplatte 5 aus Eigengewichtsgründen zu erhalten oder auf aufwendige Unterstützungsträger, die hinter der Stützplatte 5 anzuordnen wären, verzichten zu können, sind wie in den 1, 4 und 6 dargestellt, beidseitig Seitenausnehmungen 12 in der Richtgelenkplatte 4 in den flächenförmigen Übertragungselementen 8 für eine ausreichende Zugänglichkeit zu den Befestigungselementen 13 seitliche Ausnehmungen 12 vorgesehen. Damit kann die Kippkante der Richtgelenkplatte in der Breite örtlich bis über die Befestigungselemente 13 verlaufend angeordnet werden.

Es ist auch Ziel der Erfindung, ein universelles Richtgelenk zu schaffen, nach dessen Lösungsprinzip und mit dessen Hauptbauteilen auch Schrägkuppelstangen hergestellt werden können, wie aus den 5 und 6 hervorgeht.

Das tiefer gelegene Ende der Schrägkuppelstange 14 besitzt dabei prinzipiell ein Richtgelenk wie vorstehend bei Horizontalkupplung beschrieben. Am höher gestellten Ende der Kuppelstange 14 ist vorgesehen, Richtgelenke mit unsymmetrischen flächenförmigen Übertragskörpern 8, die etwa nur das halbe Höhenmaß der symmetrischen Übertragungskörper 8 besitzen, zu verwenden, die in der unteren Hälfte der Richtgelenkplatte 4, unterhalb der horizontalen Mitte angeordnet sind. Damit ist der Druckkraftübertragungspunkt 16 und damit der Scheitelpunkt der sphärischen Abrollfläche 17 nahe des tiefsten Punktes des unsymmetrischen Übertragungskörpers vorgesehen.

Wie die 5 und 6 zeigen, kann dabei der flächenförmige Übertragungskörper 8 noch die Unterkante der Richtgelenkplatte um einen erforderlichen Betrag unterschreiten. Damit wird erreicht, dass die Druckkraftübertragungslinie mit ihrem vertikalen Winkel &agr;V sich weitgehend horizontal dem Höhenmaß derselben, des tiefergelegenen Endes nahe kommt. Damit werden schädliche wirksame Radentlastungen vermieden. Die Richtgelenkplatte 4 und die Stützlagerplatte 5 sind dabei vertikal angeordnet mit dem vordringlichen Ziel, einheitliche Anschlussbedingungen der Kuppelstange kompertibel mit allen weiteren tiefer stehenden Mittelwagen auch untereinander universal kuppeln zu können.

Es ist auch vorgesehen, dass die vertikale Abrollfläche 10 auf den unsymmetrischen flächenförmigen Übertragungselementen 8 den Scheitelpunkt der sphärischen Abrollfläche 17 nach unten überschreitet.

Weiter ist auch denkbar, dass bei extremen Fällen von Höhenversatz auch an dem tieferen Ende der Kuppelstange ebenfalls unsymmetrische flächenförmige Übertragungskörper 8, jedoch reziprok nach oben verschoben angeordnet werden, als weitere Maßnahme zur Erreichung einer weitgehendst horizontalen Druckkraftwirkungslinie mit einem Winkel &agr;V gleich oder annähernd 0° zwischen den Wagen unterschiedlicher Höhe.

Es ist weiterhin vorgesehen, dass an dem niedrigerem Ende der Kuppelstange 3 ein annähernd horizontaler Längenbereich ausgeführt ist, an dessen Übergang zum Schrägteil sich eine Trennkupplung 19 befindet.

In diesem horizontalen Längenbereich ist auch vorgesehen, Längenverstelleinrichtungen anzuordnen, wie zum Beispiel eine Teleskopeinrichtung.

1
Wagenuntergestell
2
Kupplungsträger
3
Kuppelstange
4
Richtgelenkplatte
5
Stützlagerplatte
6
Kuppelstangenendzugteil
7
Federungs- und Dämpfungselement
8
Flächenförmige Übertragungskörper
9
Horizontale Abrollkammlinie
10
Vertikale Abrollfläche
11
Mittenausnehmung
12
Seitenausnehmung
13
Befestigungselement
14
Schrägkuppelstange
15
Lagerungsteil
16
Druckkraftübertragungspunkt
17
Scheitelpunkt einer sphärischen Abrollfläche
18
Aktiver vertikaler Abrollbereich
19
Trennkupplung
&agr;
Abstand
S
Anteiliger Feder- und Kippweg
RV
vertikaler Abrollradius
RH
horizontaler Abrollradius
&agr;V
vertikaler Kraftübertragungswinkel
BH
Richtgelenkbreite
HV
Richtgelenkhöhe


Anspruch[de]
Universal-Hochleistungsrichtgelenk für Kuppelstangen von Eisenbahngüterwageneinheiten in Horizontal- und Schrägkuppelstangenausführung, bestehend aus einer Richtgelenkplatte und einer Stützlagerplatte, verbunden über ein Kuppelstangenendzugteil, zwischen denen ein druckseitiges Federungs- und Dämpfungselement so eingebettet angeordnet ist, dass im längskraftfreien Zustand zwischen dem Körper der Richtgelenkplatte und der Stützlagerplatte ein freier Abstand besteht von der Größe eines Teiles der Kippwege der zu erwartenden horizontalen und vertikalen Ausschläge der Kuppelstange und eines Anteiles des anfänglichen Längsfederweges im Richtgelenk, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtgelenkplatte (4) stützlagerplattenseitig flächenförmige Übertragungskörper (8) für die Längsdruckkräfte aufweist, welche ein Federungs- und Dämpfungselement (7), ausgeführt mit möglichst geringem Außendurchmesser, bei solchen mit kleiner Federlängssteifigkeit, mit einem geringstmöglichen horizontalen Abstand „a" umschließen, und dass dabei die flächenförmigen Übertragungskörper (8) stützplattenseitig ab einem Richtgelenklängen- zu Breitenverhältnis von > 1,5 mit getrennten horizontalen und vertikalen Abrollradien RH und RV und analogen Abrollflächen versehen sind, und dass sie in ihrer Form, die die Mittenausnehmung (11) sowie Seitenausnehmungen (12) vorsieht, das Breitenmaß zwischen den Kupplungsträgern (2) unter Berücksichtigung des Bewegungsverhaltens der Federungs- und Dämpfungselemente (7) und der Zugänglichkeit zu den Befestigungselementen (13) zwischen Stützlagerplatte (5) und Wagenuntergestell (1) zur Erzielung verbesserter Richtgelenkparameter voll ausnutzen. Richtgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Tragwagen mit unterschiedlichen Ladehöhen und damit unterschiedlich hohen Anlenkpunkten der Kuppelstangen (3, 14) und damit notwendigem Schrägeinbau derselben an dem höher stehenden Ende einer Schrägkuppelstange (14) bei vertikaler Anordnung der Richtgelenkplatte (4) und der Stützlagerplatte (5), die an diesem Ende am höher stehenden Wagen zugeordneten flächenförmigen Übertragungskörper (8) für die Längsdruckkräfte in unsymmetrischer Ausführung mit reduziertem aktiven horizontalen Abrollbereich (18) unterhalb der horizontalen Mitte des Richtgelenkes so angeordnet sind, dass der Scheitelpunkt der sphärischen Abrollfläche (17) und damit der Druckkraftübertragungspunkt (16) nahe des tiefsten Punktes des flächenförmigen Übertragungskörpers (8) zu Stande kommt und damit gleichzeitig dem Höhenmaß des tieferen Übertragungspunktes (16) des niedrigeren Nachbarwagens angenähert ist mit dem Ziel, den vertikalen Kraftübertragswinkel „&agr;V" der Längsdruckkraft klein und entlastende Vertikalkomponenten am höher stehenden leeren Wagen gering zu halten. Richtgelenk nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrägkuppelstange (14) an der Seite des niedrigeren Tragwagens einen annähernd horizontalen Längenbereich besitzt, an dessen Übergang zum Schrägteil sich eine Trennkupplung (19) befindet. Richtgelenk nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im horizontalen Bereich der Schrägkuppelstange (14) Längenverstelleinrichtungen angeordnet sind. Richtgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn es die Kuppelstangenparameter gestatten, gleichgroße Abrollradien (RH und RV) Verwendung finden, und dass die flächenförmigen Übertragungskörper (8) eine Kalottenform besitzen. Richtgelenk nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitten- und Seitenausnehmung (11 und 12) durch das Aufbringen der flächenförmigen Übertragungskörper (8) auf die Richtgelenkplatte (4) als aufsetzbare Formteile gebildet werden. Richtgelenk nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für erforderliche unterschiedliche Kuppelstangenausführungen Typenreihen mit unterschiedlichen Richtgelenkparametern und damit unterschiedlichen Abrollflächen eine Teilevereinheitlichung mit dem Ziel einer rationellen Fertigung insofern erfolgt, dass einheitliche flächenförmige Übertragungskörper (8) mit vereinheitlichten Größenabstufungen der Abrollkurven nach Bedarf auf die Richtgelenkplatten (4) aufgebracht werden, und dass vereinheitlichte Federungs- und Dämpfungselemente (7) sowie Kuppelstangenendzugteile (6) mit vereinheitlichten Lagerungsteilen (15) Verwendung finden.






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