Untergestell für schienengebundene Güterwagen, insbesondere für Kesselwagen und geschlossene Schüttgutwagen

Die Erfindung betrifft ein Untergestell für schienengebundene Güterwagen, insbesondere Kesselwagen und geschlossene Schüttgut­wagen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei jedem schienengebundenen Güterwagen ist der Aufbau zu Transportzwecken mit einem Fahrwerk verbunden. Dies gilt für Güterwagen mit festem Aufbau und Container-Tragwagen mit lösbarem Aufbau ebenso wie für Kessel- und geschlossene Schüttgutwagen. Der Anwendungsfall der Erfindung betrifft lediglich die Güterwagen mit Untergestell.

Der für die Erfindung maßgebliche Stand der Technik aus dem gesamten Bereich der schienengebundenen Güterwagen wird nachfolgend anhand der Güterwagenbauart Kesselwagen aufgezeigt.

Die bekannten Kesselwagen können in zwei Baukonzeptionen unterteilt werden, in untergestellfreie Kesselwagen und in Kesselwagen mit Untergestell. Die nachfolgende Abhandlung des Standes der Technik berücksichtigt aus Gründen des Einbezugs des technologischen Umfeldes auch kurz im ersten Abschnitt den Stand der Technik der untergestellfreien Kesselwagen.

Bei den untergestellfreien Kesselwagen ist der Kessel derart stabil ausgebildet, daß er die betriebsmäßig auftretenden Kräfte und Spannungen, insbesondere aus Stoßbelastungen, ohne unzulässige Verformungen aufnehmen kann. Durch diese Bauweise kann für gewisse Einsatzfälle eine Gewichtsredu­zierung oder eine verbesserte Anpassungsfähigkeit des am Kessel angeordneten Fahrwerks an die Gleisverhältnisse er­reicht werden. Allerdings ist bei den untergestellfreien Kesselwagen die Anbindung der die Zug- und Stoßeinrich­tung und die Fahrwerke tragenden Baugruppen an den Kessel problematisch, wobei die Einleitung und der Abbau der Kräfte und Energie aus dem Pufferstoß und beim Anhebefall ohne Spannungsüberschreitungen und unzulässige Verformungen in­nerhalb der Konstruktion sichergestellt sein muß.

Aus der CH-PS 535 671 ist ein Untergestell für schienengebundene Kesselwagen üblicher Bauweise mit zwei durchlaufenden mittleren Langträgern als Mittelsektion bekannt, an denen an beiden Enden je eine Kopfsektion mit äußeren Langträgern und diese verbinden­de Querträger angeordnet ist. Der Kessel ist an seinen Enden zum einen in quer zur Längsrichtung des Kessels am Untergestell angeordnete Quersättel abgestützt und zum anderen über seitliche Satteltragleisten, die die Beschleunigungskräfte in Wagenlängs­richtung aufnehmen, an das Untergestell angebunden.

Bei einem bekannten Kesselwagen nach der DE-PS 11 79 980 mit einem Untergestell, wie vorstehend beschrieben, ist der Kessel in üblicher Weise über seitliche Satteltragleisten, die die Kräfte aus der Verzögerung und der Beschleunigung des Kesselwa­gens aufnehmen, und über Quersättel, die die statische Gewichts­last und die quer zur Wagenlängsrichtung auftretenden Kräfte aufnehmen, mit dem Untergestell verbunden. Durch diese starre Verbindung zwischen Kessel und Untergestell ist der Kesselwagen damit auch relativ verwindungssteif. Neben den aus den Belastun­gen aus durch Temperaturwechsel hervorgerufenen Längenänderungen des Kessels, sei es durch temperiertes Ladegut oder durch unter­schiedliche Längenänderungen gegeneinander festgelegter Bauteile oder Baugruppen, haben die Verbindungsstellen zwischen Kessel und Untergestell auch die aus den Beschleunigungs- und Gewichts­kräften hervorgerufenen Belastungen aufzunehmen.

Insbesondere beim Pufferstoß werden auf dem dem Stoß zuge­wandten Ende des Kesselwagens sehr hohe Kräfte in die Ver­bindungsstelle zwischen Kessel und Untergestell einge­bracht, was zu Spannungsüberschreitungen und zum Versagen der Verbindung führen kann, während die dem Pufferstoß abge­wandte Verbindungsstelle am anderen Ende des Kesselwagens erheblich geringer beaufschlagt und belastet wird. Puffer mit höherem Arbeitsvermögen können zwar Spannungsüberschreitun­gen vermeiden, sind aber aufwendiger gebaut und unwirt­schaftlicher.

Weiter sind aus der DE-PS 424 262 oder der DE-PS 12 74 155 elastische, unstarre Kessellagerungen bekannt, bei denen Kessel und Untergestell weitgehend voneinander getrennt und gegeneinander verschieblich gehalten sind, wobei einerseits unterschiedliche Längenausdehnungen ausgeglichen werden und andererseits auftretende Stoßkräfte in Arbeit und Wärme umgewandelt werden. Diese schwimmende Kessellagerung erfordert zusätzliche Halte- und Dämpfungseinrichtungen und begünstigt seitliche Kippbewegungen des Kessels, die sich ungünstig auf das Laufverhalten des Kesselwagens, insbesondere bei schlechten Gleisverhältnissen und höheren Fahrgeschwindigkeiten, auswirken. Als nachteilig für das Verhältnis Zuladung zu Eigengewicht des Kesselwagens erweist sich auch, daß der Behälter bei der Aus­legung für die Stoßkraftbeanspruchung nicht als belastbares Bauteil mit einbezogen werden kann und deshalb das Untergestell diese Lastanteile übernehmen muß. In der Praxis wird das Untergestell verstärkt, womit es schwerer und im Regelfall biegesteifer ausfällt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Untergestell für Güterwagen, insbesondere für Kesselwagen und geschlossene Schüttgutwagen derart auszubilden, daß die Verbindungsstellen zwischen Untergestell und Aufbau bei Pufferstößen auf der Seite des Pufferstoßes entlastet und die auftretenden Pufferkräfte verringert werden.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 - 16 beansprucht.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeich­nungen anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen

• Fig. 1 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Untergestell;
• Fig. 2 eine Draufsicht auf das erfindungsgemäße Untergestell nach Fig. 1 während eines Puffestoßes mit übertrieben dargestellten Biegeverformungen;
• Fig. 3 eine Seitenansicht eines Behälterwagens mit dem erfindungsgemäßen Untergestell nach Fig. 1;
• Fig. 4 eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Untergestells in schematischer Darstellung;
• Fig. 5 eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Untergestells in schematischer Darstellung;
• Fig. 6 eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Untergestells in schematischer Darstellung;
• Fig. 7 eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Untergestells in schematischer Darstellung;
• Fig. 8 eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Untergestells mit durchgehenden äußeren Langträgern in schematischer Darstellung;
• Fig. 9 eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Untergestells mit durchgehenden äußeren Langträgern in schematischer Darstellung;
• Fig. 10 eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Untergestells mit durchgehenden äußeren Langträgern in schematischer Darstellung.

Bei der Auslegung eines Untergestells 1 für schienengebundene Güterwagen ist in Vertikalrichtung auf eine ausreichende Stei­figkeit des Untergestells 1 zum Tragen der Last aus dem Eigen­gewicht des Güterwagens und der Zuladung und für den Anhebefall nach dem Regelwerk für Schienenfahrzeuge zu achten. Weiter ist das Untergestell 1 für die Belastungen in Längsrichtung, insbe­sondere aus Pufferstößen auszulegen.

Ein schienengebundener Güterwagen weist einen Aufbau 15 und ein Untergestell 1 auf, das durch zwei Kopfsektionen 2 und eine Mittelsektion 3 gebildet ist.

Die Mittelsektion 3 ist an ihren beiden Enden A, B jeweils mit einer Kopfsektion 2 verbunden. Die Kopfsektion 2 besteht aus einem die Seitenpuffer 4 aufnehmenden Kopfquerträger 5, den äußeren Langträgern 6 und dem Hauptquerträger 7. Von den in Fahrzeugquerrichtung angeordneten Querträgern 5, 7 ist minde­stens ein Querträger 5, 7 reversibel um eine Vertikalachse bie­genachgiebig mit den äußeren Langträgern 6 verbunden. Es sind Anordnungen mit einem oder mehreren um eine Vertikalachse biege­nachgiebigen Querträgern 5, 7 ausbildbar. Ebenso können die äußeren Langträger 6 der Kopfsektion 2 reversibel biegenachgie­big ausgebildet werden.

Die Mittelsektion 3 besteht im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 aus zwei in horizontaler Ebene mit Abstand angeordneten Langträgern 8, die durch einen Strebverband 9 verbunden sind.

Der Strebverband 9 ist derart ausgebildet und angeordnet, daß er die Langträger 8 biegeweich miteinander koppelt und zu reversib­len Verformungen, mindestens in der horizontalen Ebene, insbe­sondere zu Biegeverformungen quer zur Längsrichtung des Unterge­stells zwingt.

Der Strebverband 9 ist als ein in horizontaler Ebene ausge­richteter ebener Strebverband 9 oder als räumlicher Strebverband 9 ausgebildet und weist im Winkel zu den Langträgern 8 aus­gerichtete Diagonalstreben 10 auf, die bezogen auf die hori­zontale Ebene in einem Winkel kleiner oder größer als 90 ^o be­züglich der Längsrichtung die Langträger 8 verbindet. Weiter weist der Strebverband 9 quer zu den Langträgern 8 ausgerichtete Stützstreben 11 auf, die bezogen auf die horizontale Ebene im rechten Winkel die Langträger 8 verbinden. Die Diagonalstreben 10 und Stützstreben 11 sind in sich mindestens teilweise wieder­holender Folge innerhalb des Strebverbandes 9 angeordnet, wobei einzelne Felder entstehen. Die Diagonalstreben 10 des Strebver­bandes 9 folgen einander bezüglich der Anordnung in Längsrich­tung des Untergestells 1 mindestens bereichsweise mit entgegen­gesetztem Winkel aufeinander. Mindestens bereichsweise innerhalb des Untergestells 1 ist zwischen zwei die Langträger 8 verbin­denden Stützstreben 11 jeweils mindestens eine die Langträger 8 verbindende Diagonalstrebe 10 vorgesehen, wobei die in unmittel­barer Folge beiderseits einer Stützstrebe 11 angeordneten Diago­nalstreben 10 mindestens bereichsweise innerhalb des Unterge­stells 1 mit entgegengesetztem Winkel bezüglich der Längsrich­tung eines Langträgers 8 angeordnet sind. Die Diagonalstrebe(n) 10 und die ihnen zugeordnete Stützstrebe(n) 11 greifen zweck­mäßig jeweils in einem gemeinsamen Knotenpunkt 12 am Langträger 8 an. Mindestens eine Diagonalstrebe 10 und eine benachbarte Stützstrebe 11 sind dabei im gemeinsamen Knotenpunkt 12 am Langträger 8 befestigt. Die Diagonalstreben 10 und die Stütz­streben 11 innerhalb des Strebverbandes 9 sind derart mit den Langträgern 8 verbunden, daß von jedem Knotenpunkt 12 eines Langträgers 8 eine quer zu den Langträgern 8 ausgerichtete Stützstrebe 11 und mindestens eine, bevorzugt jedoch zwei mit entgegengesetztem Winkel ausgerichtete Diagonalstreben 10 zum benachbarten Langträger 8 weisen und an diesem befestigt sind. Die Stützstrebe 11 ist an ihrem anderen Ende am benachbarten Langträger 8 in einem Stützpunkt 13 befestigt. Die oder aus­gewählte Knotenpunkte 12 und/oder Stützpunkte 13 können als Gelenke ausgebildet sein, wobei sowohl Funktionsgelenke als auch materialelastische Gelenke ausführbar sind.

Insbesondere aus Gründen der gleichmäßigen Verteilung der Ver­formungen in Untergestell 1 und der Parallelität der Kopfsektio­nen 2 bei einem Pufferstoß ist es zweckmäßig, die Ausbildung und Anordnung des Strebverbandes 9 bezüglich der Mittelquerebene axialsymmetrisch (räumliche Drehung von 180 ^o um die Mittelquer­achse) oder bezüglich des Symmetriezentrums zentralsymmetrisch (ebene Drehung um 180 ^o um das Symmetriezentrum), mindestens aber gleichartig bzw. ähnlich auszubilden.

Weiter kann es zweckmäßig sein, im Strebverband 9 eine gleiche Anzahl von gegensinnig angeordneten Diagonalstreben 10 vorzuse­hen und/oder eine gleiche Anzahl von Knotenpunkten 12 auf jedem Langträger 8 anzuordnen.

Innerhalb des Strebverbandes 9 können zwei quer zu den Langträ­gern 8 ausgerichtete Stützstreben 11 unmittelbar aufeinander folgen, womit im Untergestell 1 ein Freiraum für die Auslaufama­turen geschaffen ist.

Jede Kopfsektion 2 weist einen Sattel 14 zur Anbindung des Auf­baus 15 am Untergestell 1 auf, derart, daß jeder Sattel 14a, 14b das durch ihn abgestützte Ende A, B des Aufbaus 15 in Richtung auf die Quermittelebene des Untergestells 1 festlegt, wobei die Enden A, B des Aufbaus 15 in Richtung auf das jeweils gleichsei­tig zugeordnete Ende A, B des Untergestells 1 gegen das Unterge­stell 1 längsverschieblich gehalten sind. Die Kräfte aus einem Pufferstoß werden somit über das Untergestell 1 in das dem Puf­ferstoß abgewandte Ende des Aufbaus 15 eingeleitet. Dazu weist der Aufbau 15 an seinem Ende A ein aufbauseitiges Anschlagstück 16a auf, dem ein untergestellseitiges Widerlager 17a zugeordnet und an seinem Ende B ein aufbauseitiges Anschlagstück 16b auf, dem ein untergestellseitiges Widerlager 17b zugeordnet ist.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind die Anschlagstücke 16a, 16b und die Widerlager 17a, 17b oberhalb der Ebene der Kraftein­leitung, die in Höhe der Seitenpuffer ist, angeordnet.

Um eine Durchbiegung der Langträger 8 in Vertikalrichtung gering zu halten, kann eine Anordnung der Anschlagstücke 16a, 16b und des diesen jeweils zugeordneten Widerlagers 17a, 17b in der Ebene der Krafteinleitung, d. h. in der Ebene der Seitenpuffer 4 erfolgen.

Nachfolgend ist die Erfindung bei Beaufschlagung durch einen Auflaufstoß erläutert. Bei einem Auflaufstoß auf der Seite A des Güterwagens wird die Stoßenergie zunächst durch die im Kraftfluß liegenden Seitenpuffer 4, im Regelfall sind am Stoß vier Seiten­puffer 4 beteiligt, in den Grenzen deren maximal gesamten Puf­ferarbeit verringert. Da der Aufbau 15 auf der Seite A der Stoß­einbringung in Stoßrichtung nicht gegen das Untergestell 1 abge­stützt bzw. festgelegt ist und keine Stoßkraft- bzw. Energie­einbringung an diesem Ende A in den Aufbau 15 erfolgt, wird die Stoßkraft bzw. Energie aus dem Pufferstoß nach erschöpftem Puf­ferhub durch das Untergestell 1 geleitet, wobei ein weiterer Teil der Stoßenergie, abhängig von der konstruktiven Ausbildung, der Federkonstante und der Dämpfungseigenschaft des Unterge­stells 1, im Untergestell 1 im wesentlichen durch Verformungs­arbeit, aber auch durch Reibung und Wärme etc. aufgenommen bzw. abgebaut wird. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Unter­gestells 1 als eine in Längsrichtung nachgiebig und zurückstel­lend ausgebildete Biegestruktur werden erhebliche Anteile der Stoßenergie aufgenommen und Stoßkraft abgebaut. Die Energieauf­nahme und der Stoßkraftabbau erfolgen im wesentlichen durch gezielte reversible Biegung der Struktur oder von Teilen der Struktur der Kopfsektionen 2 (Querträger 5, 7; äußere Langträger 6 und ggf. weitere Träger) und/oder der Mittelsektion 3 (Langträger 8 und ggf. weitere Träger) des Untergestells 1. Der Strebverband 9 verbindet und koppelt die Langträger 8 der Mit­telsektion 3 derart biegeweich, daß diese zu gezielten, rever­siblen Biegeverformungen quer zur Längsrichtung des Unterge­stells 1 gezwungen werden.

Bei einer Anordnung des Strebverbandes 9 nach Fig. 1 erfolgt bei einem Auflaufstoß eine Biegung des Langträgers 8 am Knotenpunkt 12 um einen bestimmten Biegeweg Δs nach außen. Durch die Ankoppelung des gegenüberliegenden Langträgers 8 mit der Stützstrebe 11 im Stützpunkt 13 wird dieser um den gleichen Weg Δs nach innen versetzt (Fig. 2).

In einem weiteren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist ein Untergestell 1 mit mehreren biegenachgiebi­gen Querträgern 5, 7 ausgebildet und der Strebverband 9 ist axialssymmetrisch angeordnet.

Fig. 5 zeigt ebenfalls schematisch eine Ausbildung eines Streb­verbandes 9 in Axialsymmetrie.

Das eingangs beschriebene Untergestell nach Fig. 1 ist wie ein weiteres Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 zentralsymmetrisch ausgebildet.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 weist unterschied­lich lange Diagonalstreben innerhalb des Strebverbandes 9 und keine Symmetrie bezüglich der Quermittelebene auf.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 weist durchgehende äußere Langträger 6 auf. Die äußeren Langträger 6 sind über Stützstreben 11 mit dem benachbarten Langträger 8 verbunden. Durch Ankoppelung der äußeren Langträger 6 werden diese eben­falls beim Pufferstoß im Stützpunkt 13 um einen bestimmten Weg Δ s ausgelenkt, so daß vier Langträger 6, 8 zu Biegeverformun­gen d. h. zum Stoßkraftabbau herangezogen werden. Weiter ist es prinzipiell möglich, zwischen einem äußeren Langträger 6 und einem benachbarten Langträger 8 zusätzlich Diagonalstreben 10 anzuordnen.

In zwei weiteren Ausführungsbeispielen nach Fig. 9 und Fig. 10 weist das Untergestell 1 ebenfalls durchgehende äußere Langträ­ger 6 auf, die über Diagonalstreben 10 und Stützstreben 11 mit einem benachbarten Langträger 8 verbunden sind, wobei gegenüber­liegende Knotenpunkte 12 gegeneinander zwangsfrei angeordnet sind, d. h. bei gegenläufiger Auslenkung im Biegefall entkoppelt sind.

Allen Ausführungsbeispielen gemeinsam ist, daß das Untergestell 1 mindestens zwei reversibel biegenachgiebige Langträger 8 auf­weist, die durch einen Strebverband 9 mit Diagonalstreben 10 und Stützstreben 11 miteinander gekoppelt sind.