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Puffer für Eisenbahnfahrzeuge mit hydraulischem Dämpfungsglied
Die Erfindung bezieht sich auf einen Puffer für Eisenbahnfahrzeuge, mit hydraulischem Dämpfungsglied, einem Flüssigkeitsvorratsraum und einem Überströmraum, wobei der Durchfluss querschnitt zwischen dem Flüssigkeitsvorratsraum und dem Überströmraumdurch einen elastisch verformbaren Regler in Abhängigkeit vom Pufferdruck veränderbar ist.
Bei bisher bekannten derartigen Ausbildungen wirkt der elastisch verformbare Regler ähnlich wie ein Ventil derart, dass der Durchflussquerschnitt sich beim Vergrössern des Druckes gleichfalls vergrössert und damit die Druckbelastung kleiner wird, jedoch gleichzeitig auch die Dämpfungskraft abnimmt.
Dies stellt einen Nachteil dar, da sich gerade bei Puffern mit grossen Drücken eine grössere Dämpfungskraft ergeben soll als bei kleinen Drücken.
Diesen Nachteil vermeidet die gegenständliche Erfindung dadurch, dass der Durchflussquerschnitt bei steigendem Pufferdruck verkleinert wird.
Auch gegenüber Pufferausführungen ohne elastischen Regler ergeben sich viele Vorteile. Der elastische Regler ist ein selbständiger Teil, der nicht in, sondern ausserhalb der Durchströmöffnung geführt wird.
Dadurch fallen kostspielige Pass arbeiten bei der Herstellung weg. Durch die dauernde Veränderung der Strömung in der Durchströmöffnung und durch die durch den Regler verursachte Abdeckung derselben ergeben sich Wirbelströmungen, die das Ablagern von Verunreinigungen in der Durchströmöffnung verhindern. Die Regler reinigen sich durch ihre elastische Verformbarkeit selbst.
Dadurch, dass die Durchflussöffnung selbst regulierbar ist, ist es nicht nötig, viele kleinere Öffnungen anzuordnen. Im allgemeinen wird mit wenigen, im besonderen mit einer einzigen, grossen Durchflussöffnung das Auslangen gefunden werden.
Der Regler kann beispielsweise als durch den Puffereinschub zusammendrückbare Feder ausgebildet sein. Diese Feder ist im Flüssigkeitsvorratsraum vor der oder den. Durchströmöffnungen angeordnet. Im nicht zusammengepressten Zustande des Puffers sind die Durchflussöffnungen zwischen den einzelnen Federgängen freigegeben und der Durchströmwiderstand und damit auch der Pufferwiderstand wird entsprechend der Grösse der Durchströmöffnung oder der -öffnungen am kleinsten sein. Wird die Feder durch die über Pufferteller und Kolben übertragene Kraft zusammengedrückt, so wird der Raum zwischen den einzelnen Federgängen kleiner werden, u. zw. kontinuierlich mit dem Anwachsen der Kraft und dem dadurch verursachten Zusammenschieben des Puffers.
Durch das Kleinerwerden des Durchströmraumes steigt der Durchströmwiderstand und der Einschubwiderstand wird immer grösser, bis die Feder zur Gänze zusammengedrückt ist und die einzelnen Federgänge aufeinanderliegen. Dadurch wird die Durchflussöffnung zur Gänze gesperrt und der Endwiderstand und die Endkraft ist erreicht. Bei Entlastung wird der Pufferteller teils durch die elastische Wirkung der Reglerfeder und zum Grossteil durch eine zusätzlich angeordnete Feder wieder in die Ausgangslage zurückgeführt. Dabei wird der Raum zwischen den einzelnen Federgängen wieder freigegeben und der Anfangszustand hergestellt.
Der Regler kann auch als zylindrischer oder kugelförmiger Körper aus einem elastisch verformbaren Material, beispielsweise Gummi oder Kunststoff, hergestellt werden. In diesem Falle wirkt die Kraft über einen Stempel, der selbst federnd gelagert sein kann, auf den Körper, drückt ihn axial zusammen und weitet ihn radial auf. In diesem Fall sind die Durchströmöffnung oder. dieDurchströmöffnungen so angeordnet, dass sich durch das dem Einschub des Puffers proportionale Aufweiten des Körpers eine Abdeckung und damit eine Durchströmwiderstandserhöhung ergibt. Die Endkraft ist erreicht, wenn die Durchström- öffnungen zur Gänze abgedeckt sind.
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Diese Regler lassen sich auch verwenden, wenn ein zentraler Flüssigkeitsvorratsraum und radial um diesen ein Überströmraum angeordnet ist und dazwischen die Durchströmöffnung liegt. Die Nachteile solcher Puffer ohne Regelung der Durchflussöffnung und der Vorteil der Erfindung wurde bereits aufgezeigt.
Es kann von Vorteil sein. wenn die Durchströmöffnung, solange keine oder nur eine geringe Kraft auf den Puffer wirkt, geschlossen ist. Es wird schon eine geringe Kraft den Puffer so weit einschieben, als dies die Federkraft derAusstossfeder zulässt.Bei einem nachfolgenden heftigen Stoss steht dann dieser Einschubweg zur Dämpfung nicht mehr zur Verfügung. Um dies zu verhindern, kann die Durchflussöffnung nach einem weiteren vorteilhaften Kennzeichen der Erfindung so ausgebildet sein, dass sie bis zu einem vorbestimmten Druck durch einen unter Federspannung stehenden, in Längsrichtung verschiebbaren zwischen Flüssigkeitsvorratsraum und Überströmraum angeordneten Zylinder geschlossen ist.
Dieser Zylinder wird durch eine elastisch verformbare Feder gegen den Gehäuseboden gedrückt und schliesst so die Durchfluss- öffnung, bis der Druck im Flüssigkeitsvorratsraum, der durch einen Stoss oder eine von aussen angreifende Kraft verursacht wird, grösser als die Federkraft wird. der Zylinder zurückgeschoben und dadurch die Durchflussöffnung frei wird. Dieser Zylinder kann dabei gleichzeitig die Trennwand zwischen Flüssigkeitsvorratsraum und Überströmraum bilden oder getrennt angeordnet sein.
Der Überströmraum kann, wie bei Stossdämpfern bekannt, durch eiren in Längsrichtung verschiebbaren, unter Federspannung stehenden Begrenzer in einer Längsrichtung begrenzt sein. Dieser Begrenzer wird durch die aus dem Flüssigkeitsvorratsraum durch die Durchströmöffnung gepresste Flüssigkeit zurückgedrückt und drückt seinerseits die Flüssigkeit bei Entlastung des Puffers in den Flüssigkeitsvorratsraum zurück. Durch diesen unter Federdruck stehenden Begrenzer wird erreicht, dass der Überströmraum und Vorratsraum immer zusammen das gleiche Volumen aufweisen. Es kann dadurch ein von Luft abgeschlossener Flüssigkeitsraum vorgesehen werden und damit ein Aufschäumen, Oxydieren und Altern der Flüssigkeit vermieden werden.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn das Dämpfungsglied für sich austauschbar ausgebildet ist. Dies ermöglicht es, in ein und denselben Puffer je nach Bedarf ein Dämpfungsglied zu geben, das die gewünschte Dämpfungscharakteristik hat. Wird eine andere Charakteristik benötigt, so genügt es dasDämp- fungsglied auszuwechseln, während der gleiche Puffer weiterverwendet werden kann.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele erfindungsgemässer Puffer dargestellt. Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemässen Puffer mit einer Schraubenfeder als Regler. Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch einen die Durchflussöffnungen enthaltenden Zylinder. Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch ein Dämpfungsglied allein. Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch ein Dämpfungsglied mit einem elastisch verformbaren Zylinder als Regler. In den Fig. 5 und 6 sind Längsschnitte durch Puffer anderer Ausbildung als die vorher erwähnten zu sehen.
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Pufferboden 22, dass Dämpfungsglied eingesetzt.
Dieses besteht aus dem Gehäuse 1, welches innerhalb der Stösselhülse 10 angeordnet ist und sich am Pufferboden 22 abstützt, dem Zylinder 3, der die Trennwand zwischen einem Flüssigkeitsvorratsraum 23 und einem Überströmraum 24 bildet, einem Kolben 5 mit Dichtung 25, der mit einem sich am Pufferteller 9 abstützenden Stosskopf versehen ist und einem Gehäusedeckel 2, der zwischen Gehäuse 1 und Zylinder 3 angeordnet ist und die Abstützung für eine zwischen Gehäuse 1 und Zylinder 3 befindliche Feder 8 bildet. Diese Feder 8 drückt auf einen im Raum zwischen Gehäuse 1 und Zylinder 3 verschiebbaren Begrenzerring 7, der einen Überströmraum 24 begrenzt. Innerhalb eines von Zylinder 3, Kolben 5 und Gehäuse 1 begrenzten Flüssigkeitsvorratsraumes 23 ist vor einer Durchströmöffnung 15 eine Schraubenfeder 4 vorgesehen.
Wirkt eine Kraft auf den Pufferteller 9, so wird dieser und damit die Stösselhülse 10 und der Kolben 5 in Richtung gegen den Pufferboden gedrückt. Der Kolben 5 drückt die Flüssigkeit des Flüssigkeitsvorratsraumes 23 durch die Durchströmöffnung 15 in den Überströmraum, der sich durch Zurückgleiten des Ringes 7 erweitert. Der Eindrückwiderstand hängt von der Grösse der Durchströmöffnung 15 und dem damit dem Durchströmen der Flüssigkeit entgegengesetzten Widerstand und in geringerem Mass von der Kraft der Feder 8 ab. Dieser Widerstand ist annähernd konstant, bis der Kolben 5 den Weg 26 durchlaufen hat und beginnt. die Reglerfeder 4 zusammenzudrücken. Da diese Feder 4 vor der Durchströmöffnung 15 angeordnet ist, muss die Flüssigkeit durch den freien Raum zwischen den einzelnen Federgängen hindurchströmen.
Dieser Raum wird beim weiteren Einschieben des Kolbens und Zusammendrücken der Feder immer kleiner. Damit wird auch die Durchströmöffnung zwischen Flüssigkeitsvorratsraum und Überströmraum 24 immer kleiner und der Durchströmwiderstand immer grösser. Gleichzeitig wachst damit auch der Pufferwiderstand. Der grösste Widerstand und damit die Endkraft des Puffers ist erreicht, wenn die einzelnen Windungen der Feder 4 aufeinanderliegen und die Durchströmöffnung 15 gesperrt ist.
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Bei Entlastung des Puffers wird dieser durch die Feder 6 in die Ausgangslage zurückgedrückt.
Fig. 2 zeigt den Zylinder 3 mit den Durchströmöffnungen 15 in seinem Mantel.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsvariante des Federungsgliedes von Fig. 1. Hier steht der Zylinder 3 unter Druck einer sich am Gehäusedeckel abstützenden Feder 13 und ist in Längsrichtung verschiebbar. In unbeaufschlagtem Zustande des Puffers ist hier die Durchströmöffnung 15 geschlossen. In diesen gezeigten Ausführungsbeispielen ist das Dämpfungsglied auswechselbar.
Erst wenn der Druck im Flüssigkeitsvorratsraum 23 grösser als der Federdruck der Feder 13 ist, gleitet der Zylinder 3 zurück und bildet an seinem freien Ende die Durchströmöffnung. Die weitere Funktion gleicht der in Fig. 1 beschriebenen.
In Fig. 4 ist als Regler ein elastisch verformbarer Zylinder 16 angeordnet. Bei Einschieben des Kolbens wird der Zylinder 16 durch den Stempel 17, der unter Federspannung der Feder 18 in einer Führung 19 gleitet, in Axialrichtung zusammengedrückt und in Radialrichtung aufgeweitet. Durch diese radiale Aufweitung wird die Durchströmöffnung 15 verkleinert und der Durchströmwiderstand steigt. Die Wirkung gleicht der in Fig. 1 beschriebenen Einrichtung.
Fig. 5 und 6 zeigen Ausführungen, bei denen der Überströmraum als Teil des Einschubkolbens, hier identisch mit der Stösselhillse ausgebildet ist und die Durchströmöffnung nicht in radialer, sondern in axialer Richtung angeordnet ist.
In Fig. 5 dient eine in axialer Richtung auseinander gezogene Kegelfeder als Regler und sperrt analog wie in Fig. 1 beschrieben, bei Einschieben des Puffers allmählich die Durchströmöffnung.
In Fig. 6 ist als Regelelement eine elastisch verformbare Kugel 20 angeordnet, die mehrere Durchflussöffnungen 15, wie in Fig. 3 beschrieben, sperrt.
Die Durchflussöffnungen können durch unterschiedliche Querschnittgestaltung, korrespondierend mit dem Regelorgan, so ausgebildet sein, dass sich ein bestimmtes gewünschtes Hub- und Einschubwiderstandsdiagramm ergibt.
Der Begrenzer 7 des Überströmraumes, der in den Fig. 1-4 als Ring und in den Fig. 5 und 6 als Scheibe ausgebildet ist, muss nicht notwendigerweise unter dem Druck einer Feder stehen. Den gleichen Zweck kann auch ein federnder Luftpolster erfüllen. Als Material für die Regler kommt ein elastischer Stoff, für die Federn beispielsweise Stahl oder eine Federlegierung für die andern Regelkörper Gummi, oder bei Verwendung von Öl als Flüssigkeit ein ölbeständiger Kunststoff, aber auch Metall in Frage, wobei diese Regler auch hohl ausgebildet sein können.
Die Durchflussöffnung kann auch ringförmig sein, sie kann aber auch aus einem oder mehrerenSchlit- zen bestehen, die gleich lang oder, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, in der Länge abgestuft ausgebildet sein können. Lange Schlitze bewirken, dass mehrere Windungen der Regelfeder zur Wirkung kommen. Durch die Variation der Länge und Breite der Schlitze hat man es in der Hand, die Regelempfindlichkeit zu steuern.
Bei langen Schlitzen bewirkt auch der Begrenzungsring eine Regelung. Der Ring 7 (Fig. 1 und 3) verdeckt zu Beginn des Stosses die Durchflussöffnungen 15 und gibt sie erst bei Zurückgleiten frei. Es wird anfangs ein grösserer Durchflusswiderstand vorhanden sein, der bis zur völligen Freigabe der Schlitze sinkt.
Der Regler bewirkt das Gegenteil. Durch Zusammenzählen beider Effekte kann man bei Beginn des Stosses den Durchfluss und Einschubwiderstand steuern und beispielsweise einen gleichmässigen Anfangswiderstand erzielen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Puffer für Eisenbahnfahrzeuge, mit hydraulischem Dämpfungsglied, einem Flüssigkeitsvorratsraum und einem Überströmraum, wobei der Durchflussquerschnitt zwischen Flüssigkeitsvorratsraum und dem Überströmraum durch einen elastisch verformbaren Regler in, Abhängigkeit vom Pufferdruck veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchfluss querschnitt bei steigendem Pufferdruck verkleinert wird.