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Abfederung für Achslager od. dgl.
Die Erfindung betrifft eine Abfederung für Achslager od. dgl.
Es sind Abfederungen zwischen gegeneinander bewegten Teilen unter Verwendung von Gummirollen oder Gummiringen bekannt, bei denen sich die Gummielemente an Stahlf111chen abwälzen.
Die Abfederungen haben den Nachteil, dass sie einen Rollweg benötigen, wodurch der Platzbedarf am Achslager grösser und das verwendbare Gummivolumen kleiner wird.
Weiter sind Stützlager bekannt, die mit einem durch einen Boden abgeschlossenen Gehäuse mit ke- gelstumpfförmiger Innenwand und einem kegelförmigen, am breiteren Ende mit einer wulstartigen, ring- förmigen Erweiterung versehen sind, die einen in das Gehäuse ragenden Dorn aufweisen, wobei die sich nach aussen erweiternde Gehäuseinnenwand sowie der Dorn im wesentlichen parallele Erzeugende aufweisen und zwischen sich einen als Hohlkegelstumpf ausgebildeten Körper aus elastischem Werkstoff aufneh- men, der an dem Dorn und zumindest grösstenteils an der Gehäuseinnenwand anliegt.
Bei diesen Stützlagem ist, ebenso wie bei andern bekanntgewordenen Einrichtungen ähnlicher Art, der Körper aus elastischem Werkstoff längs des ganzen Arbeitsbereiches des Lagers im wesentlichen auf Schub und nur zu einem relativ geringen Anteil auf Druck mit dem bekanntlich für Achslager nicht giln stigen Ergebnis beansprucht, dass die Federkennlinie praktisch gerade verläuft und verhältnismässig steil ansteigt.
Dieser Nachteil ist durch die Erfindung beseitigt worden. Diese bezweckt nämlich, eine Abfederung für Achslager zu schaffen, bei der die Federkennlinie zunächst schwach ansteigt und erst im zweiten Teil eine stetige Progressivität der Federung ergibt. Dieses Ziel wird für die erfindungsgemässe Abfederung für Achslager od. dgl.
in der für das obige Stützlager angegebenen prinzipiellen Bauweise dadurch erreicht, dass der Körper aus elastischem Werkstoff einerseits bis zum Gehäuseboden und anderseits bis zur ringförmigen Erweiterung des Domes reicht, wobei im unbelasteten Zustand der Feder die eine Stirnseite des Körpers mit dem vorzugsweise kegelförmigen Gehäuseboden, der einen grösseren Öffnungwinkel als die Gehäuseinnenwand aufweist, einen spitzen Winkel bildet und seine andere Stirnseite unter Bildung eines ebenfalls im wesentlichen spitzen Winkels gegenüber der ihr zugekehrten Auflagefläche der Dornerweiterung geneigt verläuft und dass sich bei zunehmender Belastung die Stirnseiten des elastischen Körpers unter der Einwirkung des in das Gehäuse tiefer eindringenden Domes auf den ihnen zugekehrten Auflageflächen :
des Gehäusebodens und der Dornerweiterung auf stetig wachsenden Flächen abstützen.
Es ergibt sich also. dass der Effekt der erfindungsgemässen Abfederung durch ihre besondere Ausbildung erzielt wird, wobei das gegen Ende des Lasthubes anwachsende, am Ende praktisch vollständigge Schliessen der Gehäuseteile bedeutsam ist, wogegen die relativ steile und praktisch geradlinige Charakteristik wegen der auch bis ins Endstadium aufrecht erhaltenen überwiegenden Schubbeanspruchung der Feder bei den bekannten Ausführungsformen auf dem Verbleiben der Gehäuseteile in offenem Zustand beruht.
Gemäss einer bevorzugten Ausbildungsform der Erfindung ist die Abfederung dadurch gekennzeichnet. dass die Aussenfläche des Körpers aus elastischem Werkstoff mit der Innenwand des Gehäuses einen ringförmigen, nach aussen abgeschlossenen Hohlraum bildet. Beispielsweise kann der Querschnitt des
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Hohlraumes kreissegmentförmig gestaltet sein. Die in diesem Hohlraum vorhandene Luft kann bei der Abfederung zusammengepresst werden, und da sie nicht entweichen kann, trägt sie zur Steuerung der Federkräfte der Abfederung bei.
Eine erwünschte weichere Abfederung kann man z. B. erhalten, wenn man in dem topfförmigen Federgehäuse im wesentlichen waagrechte Bohrungen anordnet, die eine Verbindung zwischen dem zwischen dem Federgehäuse und dem ringförmigen Gummielement liegenden Hohlraum und der Aussenluft herstellen. Dabei tritt bei Belastung der Achslagerabfederung die in dem Hohlraum verdichtete Luft durch die Bohrungen aus, ohne dass sie im verdichteten Zustand dem Anschmiegen des aus Gummi od. dgl. Material bestehenden elastischen Körpers an die Innenfläche des Federgehäuses einen Widerstand entgegensetzt.
Sobald die Belastung der Achslagerabfederung zurückgeht, kann die Aussenluft wieder in den Hohlraum eintreten. In den Bohrungen des Federgehäuses können zwecks Regelung des Druckluftaus- und-eintritts von Hand einstellbare Absperr-oder Drosselvorrichtungen eingebaut sein, durch die eine Regelung der Bewegung der Druckluft herbeigeführt werden kann.
Wenn man die Tiefe des Hohlraumes bzw. seinen Radius entsprechend wählt, so kann die Federeigenschaft im oberen Belastungsbereich verändert werden. Wenn man die Konizität des Federgehäuses verändert, so kann damit auch die Federhärte der Achsabfederung entsprechend gewandelt werden. Man hat daher durch entsprechende Abstimmung der Konizität des Federgehäuses und der Tiefe bzw. des Radius des Hohlraumes die Möglichkeit, jede gewünschte Federkennlinie zu erreichen, wobei stets für den unteren Belastungsbereich die Tiefe des Hohlraumes entsprechend gewählt wird und für den oberen Belastungsbereich die Konizität des Federgehäuses.
Der dazu gehörige Federweg wird durch entsprechende Wahl einerseits des Verjüngungswinkels des Federgehäuses, anderseits durch entsprechende Wahl des Konuswinkels des Dornes und des Winkels, den das Dornende mit einer Senkrechten zur Dornachse bildet, sowie des Erweiterungsradius des Dornes festgelegt. Man hat es durch die entsprechende Auswahl der genannten Grösse in der Hand, für jeden Federweg jede Federkennlinie zu erreichen.
Beim Betrieb von Gleisfahrzeugen wird angestrebt, den Spurkranzverschleiss bzw. den Verschleiss der Bandagen so niedrig wie möglich zu halten. Die Erfindung bietet die Möglichkeit, in dieser Richtung eine Verbesserung zu erzielen. Die Achslagerfederung muss in der Fahrtrichtung möglichst hart sein, um ein
Pendeln der Fahrzeuge zu verhindern, während sie in der Achsrichtung weicher sein sollte. Um dies zu erreichen, ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung der Hohlraum, den der Gummikörper mit der
Innenfläche des Federgehäuses bildet, in Achsrichtung und in Fahrtrichtung in verschieden grosse Einzelhohlräume unterteilt. Dabei sind erfindungsgemäss die in der Achsrichtung liegenden Hohlräume grösser als die in Fahrtrichtung liegenden Hohlräume.
Um das gleiche zu erreichen, kann nach der Erfindung aber auch der Querschnitt des Gummikörpers im Bereich der mantelseitigen Hohlräume elliptisch gestaltet und so angeordnet sein, dass die grosse Achse der Ellipse in an sich bekannter Weise in Fahrtrichtung und die kleine Achse in Achsrichtung liegt.
Man kann aber ausserdem auch den Hohlraum als ringförmige Rille um den elastischen Körper herum ausbilden und einfach in der Achsrichtung kleinere Zusatzhohlräume vorsehen, die die Elastizität der Achsrichtung erhöhen. In jedem Falle wird eine harte Federung in Fahrtrichtung und eine weichere Federung in Achsrichtung erreicht, wodurch der Spurkranzverschleiss wirksam vermindert wird.
Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemässen Achslagerabfederung werden nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 - 3 Längsschnitte der Abfederung in verschiedenen Stellungen der gegeneinander bewegten Teile, Fig. 4 einen Querschnitt der Abfederung und Fig. 5 zwei Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes mit Bohrungen bzw. Drosselvorrichtungen in dem topfförmigen Teil der Achslagerabfederung. Die Fig. 6-8 stellen eine andere Ausführungsform von Hohlräumen in dem Körper aus elastischem Werkstoff im Querschnitt bzw. in den Längsschnitten nach den Linien AA und BB (s.
Fig. 6) dar, Fig. 9 einen solchen Körper mit elliptischem Querschnitt im Bereich des Hohlraumes und die Fig. 10 - 12 eine Ausführungsform mit einer ringförmigen Rille als Hohlraum und Zusatzhohlräumen in Achsrichtung. Dabei zeigen die Fig. 11-12 Längsschnitte nach den Linien AA bzw. BB in Fig. 10. Die Fig. 13 gibt an Hand eines Längsschnittes der Abfederung Anhaltspunkte für die Bemessung desselben, ohne dass diese aber selbst Gegenstand der Erfindung sind. Fig. 14 lässt die bei verschiedener Bemessung erzielbaren Federcharakteristiken erkennen.
Mit 9 ist ein spitzkegeliger, mit oberer Erweiterung 10 versehener innerer Teil (Dorn) bezeichnet, der an seinem unteren Teil von einem Körper 11 in Form eines Ringes aus elastischem Material, beispielsweise Gummi, umgeben ist. Der Querschnitt des Körpers 11 ist im wesentlichen rechteckig ; seine Aussenfläche berührt die Innenfläche eines topfförmigen Federgehäuses 12, wobei zwischen dem Körper
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11 und dem sich nach aussen erweiternden Teil der doppelt hohlkegeligen Innenfläche dieses Federgehäuses ein Luftraum 13 verbleibt.
Bei Belastung der Feder durch Hineinbewegen des Dornes 9 in den Topf 12 findet zunächst eine Beanspruchung des Gummikörpers 11 auf Schub statt. Beim weiteren Fortschreiten der Belastung legt sich die untere Fläche des Gummikörpers 11 auf den Boden des Topfes, wie dies aus Fig. 3 ersichtlich ist. Dabei verbleibt zunächst zwischen dem Boden des Topfes 12 und dem Gummikörper so viel Raum frei, dass der Gummikörper bei Belastung mehr oder weniger ausweichen kann. Hiedurch wird eine stetige progressive Federcharakteristik erreicht, indem die Schubbeanspruchung allmählich in eine Druckbeanspruchung übergeht und der Gummikörper am Ende des Belastungsvorganges an einem weiteren Ausweichen bzw. an einer weiteren Verformung gehindert wird (Fig. 2).
In diesem Stadium ist der Körper 11 hauptsächlich auf Druck und nur mehr zu einem geringen Teil auf Schub beansprucht.
In der Mitte des Bodens des Federgehäuses 12 kann eine Öffnung 8 vorgesehen sein, um bei starker Belastung ein Hindurchtreten der Dornspitze zu ermöglichen.
Um die Federcharakteristik in Fahrt- und in Achsrichtung beeinflussen zu können, können der Gummikörper 11 bzw. die Teile des Achslagers 9, 12 im Querschnitt rund, oval od. dgl. ausgebildet sein.
-Wird, nachdem eine Beanspruchung des Gummikörpers 11 auf Schub stattgefunden hat, der Dorn 9 unter weiterem Fortschreiten der Belastung tiefer in den Topf 12 eingeführt, drückt sich die Seitenfläche des Gummikörpers 11 stärker auf die Innenfläche des Topfes, wobei die Luft im Hohlraum komprimiert wird und ihrerseits eine Federung bildet.
Man kann diesen Lufthohlraum in der Weise zur Regulierung der Federung verwenden, indem z. B.
Bohrungen 14 bestimmten Durchmessers in die Wand des Topfes 12 gebohrt werden (Fig. 5, rechte Seite), durch welche die Luft aus dem Hohlraum mehr oder weniger schnell nach aussen strömen kann. Hiedurch kann eine Dampfung der Federung erreicht werden.
Darüber hinaus ist es möglich, die Bohrungen mit einer Drosselschraube 15 zu versehen (linke Seite der Fig. 5), um die Regulierung des Luftdruckes im Hohlraum von Hand vornehmen zu können. Dadurch lässt sich der Weichheitsgrad der Federung leicht verändern oder aber auch eine zusätzliche Dämpfung der Feder erreichen.
Die Achslagerabfederung gemäss der Erfindung ist mit ihrer Achse lotrecht am Fahrzeug angeordnet.
Dadurch wirken sich Federungen in Fahrtrichtung und in Achsrichtung in zueinander senkrechten Querschnittsebenen des Gummikörpers 11 aus.
Nach den Fig. 6-8 liegt die Schnittebene A-A in der Achsrichtung des Fahrzeuges, während die Schnittebene B-B in der Fahrtrichtung verläuft. Um zu erreichen, dass in der Achsrichtung und in der Fahrtrichtung verschiedene Elastizität gegeben ist, wird der Lufthohlraum 13 des Gummikörpers 11 unterteilt. Nach den Fig. 6 - 8 sind je zwei gleich grosse Aussparungen 16 vorgesehen, die von der Linie A-A geschnitten werden und die zur Wirkung kommen, wenn das Fahrzeug in Achsrichtung federt. In hiezu senkrechter Richtung sind zwei Aussparungen 17 vorgesehen, die von der Linie B-B geschnitten werden und in Fahrtrichtung hintereinander liegen.
Dadurch, dass die Aussparungen 16, die in Achsrichtung hintereinander liegen, grösser sind als die Aussparungen 17 in der Fahrtrichtung. ergibt sich eine Federung grösserer Elastizität in der Achsrichtung als in der Fahrtrichtung. Dies ist vorteilhaft, um insbesondere bei Gleisfahrzeugen den Spurkranzverschleiss zu verringern. Es wird auch bei dem Fahrzeug ein weicherer Kur- venverlauf erzielt, wodurch ebenfalls der Spurkranzverschleiss eine Minderung erfährt.
An Stelle der verschieden grossen Aussparungen in Achsrichtung und in Fahrtrichtung kann der Gummikörper auch gemäss Fig. 9 ausgebildet sein. An Stelle der verschieden grossen Aussparungen in Achsrichtung und in Fahrtrichtung kann der Gummikörper 11 mit einem ringförmigen Hohlraum versehen werden, in dessen Bereich sein Querschnitt die Form einer Ellipse 18 hat. Hiedurch hat der Hohlraum, wie Fig. 9 zeigt, im Schnitt B-B nur einen kleinen Querschnitt und im Schnitt A-A, der in Achsrichtung liegt, einen verhältnismässig grossen Querschnitt. Die Federung in Fahrtrichtung ist also härter als die Federung in Achsrichtung.
Eine weitere Ausbildungsmöglichkeit liegt darin, dass gemäss Fig. 10 - 12 der Hohlraum Kreisringform aufweist, wie durch den Kreis 19 angedeutet, so dass seine Ausdehnung in Achsrichtung und in Fahrtrichtung an sich gleich ist. Die Federung wird alsdannso ausgelegt, dass sie für die Fahrtrichtung ausreichend ist ; für die Achsrichtung, also im Schnitt A-A, werden zusätzliche Hohlräume 20 vorgesehen. Diese zuzusätzlichen Hohlräume 20 ergeben für die Federung in der Achsrichtung eine Erhöhung der Elastizität bzw. eine weichere Federung.
Die dargestellten Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes sind lediglich zweckmässige Beispiele, die jedoch zahlreiche konstruktive Abwandlungen zulassen. Für die Erfindung kommt es darauf an, dass
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der Lufthohlraum zwischen dem Körper 11 und dem topfförmigen Teil 12 der Achslagerabfederung zur Verbesserung der Federeigenschaften herangezogen wird und dass verschiedene Federeigenschaften in Achsrichtung und in Fahrtrichtung durch geeignete Gestaltung des Gummiringes erzielt werden können.
Fig. 13 zeigt den Verjüngungswinkel a des Federgehäuses 12. Der im Querschnitt segmentartig ausgebildete Hohlraum hat einen Radius r. Die Konizität des Federgehäuses 12 in ihrem den Gummikörper 11 übergreifenden Teil ist durch den Winkel ss angedeutet, wogegen der Winkel y den konischen Teil des Dornes betrifft. R bezeichnet den Radius der Ausrundung des Dornes nach unten, a ist der Winkel, den eine Senkrechte zur Achse des Dornes mit einer Tangente an den Radius R des Dornes bildet.
Soll eine Feder dieser Art mit einer bestimmten progressiven Federkennlinie ausgestattet werden, so wird für den unteren Teil der Federkennlinie die Tiefe des Hohlraumes 13 bzw. der Radius des kreissegmentartigen Querschnittes festgelegt. Für den oberen Teil der Federkennlinie, in dem sich die Federung verhärten soll, wird ein entsprechender Winkel ss für die Konizität des Federgehäuses festgelegt.
Die Federwege werden durch die Grösse des Winkels 0 :, des Konuswinkels y und des Winkels Z) des Dornes 9 sowie durch den Radius an dem erweiterten Teil des Dornes beeinflusst.
Fig. 14 zeigt z. B. die durch diese Bemessung erzielbaren Federkennlinien. Es ist eine Federkennlinie für eine Stahlblattfeder strichliert angedeutet, die eine Gerade bildet, da sie nicht progressiv ist. Ein elastischer Körper 21, bei dem kein Hohlraum besteht (s. kleine Darstellungen unten), erzeugt die Federkennlinie 21 des Diagramms, die nur verhältnismässig wenig von der Federkennlinie der Stahlblattfeder abweicht. Wird ein Hohlraum 13 gemäss Gummikörper 22 vorgesehen, so ergibt sich beispielsweise eine Federkennlinie 22. Diese ist im unteren Belastungsbereich, also z. B. für einen Leerwagen, verhältnismässig weich und biegt im oberen Belastungsbereich, also wenn z. B. der abgefederte Wagen beladen ist, in eine harte Federung aus.
Eine weitere Steigerung der Weichheit in der Federung zeigt der Gummikörper 23, bei dem der Radius r des Hohlraumes weiterhin vergrössert wurde. Durch die Vergrösserung ist erreicht, dass die Federkennlinie 23 unter einem noch spitzeren Winkel gegenüber der Abszisse verläuft, während bei dem oberen Belastungsbereich wieder eine härtere Federung, ähnlich der der andern Gummi- körper. erzielt wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Abfederung für Achslager od. dgl., mit einem durch einen Boden abgeschlossenen Gehäuse mit kegelstumpfförmiger Innenwand und einem kegelförmigen, am breiteren Ende mit einer wulstartigen, ringförmigen Erweiterung versehenen, in das Gehäuse ragenden Dorn, wobei die sich nach aussen erwei- ternde Gehäuseinnenwand sowie der Dorn im wesentlichen parallele Erzeugende aufweisen und zwischen sich einen als Hohlkegelstumpf ausgebildeten Körper aus elastischem Werkstoff aufnehmen, der an dem Dorn und zumindest grösstenteils an der Gehäuseinnenwand anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (11) aus elastischem Werkstoff einerseits bis zum Gehäuseboden und anderseits bis zur ringförmigen Erweiterung des Dornes reicht, wobei im unbelasteten Zustand der Feder die eine Stirnseite des Körpers (11)
mit dem vorzugsweise kegelförmigen Gehäuseboden, der einen grösseren Öffnungswinkel als die Gehäuseinnenwand aufweist, einen spitzen Winkel bildet und seine andere Stirnseite unter Bildung eines ebenfalls im wesentlichen spitzen Winkels gegenüber der ihr zugekehrten Auflagefläche der Dornerweiterung geneigt verläuft und dass sich bei zunehmender Belastung die Stirnseiten des elastischen Körpers unter der Einwirkung des in das Gehäuse tiefer eindringenden Domes auf den ihnen zugekehrten Auflageflächen des Gehäusebodens und der Dornerweiterung auf stetig wachsenden Flächen abstützen.