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Gummielastisches Kugelgelenk hoher Tragfähigkeit
Die Erfindung bezieht sich auf ein gummielastisches Kugelgelenk hoher Tragfähigkeit, wie es häufig im Schienenfahrzeugbau als Wiegenpendellager verwendet wird.
Bei Schienenfahrzeugen in Drehgestellbauart wird überlicherweise das Wagenkastengewicht über die Wiegenfedern auf die Wiege übertragen, die ihrerseits wieder über die Wiegenpendel im Drehgestellrahmen aufgehängt ist. Der Drehgestellrahmen selbst stützt sich über die Achsfederung auf den Radachsen ab. Dabei ist durch die Ausschwingmöglichkeit quer zur Fahrtrichtung infolge des vorgegebenen Wiegenquerspieles eine bessere Bogenläufigkeit erzielbar.
Neben Wiegenpendellagern mit einer metallischen Werkstoffpaarung an der Gleitfläche sind auch schon verschleissfrei arbeitende Gummilager bekannt, die sich durch eine kugelschalenförmige Schicht aus elastischem Material, vorzugsweise Gummi, zwischen der Pfanne und dem Kugel-bzw. Pendelkopf auszeichnen. Dieser Gummitragkörper trägt die Pendellast und ermöglicht ein Ausschwenken des Pendels, wobei Federrückstellkräfte aufgebaut werden. Nun besteht aber im Schienenfahrzeugbau die Forderung, dass nicht nur eine besonders hohe Tragfähigkeit gegeben, sondern auch die Pendeleinstellung möglichst drehmomentenarm erfolgen soll. Strebt man bei den bekannten Ausführungen eine kleinere Pendelausschwingsteifigkeit durch Erhöhung der Gummischicht an, so muss dann eine verminderte Tragfähigkeit in Kauf genommen werden.
Um daher diesen gesteigerten Belastungsansprüchen gerecht zu werden, ist auch schon vorgeschlagen worden, den Gummitragkörper durch eine metallische Einlage in zwei Schichten aufzuteilen. Durch diese einvulkanisierte metallische Einlage ergibt sich eine Querdehnungsbehinderung des elastischen Materials, so dass sich die Tragfähigkeit erhöhen lässt. Bisher erfolgt die Aufteilung des Gummitragkörpers durch die Metalleinlage aber in der Weise, dass beide Schichten die gleiche Schichthöhe aufweisen. Da nun auf beide Schichten dieselbe Kraft wirkt, die Fläche der Schicht mit dem kleineren Mittelradius aber wesentlich geringer als die Fläche der Schicht mit dem grösseren Mittelradius ist, wird die Schicht mit dem kleineren Radius, also die innere Schicht mehr verformt als die äussere Schicht.
Die Belastung wirkt sich daher für die innere Schicht ungünstiger als für die äussere Schicht aus und es kann somit keine gleichmässige Werkstoffausnutzung erreicht werden.
Demnach liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, diese Mängel zu beseitigen und die bekannten gummielastischen Kugelgelenke so zu verbessern, dass bei annähernd gleichmässiger Werkstoffausnutzung beider Gummischichten die grösstmögliche Tragfähigkeit und eine Verminderung der Pendelausschwingsteifigkeit erzielt werden.
Ausgehend von einem gummielastischen Kugelgelenk hoher Tragfähigkeit, bestehend aus einer Kugelpfanne, einem Kugelkopf od. dgl. und einem zwischen diesen angeordneten, schalenförmigen Tragkörper aus elastischem Material, vorzugsweise Gummi, der durch eine einvulkanisierte Metalleinlage in zwei Schichten aufgeteilt ist, zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die beiden Schichten des elastischen Tragkörpers unterschiedliche Schichthöhen aufweisen, die zueinander in einem etwa den Quadraten der zugehörigen Mittelradien entsprechenden Verhältnis stehen. Bei einer derartigen Aufteilung des Tragkörpers besitzen die beiden Schichten eine äquivalente Tragfähigkeit gegenüber einer
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Belastung in Richtung der Hauptachse des Gelenkes.
Wird für die beiden Schichten eine bestimmte zulässige Verformung angenommen, so lässt sich die Gesamttragfähigkeit des ganzen Gelenkes erhöhen, da der Werkstoff beider Schichten gleichmässig ausgenutzt wird. Diese Bauart ermöglicht es auch, unter Beibehaltung der ursprünglichen Tragfähigkeit durch Vergrösserung der Summe der beiden Schichthöhen die Pendelausschwingsteifigkeit zu reduzieren.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Kugelgelenkes im Schnitt dargestellt.
Das Kugelgelenk besteht aus einer Kugelpfanne --1--, einem Kugelkopf od. dgl.-2-und einem zwischen Pfanne und Kopf angeordneten schalenförmigen Gummitragkörper, der durch eine
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gleichmässige Werkstoffausnutzung beider Schichten bzw. es werden beide Schichten nahezu gleichmässig verformt. Da Gummi nach den zulässigen Verformungen dimensioniert wird, kann durch Vollausnutzung beider Schichten die Tragfähigkeit erhöht werden.