Hülsenpuffer Die Erfindung bezieht sich auf einen Hülsen puffer mit einem einzigen, zwischen einer stärkeren und einer schwächeren Federanordnung vorgesehenen Reibaggregat, welches aus mindestens einem Spreiz- stück und einem Reibspreizring besteht und mit der inneren Hülse des Puffergehäuses zusammenwirkt.
Puffer an Fahrzeugen haben die bei der Brem sung eines Fahrzeuges, insbesondere eines Wagen- :!uges, frei werdende kinetische Energie elastisch auf zufangen und als Bewegungsenergie zu vernichten. Damit dies befriedigend geschieht, muss der Puffer eine hohe Arbeitsaufnahme und zusätzlich einen hohen Arbeitsverzehr zur Vernichtung der in den die Arbeit aufnehmenden Federn gespeicherten Ener gie gewährleisten. Eine hohe Arbeitsaufnahme kann beispielsweise durch harte Federn oder durch grosse Federwege erzielt werden. Die Arbeitsaufnahme ergibt sich aus dem Produkt von Kraft mal Weg. Die Fe dern können nicht unbeschränkt verstärkt oder härter gemacht werden, da, vor allem zu Beginn des Puffer einschubes, ein weiches Ansprechen des Puffers erwünscht ist.
Zu harte Federn mit zu grosser Steifheit können die Pufferwirkung zunichte machen und wegen mangelnder elastischer Einspielung in Kurven sogar Entgleisungen verursachen.
Die Federwege und damit der Einschubweg des Puffers können gleichfalls nicht unbeschränkt ver grössert werden, weil nach zwischenstaatlichen Über einkommen die Begrenzung auf einen festgesetzten Einbauraum zu beachten ist.
Zur Erhöhung der Arbeitsaufnahme bzw. Stei gerung der Kraftaufnahme bei gleichzeitig zu Beginn weichem Ansprechen des Puffers nach einem vor bestimmten Einschubweg bedient man sich bei der Gattung von Puffern, welcher die Erfindung angehört, eines Reibaggregates zwischen einer stärkeren und einer schwächeren Feder. Die schwächere Feder ermöglicht das anfänlich weiche Ansprechen. Sie wird nach einem vorbestimmten Puffereinschubweg ausgeschaltet, worauf die stärkere Feder und das Reibaggregat voll zur Wirkung kommen. Das Reib aggregat vernichtet überdies in erwünschter Weise einen Grossteil der Auflaufenergie.
Ein Nachteil dieser Pufferkonstruktionen sind die erforderlichen Mindestabmessungen des für das Reib aggregat und die Vorrichtung zur Ausschaltung der Wirkung der schwächeren Feder in axialer Richtung notwendigen Einbauraumes im Puffergehäuse. Unter Einbauraum ist hierbei der innerhalb beider Puffer hülsen von den Innenwänden der Puffergrundplatte und des Puffertellers gebildete Hohlraum verstanden. Der Einbauraum wird bei den bekannten Bauarten auf eine verhältnismässig sehr grosse axiale Länge vom Reibaggregat beansprucht, weil man im Bestreben nach einer hohen Lebensdauer desselben stets eine möglichst grosse Reibfläche vorgesehen hat.
Die grosse axiale Länge des Reibaggregates zwingt jedoch bei den bekannten Pufferbauarten dieser Gattung bei der vorgegebenen, in der Regel durch Vorschriften bestimmten Baulänge zur Beschränkung auf einen verhältnismässig kleinen Pufferhub und auf geringe Federwege.
Die Erfindung ermöglicht die Vergrösserung des Pufferhubes, die Vergrösserung des Federweges durch längere Federn und damit die Vergrösserung der Arbeitsaufnahme bei gleichzeitiger Verbesserung der Wirkung des Reibelementes durch höheren spezi fischen Flächendruck, somit eine Vergrösserung des Arbeitsverzehrs dadurch, dass die axiale Länge des Reibaggregates höchstens die Hälfte des Durchmessers der kreiszylindrischen, von Reibaggregat mindestens auf einem Teil seiner Länge berührten Hülsenfläche beträgt. Die Spreizstücke können jede für ein Aufspreizen des Reibspreizringes geeignete Ausbildung haben und z. B. als Kugeln, Kegel, Kegelstümpfe, Pyramiden, Pyramidenstümpfe oder dergleichen ausgebildet sein. Hierbei kann die axiale Länge des Reibaggregates höchstens zwei Drittel des Pufferhubes betragen.
Be sonders vorteilhaft ist es, wenn die axiale Länge des mit zwei symmetrischen, als Spreizkegelstümpfe aus gebildeten Spreizstücken und einem Reibspreizring augestatteten Reibaggregates höchstens der Hälfte des Pufferhubes entspricht.
Eine gegenüber bekannten Reibaggregaten in be deutendem Ausmass vorgenommene Verkleinerung der axialen Länge des Reibaggregates hat wesentliche Verbesserungen der Funktion des Puffers, wie be sonders langen bzw. maximal erreichbaren Hub, günstigste Auswirkung hinsichtlich Arbeitsaufnahme sowie Arbeitsverzehr zur Folge. Durch die Verklei nerung der axialen Abmessungen des Reibaggregates wird der für die Federanordnungen verbleibende Raum vergrössert. Dies bewirkt eine Verlängerung des Weges bis zum Ausschalten der weicheren Feder sowie des gesamten Pufferhubes. Durch die axiale Verkürzung des Reibaggregates verringert sich auch die Grösse der Reibfläche, was einen gegenüber längeren Reibaggregaten wesentlich gesteigerten Flä chendruck zur Folge hat.
Die seit langer Zeit geführte Entwicklung auf dem Gebiet von Puffern mit Reibaggregaten -war unter Vernachlässigung der vorstehenden Umstände nur auf die Gewährleistung einer möglichst geringen spezifischen Flächenreibung abgestellt. Die Auf fassung, dass damit auch ein ausreichender Arbeits verzehr erreichbar sein müsse, führte in der Praxis keineswegs zum erwünschten Erfolg, sondern im Gegenteil zu einer skeptischen Einstellung in bezug auf Reibaggregate bei Puffern.
Dieser Entwicklung entgegen ergibt ein Puffer mit kurzem Reibaggregat einen ausgezeichneten Effekt in der Erkenntnis, dass ein in seinen axialen Abmessungen kurzes und daher mit hohem spezi fischem Flächendruck arbeitendes Reibaggregat nicht nur eine wesentlich bessere Wirkung hat als ein längeres, sondern auch, dass eine ausreichende Le bensdauer des Reibbelages gewährleistet ist. Der Arbeitsverzehr des Puffers ist bei gleichem Produkt aus Fläche mal Belastung pro Fläche wegen der grösseren spezifischen Flächenbelastung wesentlich höher als bei den bisherigen Bauarten.
Vergleichs versuche mit einem Puffer bekannter Bauart, dessen Reibfläche mit 400 kg/cm2, bei voller Belastung des Puffers beansprucht war, ergaben einen Arbeits verzehr zwischen 55 und 600/a der Einschubenergie. Hingegen ergab ein Puffer bei einer Verminderung der axialen Länge des Reibaggregates und damit der Reibfläche auf die Hälfte eine Erhöhung des maxima len Flächendruckes der Reibfläche bei voller Be lastung des Puffers auf 800 kg/cm2. Bei Belastung des Puffers wurde ein Arbeitsverzehr von 700/a fest gestellt, was eine ganz wesentliche Steigerung dar- stellt. Es zeigte sich überdies, dass durch diese Mass nahme die Dämpfung vergrössert ist, so dass ein Nachschwingen des Puffers fast völlig vermieden wird.
Der durch die Erfindung erzielbare lange Hub ist in der Lage, jeden Stoss günstig aufzufangen und schonend zu verarbeiten.
Die Anwendung eines Reibbelages als geson derter, am Reibspreizring befestigter Bauteil ermög licht die Anwendung besonders vorteilhafter Reib flächen und eine leichte Auswechslung nach Ab nützung.
Zweckmässig ist der Kegelwinkel der Spreizkegel- stümpfe in an sich bekannter Weise wesentlich grösser als der bei aneinander geführten Spreizkegel- und Reibspreizringflächen im trockenen Zustand die Sebst- hemmung verursachende Reibungswinkel. Der Kegel winkel kann z. B. 40-50 betragen. Ein so ausgebil deter Puffer ist schmier- und wartungsunabhängig. Diesem Merkmal kommt im Zusammenhang mit Spezialfedern eine besondere Bedeutung zu. Das bei solchen Spezialfedern durch ungenügende Fettung gefürchtete Festfressen der Spreizflächen ist bei grossem Kegelwinkel mit Sicherheit vermieden.
Die Möglichkeit des Ausschlusses derartiger Mängel ist wichtig, da ausserordentlich grosse Kräfte zu über tragen sind; unter Umständen haben diese ein Aus pressen der Schmiermittel von den Kraftübertragungs stellen zur Folge, was zu einem Festfressen dieser über tragungsflächen und damit zu einem Blockieren und Versagen des Puffers führen kann. Bei der erforder lichen Überholung ist jedoch das Lösen des Reib- agregates und der festgefressenen Flächen ausser ordentlich gefährlich, wenn nicht überhaupt unmö5 lich.
Von besonderem Vorteil ist die Ausbildung des Reibaggregates mit Reibspreizringen, an denen, in an sich bekannter Weise, zwei vorzugs weise symmetrisch angeordnete Spreizkegelstümpfe angreifen, da durch diese Massnahme allein schon der Flächendruck der Reibfläche gegenüber der Reibfläche eines Reibelementes mit einem Spreiz- kegelstumpf verdoppelt wird.
Die Erfindung ist anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrie ben, ohne sich darauf zu beschränken.
Die Zeichnung zeigt in Längsschnitten zwei ver schiedene Ausführungsvarianten des Puffers.
Fig. 1 zeigt einen Puffer mit einem Reibaggre gat aus zwei als Kegelstümpfe ausgebildeten Spreiz- kegelstücken 9, 9' mit sich in Pufferachsrichtung erstreckenden Stossfortsätzen 7, 7' und einem Reib- spreizring 10. Dieses Reibaggregat ist in einem Gehäuse angeordnet, das aus der am Pufferboden l sitzenden Pufferhülse 2 und aus der in diese ein schiebbaren Stösselhülse 3 mit Pufferteller 4 besteht.
In diesem Gehäuse ist das Reibaggregat gegen den Pufferteller 4 bzw. dessen Verstärkungslage 12 durch eine starke Kegelfeder 5 und gegen den Puffer boden 1 durch eine schwache Kegelfeder 6 ab gestützt. Am Pufferboden 1 stützt sich ein in eine Ausnehmung der Feder 6 ragender Anschlagblock 8 ab.
Die Federn 5 und 6 wirken im Bereich ausser halb des inneren Hüllzylinders 23 und innerhalb des Zylindermantels 14 der Stösselhülse 3. Die Stösselhülse 3 ist in der Pufferhülse 2 frei drehbar.
Bei Belastung des Puffers wird zunächst die schwache Feder 6 zusammengepresst, bis der gegen den Anschlagblock 8 gerichtete Stossfortsatz 7 am Anschlagblock 8 anliegt. Ein Ausweichen der Feder 6, welches zu einem Schrägstellen des Spreizkegel- stumpfes 9- und zu einem Ecken des Reibaggregates führen könnte, ist nicht möglich, da die Feder 6 durch den Anschlagblock 8 zentrisch geführt ist. Bei einem weiteren Ansteigen der Belastung wird die Stösselhülse 3 tiefer in die Pufferhülse 2 eingeschoben. Das Reibaggregat ist durch den Stossfortsatz 7 über den Anschlagblock 8 fest mit dem Pufferboden 1 gekuppelt und kann die Einschubbewegung nicht mitmachen.
Es wird daher die starke Feder 5, die sich an dem dem Pufferboden abgewandten Spreiz- kegelstumpf 9' -abstützt, belastet und gleichzeitig die Innenwand 14 der Stösselhülse 3 mit dem Reibbelag 11 des Reibaggregates zusammenwirken. Die Feder 5 ist dabei in einer zentrierten Lage durch den Stoss fortsatz 7' des dem Pufferteller zugewendeten Spreiz- kegelstumpfes 9' gehalten. Durch die Reibung des Reibbelages 11 an der Innenwand 14 der Stössel hülse 3 tritt ein erhöhter Einschubwiderstand und ein erwünschter Arbeitsverzehr auf.
Die schwache Feder 6 ist dabei ausgeschaltet. Bei Entlastung tritt eine Reibung so lange auf, bis die starke Feder 5 weitgehend entspannt ist und sich der Stossfortsatz 7 vom Anschlagblock 8 abhebt.
Der Anschlagblock 8 ist am Pufferboden 1 vor teilhaft angeschweisst. Es ist jedoch auch möglich, diesen Block am Pufferboden 1 anzuschrauben oder in eine Ausnehmung desselben einzuklemmen. Dieser erwünschte Effekt ist auch gegeben, wenn der An schlagblock nur lose auf den Pufferboden gestellt und nicht fest mit diesem verbunden ist. Zweckmässig ist es, dabei im Pufferboden eine Ausnehmung zur Sicherung der Abstützlage des Anschlagblockes vor zusehen.
Wenn dem Puffer eine Serie von Anschlag blöcken 8 verschiedener Länge austauschbar zu geordnet ist, so kann durch die Wahl eines Anschlag blockes bestimmter Länge die jeweils bedarfsgün stigste Aufteilung der Wirkung der schwachen, wei chen Feder 6 und der steifen, starken Feder 5 mit dem Reibaggregat auf den Gesamthub erzielt werden.
Die axiale Erstreckung 20 des Reibaggregates ist so gewählt, dass sie höchstens die Hälfte des Durch messers 22 der kreiszylindrischen Hülsenfläche 14 beträgt, welche vom Reibaggregat mindestens auf einen Teil seiner Länge, beim Ausführungsbeispiel im Längenausmass des Reibbelages 11, berührt wird. Dabei kann die axiale Erstreckung 20 des Reibaggre gates höchstens zwei Drittel, in besonderen Fällen höchstens die Hälfte, des Pufferhubes 21 betragen. Die Neigung der Spreizkegelstümpfe 9, 9' ist grösser als der Haftreibungswinkel, bei dem ein Spreizkegelstumpf 9 bzw.9' am Reibspreizring 10 im trockenen, ungeschmierten Zustand selbsthem mend festhaften würde. So kann der Kegelwinkel 24 vorteilhaft zwischen 40 und 50 gewählt werden.
Der Reibbelag 11, für dessen Aufnahme der Reib- spreizring 10 beim Ausführungsbeispiel eine Nut 13 aufweist, kann aus einem der vielen verfügbaren Werkstoffe für hohen Flächendruck bestehen.
Fig.2 zeigt eine Ausführung mit einer Stoss stange 16. Das Reibaggregat wirkt - wie in Fig. 1 mit der Innenwand 14 der Stösselhülse 3 zusammen. Das Reibaggregat besteht aus einem die Stossstange 16 umgebenden Spreizkegelstumpf 15 und einem Reibspreizring 17, welcher sich dabei am Boden 18 eines Stütztopfes 19 abstützt. Dieser Stütztopf 19 ist in der Stösselhülse 3 geführt und umfasst gleichzeitig die schwächere Feder 6. Der Stütztopf 19 bildet den Anschlag zum Ausschalten der Wirkung und des weiteren Zusammenpressens der schwächeren Feder 6 nach einer gewählten Belastung. Mittels des Stütz topfes 19 kann das Reibaggregat in seiner richtigen Lage unverdrehbar gehalten werden.
Hinsichtlich der Gesamtlänge 20 des Reibaggregates ist vor allem wieder die Bedingung eingehalten, dass diese Länge 20 höchstens der Hälfte des Durchmessers 22 des Innenmantels 14 der Stösselhülse 3 beträgt, wobei gegebenenfalls diese Länge 20 höchstens zwei Drittel bzw. in Spezialfällen die Hälfte des Pufferhubes 21 ausmachen soll. Der Reibspreizring 17 wirkt über einen Reibbelag 11 mit der Innenwand 14 der Stösselhülse 3 zusammen.
Der Federweg der starken, aus einem oder meh reren Teilen bestehenden und auf der Tellerseite im Puffergehäuse befindlichen Federanordnung be trägt beispielsweise maximal die Hälfte und mini mal ein Viertel des ganzen Pufferhubes. So verwen det eine Ausführung eine starke Feder von 60-70 t und einen Hub von 40 mm und eine schwache Feder von je nach Bedarf 16-30 t Endkraftaufnahme und einem Hub von 80-90 mm. Die Ausführungsbeispiele zeigen nur einige Aus führungsmöglichkeiten der Erfindung, die zahlreiche Varianten offen lässt.
So können beispielsweise die Reibkörper nicht nur im Bereich der Reibflächen Bremsbeläge aufweisen, sondern zur Gänze aus einem für die Erhöhung der Reibwerte besonders geeigneten Werkstoff gebildet sein.