DE10037050C2 - Hülsenpuffer - Google Patents
HülsenpufferInfo
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- B61G—COUPLINGS; DRAUGHT AND BUFFING APPLIANCES
- B61G11/00—Buffers
- B61G11/16—Buffers absorbing shocks by permanent deformation of buffer element
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Hülsenpuffer gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1. Ein derartiger Hülsenpuffer ist aus der DE-PS 462 539
bekannt.
Bei Hülsenpuffern für Güterwagen oder Lokomotiven, wie sie beispielsweise
aus dem Buch "Elektrische Triebfahrzeuge" von K. Sachs, Band 1
"Allgemeine Grundlagen und mechanischer Teil", Springer-Verlag Wien,
New-York, 1973, S. 656 ff. bekannt sind, werden nicht nur Stoßkräfte in
Fahrzeuglängsrichtung, sondern auch Seitenkräfte in Fahrzeugquerrichtung
aufgenommen. Die bekannten Hülsenpuffer weisen ein Puffergehäuse auf,
welches eine am Fahrzeugrahmen befestigbare Bodenplatte (Pufferboden) und
eine einstückig daran angebrachte Führungshülse als unbeweglichen
Bestandteil und einen relativ zur Führungshülse verschiebbaren Stößel mit
stirnseitigem Pufferteller als beweglichen Bestandteil aufweist. Der Stößel
gleitet auf der Außen- oder Innenfläche der Führungshülse und wird von
dieser geführt. Zwischen dem Pufferteller und der Pufferboden ist im Inneren
des Puffergehäuses entweder ein Federelement oder ein Feder-
Dämpferelement angeordnet. Der Federweg von typischen Hülsenpuffern
beträgt 100 bis 105 mm, in Ausnahmefällen 150 mm. Die Gehäuselänge
beträgt üblicherweise zwischen 620 und 650 mm. Es ist also nur ein kleiner
Teil der gesamten Baulänge als Federweg zur Verkürzung des Puffers
nutzbar. Bei einer starken Stoßbelastung, die das Energieaufnahmevermögen
des Puffers überschreitet, kann es zum Durchschlagen des Puffers mit
anschließender Überlastung und Deformation der Tragstruktur des
Schienenfahrzeugs kommen.
Um Deformationen der Tragstruktur auch bei hohen Stoßbelastungen von
Hülsenpuffern weitgehend zu vermeiden, ist es aus der EP 0826569 A2
bekannt, zwischen dem Fahrzeugrahmen und jedem Hülsenpuffer eine
Prallbox zur Energieverzehrung vorzusehen, welche bei Überschreitung eines
zulässigen Grenzwertes für die Stoßbelastung deformiert wird. Der Nachteil
dieser bekannten Aufprallschutzvorrichtung besteht darin, daß sie zur
Nachrüstung vorhandener Güterwagen und Lokomotiven nicht geeignet ist,
da die Gesamtlänge von Prallbox und Puffer die Einbaulänge und die Größe
der Befestigungsplatte vorhandener Hülsenpuffer überschreitet.
Aus der DE-PS 46 25 39 ist bereits ein Hülsenpuffer für Schienenfahrzeuge
mit einem Puffergehäuse bekannt, welches aus einem ortsfest an der
Tragstruktur befestigten Bodenplatte, einer an der Bodenplatte angebrachten
Führungshülse, und einem relativ zur Führungshülse verschieblichen
Bewegungsglied besteht. Das Bewegungsglied wird bei seiner
Verschiebebewegung von der Führungshülse geführt. Ferner weist der
bekannt Hülsenpuffer ein Kraftübertragungsglied in Form einer Feder zum
nachgiebigen Kuppeln des Bewegungsgliedes mit der Tragstruktur auf. Die
Wand des Bewegungsgliedes ist an einer Stelle geschwächt, wodurch beim
Anschlag des Bewegungsgliedes auf die Bodenplatte eine kontrollierte
Deformation des Bewegungsgliedes ohne Deformation oder Lageveränderung
der Bodenplatte stattfindet. Indessen wird das Kraftübertragungsglied bei der
Deformation des Bewegungsgliedes weiter zusammen gedrückt, was zur
Folge hat, daß die Federkraft weiter ansteigt und sich dem Kraftanstieg,
welcher die Deformation des Bewegungsgliedes bewirkt, additiv überlagert.
In der Summe ergibt sich jedoch nach wie vor ein stoßartig ansteigender
Kraftverlauf, dessen Kraftspitze lediglich verringert wird. Ferner ist der
Deformationsweg im Verhältnis zum Federweg sehr klein, wodurch die bei
der Deformation verzehrte Energie relativ gering ist. Schließlich muß bei der
bekannten Konstruktion zusätzlich zum normalen Verschiebungsweg des
Bewegungsgliedes die Führungshülse um den Deformationsweg verkürzt
werden, was zur weiteren Folge hat, daß die Überdeckungslänge zwischen
Bewegungsglied und Führungsglied verringert ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber darin, einen Hülsenpuffer
der eingangs erwähnten Art derart auszubilden, daß bei deutlich gesteigerter
Energieaufnahme die zusätzliche Verkürzung des Puffers in der
Größenordnung des Federweges liegt und die Verschiebung des
Bewegungsgliedes auf einem im wesentlichen gleichbleibenden Kraftniveau
erfolgt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen
Hülsenpuffers ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird an Hand eines in den Zeichnungen erläuterten
Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch ein erstes
Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Hülsenpuffers in seiner ausgefederten Grundstellung;
Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch das
Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Hülsenpuffers nach Fig. 1 im Zustand maximaler
Verschiebung ohne Deformation;
Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt durch das
Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Hülsenpuffers nach Fig. 1 eines im Zustand maximaler
Verschiebung bei Deformation;
Fig. 4 ein Kraft-Weg-Diagramm für die an Hand der Fig. 1
bis 3 veranschaulichten Zustände eines erfindungsgemäßen
Hülsenpuffers und
Fig. 5 bis 7 schematische Längsschnitte durch weitere Ausführungs
beispiele eines erfindungsgemäßen Hülsenpuffers.
Die in den Fig. 1 bis 3 veranschaulichte erste Ausführungsform eines
Hülsenpuffers 1 nach der Erfindung besteht aus einem Puffergehäuse 10, das
einen feststehenden Teil und einen beweglichen Teil aufweist. Dabei zeigt
Fig. 1 den Hülsenpuffer 1 in seiner ausgefederten Grundstellung (Position A
in Fig. 4).
Der unbewegliche Teil des Puffergehäuses 10 umfaßt eine Bodenplatte 11
(Pufferboden), welche an einer Tragstruktur 2, insbesondere dem
Fahrzeugrahmen eines nicht gezeigten Schienenfahrzeugs befestigt,
beispielsweise angeschraubt ist. Die Bodenplatte 11 trägt eine rohrförmige
Führungshülse 12 und ist vorzugsweise mit der einen Stirnseite der
Führungshülse 12 einstückig verbunden, beispielsweise verschweißt. Der
bewegliche Teil des Puffergehäuses 10 besteht aus einem Bewegungsglied 13
in Form eines Stößels, welcher innerhalb der Führungshülse 12 an deren
Innenwand gleitend verschiebbar ist. Die Innenwand der Führungshülse 12
nimmt dabei die Führungskräfte zur Gleitführung des Bewegungsgliedes 13
in radialer Richtung auf. Die aus der Führungshülse 12 hervorragende
Stirnseite des Bewegungsgliedes 13 ist mit einem Pufferteller 14
abgeschlossen, an welchen Stoßkräfte insbesondere beim Rangieren des
Schienenfahrzeugs angelegt werden.
Das Bewegungsglied 13 und die Führungshülse 12 benötigen zur Begrenzung
der Reibung und zum Schutz vor Selbsthemmung durch Verkanten eine
bestimmte minimale Überdeckungslänge, um die Führung auch bei seitlichen,
durch Reibung am Pufferteller 14 erzeugten Betriebslasten oder bei
exzentrischen oder schrägen Betriebslasten (zum Beispiel bei Kurven/S-Kurven-Fahrt
von Schienenfahrzeugen) gewährleisten zu können. Gleichzeitig benötigen
beide Teile bei gegenseitiger Verschiebung jeweils den erforderlichen
Freiraum für Freigängigkeit. Die Forderung nach einer möglichst großen
Überdeckungslänge von Führungshülse 12 und Bewegungsglied 13 kämpft
mit der gegenläufigen Forderung, daß sich bei einer Deformation die Teile
über den normalen Federweg (Hub) deutlich hinausgehend
verschieben können, ohne daß sich dadurch die gesamte Baulänge des Puffers
vergrößert. Dies bedeutet, daß der erfindungsgemäße Hülsenpuffers 1 von
außen gesehen die Gestalt und die Abmessungen eines bekannten
Hülsenpuffers aufweist.
Zur Erfüllung beider gegenläufiger Forderungen werden Teile des
Puffergehäuses nach Überschreitung des normalen Federweges über ihre
normale Führungsfunktion hinaus zur Energieaufnahme durch Deformation
herangezogen. Dies kann die Führungshülse 12 oder das Bewegungsglied 13
sein oder auch beide Bauteile, und zwar gleichzeitig oder zeitlich
versetzt. Die Deformation findet hierbei in einer solchen Art statt, daß
Längenanteile dieser Bauteile, die im Normalbetrieb zur Überdeckung
und damit zur Führung beitragen, verkürzt werden.
Eine weitere Bedingung für die erweiterte Verschieblichkeit bei begrenztem
Kraftniveau besteht darin, daß ein Kraftübertragungsglied 20, welches
zwischen Bewegungsglied 13 und Führungshülse 12 angeordnet ist und im
Normalbetrieb zur Übertragung der Längskraft dient, die zusätzliche
Verkürzung zuläßt und hierbei kein unzulässig hohes Kraftniveau erzeugt.
Bei bekannten Schienenfahrzeugpuffern lassen jedoch die üblicherweise
verwendeten Kraftübertragungsglieder, beispielsweise Ringfedern,
Elastomerfedern, Gummifedern mit oder ohne parallel angeordnete
hydraulische Dämpfungselemente, infolge Blockbildung keine Verkürzung in
der angestrebten Größenordnung zu.
Bei dem erfindungsgemäßen Puffer 1 sind demgegenüber im Inneren des
Gehäuses 10 als Kraftübertragungsglied 20 zwischen den Teilen zwei
Federelemente 21, 22 verschiedenen Durchmessers hintereinander angeordnet
und durch ein Koppelglied 23 miteinander gekoppelt. Das Koppelglied 23 ist
so gestaltet, daß es bei Überschreitung einer Grenzbelastung zum Beispiel an einer
Sollbruchstelle abschert und so zuläßt, daß die beiden Federelemente 21, 22
teleskopartig ineinandergleiten ohne Längskräfte zu übertragen.
Das Koppelglied 23 besitzt im dargestellten Beispielsfall (Fig. 1 bis 3) die
Form einer Scheibe mit ebenem Profil. Anstelle eines ebenen Profils kann in
nicht gezeigter Weise auch ein topf- oder hutförmiges Profil für die Scheibe
des Koppelgliedes 23 vorgesehen werden. Das linke Ende des ersten
Federelementes 21 stützt sich gegen die Innenfläche des Puffertellers 14 ab,
während das rechte Ende des zweiten Federelementes 22 sich gegen die
Innenfläche der Bodenplatte 11 abstützt. Das Koppelglied 23 weist in der
Nähe seines Außenrandes eine Sollbruchstelle 24 in Form von
gegenüberliegenden Ringnuten auf. Die Lage dieser Ringnuten ist so gewählt,
daß sich das erste Federelement 21 radial gesehen jenseits der Ringnuten und
das zweite Federelement 22 diesseits der Ringnuten auf dem Koppelglied 23
abstützen. Das Koppelglied 23 reißt bei Überschreiten einer maximalen
Belastung oder bei Erreichen eines maximalen Verschiebungsweges innerhalb
des Puffergehäuses 10 an der Sollbruchstelle 24 ab, wie aus Fig. 3 ersichtlich
ist. Der Bruch des Koppelgliedes 23 bedeutet, daß die koppelnde Wirkung
auf die Federelemente 21 und 22 ausgeschaltet wird. Das Federelement 22
mit dem kleineren Durchmesser kann sich dann in das Federelement 21 mit
dem größeren Durchmesser schieben.
Die Fig. 2 zeigt den Hülsenpuffer 1 in seiner maximal eingefederten Stellung
(Position B in Fig. 4). Das Bewegungsglied 13 stößt an den Pufferboden 11 an.
Ab dieser Position des Bewegungsglieds 13 kann eine weitere Verschiebung
nur unter Deformation der Führungshülse 12 stattfinden, wie in Fig. 3
veranschaulicht ist. Die am Pufferteller 14 am Übergang zur Führungshülse
angeformte Ausrundung 14a begünstigt den Eintritt
der Führungshülse 12 in eine Versagensart, die diese zunächst bis an die
Bruchgrenze aufweitet, dann in Längsrichtung kontinuierlich weiterlaufende
Risse induziert und die dadurch entstehenden einzelnen Segmente 12a der
Hülse 12 nach außen umstülpt. Diese Versagensart hat mehrere Vorteile.
Zum einen beginnt die Deformation progressiv und ohne Kraftspitze. Die
Führungshülse 12, welche infolge ihrer Dimensionierung auf Betriebslasten
eine relativ große Wandstärke aufweist, kann dann unter nicht zu hohem,
gleichmäßigen Kraftniveau deformiert werden (durchgezogene Linie
zwischen Position B und Position C in Fig. 4). Außerdem kann die Führungshülse
12 so praktisch ohne bleibende Restlänge vollständig aufgezehrt werden. Die
verbleibenden abstehenden Segmente 12a beanspruchen keine Baulänge, und
sie behindern auch nicht den fortschreitenden Deformationsvorgang. Ein
weiterer Vorteil besteht darin, daß die seitliche Führung gegenüber schrägen
oder exzentrischen Kräften über den gesamten Deformationsweg
unvermindert oder sogar gesteigert, erhalten bleibt.
Die verschiedenen Zustände des erfindungsgemäßen Hülsenpuffers 1 gemäß
Fig. 1 und 3 sind an Hand der in Fig. 4 gezeigten Kraft-Verschiebungs-
Charakteristik erläutert. Im Anschluß an den Bereich des Normalbetriebs
zwischen den Positionen A und B (Federweg 100 . . . 105 mm) findet im
Deformationsbereich (zwischen den Positionen B und C) eine weitere
Verkürzung des Bewegungsgliedes 13 um etwa 200 mm bei gleichmäßig
hohem Kraftniveau statt. Dabei wird die volle, durch Normen vorgegebene
Funktionalität des Hülsenpuffers aufrechterhalten. Wie das Diagramm nach
Fig. 4 im einzelnen zeigt, erfolgt im Bereich des Normalbetriebs die
Verschiebung des Bewegungsgliedes 13 entsprechend der Kennlinie der
seriengeschalteten Federelemente 21 und 22 längs der durchgezogenen,
geknickten Kurve. Der Kurvenknick ergibt sich dadurch, daß der flachere
Kurvenast einer weicheren Federkennlinie der Serienschaltung der beiden
Federelemente 21 und 22 folgt und daß bei weiterer Verschiebung des
Bewegungsgliedes 13 die weichere der beiden Federelemente 21, 22 auf
Anschlag geht und dann das steifere der beiden Federelemente mit seiner
steileren Kennlinie für den Kraft-Weg-Kurvenverlauf wirksam wird. Mit der
gestrichelten Kurve im Bereich des Normalbetriebs ist die zusätzliche
Dämpfungswirkung des optional vorgesehenen hydraulischen Dämpfers 40
angedeutet. Am Ende des Verschiebungsweges von 100 mm (Position B)
bricht das Koppelglied 23 zwischen beiden Federelementen 21 und 22,
wodurch die Federwirkung der Federelemente 21, 22 schlagartig aufhört, wie
durch den geringfügigen, steilen Kurvenabfall bei 100 mm Verschiebungsweg
ersichtlich ist. Da mit dem Bruch des Koppelgliedes 23 die Deformation der
Führungshülse 12 durch Aufspaltung in Segmente 12a beginnt, wird der steile
Kurvenabfall bei 100 mm sofort wieder aufgefangen und es steigt der Kraft-
Weg-Kurvenverlauf bis zu einem Verschiebungsweg von 200 mm (Position
C) auf ein praktisch gleichbleibendes Kraftniveau an. Dieses gleichbleibende
Kraftniveau entspricht dem Zustand kontrollierter Deformation durch
Aufspaltung der Führungshülse 12. Das Ende des Verschiebungsweges bei
200 mm entspricht dem in Fig. 3 dargestellten Zustand, wenn das
Bewegungsglied 13 auf die Bodenplatte 11 aufschlägt. Die Kurve des
Diagramms nach Fig. 4 geht dann in Richtung der Position D steil nach oben.
Zur Gewährleistung der Verkürzung des Kraftübertragungsgliedes 20 sind bei
den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 bis 7 folgende Maßnahmen
vorgesehen. Es werden zwei Federelemente 21, 22 (zum Beispiel Ringfedern) mit
unterschiedlichen Durchmessern verwendet. Ein scheibenförmiges
Koppelglied 23 mit Sollbruchstelle 24 stellt die kraftschlüssige Verbindung
im Normalbetrieb her. Es können zwei Federelemente 21, 22
unterschiedlicher Länge und/oder unterschiedlicher Steifigkeit und/oder
unterschiedlicher Werkstoffe (Stahl/Elastomer/Gummi) verwendet werden,
wodurch eine progressive Federkennlinie im Normalbetrieb erreicht werden
kann. Dies kann fahrdynamische Vorteile für gekuppelte Schienenfahrzeuge
haben (durchgezogene Linie zwischen Position A und Position B in Fig. 4).
Eine weitere Möglichkeit zur Erzielung günstiger betrieblicher Eigenschaften
ist die Parallelschaltung eines gestrichelt eingezeichneten hydraulischen
Dämpfers 40, zum Beispiel innerhalb des Federelements 22 mit dem kleinerem
Durchmesser. Hierdurch kann eine höhere Energieaufnahme im
Normalbetrieb erzielt werden (gestrichelte Linie zwischen Position A und Position B
in Fig. 4). Im Unterschied zu den bekannten Puffern mit hydraulischen
Dämpfern wird durch die Zuschaltung des zweiten Federelementes 21 mit
dem größeren Durchmessers der Anstieg des Kraftverlaufs bei schnellen
Stoßvorgängen durch die Steifigkeit dieses Federelementes begrenzt. Dies
kann sich insbesondere beim Zusammenprall von Puffern unterschiedlicher
Bauart (mit und ohne Hydraulikdämpfer) ausgleichend auf den Kraft-Weg-
Verlauf auswirken.
In Fig. 1 erkennt man, daß das Koppelglied 23 an einem Anschlag 30 oder an
dem Gehäuse des Dämpfers 40 anliegt. Ferner liegt das Bewegungsglied 13
an zwei oder mehrerem, am Außenumfang des Koppelgliedes 23 radial
vorspringenden Zapfen 23a an. Der Anschlag 30 und die Zapfen 23a besitzen
die Funktion einer Auslösehilfe für das Koppelglied 23 dar. Durch geeignet
gewählte Anlagstellen, die zum Beispiel paarweise diagonal gegenüberliegen, kann
genau bei Erreichen einer bestimmten Verschiebeposition des
Bewegungsgliedes 13 eine plötzliche Spannungskonzentration innerhalb des
Koppelgliedes 23 erzeugt werden, die zu unmittelbarem Auslösen (Versagen
und Abscherung) des Koppelgliedes 23 führt. Diese Auslösung findet dadurch
weggesteuert statt. Eine sinnvolle Wahl der Bautoleranzen stellt sicher, daß
dies kurz vor dem Aufschlagen des Bewegungsgliedes 13 auf die
Führungshülse 12 stattfindet. Dies ist in Fig. 4 erkennbar an einem kurzen
Einbruch des Kraftniveaus. Eine solche Auslegung ist deshalb günstig, weil
dadurch die additive Überlagerung der Kraftübertragung über das
Koppelglied 23 (typisch für Normalbetrieb) und der Kraftübertragung über
die im formschlüssigen Eingriff befindlichen Gehäuseteile (typisch für den
Deformationsbereich) vermieden wird, wodurch eine unerwünscht hohe
Kraftspitze verursacht werden könnte. Diese Absicherungsfunktion des
Koppelglieds 23 erleichtert die konstruktive Auslegung des hydraulischen
Dämpfers 40. Er kann vorrangig auf niedrige und mittlere
Beanspruchungsgeschwindigkeiten hin optimiert werden und dadurch
einfacher ausgebildet werden.
Auf eine oder beide der geometrischen Auslösehilfen kann verzichtet werden.
In diesem Falle versagt das Koppelglied 23 kraftgesteuert durch Erreichen
seiner Belastungsgrenze. Diese Versagensart kann, unabhängig vom
Vorhandensein von Auslösehilfen, zum Beispiel des hydraulischen Dämpfers 40, auch
vor Erreichen des vollen Einfederweges der Federelemente 21, 22 erfolgen.
Auch wenn dieser Vorgang einen vorübergehenden Einbruch in der Kraft-
Weg-Kennlinie nach sich zieht, ist dies durchaus erwünscht, um das
Entstehen unzulässig hoher Kraftspitzen zu verhindern.
Fig. 3 zeigt den Hülsenpuffer 1 in seiner Endposition am Ende des
Deformationsbereichs (Position C in Fig. 4). Große Teile der Führungshülse 12
sind deformiert worden und stehen als einzelne Segmente 12a ab. Man
erkennt das abgescherte Koppelglied 23 und die teleskopartig
ineinandergeschobenen Federelemente 21, 22. Der Hülsenpuffer 1 hat seine
maximal mögliche Verkürzung erreicht. Weitere Deformation wird nur unter
extremem Kraftaufwand unter Totalzerstörung und steil ansteigendem
Kraftverlauf möglich sein (Fig. 4, Position D).
Eine Hinauszögerung des steilen Kraftanstiegs läßt sich dadurch erzielen, daß
das Bewegungsglied stauchbar gemacht wird, beispielsweise durch lokale
Querschnittsschwächung. Dadurch erfolgt in der letzten Phase des
Deformationsbereichs zusätzlich noch eine Deformation des - bis dahin noch
nicht deformierten - Bewegungsgliedes 13, wodurch eine weitere
Verschiebungsreserve auf erhöhtem Kraftniveau ermöglicht wird (Fig. 4.,
strichpunktierte Linie C-D').
Fig. 5 zeigt eine Variante des in Fig. 1 gezeigten Hülsenpuffers 1, bei dem
die Anordnung der beiden Federelemente 21, 22 vertauscht ist und auf die
Auslösehilfe durch Zapfen 23a am Koppelglied 23 verzichtet wird. Der
Anschlag 30 als Auslösehilfe ist hier am Bewegungsglied 13 angebracht. Die
Funktion dieser Variante ändert sich durch die vertauschte Anordnung der
Federelemente 21, 22 nicht.
In Fig. 6 ist ein Hülsenpuffer 1 abgebildet, bei dem das Bewegungsglied 13
die Führungshülse 12 außen umgreift. Der Übergang zwischen
Führungshülse 12 und Bodenplatte 11 kann abgerundet sein, um ein
Versagensverhalten des Bewegungsgliedes 13 zu begünstigen. Bei
Überschreiten der maximalen Verschiebung des Normalbetriebsbereichs (Fig.
4) liegt das Bewegungsglied 13 an dieser Verrundung an und beginnt zu
deformieren. Die aufreißenden und abstehenden Segmente bilden sich in der
Nähe der Bodenplatte 11. Diese Anordnung kann für besondere
Einbauverhältnisse geometrische Vorteile haben. Die Führungshülse 12 kann
ein zusätzliches Stauchungsvermögen haben.
Fig. 7 zeigt einen Hülsenpuffer 1, bei dem gegenüber der in Fig. 6 gezeigten
Ausführungsform die beiden Federelemente 21, 22 vertauscht sind. Die
Funktion wird dadurch nicht verändert.
Alternativ kann für das Bewegungsglied 13 anstelle eines metallischen
Werkstoffs ein faserverstärkter Kunststoff oder aus verschiedenen
Werkstoffen gebildeter Verbund eingesetzt werden, wodurch in ihrer
Geometrie unregelmäßige, im Kraftverlauf aber gleichmäßigere
Versagensformen auftreten.
Gegenüber bekannten Hülsenpuffern ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen
Hülsenpuffer praktisch eine Verdreifachung des Verschiebungsweges von 100
auf 300 mm, ohne daß die Tragstruktur 2 (Fahrzeugrahmen) des
Schienenfahrzeugs beschädigt wird. Zusätzlich zur elastischen, reversiblen
Energieaufnahme eines bekannten Hülsenpuffers, die je nach Feder-
Dämpferelement im Bereich zwischen 30 und 70 kJ liegt, kann eine
Bewegungsenergie von etwa 200 kJ durch Deformation absorbiert werden.
Der deformierte Hülsenpuffer braucht im Falle einer Deformation lediglich
durch einen neuen Hülsenpuffer ausgetauscht zu werden. Da die
erfindungsgemäßen Hülsenpuffer dieselben Abmessungen und Befestigungen
wie bekannte, im Einsatz befindliche Hülsenpuffer aufweisen, lassen sich
vorhandene Schienenfahrzeuge ohne weiteres mit den erfindungsgemäßen
Hülsenpuffern nachrüsten.
Claims (11)
1. Hülsenpuffer (1) für bewegliche Tragstrukturen (2), insbesondere
von Schienenfahrzeugen, mit einem Puffergehäuse (10) bestehend
aus einem ortsfest an der Tragstruktur (2) befestigbaren
Bodenplatte (11), einer an der Bodenplatte (11) angebrachten
Führungshülse (12) und einem relativ zur Führungshülse (12)
verschiebbaren Bewegungsglied (13), welches bei seiner
Verschiebebewegung von der Führungshülse (12) geführt wird,
und mit einem Kraftübertragungsglied (20) zum nachgiebigen
Koppeln des Bewegungsgliedes (13) mit der Tragstruktur (2),
wobei das Puffergehäuse (10) so ausgebildet ist, daß oberhalb
eines Grenzwertes für die Verschiebung des Bewegungsgliedes
(13) oder für die zu übertragenden Kräfte eine kontrollierte
Deformation der Führungshülse (12) oder des Bewegungsgliedes
(13) ohne Deformation oder Lageveränderung der Bodenplatte
(13) stattfindet, dadurch gekennzeichnet, daß das
Kraftübertragungsglied (20) so ausgebildet ist, daß oberhalb des
Grenzwertes für die Verschiebung des Bewegungsgliedes (13)
oder für die zu übertragenden Kräfte zusätzlich zu der
kontrollierten Deformation der Führungshülse (12) oder des
Bewegungsgliedes (13) die Funktion des Kraftübertragungsgliedes
(20) aufgehoben wird.
2. Hülsenpuffer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei
der kontrollierten Deformation die Wandung der Führungshülse
(12) und/oder des Bewegungsgliedes (13) an einem axialen Ende
über die Bruchgrenze hinaus aufgeweitet wird und in Segmente
(12a) aufreißt.
3. Hülsenpuffer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei
der kontrollierten Deformation die Wandung der Führungshülse
(12) und/oder des Bewegungsgliedes (13) axial gestaucht wird.
4. Hülsenpuffer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das Kraftübertragungsglied (20) zwei in
Serie geschaltete Federelemente (21, 22) aufweist welche über ein
Koppelglied (23) miteinander verbunden sind, und daß das
Koppelglied (23) derart ausgebildet ist, daß oberhalb des
Grenzwertes für die Verschiebung des Bewegungsgliedes (13)
oder für die zu übertragende Kraft die Federelemente (21, 22)
entkoppelt werden.
5. Hülsenpuffer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als
Koppelglied (23) eine Scheibe mit wenigstens einer Sollbruchstelle
(24) vorgesehen ist.
6. Hülsenpuffer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Scheibe ein ebenes oder topfförmiges Profil aufweist.
7. Hülsenpuffer nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß das Koppelglied (23) im Verschiebeweg des
Bewegungsgliedes (13) angeordnet ist und daß beim Auftreffen des
Bewegungsgliedes (13) auf das Koppelglied (23) letzteres zerstört
und damit ausgeschaltet wird.
8. Hülsenpuffer nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Anschlag (30) für das Koppelglied (23)
vorhanden ist, derart, daß beim Auftreffen des Koppelgliedes (23)
auf den Anschlag (30) ersteres ausgeschaltet wird.
9. Hülsenpuffer nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,
daß Kontaktstellen des Koppelgliedes (23) für den Aufprall mit
dem Bewegungsglied (13) und/oder dem Endanschlag (30) so
ausgebildet sind, daß lokale Spannungskonzentrationen beim
Aufprall erzeugt werden.
10. Hülsenpuffer nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß parallel zu einem Federelement (22, 23) des
Kraftübertragungslgliedes (20) oder ein hydraulischer Dämpfer
(40) angeordnet ist.
11. Hülsenpuffer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß das an der Deformation nicht beteiligte Teil
der beiden Teile Führungshülse (12) und Bewegungsglied (13) so
ausgestaltet ist, daß es beim Auftreffen auf ein Hindernis am Ende
des Verschiebeweges in sich stauchbar ist.
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