DE102004025765A1

DE102004025765A1 - Federvorrichtung, insbesondere für den Schienenfahrzeugbereich

Info

Publication number: DE102004025765A1
Application number: DE200410025765
Authority: DE
Inventors: Thorsten Dipl.-Ing. Menk; Hans-Harald Dipl.-Ing. Kielbasiewicz
Original assignee: Phoenix AG
Current assignee: ContiTech Luftfedersysteme GmbH
Priority date: 2003-06-04
Filing date: 2004-05-26
Publication date: 2004-12-30
Also published as: WO2004109149A1; EP1629218A1; US20060170140A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Federvorrichtung (1), insbesondere für den Schienenfahrzeugbereich, insbesondere wiederum zur Abfederung zwischen Drehgestell und Wagenkasten, bestehend aus der Kombination wenigstens dreier Federn (A, B, C), nämlich aus: DOLLAR A - einer ersten Feder (A), umfassend einen Luftfederbalg (4) aus elastomerem Werkstoff, der insbesondere mit einem eingebetteten Festigkeitsträger versehen ist, insbesondere wiederum in Form eines Kreuzlagenbalges, wobei der Luftfederbalg an einer Tragplatte (2) einerseits und an einem Luftfedersitz (5) andererseits befestigt ist und dabei eine volumenelastische Luftkammer (6) umschließt, die insbesondere mit wenigstens einem Luftanschluss (7) in Verbindung steht; DOLLAR A - einer zweiten Feder (B), die zwischen dem Luftfedersitz (5) des Luftfederbalges (4) und einem Unterbau (3) angeordnet ist und insbesondere eine Schichtfeder (8) mit wenigstens einer Elastomerschicht umfasst; sowie DOLLAR A - einer dritten Feder (C), die als elastisches Kopflager oberhalb der Tragplatte (2) angeordnet ist und insbesondere eine Schichtfeder (9) mit wenigstens einer Elastomerschicht umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Federvorrichtung, insbesondere für den Schienenfahrzeugbereich, insbesondere wiederum zur Abfederung zwischen Drehgestell und Wagenkasten, bestehend aus der Kombination wenigstens dreier Federn, nämlich aus:

– einer ersten Feder, umfassend einen Luftfederbalg aus elastomerem Werkstoff, der insbesondere mit einem eingebetteten Festigkeitsträger versehen ist, insbesondere wiederum in Form eines Kreuzlagenbalges, wobei der Luftfederbalg an einer Tragplatte einerseits und an einem Luftfedersitz andererseits befestigt ist und dabei eine volumenelastische Luftkammer umschließt, die insbesondere mit wenigstens einem Luftanschluss in Verbindung steht;
– einer zweiten Feder, die zwischen dem Luftfedersitz des Luftfederbalges und einem Unterbau angeordnet ist und insbesondere eine Schichtfeder mit wenigstens einer Elastomerschicht umfasst; sowie
– einer dritten Feder.

Eine gattungsgemäße Federvorrichtung ist aus der Patentschrift EP 0 866 759 B1 bekannt. Die erste Luftfeder umfasst insbesondere einen Kreuzlagenbalg ( DE 29 04 522 A1 ). Die zweite Feder ist außerhalb der ersten Feder angebracht und erstreckt sich dabei von der Tragplatte bis hin zum Unterbau. Die dritte Feder ist dagegen innerhalb des kolbenförmigen Luftfedersitzes eingebaut, und zwar unter gleichzeitiger Verwendung eines Druckstempels zur Kraftübertragung. Die zweite und dritte Feder sind insbesondere Spiralfedern aus Stahl oder elastomerem Werkstoff. Ferner wird der Einsatz einer zusätzlichen Feder in Form einer Schichtfeder vorgestellt.
Hinsichtlich des Standes der Technik von Spiralfedern und Schichtfedern wird noch ergänzend auf die beiden Gebrauchsmuster AT 002 471 U1 bzw. DE 296 20 721 U1 verwiesen.
Von besonderer Bedeutung in Schienenfahrzeugen ist die Kombination einer Schichtfeder (Primärtedermodul) und Luftfeder (Sekundärtedermodul). Sekundärfedermodule sichern vorrangig die pneumatische Lagerung des Wagenkastens. Die Dämpfung der Eingangsschwingungen gewährleistet eine bequeme Fahrt, da Vibrationen und Fahrgeräusche absorbiert werden.
Im Folgenden wird nun näher auf die Schichtfederproblematik eingegangen.
Weiche, hohe Schichtfedern neigen in Kombination mit Luftfedern zu einem instabilen Verhalten. Bei Auslenkungen zeigen die Kennlinien einen degressiven Verlauf; die Schichtfedern kippen um. Unter Beibehaltung der vertikalen Kraft kehren diese Systeme nicht in die Ausgangslage zurück. Dieses Verhalten ist auf die nur einseitig feste Einspannung und dem Schrägstellen des Luftfedersitzes auf der Zusatzfederseite zurückzuführen.
Zwecks Beseitigung dieses Problemkreises zeichnet sich die neue Federvorrichtung gemäß Kennzeichen des Patentanspruches 1 dadurch aus, dass die dritte Feder als elastisches Kopflager oberhalb der Tragplatte angeordnet ist.
Mit dieser Maßnahme wird zusätzlich der Verschleiß am Luftfedersitz reduziert.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 29 genannt.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 eine Federvorrichtung mit einem Halbbalg und zwei Schichtfedern mit jeweils drei Elastomerschichten sowie einem Luftanschluss innerhalb der Tragplatte;
2 eine Federvorrichtung mit einem Gürtelbalg und zwei Schichtfedern mit jeweils drei Elastomerschichten sowie zwei Luftanschlüssen innerhalb der Tragplatte;
3 eine Federvorrichtung mit einem Rollbalg mit Außenführung und zwei Schichtfedern mit unterschiedlichem Schichtenaufbau sowie einem Luftanschluss innerhalb des Unterbaues;
4 eine Federvorrichtung mit einem Rollbalg mit Außenführung und zwei Schichtfedern mit jeweils zwei Elastomerschichten sowie einem Luftanschluss innerhalb der Tragplatte;
5 eine Federvorrichtung mit einem Gürtelbalg und drei Schichtfedern mit teilweise unterschiedlichem Schichtenaufbau sowie einem Luftanschluss innerhalb des Unterbaues;
6 eine Federvorrichtung mit Gürtelbalg mit zwei Schichtfedern mit unterschiedlichem Schichtenaufbau, wobei das Kopflager als Kugelgelenk ausgebildet ist;
7 eine Federvorrichtung mit einem Rollbalg mit Außenführung und zwei Schichtfedern mit jeweils zwei Elastomerschichten sowie einer Führungsstange mit Kugelgelenk und Gleitbuchse.
1 zeigt eine Federvorrichtung 1 mit einer ersten Feder A, umfassend einen Luftfederbalg 4 aus elastomerem Werkstoff in Form eines Halbbalges. Der Luftfederbalg ist an einer Tragplatte 2 einerseits und an einem Luftfedersitz 5 andererseits befestigt und umschließt dabei eine volumenelastische Luftkammer 6. Hinsichtlich der Balgbefestigung wird auf den allgemeinen Stand der Technik verwiesen, beispielsweise auf die DE 40 11 517 A1 . Der Luftfedersitz ist hier als Befestigungsplatte ausgebildet.
Die zweite Feder B ist eine Schichtfeder 8 mit drei Elastomerschichten in Form eines Metall-Elastomer-Verbundes und weist dabei einen leicht gewinkelten Schichtenverlauf auf. Die Schichtfeder bildet mit dem Luftfedersitz 5 und dem Unterbau 3 einen einstückigen Gesamtverbund.
Die dritte Feder C als elastisches Kopflager oberhalb der Tragplatte 2 ist ebenfalls als Schichtfeder 9 mit drei Elastomerschichten in Form eines Metall-Elastomer-Verbundes ausgebildet, und zwar bei einem leicht gewinkelten Schichtenverlauf. Die Tragplatte weist dabei einen Luftanschluss 7 auf, der innerhalb der Feder C verläuft.
2 zeigt eine Federvorrichtung 10 mit einer ersten Feder A, deren Luftfederbalg 12 außenseitig mit einem Verstärkungsstreifen 13 versehen ist, und zwar unter Ausbildung eines Gürtelbalges.
Die zweite Feder B und dritte Feder C bilden als Schichtfedern 14 bzw. 15 einen Metall-Elastomer-Verbund mit wiederum jeweils drei Elastomerschichten, wobei beide Federn abschnittsweise einen im Wesentlichen horizontalen wie auch leicht gewinkelten Schichtenverlauf aufweisen.
Die Tragplatte 11 weist hier zwei Luftanschlüsse auf. Ein Luftanschluss 16 verläuft innerhalb der Feder C. Der zusätzliche Luftanschluss 17 ist dagegen außerhalb der Feder C angeordnet.
Nach 3 umfasst die Federvorrichtung 18 eine erste Feder A, deren Luftfederbalg 21 als Rollbalg ausgebildet ist und zusätzlich mit einer Außenführung 22 versehen ist.
Die zweite Feder B ist eine Schichtfeder 23 mit insgesamt drei Elastomerschichten bei einem ähnlichen Verlauf wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2. Der Unterbau 20 und der Luftfedersitz 5 als Befestigungsplatte weisen einen durchgehenden Luftanschluss 25 auf, der innerhalb der Feder B verläuft.
Die dritte Feder C ist ebenfalls eine Schichtfeder 24 mit insgesamt zwei Elastomerschichten bei einem ähnlichen Verlauf wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1.
4 zeigt eine Federvorrichtung 26 mit einer ersten Feder A, umfassend einen Luftfederbalg 27 in Form eines Rollbalges mit Außenführung 22. Der Luftfedersitz 29 ist hier als Kolben 30 ausgebildet, der einen Befestigungsbereich 31 und eine Abrollfläche 32 aufweist. Die Rollfalte 28 des Luftfederbalges korrespondiert dabei mit der Abrollfläche des Kolbens.
Die zweite Feder B und dritte Feder C bilden als Schichtfedern 33 bzw. 34 jeweils einen Metall-Elastomer-Verbund mit jeweils zwei Elastomerschichten.
Hinsichtlich des Luftanschlusses, der innerhalb der Feder C verläuft, wird auf das Ausführungsbeispiel gemäß 1 verwiesen.
Nach 5 umfasst die Federvorrichtung 35 eine erste Feder A, deren Luftfederbalg als Gürtelbalg ausgebildet ist (2).
Die zweite Feder B als Schichtfeder 36 und 41 umfasst hier ein Federsystem B₁ und B₂, wobei die Feder B₁ eine Konusfeder mit drei Elastomerschichten und die Feder B₂ eine Schichtfeder mit zwei Elastomerschichten bei leicht gewinkeltem Schichtenverlauf ist. Die Konusfeder B₁ besteht aus einem Kern 37, einer Außenhülse 38 und einer Bodenkammer 39, die unter einem Kernversatz H ausgebildet ist. Die Konusfeder B₁ steht mit dem Luftfedersitz 5 in Verbindung, und zwar durch Verschraubung mit dem Kern 37, während die Schichtfeder B₂ mit dem Unterbau 42 verbunden ist.
Die dritte Feder C als Schichtfeder 40 umfasst hier zwei Elastomerschichten.
Der Unterbau 42 und der Luftfedersitz 5 weisen einen durchgehenden Luftanschluss 43 auf, der innerhalb der zweiten Feder B verläuft, und zwar hier innerhalb des Kerns 37.
Nach 6 umfasst die erste Feder A einen Gürtelbalg (2, 5). Die zweite Feder B ist eine Schichtfeder 44 mit insgesamt vier Elastomerschichten. Die dritte Feder C ist ebenfalls eine Schichtfeder 45, die hier im Rahmen einer einzigen Elastomerschicht einen gekrümmten Schichtenverlauf aufweist, insbesondere unter Ausbildung eines Kugelgelenkes.
Die Federvorrichtung gemäß 7 ist im Unterschied zu der Federvorrichtung gemäß 4 mit einer Führungsstange 46, einem Kugelgelenk 47 und einer Gleitbuchse 48 versehen. Hinsichtlich der diesbezüglichen Technologie wird auf die Patentschrift EP 0 897 489 B1 verwiesen.
Bei den Ausführungsbeispielen gemäß 1 bis 7 weisen sämtliche Federn A, B, B₁, B₂ und C eine gemeinsame Mittenebene bzw. Rotationsachse X auf (5).

1: Federvorrichtung
2: Tragplatte mit Luftanschluss
3: Unterbau
4: Luftfederbalg (Halbbalg)
5: Luftfedersitz (Befestigungsplatte)
6: volumenelastische Luftkammer
7: Luftanschluss
8: Schichtfeder mit drei Elastomerschichten
9: Schichtfeder mit drei Elastomerschichten
10: Federvorrichtung
11: Tragplatte mit zwei Luftanschlüssen
12: Luftfederbalg (Gürtelbalg)
13: Verstärkungsstreifen
14: Schichtfeder mit drei Elastomerschichten
15: Schichtfeder mit drei Elastomerschichten
16: Luftanschluss
17: Luftanschluss
18: Federvorrichtung
19: Tragplatte ohne Luftanschluss
20: Unterbau mit Luftanschluss
21: Luftfederbalg (Rollbalg)
22: Außenführung
23: Schichtfeder mit drei Elastomerschichten
24: Schichtfeder mit zwei Elastomerschichten
25: Luftanschluss
26: Federvorrichtung
27: Luftfederbalg (Rollbalg)
28: Rollfalte
29: Luftfedersitz
30: Kolben (Abrollkolben, Tauchkolben)
31: Befestigungsbereich
32: Abrollfläche
33: Schichtfeder mit zwei Elastomerschichten
34: Schichtfeder mit zwei Elastomerschichten
35: Federvorrichtung
36: Schichtfeder (Konusfeder) mit drei Elastomerschichten
37: Kern
38: Außenhülse
39: Bodenkammer
40: Schichtfeder mit zwei Elastomerschichten
41: Schichtfeder mit zwei Elastomerschichten
42: Unterbau mit Luftanschluss
43: Luftanschluss
44: Schichtfeder mit vier Elastomerschichten
45: Schichtfeder (Kugelgelenk)
46: Führungsstange (Kolbenstange)
47: Kugelgelenk
48: Gleitbuchse
A: erste Feder (Luftfeder)
B: zweite Feder (Schichtfeder)
B₁: zweite Feder (Schichtfeder) im Rahmen eines Federsystems
B₂: zweite Feder (Schichtfeder) im Rahmen eines Federsystems
C: dritte Feder (Schichtfeder)
H: Kernversatz
X: Mittenebene bzw. Rotationsachse

Claims

Federvorrichtung (1, 10, 18, 26, 35), insbesondere für den Schienenfahrzeugbereich, insbesondere wiederum zur Abfederung zwischen Drehgestell und Wagenkasten, bestehend aus der Kombination wenigstens dreier Federn (A, B, C), nämlich aus: – einer ersten Feder (A), umfassend einen Luftfederbalg (4, 12, 21, 27) aus elastomerem Werkstoff, der insbesondere mit einem eingebetteten Festigkeitsträger versehen ist, insbesondere wiederum in Form eines Kreuzlagenbalges, wobei der Luftfederbalg an einer Tragplatte (2, 11, 19) einerseits und an einem Luftfedersitz (5, 29) andererseits befestigt ist und dabei eine volumenelastische Luftkammer (6) umschließt, die insbesondere mit wenigstens einem Luftanschluss (7, 16, 17, 25, 43) in Verbindung steht; – einer zweiten Feder (B), die zwischen dem Luftfedersitz (5, 29) des Luftfederbalges (4, 12, 21, 27) und einem Unterbau (3, 20, 42) angeordnet ist und insbesondere eine Schichtfeder (8, 14, 23, 33, 36, 41, 44) mit wenigstens einer Elastomerschicht umfasst; sowie – einer dritten Feder (C); dadurch gekennzeichnet, dass – die dritte Feder (C) als elastisches Kopflager oberhalb der Tragplatte (2, 11, 19) angeordnet ist.
Federvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Feder (C) eine Schichtfeder (9, 15, 24, 34, 40, 45) mit wenigstens einer Elastomerschicht umfasst.
Federvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtfeder (9, 15, 24, 34, 40, 45) der dritten Feder (C) ein Metall-Elastomer-Verbund ist.
Federvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtfeder (9, 15, 24, 34, 40, 45) der dritten Feder (C) ein Kunststoff-Elastomer-Verbund ist, wobei der Kunststoff metallähnliche Eigenschaften aufweist, vorzugsweise auf der Basis von Polyphenylenether.
Federvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtfeder (9, 15, 24, 34, 40) der dritten Feder (C) einen im Wesentlichen horizontalen und/oder leicht gewinkelten Schichtenverlauf aufweist.
Federvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtfeder (9, 15, 24, 34, 40) der dritten Feder (C) wenigstens zwei Elastomerschichten aufweist.
Federvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder drei Elastomerschichten vorhanden sind.
Federvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtfeder (45) der dritten Feder (C) einen gekrümmten Schichtenverlauf aufweist, insbesondere unter Ausbildung eines Kugelgelenkes.
Federvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass lediglich eine einzige Elastomerschicht vorhanden ist.
Federvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftfedersitz (5) der ersten Feder (A) als Befestigungsplatte ausgebildet ist.
Federvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftfederbalg (4) ein Halbbalg ist.
Federvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftfederbalg (12) außenseitig mit einem Verstärkungsstreifen (13) versehen ist, und zwar unter Ausbildung eines Gürtelbalges.
Federvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftfederbalg (21) ein Rollbalg ist.
Federvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftfedersitz (29) der ersten Feder (A) als Kolben (30) ausgebildet ist, der einen Befestigungsbereich (31) und eine Abrollfläche (32) aufweist.
Federvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftfederbalg (27) ein Rollbalg ist, dessen Rollfalte (28) mit der Abrollfläche (32) des Kolbens (30) korrespondiert.
Federvorrichtung nach Anspruch 13 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Rollbalg (21, 27) mit einer Außenführung (22) versehen ist.
Federvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtfeder (8, 14, 23, 33, 36, 41, 44) der zweiten Feder (B) ein Metall-Elastomer-Verbund ist.
Federvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtfeder (8, 14, 23, 33, 36, 41, 44) der zweiten Feder (B) ein Kunststoff-Elastomer-Verbund ist, wobei der Kunststoff metallähnliche Eigenschaften aufweist, vorzugsweise auf der Basis von Polyphenylenether.
Federvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtfeder (8, 14, 23, 33, 41, 44) der zweiten Feder (B) einen im Wesentlichen horizontalen und/oder leicht gewinkelten Schichtenverlauf aufweist.
Federvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtfeder (36) der zweiten Feder (B) als Konusfeder ausgebildet ist.
Federvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtfeder (36, 41) der zweiten Feder (B) als Federsystem (B₁, B₂) ausgebildet ist, umfassend eine Konusfeder (B₁, 36) und eine Schichtfeder (B₂, 41), die einen im Wesentlichen horizontalen und/oder leicht gewinkelten Schichtenverlauf aufweist.
Federvorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Konusfeder (B₁, 36) einen Kern (37), eine Außenhülse (38) und eine Bodenkammer (39), die unter einem Kernversatz (H) ausgebildet ist, umfasst.
Federvorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Konusfeder (B₁, 36) mit dem Luftfedersitz (5) in Verbindung steht, während die Schichtfeder (B₂, 41) mit dem im Wesentlichen horizontalen und/oder leicht gewinkelten Schichtenverlauf mit dem Unterbau (42) verbunden ist.
Federvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtfeder (8, 14, 23, 33, 36, 41, 44) der zweiten Feder (B) wenigstens zwei Elastomerschichten aufweist.
Federvorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass zwei bis vier Elastomerschichten vorhanden sind.
Federvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Federn (A, B, B₁, B₂, C) eine gemeinsame Mittenebene bzw. Rotationsachse (X) aufweisen.
Federvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragplatte (2, 11) einen Luftanschluss (7, 16) aufweist, der innerhalb der dritten Feder (C) verläuft.
Federvorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragplatte (11) einen zusätzlichen Luftanschluss (17) besitzt, der außerhalb der dritten Feder (C) angeordnet ist.
Federvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterbau (20, 42) und der Luftfedersitz (5) einen durchgehenden Luftanschluss (25, 43) aufweisen, der innerhalb der zweiten Feder (B) verläuft.