DE1060894B - Puffer fuer Eisenbahn- und Strassenbahn-Fahrzeuge - Google Patents

Description

Bekannt sind Puffer für Eisenbahn- und Straßenbahnfahrzeuge, die aus einem am Fafarzeuggestell befestigten Zylinder, einem darin horizontal gleitend gelagerten, den Pufferkopf tragenden Kalben, einer Rückholfeder für den letzteren und einer hydraulischen Dämpfungsvorrichtung bestehen, in welcher mittels des in den Pufferzylinder hineintauchenden Pufferkolbens Dämpfungsflüssigkeit durch nacheinander von diesem geschlossene Bohrungen in einen außerhalb des Zylinders liegenden Vorratsbehälter ge- ίο drückt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Puffer der vorbezeichneten Art bezüglich ihrer Stoßabsorption und ihrer Abdichtung zu verbessern, so daß die Puffer auch im Eisenbahnbetrieb Verwendung finden können, wo relativ hohe Drücke im Puffer-Öldruckraum auftreten können.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung darin, daß der durch den Pufferkopf nach außen abgeschlossene, rohrartig ausgebildete, vorzugsweise mit einer geringeren Wandstärke als der Pufferzylinder ausgerüstete, nach dem letzteren zu offene Pufferkolben ebenso wie der Pufferzylinder vollständig mit Dämpfungsflüssigkeit gefüllt ist und sich die Rückholfeder des Pufferkolbens mit einem Ende am Boden seiner Aushöhlung und mit dem anderen Ende am Boden des Pufferzylinders abstützt. Der Pufferzylinder weist an seinem Innenumfang in der maximal ausgefahrenen Stellung des Pufferkolbens gerade noch von der Wandung des offenen Endes des letzteren abgedeckte Abdichtungs-Ringnuten auf. Diese kann auch kein in der vorgenannten Kolbenstellung außerhalb des Pufferzylinders befindliches Stück der Kolbenoberfläche in der tiefsten Eintauchstellung des Kolbens erreichen.

Durch die hohle Ausführung des Zylinderkolbens und durch die Tatsache, daß die gesamte Höhlung dieses Kolbens von der Dämpfungsflüssigkeit ausgefüllt ist, sowie durch eine geringere Wandstärke gegenüber der Wandstärke des Zylinders wird eine hervorragende Abdichtung zwischen beiden Pufferteilen erreicht. Auf diese Weise findet eine automatische Kompensation der störenden Formänderung des Zylinders bei hohen Drücken und ihres Einflusses auf die Dichtigkeit von Kolben und Zylinder statt.

Der hohle Kolben hat außerdem noch den Vorteil, daß seine Höhlung eine beträchtliche Menge Dämpfungsflüssigkeit aufzunehmen vermag. Diese Flüssigkeitssäule ergibt eine zusätzliche Federung durch die — wenn auch geringe ·— Komprimierbarkeit des Öles. Schließlich kann die Höhlung des Kolbens auch noch die Spiralfeder aufnehmen, welche vom Boden der Kolbenhöhlung bis* zum Boden des Pufferzylinders reicht, sich also ständig gut geschützt im Öldruck-Puffer für Eisenbahn- und Straßenbahn-Fahrzeuge

Anmelder:

Dowty Hydraulic Units Limited,

Ashchurch, Tewkesbury, Gloucestershire

(Großbritannien)

Vertreter:

Dr.-Ing. Dr. rer. pol. H. Kirchhoff, Patentanwalt, Berlin-Dahlem, Löhleinstr. 43

Beanspruchte Priorität: Großbritannien vom 7. Juli 1954

Eric Hider Bowers, Cheltenham, Gloucestershire

(Großbritannien), ist als Erfinder genannt worden

raum befindet, und die auf diese Weise auch vor Knickbeanspruchungen bewahrt bleibt.

Damit die durch die Dämpfungsvorrichtung bei Auftreffen eines Stoßes auf den Pufferkolben erzeugte Gegenkraft über den gesamten Bereich der Pufferbewegung ungefähr konstant bleibt, sind die zum Durchtritt der Dämpfungsflüssigkeit in den Vorratsbehälter dienenden Bohrungen nach dem Zylindergrund zu progressiv vergrößert. Bei dem hohen Öldruck würde eine zwischen der Außenwand des Kolbens und der Innenwandung des Zylinders angeordnete Ringdichtung außerordentlich stark beansprucht werden. Um dies zu vermeiden, wird erfindungsgemäß vor dieser Ringdichtung — vom Boden des Zylinders aus gesehen — in der Zylkiderwandung eine Ringnut angeordnet, welche mit dem Vorratsbehälter durch eine Bohrung in Verbindung steht, die in jeder Pufferkolbenstellung abgedeckt ist.

In Fig. 1 bis 4 sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, die nachfolgend beschrieben werden:

Fig. 1 zeigt einen durch die Pufferachse hindurchgelegten Längsschnitt;

Fig. 2 veranschaulicht einen Querschnitt entlang der in der Fig. 1 angedeuteten Linie II-II; in

909 560/100

Fig. 3 ist ein durch die Pufferac'hse hindurchgelegter Längsschnitt eines anderen Ausführungsbeispieles dargestellt;

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt entlang der in Fig. 3 angedeuteten Linie IV-IV.

Es soll zunächst das in Fig. 1 und 2 veranschaulichte Ausf ührungsbeispiel der Erfindung beschrieben werden. Der Zylinder 11 der dargestellten Dämpfungsvorrichtung ist durch die Endplatte 12 abgeschlossen, die einen Befesttgungsflansch 13 aufweist, welcher mit Bohrungen 14 zum Befestigen des Zylinders 11 am Fahrgestell eines Eisenbahn- oder Straßenbahnwagens versehen ist. Der Behälter 15 für die Dämpfungsflüssigkeit ist oberhalb des Zylinders 11 angebracht. Er wird an seinen Stirnseiten von den Flanschplatten 16 und 17 an der Vorder- bzw. an der Rückseite des Zylinders begrenzt. An diesen Flanschen 16 und 17 sowie an den Längsseiten des Zylinders 11 ist eine gewölbte Deckplatte 18 mit U-förmigem Querschnitt angeschweißt. Auf dem Rücken der Platte 18 ist ein Einfüllstutzen 19 angebracht, der durch einen Gewindepfropfen 20 abgeschlossen ist. Die Bohrung 21 des Zylinders 11 hat durchgehend den gleichen Durchmesser. In ihr ist ein hohler Kolbenpuffer 22 gleitend geführt, der mit einem Kopfstück 23" versehen ist.

Der Kolben 22 ist durch eine Spiralfeder 24 in der in Fig. 1 dargestellten Lage gehalten. Diese Feder liegt mit der einen Stirnseite auf der Abschlußplatte 12 der Zylinderbohrung 21 und mit der anderen Stirnseite auf der Stützplatte 25 auf, die in die Aushöhlung 31 des Kolbens 22 eingelegt ist. Der letztere kann aus der Zylinderbohrung 21 nicht durch Zug entfernt werden, da an seiner Kopfplatte 23 mittels einer Mutter 27 ein in das Innere des hohlen Kolbens 22 hineinragender Gewindebolzen 26 befestigt ist, der an seinem anderen Ende einen Schraubkopf 30 mit größerem Durchmesser als der Bolzendurchmesser aufweist. Der Schraubkopf 30 ist in einer auf der Endplatte 12 des Zylinders 11 senkrecht stehenden und dort angeschweißten Hülse 28 geführt. Ein in das obere Ende der Hülse 28 eingeschweißter Anschlagring 29 verhindert, daß der Kopf 30 des Gewindebolzens 26 aus der Führungs'hülse 28 herausgezogen werden kann.

Die Aushöhlung 31 des Kolbens 22 ist durch den Zylinder 11 nach außen abgeschlossen. Der Kolben 22 ist mit einer Dämpfungsflüssigkeit, z. B. öl, angefüllt. Die Aushöhlung 31 des Kolbens 22 steht mit dem. Vorratsbehälter 15 durch eine Reihe von radial angeordneten Abflußöffnungen 32, 33, 34, 35, 36 und 37 in Verbindung, die in der Wandung des Zylinders 11 entlang der Zylinderachse in Abständen so angeordnet sind, daß sie nacheinander beim Eintauchen des Kolbens 22 in den Zylinder 11 geschlossen werden. Die Bohrungen 32 bis 37 sind auf der Oberfläche des Zylinders so verteilt, daß keine übermäßige Wandungsschwächung eintritt.

Die Aushöhlung 31 des Kolbens 22 ist nach außen durch einen Dichtungsring 38 abgedichtet, welcher in einer Ringnut 39 der Bohrung 21 des Zylinders 11.gelagert ist. Der Dichtungsring 38 ist in der Bohrung21 des Kolbens 22 so angeordnet, daß er den Kolben noch umgibt, wenn sich dieser in seiner in Fig. 1 dargestellten ausgefahrenen Endstellung befindet. Kein in dieser Stellung außerhalb des Zylinders 11 befindliches Stück der Kolbenfläche erreicht diesen Dichtungsring in der tiefsten EintauchsteMung des Kolbens 22. Hinter der Ringnut 38 — vom Pufferkopf 23 aus gesehen —· ist in der Zylinderbohrung 21 eine weitere Ringnut 40 vorgesehen, welche mit d'em Vorratsbehälter 15 durch eine Bohrung 41 in Verbindung steht. Die Öffnung der Ringnut 40 ist in der tiefsten EintauchsteHung des Pufferkolbens 22 noch von diesem abgedeckt. Sie verhindert, daß der in der Aushöhlung 31 des Kolbens 22 herrschende Flüssigkeitsdruck auf den Dichtungsring 38 einwirkt.

In dem dem Kolbenkopf 23 zugewandten Ende der Zylinderbohrung 21 ist ein Abstreif ring 42 angeordnet, um zu verhüten, daß Schmutz in die Zylinderbohrung

ίο 21 eintritt und das öl aus der Zylinderbohrung 21 austritt. Die Entfernung des Abdichtungsringes 38 von dem Abstreifring 42 ist nicht kleiner als der Arbeitshub des Pufferkolbens 22. Der zwischen dem Abdichtungsring 38 und dem Abstreifring 42 gelegene Teil der Oberfläche des Kolbens 22 ist der einzige Kolbenteil, welcher den Dichtungsring 38 während des Eintauchens des Puffers 22 in die Zylinderbohrung

21 und während seiner Rückführung durch die Feder 24 passiert.

Die Menge der Flüssigkeit in der Aushöhlung 31 des Kolbens 22 und im Behälter 15 muß so groß sein, daß die radialen Bohrungen 32 bis 37 in der Wandung des Zylinders 11 bedeckt sind, wenn der Kolben

22 seine in der Fig. 1 veranschaulichte ausgefahrene Stellung einnimmt. Das Volumen des Vorratsbehälters.

. 15 ist so zu bemessen, daß die darin befindliche Luft nicht zu stark zusammengepreßt wird, wenn die Flüssigkeit beim Eintauchen des Kolbens 22 in die Zylinderbohrung 21 in den Vorratsbehälter 15 einströmt.

Die im Vorratsbehälter 15 zusammengepreßte Luft sorgt dafür, daß die Dämpfungsflüssigkeit wieder in die Aushöhlung 31 des Kolbens 22 zurückfließt, wenn der letztere unter dem Druck der Feder 24 in die in Fig. 1 dargestellte Stellung zurückgedrückt wird.

Bei normalem Stoßbeanspruchungen wird der Puffer 22 die Dämpfungsflüssigkeit durch eine oder mehrere Öffnungen 32 bis 37 in den Vorratsbehälter 15 hineindrücken. Für die Dämpfung außerordentlich harter Stöße ist noch eine weitere öffnung 43 größeren Querschnitts vorgesehen, die normalerweise durch ein zwischen der Kolbenkammer 31 und dem Vorratsbehälter 15 eingeschaltetes Rückschlagventil abgeschlossen ist. Das Rückschlagventil ist in den aufrecht stehenden Flausch 17 des Zylinders 11 eingebaut. Es besteht aus einem fIauptventil 44, einem Ventilsitz 45 und einem Schaltventil 46, dessen Ventilsitz 47 sich hinter dem Hauptventil 44 befindet. Eine relativ schwache Feder 48 ist zwischen dem Ventilsitz 47 und dem Hauptventil 44 angeordnet, die dazu dient, das letztere gegen den Ventilsitz 45 zu drücken. Das Hauptventil 44 weist eine zentrale Bohrung 49 auf, die einen Zugang zur Druckkammer des Schaltventils 46 bildet. Dieses wird durch eine Feder 50 auf seinen Ventilsitz 47 gepreßt. Die Feder 50 kann durch Hereindrehen eines Gewindepfropfens 51 in das Gewinde des Flansches 17 gespannt werden. Eine Bohrung 52 schafft hinter dem Schaltventil 46 eine Verbindung zum Vorratsbehälter 15.

Wenn der Druck in der Kolbenkammer 31 nicht ausreicht, um das Schaltventil 46 zum Ansprechen zu bringen, dann kann keine Flüssigkeit das Hauptventil 44 passieren, da das letztere in diesem Falle durch den Druck der Feder 48 geschlossen bleibt. Wenn jedoch der Druck in der Kolbenkammer 31 so groß geworden ist, daß er die Kraft der Feder 50 überwindet, dann wird sich das Schaltventil 46 öffnen. Dies hat zur Folge, daß der Druck hinter dem Hauptventil 44 sinkt und das letztere von seinem Ventilsitz 45 abgehoben wird, so daß die Dämpfungsflüssigkeit

von der Kolbenkammer 31 durch die relativ große

Bohrung 4.3 hindurch in den Vorratsbehälter 15 gelangen kann.

Der Vorteil der erfmdungsgemä'ß gestalteten Dämpfungsvorrichtung liegt in der Erzeugung eines Stoßdämpfungswiderstandes, der proportional der Stoßgeschwindigkeit des Puffers ist. Bei hoher Stoßgeschwindigkeit werden die öffnungen 32 bis 37 in der Wand des Zylinders 11 einen verhältnismäßig hohen Widerstand für den Puffer 22 ergeben, während bei niedriger Stoßgeschwindigkeit des Puffers 22 die gleichen öffnungen 32 bis 37 der sie durchströmenden Flüssigkeit einen relativ niedrigen Widerstand bieten.

Es ist wünschenswert, daß die durch die Dämpfungsvorrichtung erzeugte Gegenkraft im wesentlichen über den gesamten Bereich der Pufferbewegung gleichbleibt. Der Widerstand der Dämpfungseinrichtung wird im wesentlichen mit dem Quadrat der Stoßgeschwindigkeit des Puffers im Zylinder anwachsen. Da diese Stoßgeschwmdigkeit entsprechend dem Energieverbrauch in der Dämpfungsvorrichtung abnimmt, ist es notwendig, den Druckabfall zwischen der Kolbenkammer 31 und dem Vorratsbehälter 15 durch eine progressive abnehmende Verkleinerung der Ausströmöffnungen aufrechtzuerhalten. Dies wird durch das aufeinanderfolgende Schließen der Ausströmöffnungen 32 bis 37 durch den Kolben 22 bewirkt. Mittels der erfindungsgemäß gestalteten Dämpfungsvorrichtung können sehr viel schwerere Stöße über den vollen Bewegungsbereich des Pufferkolbens absorbiert werden, als dies mit einem Puffer möglich ist, der lediglich eine Spiralfeder als Stoßauffangsvorrichtung enthält.

In der in Fig. 3 und 4 dargestellten abgewandelten Konstruktion ist der'Pufferzylinder 53 mit einer Endplatte 54 versehen, welche Befestigungsflansche 55 aufweist. Der Vorratsbehälter 56 ist um den Zylinder

53 herum angeordnet und aus einer im Querschnitt halbkreisförmig gewölbten Platte 57 und einer Deckplatte 58 zusamengeschweißt. Die Platten 57 und 58 sind durch Schweißen mit einer Endplatte 59, die ihrerseits an der dem Puffer 61 zugewandten Stirnseite des Zylinders 53 angeschweißt ist, und mit der Zylinder-Grundplatte 54 verbunden. Der Zylinder 53 hat eine im Durchmesser gleichbleibende Bohrung 60. Der hohle Pufferkolben 61 hat jedoch einen Außenumfang, dessen Teil 62 einen größeren Durchmesser als dessen Teil 63 aufweist, welche durch eine. Schulter

54 voneinander getrennt sind. Nur der Pufferkolbeuteil 62 mit dem größeren Durchmesser ist in der Bohrung 60 des Zylinders 53 gleitend gelagert. Eine Spiralfeder 65 drückt den Kolben 61 in die in Fig. 3 veranschaulichte Stellung. Das weitere Ausfähren des Kolbens 61 aus der Bohrung 60 des Zylinders 53 ist durch einen Haltering 66 verhindert, der an der Stirnseite' des Zylinders 53 durch einen Sprengring fixiert ist.

Senkrecht und entlang der Achse des Zylinders 53 sowie auf dessen Umfang verteilt, sind "die Durchfluß öffnungen 67 bis 72 in die Zylinderwandung gebohrt. Diese Öffnungen werden nacheinander durch das Eintauchen des Kolbens 61 in die Bohrung 60 des Zylinders 53 in der bei der Beschreibung des Ausführungsbeispieles nach

Fig. 1

und 2 dargelegten

Weise nacheinander geschlossen. Analog dem letztgenannten Ausführungsbeispiel weist die Zylinderbohrung 60 in Höhe des Endes des aus dem Zylinder 53 ausgefahrenen Kolbens 61 eine Ringnut 73 auf, die einen Dichtungsring 74 hält. Eine zweite Ringnut 75 hinter der Ringnut 73 ist mit dem Vorratsbehälter 56 verbunden.

Die Dämpfungsvorrichtung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3 und 4 unterscheidet sich von derjenigen des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 und 2 im wesentlichen durch die konstruktive Ausbildung des Rückschlagventils, das den Pufferwiderständ begrenzt. Das Rückschlagventil besteht aus einem Ventilzylinder 76, der koaxial mit dem Zylinder 53 angeordnet und auf der Grundplatte 54 des letzteren oberhalb deren Eindrehung 83 befestigt ist, von der

ίο aus radiale Bohrungen 84 zu dem Flüssigkeitsbehälter 56 führen. Sein nach dem Kolben 61 zu weisendes Ende ist durch einen eingeschweißten Pfropfen. 77 abgeschlossen. Ein, unter dem Druck einer Spiralfeder 79 stehender, in dem Ventilzylinder 76 gleitend gelagerter hohler Ventilschieber 78 ist mit einem kleinen Kolben 80 gekuppelt, der in dem Abschlußpfropfen 77 des Ventilzylinders 76 gleitend gelagert ist. Der Ventilzylinder 76 hat an seinem unteren Ende radiale öffnungen 81, die eine Verbindung zur Bohrung 60 des Pufferzylinders 53 schaffen. Der hülsenartig ausgebildete Ventilschieber 78 ist mit entsprechenden Bohrungen 82 versehen.

Wenn der Flüssigkeitsdruck in der Pufferkammer über einen bestimmten Wert ansteigt, dann wird der auf den kleinen Kolben 80 ausgeübte Druck die Kraft der Feder 79 überwinden und den Ventilschieber 78 in Richtung der Ausdrehung 83 der Grundplatte 54 zu bewegen. Wenn sich die öffnungen 82 des Ventilschiebers 78 mit den Öffnungen 81 des Ventilzylinders 76 überlappen, dann kann die Dämpfungsflüssigkeit unter dem auf den Kolben 61 ausgeübten Druck aus der Kolbenkammer durch die radialen Öffnungen 81 des Ventilzylinders 76 hindurch entweichen und über die Aussparungen 82 des Ventilschiebers 78, die Aus- -drehung 83 der Zylindergrundplatte 54 und die radialen Bohrungen 84 in den Flüssigkeitsbehälter 56 fließen.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Puffer für Eisenbahn- und Straßenbahn-Fahrzeuge, der aus einem am Fährzeuggestell befestigten Zylinder, einem darin horizontal gleitend gelagerten, den Pufferkopf tragenden Kolben, einer Rückholfeder für den letzteren und einer hydraulischeii Dämpfungsvorrichtung besteht, in welcher mittels des in den Pufferzylinder hineintauchenden Pufferkolbens Dämpfungsflüssigkeit durch nacheinander von diesem geschlossene Bohrungen hindurch in einen außerhalb des Zylinders liegenden Vorratsbehälter gedruckt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der durch den Pufferkopf (23) nach außen abgeschlossene, röhrartig ausgebildete, vorzugsweise mit einer geringeren Wandstärke als der Pufferzylinder (11 bzw. 53) ausgerüstete, nach dem letzteren zu offene Pufferkolben (22 bzw. 63) ebenso wie der Pufferzylinder (11 bzw. 53) vollständig mit Dämpfungsflüssigkeit gefüllt ist und sich die Rückholfeder (24 bzw. 65) des Pufferkolbens (22 bzw. 63) mit einem Ende am Boden seiner Aushöhlung (31) und mit dem anderen Ende am Boden des Pufferzylinders (11 bzw. 53) abstützt.

2. Puffer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pufferzylinder (11 bzw. 53) an seinem Innenumfang in der maximal ausgefahrenen Stellung des Pufferkolbens (22 bzw. 63) gerade noch von der Wandung des offenen Endes des letzteren abgedeckte Abdichtungs-Ringnuten (39 und 40 bzw. 73 und 75) aufweist, und diese auch kein in der vorgenannten Kolbenstellung außerhalb

des Pufferzylinders (11 bzw. 53) befindliches Stück der Kolbenoberfläche in der tiefsten Eintauohstellung des Kolbens (22 bzw. 63) erreichen kann.

3. Puffer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung der Einwirkung des in der Höhlung (31) des Pufferkolbens (22 bzw. 63) und des Pufferzylinders (11 bzw. 53) bei einer Stoßabsorbierung auftretenden hohen Druckes auf die Ringdichtung (38 bzw. 74) vor dieser — vom Boden des Zylinders (11 bzw. 53) aus ge-

sehen — in dessen Wandung eine Ringnut (40 bzw. 75) vorgesehen ist, welche mit dem Vorratsbehälter (15 bzw. 36) durch eine Bohrung (41) in Verbindung steht und die in jeder Pufferkolbenstellung abgedeckt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 807 949, 841271,
051;

deutsche Patentanmeldung L 14204II/20e, 25 (bekanntgemacht am 16. 6. 1954).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

909 560/100 6.59