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Federung mit einer Hauptfeder und einer durch einen Regler selbsttätig
zuschaltbaren Zusatzfeder Bei der elastischen Verbindung von Massen tritt bei bestimmten
Frequenzbereichen eine Aufschaukelung der Schwingungsamplituden, die sogenannte
Resonanz, ein, die große Ausschläge und große Beanspruchungen zur Folge hat. Man
hat sich daher bemüht, diese Resonanz in einen Betriebsbereich zu legen, der selten
berührt bzw. rasch durchfahren wird. Dies mag in vielen Fällen tragbar sein, wenn
auch eine Verbesserung durchaus wünschenswert erscheint, und zwar insbesondere bei
-der Lagerung von Maschinen auf Fundamenten, der Lagerung von umlaufenden Teilen
in Gehäusen von beispielsweise Verbrennungsmaschinen und Dampfturbinen sowie bei
der Abstimmung der Erregerschwingungen von Fahrzeugen auf die Resonanzen der Federung.
Gerade bei den letzteren wurde es durch die Einführung von Gas= -und Luftfedern
möglich, einen in diesem Fall für ein einzelnes Fahrzeug wünschenswerten Eigenfrequenzrichtwert
zu erreichen. Dieser beträgt
für Drehgestellpersonenwagen soll dieser Richtwert, wenn ein- guter Wagenlauf erzielt
werden soll, etwa 1 Hz betragen. Für die ,zwei- oder dreiachsigen Wagen müßte dieser
Wert sein. Dieser richtwert hat aber nicht die Bedeutung, daß damit eine Übereinstimmung
mit der Erregung vermieden wird nur die Wahr= wird, sondern mit seiner scheinlichkeif,
daß eine solche Übereinstimmung ein--Egensich gezeigt, daß tritt, gering.
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frequenzen beispielsweise von Blatt- und Schraubenfedern weit über
den obigen Werten liegen und daß es auch bei Gas- und Luftfedern mit nachgeschaltetem
Luftbehälter nicht möglich ist, die Frequenzrichtwerte wesentlich zu verringern.
Die erreichbaren Frequenzen hoch, daß mit der Wahrscheinliegen immer lichkeit einer
Resonanz der Eigenfrequenz der abgefederten Masse mit der Erregerfrequenz zu rechnen
ist. Es sind weiter Federanordnungen bekannt, bei denen jede beliebige Frequenz
dadurch erreicht wird, daß die Schwingfrequenz der durch die Hauptfeder abgefederten
Masse durch eine Zusatzfeder verringert wird. Da die Schwingfrequenz der Beziehung
folgt: Subtraktion k
wobei c die Federkonstante und m die Masse ist, ist die Zusatzfeder so einzusetzen,
daß eine onstante der Zusatzfeder von der- Haupt der Feder feder eintritt. Es ist
dabei ohne Belang, welcher Art der Federdie Zusatzfeder ist.
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tgegenzuwirken und kann wirkung der Hauptfeder e eine in gleicher
Richtung wie die Hauptfeder voreine Luft- oder Gasfeder gespannte Stahlfeder oder
diesen bekannten Anordnungen bedarf es sein.
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indessen stets einer bestimmten Einstellung der Zu--der, folgenden
Aus-Satzfeder. Es ist auch führungen denkbar, die vorgespannte Feder mit der Bewegung
der abgefederten Masse zu schwenkeng so Haupte daß die Wirkung z. B: in der Lastrichtung
feder mit größerem Federweg abgeschwächt wird: grö-Dies gilt vor allem bei Federsystemen,
Luft- und Gasfedern ßeren Federweg aufweiserz die Regel, ein gleiches vorgegebenes
Höhenniveau zu halten, es ist aber auch eine Beeinflussung astenfrequenz denkbar
dadurch; daß man der Wagenl en und damit die Zusatz die Hauptfeder sich absen feder
stärker gegen die Hauptfeder wirken läßt. Die von Ma-,für die gleiche Wirkurig ist
.
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schirren auf Fundamenten (Fundamentschwingungen) wie auch für die
Lagerung von umlaufenden Teilen in 'Gehäusen denkbar, deren umlaufendes System in
sich schwingungsfähig ist: -Bei geregelten Luftfedersystemen ist e's - Änderung
des arbeitenden Volumens @ durch Regelorgane bei 'der Einwirkung von Zentrifugal=
kräften herbeizuführen. ferner wurde bereits vörge@: schlagen, pneumatische Federungen
xrüt' einer und einer durch einen Regler selbsttätig züschaltbaren Zusatzfeder zu
beeinfluss, - die von d`er aufschlagt Schwerkraft und von der Zentrifugalkraft b
werden, also Gliedern, die eine Wechselnde und keine einstellbare Frequenz ergeben.
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iz, Der Erfindung liegt- deütgegenüber die Aufgäbe'.
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grunde, die Eigenschwingungen eines vorgegebenen
elastisch
gefederten Systems der Erregerschwingung jeweils selbsttätig und kontinuierlich
anzupassen. Sie bedient sich dabei ebenfalls einer Hauptfeder. und einer durch einen
Regler selbsttätig zuschaltbaren Zusatzfeder, Erfindungsgemäß ist der Regler so
ausgebildet, daß er die Zusatzfeder abhängig von der Schwingfrequenz der Hauptfeder
und der auf ihr abgefederte Masse zuschaltet und die Federkraft der Hauptfeder ändert,
wenn die Hauptfeder und die abgefederte Masse sich dem Resonanzschwingungsbereich
nähern. Nach einer Ausführung der Erfindung wird die Zusatzfeder durch ein Druckmittel
beaufschlagt, d. h., sie wird durch einen Kolben über Gas-oder Flüssigkeitsdruck
der jeweiligen Frequenzlage entsprechend vorgespannt und damit die Gesamtfederkonstante
verändert. Dabei können Haupt- und Zusatzfedern Stahlfedern sein, oder Haupt- und/oder
Zusatzfeder sind Luft- oder Gasfedern. Es liegt ferner im Wesen der Erfindung, dem
Regier eine schwingende Masse zuzuordnen. die ein Ventil zur Beaufschlagung der
Zusatzfeder öffnet. Schließlich ist es gegeben, die Beaufschlagung der Zusatzfeder
durch Füllen mit Druckgas herbeizuführen oder eine Pumpe zur Förderung des Druckmittels
durch die Relativbewegung zwischen der gefederten und der ungefederten Masse zu
betätigen.
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Für die Gegenstände der Unteransprüche wird nur in Verbindung mit
dem Gegenstand des Hauptanspruchs Schutz begehrt.
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In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele für die Erfindung
bei einer Fahrzeugabfederung jeweils im Längsschnitt dargestellt, und zwar zeigt
Abb. 1 eine Einrichtung mit je einer Stahlfeder als Haupt- und Zusatzfeder, Abb.
2 eine Einrichtung wie vor, jedoch mit Luftfedern als Haupt- und Zusatzfedern, Abb.
3 eine weitere Ausführungsform mit Luftfedern, jedoch mit unabhängigem Kreislauf
der Zusatzfedern.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. 1 stützt sich die Hauptfeder 1 aus
Stahl direkt zwischen Wagenkasten 3 und Untergestell 4 ab. Die je in einem unteren
und oberen Federteller gelagerte und in .einer Halterung 5 gehaltene Zusatzstahlfeder
2 ist ebenfalls zwischen Wagenkasten und Untergestell angeordnet, jedoch nach unten
über einen Zylinder 7, in dem sich ein Luft-, Gas- oder Luft-öl-Gemisch oder ein
ähnliches druckabhängig eine Kraft übertragendes Medium befindet, und einen Kolben
6 auf dem Untergestell 4 abgestützt. Der Zylinder 7 wird durch den Luftpresser 11
oder eine ölpumpe und den Hauptluftb.ehälter 12 mit Luft od. dgl. versorgt. In der
Zuleitung zwischen Hauptluftbehälter 12 und Zylinder 7 befinden sich ein Absperrventil
8 und ein durch .eine Vorspannfeder 15 belastetes Regelventil 13 sowie eine Regeleinrichtung.
Letztere besteht aus einer Masse 14, die an einer am Wagenkasten aufgehängten Feder
16 schwingen kann, und steht mit Regelventil 13 über ein Gestänge 17 in Verbindung,
von dem ein Hebelarm ebenfalls am Wagenkasten 3 aufgehängt ist. Regelventil 13 und
Luftbehälter 12 stehen über die Leitung 9 und Luftpresser 11 mit der Leitung 9 über
die Speiseleitung 1O in Verbindung. In der Zuleitung zwischen Zylinder 7 und Steuerventil
13 befindet sich ferner die Entlüftungsbohrung mit Rückschlagventil 18 (s. Abb.
1 a) .
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Das in Abb. 1 a groß dargestellte Rückschlagventil 18 zwischen Zylinder
7 und Steuerventil 13 wirkt derart, daß es bei öffnen des Ventils 13 und damit plötzlichem
Druckanstieg in der Leitung zwischen Steuerventil 13 und Zylinder 7 die ins Freie
gehende Entlüftungsbohrung im Rückschlagventil 18 schließt, so daß das Druckgas
aus dem Hauptluftbehälter 12 über das Regelventil 13 ohne Verlust nach dem Zylinder
7 strömen kann. Beim Schließen des Regelventils 13 tritt ein Druckabfall in dieser
Leitung ein, wodurch das Rückschlagventil 18 unter der Wirkung des größeren Druckes
im Zylinder 7 wieder umschaltet und die Entlüftungsbohrung nach außen freigibt.
Der Zylinder 7 wird sodann entlüftet und wieder drucklos. Die gleiche Funktion ließe
sich außer durch ein solches Rückschlagventil auch durch eine entsprechende Bohrung
im Regelventil 13 direkt erreichen.
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In der Zeichnung ist das Rückschlagventil 18 in der Durchgangsstellung
dargestellt. Das Regelventil 13 ist geöffnet und der Kolben 6 beaufschlagt. Die
Kugel, die sonst unter der Wirkung der Feder 19 an den der Entlüftungsbohrung gegenüberliegenden
Sitz gedrückt ist, wird .durch die vom Regler 13 kommende Luft an den Sitz der Entlüftungsbohrung
gedrückt. Damit kann die Luft, die der Regler 13 freigegeben hat, in den Kolben
6 gelangen und die Zusatzfeder spannen. Schließt der Regler 13 wieder und entlüftet
die turn Rückschlagventil führende Leitung, dann drückt die Feder 19 die Kugel 18
wieder auf den entgegengesetzten Sitz, wodurch der Kolben 6 entlüftet wird und die
Spannung der Zusatzfeder nachläßt.
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Die Frequenz der schwingenden Masse ist so abgestimmt, daß sie der
Eigenfrequenz der Hauptmasse an der Hauptfeder 1 sowie der Grundeinstellung der
Zusatzfeder 2 entspricht. Tritt Erregung ein, dann beginnt die Reglermasse 14 auf
Grund einer leichteren Beweglichkeit stärker zu schwingen und öffnet das Regelventil
13, so daß der Zylinder 7 mit Druckluft beaufschlagt wird. In der Normalstellung
ist der Zylinder 7 über das richtungsabhängige Rückschlagventil 18 entlüftet, das
die Entlüftungsbohrung nur öffnet, wenn das Ventil 13 geschlossen ist. Mit der vorgeschriebenen
Einrichtung wird folgende Wirkung erzielt: Wird die Regeleinrichtung 13 bis 17 erregt,
dann spricht auch die Hauptfeder 1 an. Da sich die Hauptfeder aber sehr viel langsamer
aufschaukelt als die kleinste Masse 14, kann der Regler innerhalb eines Teils der
Zeit für das Aufschaukeln der Hauptfeder Luft in den Zylinder 7 einlassen. Dadurch
wächst die Gegenkraft der Zusatzfeder um einen festzulegenden Teil an und verstimmt
die Hauptfeder. Im vorliegenden Falle tritt eine Subtraktion der Federwirkung der
Hauptfeder ein. Die Federkonstante der gesamten Federanordnung wird damit verändert,
womit die Resonanz mit der Erregerfrequenz vermieden wird. Ist die Erregerfrequenz
wieder abgeklungen, dann schwingt der Regler nicht mehr. Das Regelventil 13 schließt
sich, das Rücksehlagventil 18 gibt die Entlüftungshohrung frei und der Zylinder
7 wird entlüftet. Dieser Vorgang wiederholt sieh nach Art der bei elektrischen Maschinen
üblichen Spannungsregelang (Tyrillregler).
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Die gleiche Wirkung wird bei der Ausführungsform mit Luftfedern nach
Abb: 2 erreicht. ie Zusatgfeder 2 wird ebenfalls wieder über einen' Regler 13 bis
17 und ein Rückschlagventil 18 angesteuert. Im vorliegenden Falle kann die Zusatzfeder
unter einem Restdruck für den Normalfall bleiben und nur im Regelungsfall voll beglzfschl?,gt
werden, während bei der Ausführungsform nach Abb. 3 der Regler 13 bis 17 die Luft
aus der Zusatzfeder ins Freie strömen läßt. In beiden Fällen wird im Augenblick
der überenstimmung der Wagenkastenfrequenzen mit den
Erregerfrequenzen
die Frequenz der Wagenkastenschwingungen wirkungsvoll verändert, so daß sich keine
Resonanz ausbilden kann. In Abb. 2 ist das Regelventil der Hauptluftfeder mit 21
bezeichnet.
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Schließlich sind auch Einrichtungen der vorbeschriebenen Art denkbar,
bei denen die Druckänderung des steuernden Mediums im Zylinder 7 bzw. Zusatzfeder
2 durch von der Lageveränderung des Wagenkastens 3 zum Untergestell 4 (oder der
Achse) angetriebene Druckerzeugungsanlagen (Pumpe) beliebiger Art erzeugt wird,
womit bei zunehmenden Amplituden zugleich eine zunehmende Druckmittelförderung erzielt
wird.
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Es liegt im Wesen der Erfindung, jede Feder mit einer solchen Regeleinrichtung
zu versehen und damit jeder Zusatzfeder eine andere Verstimmung zuzuordnen, womit
auch eine Verstimmung von Fahrzeugfederungen gegen Nicken, Tauchen und Wanken der
Wagenkastenmassen sowie eine Verstimmung von umlaufenden elastischen Systemen (durch
Einschaltung von Zusatzfedern in den elastischen Kupplungen oder Zuschaltung von
Festpunkten auf umlaufenden Wellen) erreichbar ist. Für die für den Wagenlauf wichtigen
Drehschwingungen des Wagenkastens kann die Querfrequenz in ähnlicher Weise verstimmt
werden. -Die Querfeder muß dann ebenfalls eine Zusatzfeder erhalten, deren Frequenz
abhängig von der Erregung verstimmt wird.