DE1119897B - Fahrzeugfederung - Google Patents

Fahrzeugfederung

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DE1119897B
DE1119897B DED20970A DED0020970A DE1119897B DE 1119897 B DE1119897 B DE 1119897B DE D20970 A DED20970 A DE D20970A DE D0020970 A DED0020970 A DE D0020970A DE 1119897 B DE1119897 B DE 1119897B
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DE
Germany
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spring
vehicle
load
vehicle suspension
dynamic forces
Prior art date
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Pending
Application number
DED20970A
Other languages
English (en)
Inventor
Dr-Ing Gustav-Adolf Gaebler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deutsche Bundesbank
Original Assignee
Deutsche Bundesbank
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Filing date
Publication date
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Publication of DE1119897B publication Critical patent/DE1119897B/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60GVEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G99/00Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61RAILWAYS
    • B61FRAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
    • B61F5/00Constructional details of bogies; Connections between bogies and vehicle underframes; Arrangements or devices for adjusting or allowing self-adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves
    • B61F5/02Arrangements permitting limited transverse relative movements between vehicle underframe or bolster and bogie; Connections between underframes and bogies
    • B61F5/14Side bearings
    • B61F5/148Side bearings between bolsterless bogies and underframes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)
  • Vehicle Body Suspensions (AREA)

Description

  • Fahrzeugfederung Zum Zwecke der Abfederung von Fahrzeugen gegenüber der Fahrbahn werden Federkonstruktionen verschiedenster Bauart verwendet. Üblich sind Metallfedern, meist als Blatt-,Wickel- oder Torsionsfedern gestaltet, die sowohl als einfache, in ihrer Pfeilhöhe von der jeweils abzufedernden Last bestimmte Federelemente als auch als Federkonstruktionen in Verbindung mit Hebelübersetzungen angewendet werden, bei denen der wirksame Lasthebelarm-sich mit ändernder Last ebenfalls verändert. Auch sind Metall- und Gummifedersysteme bekannt, bei denen sich bei Überschreiten einer gewissen abzufedernden Last Zusatzfedern automatisch zuschalten, um eine zu große statische Durchfederung der Fahrzeugfeder zu verhindern. All diesen Federsystemen ist eine bestimmte, im Federdiagramm als Einzellinie darstellbare Federcharakteristik zu eigen, die je nach der- gewählten Konstruktion bei weichen Federn flach, bei härteren Federn steiler, meist progressiv, bei kombinierten Hebelfedersystemen bzw. Federsystemen, die aus mehreren Federn bestehen, stark progressiv oder durch Knickpunkte gekennzeichnet verläuft.
  • Mit der Einführung der Gasfeder entstanden erstmalig Federsysteme, deren Charakteristik nicht durch eine einzelne Kennlinie, sondern durch ein Kennlinienfeld gekennzeichnet ist. Dies gilt für solche Gasfedersysteme; bei denen die Anpassung an die veränderliche abzufedernde Nutzlast durch Zupumpen bzw. Ablassen von Gas, also durch Änderung des Gasfüllgewichtes der Feder oder durch Änderung der Arbeitstemperatur des federnden Mediums (thermische Federn) erfolgt. Solche Federsysteme erlauben eine sehr weiche Abfederung, ohne eine konstruktiv unzulässig große Durchfederung unter statischer Last in Kauf nehmen zu müssen. Sie machen jedoch zusätzliche Einrichtungen, wie Kompressoren zur Erzeugung von Druckgas, Heizvorrichtungen oder auch kraftbetriebene mechanische, die Vorspannung der Federn verändernde Hilfsmittel, notwendig.
  • Erfindungsgemäß wird ein normales, etwa als Stahl- oder Gummifeder gestaltetes Federelement, dessen Kennlinienverlauf infolge selbsttätiger Änderung des wirksamen Hebelverhältnisses Belastungsänderungen angepaßt werden kann, dadurch zu einem Federsystem gemacht, welches für verschiedene Belastungszustände verschiedene Kennlinien eines Kennlinienfeldes aufweist, daß die Einstellung des jeweils wirksamen Hebelverhältnisses selbsttätig durch die den verschiedenen Belastungen entsprechend verschiedene Durchfederung einer in die überträgung der senkrechten Kräfte eingeschalteten Meßfeder oder -waage erfolgt, die zwar den stetig wirkenden statischen Kräften ihrer Kennlinien entsprechend nachgibt, bei kurzzeitig wirkenden dynamischen Kräften, wie sie von der Fahrbahn herkommen, jedoch nicht mitschwingt. Dabei kann das Mitschwingen dieses als Meßfeder oder Meßwaäge die Einstellung der Hebelübersetzung steuernden Gliedes beispielsweise durch die Verwendung normaler Schwingungsdämpfer bekannter Bauart mit besonders starker Dämpfungskraft verhindert werden. Die Anpassung des für die Hauptfeder jeweils einzustellenden, der abzufedernden veränderlichen Last angepaßten Übersetzungsverhältnisses erfolgt durch ein Zwischenglied, z. B. einen Winkelhebel mit Rollen, auf welches die als Lästmeßvorrichtung wirkende Meßfeder bzw. -waage steuernd einwirkt.
  • Der besondere Vorteil eines solchen Systems ist, daß es aus in bekannter einfacher Weise mechanisch wirkenden Federn und Mitteln zur übersetzungsänderung zusammengesetzt werden kann und so den lastabhängig regelbaren Gasfedern ähnliche Federeigenschaften vermittelt, wie sie mit den bisher bekannten Metall- bzw. Gummifederkonstruktionen nicht erreichbar waren.
  • Wie ein solches System aufgebaut werden kann und wirkt; sei an Hand eines Ausführungsbeispieles und in Verbindung mit den Abb. 1 bis 4 erläutert.
  • Zwischen dem Wagenkasten 1 und dem Laufwerk Z eines beliebigen Fahrzeuges ist ein Stützbock 3 mit einer Übertragungswelle 4 unter einem oder mehreren im Krafthaupt- oder Nebenschluß liegenden Kolben und Führungsgliedern mit Meßfedern 8 so angeordnet, däß die Stützarme 5, die über fest mit der übertragungswehe 4 verbundene Stützhebel 6 gegen die eigentliche Fahrzeugfeder 7 und damit gegen den Stützbock 9 am Wagenkasten 1 abgestützt sind, den Rahmen des Laufwerkes 2 über die Fahrzeugfeder 7 gegen den Wagenkasten 1 federnd abstützen. Die Fahrzeugfeder 7 ist dabei über eine Rolle 10 gegen die Tragfläche des Stützhebels 6 abgestützt, und die jeweilige Lage der Rolle 10 auf dem Stützhebel 6 wird durch eine Kniehebelkonstruktion 11 bestimmt, deren Gelenkpunkt durch die Stange 12 abhängig von der Durchfederung der Meßfeder 8 fixiert wird, so daß also bei hoher Last und stark zusammengedrückter Meßfeder 8 der Gelenkpunkt des Kniehebels nach oben verschoben und damit die Entfernung der Rolle 10 von der Welle 4 vergrößert, also der Hebelarm des Stützhebels 6 gegenüber der Welle 4 vergrößert wird, wodurch die Fahrzeugfeder 7 in die Lage versetzt wird, trotz der erhöhten Kraft der von dem Stützarm 5 herkommenden Fahrzeuglast das Gleichgewicht zu halten (Abb. 3). Umgekehrt wird bei geringer Last die Meßfeder 8 entspannt, die Kniehebel 11 bewegen die Rolle 10 nach unten und verkleinern damit den Abstand der Rolle 10 zur Welle 4. Dadurch wird erreicht, daß trotz geringer Belastung die Fahrzeugfeder 7 durch das kleiner gewordene Hebelübersetzungsverhältnis am Stützhebel 6 der Kraft, die von der Last über den Stützarm 5 auf die Welle 4 und den Stützhebel 6 wirkt, die Waage hält. Mit anderen Worten, die Veränderung des Lastangriffspunktes am Stützhebel 6 und die damit verbundene Veränderung der Hebellängen wird als Regulator für die in ihrer Kraftwirkung lastabhängig zu steuernde Fahrzeugfeder 7 verwendet. Der stets gleichbleibende mögliche Federweg 27 (Abb. 3) der Federung wird also durch den entsprechend der Hebelübersetzung am Stützhebel 6 lastabhängig verschiedenen Federweg 26 der sehr weichen Fahrzeugfeder 7 mit sehr geringem c-Wert erreicht, wobei die Feder 7 am Stützbock 9 auch noch auf einer gekrümmten Fläche abgestützt werden kann, daß der Aufstützpunkt 21 z. B. in der oberen Lage nach 22 wandert, wodurch die Längsachse der Feder 7 fast parallel verschoben und nicht verschwenkt wird.
  • Diese Konstruktion ermöglicht es, der Feder 7 einen Weichheitsgrad zu geben, wie er in Abb.4 schematisch dargestellt ist. Eine normale Feder, deren Tragfähigkeit in den Grenzen von etwa 2 bis 4 Gewichtseinheiten (P) in dem angegebenen Arbeitsbereich (s) belastbar sein soll, müßte den gestrichelten Verlauf 14 der in dem Diagramm eingezeichneten Federkennlinie haben, also im Arbeitsbereich von Stellung leer bis Stellung beladen stark ansteigen und möglichst noch progressiv sein. Mit anderen Worten, der c-Wert der Feder müßte verhältnismäßig hoch sein, die Feder wäre entsprechend dem Diagramm relativ hart. Als Folge der automatischen Reguliereinrichtung der Federkraft der Fahrzeugfeder 7, bezogen auf die Abstützung 13, ist es jedoch nicht notwendig, die Fahrzeugfeder 7 auf die vorkommende Nutzlastdifferenz abzustimmen. Es genügt vielmehr, wenn ihr die Kraft gegeben wird, die notwendig ist, um je nach der sich automatisch einstellenden, der Nutzlast angepaßten Hebelübersetzung am Stützhebe16 den Gleichgewichtszustand herzustellen und im übrigen nur die von der Fahrbahn kommenden Stöße federnd zu verarbeiten. Sie wird also eine der Kennlinie 15 entsprechend sehr flache Charakteristik haben, trotz großer Wege sehr geringe Kraftänderungen erfahren und praktisch in ihrer Lage für den Zustand der maximalen Last entsprechend Kennlinie 16 ähnlich laufen wie ohne Last entsprechend Kennlinie 15. Die Nutzlastdifferenz d P wird hier durch die Hebelübersetzung ausgeglichen, und die Kraftänderung über den ganzen Arbeitsbereich im Leerzustand P 1' wird ähnlich der Laständerung im beladenen Zustand P 3' sein, wobei P 3' etwas größer als P l' ist, da bei der Stellung der Rolle 10 im Zustand größter Last der wirksame Stützhebel 6 am längsten ist und damit der Weg der Rolle 10 bei gleichem Federweg an der Abstützung 13 ebenfalls am größten sein wird, womit durch den etwas vergrößerten Federweg der Fahrzeugfeder 7 eine etwas größere Kraftdifferenz entsteht. Für alle Zwischenlastbereiche verlaufen die Kennlinien der Feder 7 entsprechend dem strichpunktiert gezeichneten Verlauf zwischen der Kennlinie 16 für maximale und der Kennlinie 15 für minimale Belastung.
  • Die Meßfeder 8 soll an der Federarbeit möglichst keinen Anteil haben. Sofern sie durch ihre hohe Steifigkeit nicht sowieso schon jedes Mitschwingen im Federsystem ausschließt, kann sie noch durch ein Gehäuse mit Kolben und Faltenbalg 17 umschlossen werden. Dieses Gehäuse wird mit einer Flüssigkeit, z. B. Öl, gefüllt und verhindert über die kalibrierte Bohrung 18 und das Ausdehnungsgefäß 19 durch die hohe dämpfende Wirkung, daß die Meßfeder 8 schwingt. Sie wird sich nur noch dem mittleren Lastwert entsprechend langsam einstellen und damit über die Stange 12 die richtige Einstellung der Kniehebel 11 bewirken.
  • In den Abb. 1 und 2 ist das System einer solchen Meßfeder mit einer Fahrzeugfeder, die auf beide Fahrzeugseiten wirkt, als Beispiel gezeigt. Es kann aber auch an jeder Fahrzeugseite ein besonderes derartiges Federsystem angeordnet werden. Bei der beschriebenen und dargestellten Anordnung besteht noch die Möglichkeit, daß die Übertragungswelle 4 durch Verwendung von Torsionsstäben als zweite Feder mitverwendet wird, wodurch ein federnder Lastausgleich etwaiger Lastunterschiede auf der rechten und linken Seite des Fahrzeuges ermöglicht wird. Auch eine Trennung der Welle 4 in zwei Teile, von der jede getrennt auf den Stützhebel 6 wirkt, ist möglich.
  • Die Änderung der Übersetzung der Kniehebel, die auch durch eine beliebige andere Bauart ersetzt werden können, kann nicht nur, wie dargestellt, mechanisch mit Hilfe der Stange 12, sondern auch in beliebiger und bekannter Weise über hydraulische, pneumatische und elektrische Hilfsmittel, sei es direkt, sei es über Servo-Anlagen bewährter Bauformen, gesteuert werden. Damit in den Gelenken und Rollen, z. B. der Auflagerrolle 20, keine metallische Reibung entsteht, die bei schlechter Schmierung einer Drehbewegung hindernd entgegenstehen würde, sind solche Gelenke und Rollen in Anlehnung an bekannte Ausführungen mit Schwingmetallkörpern auszustatten.

Claims (6)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Fahrzeugfederung, insbesondere für Eisenbahnfahrzeuge, die sich unter Verwendung einer üblichen Fahrzeugfeder aus Stahl oder Gummi finit flachem Kennlinienverlauf bei statischer Belastung infolge selbsttätiger Änderung des wirksamen Hebelverhältnisses Belastungsänderungen anpaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung des wirksamen Hebelverhältnisses selbsttätig durch die den verschiedenen Belastungen entsprechend verschiedene Durchfederung einer in die Übertragung der senkrechten Kräfte eingeschalteten Feder (8) erfolgt und die von der Fahrbahn herrührenden dynamischen Kräfte unabhängig von der nur auf die jeweilige statische Belastung ansprechenden Feder (8) vom Fahrzeugrad unmittelbar auf die Fahrzeugfeder (7) übertragen werden, wobei die der verschiedenen Durchfederung der Feder (8) jeweils entsprechenden verschiedenen Kennlinien für die Abfederung der dynamischen Kräfte in allen Lastbereichen der Charakteristik der Fahrzeugfeder (7) entsprechend nahezu linear verlaufen.
  2. 2. Fahrzeugfederung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dynamischen Kräfte vom Fahrzeugrad auf die Fahrzeugfedern über eine Auflagerrolle (20) mit einem Winkelhebel (5, 6) und einer weiteren Rolle (10) übertragen werden.
  3. 3. Fahrzeugfederung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der Feder (8) eine Waage verwendet wird.
  4. 4. Fahrzeugfederung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in die senkrechte Kraftübertragung eingeschaltete Waage oder Feder (8) mit einer stark wirkenden Dämpfungseinrichtung (18) versehen ist, damit ihre Teilnahme an der Abfederung der dynamischen Kräfte verhindert wird.
  5. 5. Fahrzeugfederung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der wirksamen Hebelübersetzung in an sich bekannter Weise mechanisch, pneumatisch, elektrisch, hydraulisch oder mit Hilfe einer Servo-Einrichtung bekannter Bauweise erfolgt.
  6. 6. Fahrzeugfederung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in den Gelenken und Rollen in an sich bekannter Weise Schwingmetallkörper verwendet werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 441580, 519 996, 610 493, 630 427, 845 452, 926 406, 928 932, 929 465; Zeitschriften: »Eisenbahntechnische Rundschau« vom März 1954 (Sonderausgabe 3), S. 65; »Kautschuk-Anwendungen« Nr. 4, 2. Jahrgang, vom September 1952, Delft (Holland), S. 90 und 91.
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Citations (8)

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DE441580C (de) * 1924-09-25 1927-03-11 Ernst Kreissig Federanordnung
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