DE1132949B

DE1132949B - Lastabhaengig regelbare Gummifeder fuer Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge

Info

Publication number: DE1132949B
Application number: DED23423A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Gustav-Adolf Gaebler
Original assignee: Deutsche Bundesbank
Current assignee: Deutsche Bundesbank
Priority date: 1956-05-29
Filing date: 1956-07-23
Publication date: 1962-07-12

Description

Gegenstand der Hauptpatentanmeldung D 23040 11/20 d ist eine Einrichtung, mit der es möglich ist, die Kennlinien von Gummifedern der veränderlichen Nutzlast bei Fahrzeugen anzupassen, so daß jedem einzelnen Lastzustand eine vorbestimmbare Federkennlinie entspricht. Diese Einrichtung bedient sich ausschließlich normaler Gummifedern, deren Einbauwinkel, Spannhebellängen oder sonstige Kraftangriffspunkte im betriebsmäßigen Zustand lastabhängig so verändert werden können, daß für jeden Lastzustand auf einer anderen zugehörigen, vorher bestimmten Federkennlinie gefahren werden kann.

Einrichtungen dieser Art sind jedoch an den für normale Gummifedern charakteristischen Kennlinienverlauf gebunden, der sich innerhalb von verhältnismäßig engen Grenzen bewegt. Es bereitet somit Schwierigkeiten, eine vollständige Angleichung der Federkennlinie an den jeweiligen Lastzustand zu erreichen.

Aufgabe des Zusatzpatentes ist es somit, diesen Nachteil zu beseitigen und die Federkennlinien durch entsprechende konstruktive Maßnahmen und Federkombinationen in so weiten Grenzen abwandelbar zu gestalten, daß man praktisch jeden gewünschten Kennlinienverlauf erreichen kann. Denn die erwünschteste Kennlinie für Federsysteme bei Fahrzeugen mit veränderlicher Last hat im Bereich der geringen Federdurchbiegung einen progressiven Charakter, der sodann im Arbeitsbereich in einen annähernd horizontalen Verlauf einbiegt, um zum Ende des Arbeitsbereiches, also bei höchster Durchfederung, wieder stark progressiv zu werden. Federn mit solchen Kennlinien gestatten eine sehr weiche Abfederung im Betriebsbereich mit einer Sicherung gegen zu weites Ausschwingen der Federn in den Betriebsgrenzbereichen, sie können nur als lastabhängig regelbare Federn entwickelt werden, da der eine sehr weiche Federung vermittelnde KennMnienverlauf im Betriebsbereich nur für eine jeweils ganz bestimmte, eng begrenzte Last einstellbar ist.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei Verwendung eines aus zwei Gummifedern bestehenden Federsystems der Kennlinienverlauf durch eine von der Federbewegung beim Durchschwingen der Federn mittels Lenker abgeleitete Vergrößerung des Federeinbauwinkels der Gummifedern im Anlenkpunkt im Verlaufe des ersten Teils des Federweges und sodann wieder eine Verkleinerung des Winkels im Anlenkpunkt im Verlaufe des zweiten Teils der Durchfederung nach dem Durchgang der Lenker durch die Strecklage bewirkt wird.

In den Zeichnungen (Abb. 1 bis 7) sind mehrere Lastabhängig regelbare Gummifeder

für Fahrzeuge,
insbesondere Schienenfahrzeuge

Zusatz zur Patentanmeldung D 23 040II/2Od
(Auslegeschrift 1 127 938)

Anmelder:

Deutsche Bundesbahn,
vertreten durch das Bundesbahn-Zentralamt Minden,
Minden (Westt), Weserglacis 2

Dr.-Ing. Gustav-Adolf Gaebler, Langen (Hess.),
ist als Erfinder genannt worden

Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung dargestellt:

Abb. 1 zeigt ein regelbares Gummifedersystem mit einem teils progressiven, teils ebenen Kennlinienverlauf. Hierbei ist die Radachse 1 mit dem Achslagergehäuse 2 über die Anlenkpunkte 3 mit dem Gummifedersystem 4 verbunden, das sich über Gelenke 5 und die Platten 6 gegen die verschiebbaren Bolzen 8 am Fahrzeugrahmen 7 abstützt. Das Federsystem ist durch Verschieben der Bolzen 8 und damit Veränderung der Neigung der Gummifedern 4 gegenüber dem Achslagergehäuse 2 regelbar. Das Achslagergehäuse 2 ist im Gelenk 10 über die Lenker 11 mit den Gelenkpunkten 5 verbunden. Bei der auf- und abgehenden Federbewegung werden über diese Lenkeranordnung die Gelenkpunkte 5 zunächst bis zur waagerechten Strecklage der Lenker 11 nach außen geschoben und bei weiterer Durchfederung wieder entsprechend der neuen Winkellage der Lenker 11 zusammengezogen. Damit wird während jeder Durchfederung entsprechend dem Grade der Durchfederung, also dem Federweg, der Einstellwinkel des Gummifedersystems geändert und damit auch die Federkraft, so daß entsprechend der Länge der Lenker 11 und der Federwege sowie der Grundkennlinien des Gummifedersystems 4 eine schleifenförmige, anfangs progressive, später horizontale oder sogar dregressive und dann wieder progressive Kennlinie entsteht.

209 61S/85

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Will man ein solches Gummifedersystem nicht last- gesamte Last nur von dem Gaspolster in dem Behälter abhängig regelbar gemäß der Hauptpatentanmeldung 16 getragen wird. Wird das Federsystem durch einen machen, sondern über eine vorgeschaltete andere Stoß von außen zum Schwingen angeregt, so schwingt regelbare Feder, z. B. eine Gasfeder regeln, so kann die Gummifeder 35 mit Kraftrichtungswechsel nach eine Anordnung gemäß Abb. 2 (Prinzip-Schaltbild) 5 unten und oben aus entsprechend einem Kennliniengewählt werden, durch die der konstruktive Aufbau verlauf, wie er in Abb. 6 im Kennlinienschaubild für des Gummifedersystems sehr vereinfacht wird und die die Gummifeder 35 durch die Kennlinie F1 dargestellt Vorteile eines Gummifedersystems mit dem eines Gas- ist. Dabei schwingt aber auch das Gaspolster im Befedersystems vereinigt werden. In Abb. 2 ist die Rad- halter 6 entsprechend dem Kennlinienverlauf F 2 bei achse 1 über das Achslagergehäuse 2 im Gummifeder- io minimaler Last bzw. F 2' bei maximaler Last mit. Die system 4 ebenso wie in Abb. 1 dargestellt gelagert und Gummifeder 35 ist durch die Hubbegrenzer 20 und dadurch die Kennlinien des Gummifedersystems 4 21, die in bekannter Weise bei einer gewissen Durchdurch die Hebel 11 zwischen dem Achslagergehäuse 2 federung Teile der Gummifeder ausschalten, in der und den Gelenkpunkten 5 erst progressiv, dann Kennlinie so abgestimmt, daß sie den gewünschten degressiv und später wieder progressiv (vgl. die in 15 Verlauf erhält, nämlich im Mittelbereich fast horizon-Abb. 3 zur Erläuterung gezeichnete Kennlinie Fl der tal und in den Endbereichen progressiv (vgl. in Abb. 6 Gummifeder 4). Zwischen dem Fahrzeugrahmen 7 die Kennlinie Fl). Das Federsystem, auf das die Last und dem Achslagergehäuse 2 ist hierbei noch die von oben in der Pfeilrichtung wirkt, ist im Federträger regelbare Gasfeder 12 bekannter Bauweise geschaltet, 22 befestigt, der von dem Achslagergehäuse dargestellt die mit den Kennlinien für minimale Last F 2 und für 20 wird.

maximale Last F 2' arbeitet entsprechend der jeweils Will man der im Behälter 16 mit der Gummifeder

über das Regelorgan in der Gasfeder eingestellten 35 gekuppelten regelbaren Gasfeder eine weiche Gasfüllung. Durch die leicht progressive Kennlinie F 2' Charakteristik geben, so muß man den Behälter 16 der Gasfeder 12 wird die in diesem Betriebsbereich sehr groß machen. Dies ist konstruktiv ungünstig. Aus zum Teil degressive Kennlinie Fl des Gummifeder- 25 diesem Grunde ist der untere Teil des Behälters 16 systems 4 dergestalt korrigiert, daß sich ein fast hori- durch eine weitere Gummifeder 23, die im Interesse zontaler, nur wenig ansteigender Kennlinienverlauf eines hohen Weichheitsgrades im Durchmesser größer einstellt, so wie er in Abb. 3 durch die Kennlinie F3 gewählt ist, geschlossen, die nur einer Richtung, näm- bzw. F 3' der resultierenden Kennlinie des Feder- lieh dem Gasdruck im Behälter 16 entgegenwirkt, systems beispielsweise dargestellt ist. Der Betriebsbe- 30 Dadurch wird erreicht, daß beim Durchfedern der reich des Federsystems ist zwischen diesen beiden Gummifeder 35 und Verdichten des Gasvolumens im resultierenden Kennlinien F 3 und F 3* schraffiert dar- Behälter 16 sich der spezifische Flächendruck auf die gestellt. Aus dem Diagramm ist zu erkennen, daß auf Gummifeder 23 erhöht und diese ebenfalls nachgibt, diese Weise durch Verwendung vonregelbaren Gummi- wodurch die aus dem Behälter 16 bestehende Gasfedern 4 mit Lenkern 11 oder von regelbaren Gummi- 35 feder eine weichere Kennlinie erhält, federn 4 mit einer Gasfeder 12 ein Kennlinienverlauf Des besseren Verständnisses halber sind diese Vorerreichbar ist, wie er bisher mit gebräuchlichen Feder- gänge in Abb. 6 dargestellt: Die Kennlinie Fl der bauarten nicht erreichbar war und für den Betriebs- Gummifeder 35 liegt entsprechend der Einstellung bereich der Federbewegung ein Weichheitsgrad ein- der Gasfeder im Ruhezustand in der Mitte des Argestellt werden kann, der ohne überhöhten Konstruk- 4° beitsbereiches etwa mit der Vorspannung Null. Die tionsaufwand und ohne Veränderung der normalen Kennlinien der Gasfeder F 2 und F 2' für minimale Höhenlage des Fahrzeuges über der Fahrbahn auf und maximale Last werden durch die Kennlinie F 3 andere Weise nicht erreichbar war. der Gummifeder 23, die progressiv im negativen Be-

Das in Abb. 1 dargestellte Gummifedersystem zeigt reich verläuft, in eine horizontalere Lage heruntergeaußerdem zwei Lösungen für die Regelung des Ab- 45 holt, und zwar der Lage F 4 bzw. F 4' entsprechend. Standes zwischen den Gummifedern 4 und den Ge- Durch das Einbeziehen der Kennlinie Fl in die beilenkpunkten 9. Auf der rechten Seite ist ersichtlich, den resultierenden Kennlinien F 4 bzw. F 4' entsteht wie die Durckvorspannung in den Gummifedern 4 die endgültige Kennlinie des Federsystems F_R bzw. durch die Druckfeder 13 etwa konstant gehalten wer- F_R' als resultierende Kennlinie des gesamten Syden kann. Man kann aber auch, wenn dies zweck- 50 stems, die für den hervorgehobenen Arbeitsbereich mäßiger ist, die Gelenkpunkte 9 über die Stange 14 eine besonders weiche Charakteristik für die in miteinander verbinden (linke Bildseite), wobei zwecks diesem Bereich verlaufende Kennlinienschar ergibt, einfacher Einstellmöglichkeit der Länge der Stange während in den Grenzbereichen die erwünschte stär-14 die Einstellvorrichtung 15, die entweder als kere Progressivität erhalten bleibt. Justiereinrichtung oder auch als im Betrieb veränder- 55 Solche regelbaren Gummifedersysteme lassen sich liehe Einstellvorrichtung ausgebildet sein kann, an- noch weiterhin stark variieren und auch mit hydraugebrachtist. lischen Stoßdämpfereinrichtungen verbinden, wenn

Es besteht aber auch die Möglichkeit, lastabhängig z. B. eine Anordnung gemäß Abb. 5 gewählt wird, regelbare Gasfedergummisysteme konstruktiv zusam- Hier ist ein Federsystem gemäß Abb. 4 mit Flüssigmenzubauen. Ein solches Ausführungsbeispiel veran- 60 keit gefüllt, und das federnde Gaspolster ist nicht schaulicht Abb. 4. Hierbei ist die Gummifeder 35 mehr in dem Behälter 16, sondern nunmehr in dem gasdicht in den geschlossenen Behälter 16 einvulkani- Behälter 24 untergebracht. Bei dem Federspiel der siert, der mit seiner Gasfüllung die regelbare Gasfeder Gummifeder 35 wird nunmehr Flüssigkeit in den Bedarstellt. Das Gasvolumen kann über die Leitung 17, halter 24 gedrängt bzw. aus diesem entnommen, je das lastabhängig steuernde Steuerventil 18 in Verbin- 65 nach der Bewegungsrichtung der Gummifeder 35. Der dung mit dem Kompressor 19 lastabhängig verändert Flüssigkeitsstrom wird durch eine Dämpfung üblicher werden. In der Ruhelage und bei leerem Fahrzeug ist Bauart gedämpft, wobei durch die Flüssigkeit im Bedie Feder 35 in der Mittellage vorspannungslos, da die hälter 16 die beiden Gummifedern 35 und 23 ge-

wissermaßen mechanisch miteinander gekuppelt werden. Diese Dämpfung besteht aus einem Klappenventil 26, welches sich beim Durchfedern öffnet, und parallel hierzu geschalteten Drosselbohrungen 25, deren Durchflußquerschnitt den Forderungen des Betriebs entsprechend eingestellt ist. Die Änderung des Druckpotentials im Behälter 16 wird, wie bereits beschrieben, durch den Kompressor 19 in Verbindung mit dem Vorratsbehälter 27 und dem Steuerventil 18 bewirkt.

Auf diese Weise ist es auch möglich, Gummifedersysteme in Verbindung mit Gasfedersystemen zu bauen, bei denen der Gummi vor den korrosiven Wirkungen der verwendeten Gase geschützt werden muß, wie dies z. B. bei thermischen Federn unter Verwendung von Ammoniak, Schwefeldioxyd oder Frigenen usw., notwendig werden kann. In diesen Fällen muß eine Übertragerflüssigkeit gewählt werden, die für diese Gase kein nennenswertes Lösungsvermögen hat. An Stelle der in den beschriebenen Beispielen angewendeten Druck- bzw. Schergummifedern können auch Drehgummifedern verwendet werden, mit deren Hilfe gleichfalls regelbare Gummigasfedersysteme gebildet werden können, wie das in Abb. 7 dargestellte Beispiel zeigt. Die Drehgummifeder 28 ist hierbei zwischen dem Mantel 29 und dem Drehstab 30 eingespannt und in der dargestellten Lage spannungslos, bei Durchfederung nach oben und unten jedoch positiv bzw. negativ progressiv. Mit ihrer Hilfe wird die Kennlinie der regelbaren Gasfeder 31, die zusammen mit der Drehgummifeder 28 zwischen die Lastangriffspunkte 32 und 33 geschaltet ist, im Betriebsbereich beliebig weich gestaltet und somit sichergestellt, daß in den Grenzgebieten die notwendige Progressivität erhalten bleibt.

Der Kennlinienverlauf entspricht auch hier wieder den bereits in Abb. 3 und 6 im Prinzip dargestellten Kennlinienbildern. Auch bei diesem Federsystem kann die Drehgummifeder 28 durch Veränderung ihres Hebelarmes lastabhängig regelbar gemacht werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Lastabhängig regelbare Gummifeder für Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge, mit für jeden Lastzustand vorbestimmbarer Federkennlinie, die zunächst steil, dann flach und dann wieder steil verläuft, nach Patentanmeldung D 23040II/2Od, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines aus zwei Gummifedern (4) bestehenden Federsystems der Kennlinienverlauf durch eine von der Federbewegung beim Durchschwingen der Federn mittels Lenker (11) abgeleitete Vergrößerung des Federeinbauwinkels der Gummifedern im Anlenkpunkt (8) im Verlaufe des ersten Teils des Federweges und sodann wieder eine Verkleinerung des Winkels im Anlenkpunkt (8) im Verlaufe des zweiten Teils der Durchfederung nach dem Durchgang der Lenker durch die Strecklage bewirkt wird.

2. Gummifeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelstellung der Gummifedern (4) durch ein zweites Längenänderungsorgan (15) zum Zwecke der Einstellung bzw. Veränderung der Federkennlinie unter Last einstellbar ist (Abb. 1).

3. Gummifeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zwischengeschaltete regelbare Gasfeder die Stellung der Lenker (11) steuert (Abb. 2).

4. Gummifeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Kennlinienverlauf durch eine zusätzliche, in der Mittellage spannungslose Gummifeder (35) bewirkt wird, wobei die Mittellage etwa einer halben Federdurchbiegung der Gummifedern (4) entspricht (Abb. 4).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 720 454, 889 007,
909 404, 909 533, 940 805;

USA.-Patentschrift Nr. 2 421 585.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen