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Die Erfindung betrifft eine hydraulische Feder für Fahrzeuge, insbesondere
Schienenfahrzeuge, bei der durch das Fahrzeuggewicht eine Flüssigkeit unter Druck
gesetzt und der Druck in einen mit Flüssigkeit gefüllten Behälter weitergeleitet
wird.
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Derartige Federn bezwecken eine weitgehende Auschaltung von Reibungsverlusten,
wie sie beispielsweise bei Blattfedern gegeben sind, so daß die Feder auf feinste
Stöße elastisch anspricht und Fahrgast und Ladegut nur geringen Stoßbeschleunigungen
unterworfen sind.
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Es ist bekannt, zur Erfüllung dieser Erfordernisse für Federn der
eingangs genannten Art untereinander verbundene Luftpolster zu verwenden, die durch
luftgefüllte Blasen gebildet und von einer Druckflüssigkeit beaufschlagt werden.
Diese Blasen sind aus stark dehnbarem Werkstoff gefertigt und weisen einen Wandungsteil
auf, der als Abschlußorgan für die Verbindung zwischen den Räumen für das flüssige
Druckmittel dient (deutsche Patentschrift 907 150). Mit den Mitteln dieser
Lösung ist zwar eine Trennung zwischen Luft und Druckflüssigkeit erreicht, es handelt
sich im vorliegenden Fall jedoch um eine reine Luftfeder, die mit allen artgemäßen
Nachteilen, wie dauernde Druckbeobachtung, Druck- und Volumenregulierung, behaftet
ist.
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Weiterhin ist es bekannt, für Fahrzeugfederungen die Druckflüssigkeit
innerhalb eines Zylinders auf einen Kolben einwirken zu lassen, der ein Luftpolster
oder eine mechanische Feder beaufschlagt (USA.-Patentschrift 2 885 202). Durch die
Verwendung solcher Kolben entstehen jedoch unvermeidliche Leckverluste, die eine
Verfälschung der Federarbeit mit sich bringen und dauernde Wartung oder besondere
Pumpeinrichtungen zum Ausgleich der Leckverluste verlangen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit wesentlich einfacheren
und sichereren als bisher bekannten Mitteln eine übertragung der Druckflüssigkeit
auf mechanisch arbeitende Federkörper zu schaffen, die gesamte Federungsanlage wartungslos
zu gestalten und durch möglichst ideale Progression der Federkennlinie jedem Belastungsfall
Rechnung zu tragen.
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Diese Aufgabe wird bei einer hydraulischen Feder der eingangs beschriebenen
Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem Behälter befindliche kugelförmige,
ringförmige oder zylindrische Hohlkörper dem Flüssigkeitsdruck unmittelbar ausgesetzt
sind. Diese Hohlkörper leisten praktisch entsprechend dem auf sie einwirkenden Flüssigkeitsdruck
die Federungsarbeit. Die Anordnung der Hohlkörper innerhalb eines separaten Behälters
ermöglicht dessen - zu der Flüssigkeitspumpe unabhängigen -Einbau an beliebiger
Stelle des Fahrzeugs. Durch die freie Wahl des Einbauorts ist wiederum eine unabhängige
Ausbildung der Federeinzelteile gegeben. Dort, wo es die Einbauverhältnisse gestatten,
können Flüssigkeitspumpe und Behälter mit Hohlkörpern zu einer Einheit zusammengefaßt
sein. Die hydraulische Feder nach der vorliegenden Erfindung läßt sich bei Fahrzeugen
beispielsweise zur vertikalen oder horizontalen Abfederung des Wagenkastens gegen
das Untergestell, der Radsätze und der Wiegen von Drehgestellen in vorteilhafter
Weise anwenden.
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In Ausgestaltung der Erfindung können sich im Inneren der Hohlkörper
volle oder hohle Kugeln, ringförmige Rohre, Stäbe oder Rohre als Federbegrenzung
befinden und damit zur Bestimmung der Federcharakteristik angeordnet werden.
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Um eine progressive Federkennlinie zu erreichen, ist es nach einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung gegeben, daß die Hohlkörper unterschiedliche
Härte oder verschiedene Abmessungen aufweisen. Es liegt weiter iin Wesen der Erfindung,
die Behälter von zwei oder mehreren Federn durch eine Ausgleichleitung zu verbinden.
Auf diese Weise ist mit einfachen Mitteln zwecks Erzielung gleicher Raddrücke bei
unebener Fahrbahn ein Federausgleich mehrachsiger Fahrwerke gegeben.
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Bei Anwendung der bisher beschriebenen Erfindungsmerkmale und Ausführungsformen
wird für die Flüssigkeitspumpe eine Membranpumpe vorgeschlagen, die infolge ihrer
Dichtigkeit im Gegensatz zu einer Zylinderkolbenpumpe keine Leckverluste aufweist
und dadurch eine stete Bereitschaft der Feder gewährleistet. Derartige Membranpumpen
können beispielsweise bei der Abfederung von Eisenbahnwagen gegenüber ihren Radsätzen
so gestaltet sein, daß sie die mit Spiel in den Achshaltern pendelnden Radsätze
stets in ihre Nullage zurückbringen. In der Verbindungsleitung zwischen Pumpe und
Behälter angebrachte bekannte Drosselvorrichtungen dämpfen die Federschwingungen,
so daß sich besondere Flüssigkeitsdämpfer erübrigen. Durch die Einschaltung von
ebenfalls bekannten Druckanzeigegeräten in den Flüssigkeitslauf ist des weiteren
die Möglichkeit der jederzeitigen Kontrolle der Fahrzeugbelastung, des Schwingungsverhaltens
der Wagenmassen und der Funktion der Federn gegeben. Die Druckanzeigegeräte können
dabei durch eine bekannte elektrische Fernübertragung mit dem Führerstand des Fahrzeuges
oder sonstigen Prüfständen verbunden sein. Schließlich kann durch den Flüssigkeitsdruck
zugleich auch der Bremskraftregler zur stufenweisen Abbremsung des Fahrzeuges nach
dem jeweiligen Belastungszustand beeinflußt werden.
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Hydraulische Federn gemäß der Erfindung haben nahezu keine schädlichen
Reibungsverluste. Sie eignen sich auf Grund ihrer progressiven Kennlinie besonders
für leichte und schnellfahrende Fahrzeuge mit stark wechselnder Belastung und bewirken
für jeden Belastungsbereich auf Grund ihrer nahezu idealen progressiven Federkennlinie
gleich gutes Federungs- und Schwingungsverhalten. Die gesamte Federungsanlage ist
einfach, übersichtlich und wartungslos. Demzufolge verursacht sie niedrige Anschaffungs-
und Unterhaltungskosten. Da sie keine maschinell betriebenen Pumpen und Kompressoren
benötigt, ist sie von Energiequellen unabhängig und kann daher auch für jedes gezogene
Fahrzeug verwendet werden. Noch so lange Standzeiten haben keinen Federungsverlust
zur Folge. Gegenüber in der Härte unveränderlichen Stahlfedern genießt die hydraulische
Feder gemäß der Erfindung den Vorteil, durch Zufügen oder Fortnehmen von Hohlkörpern
oder Austauschen gegen härtere oder weichere, größere oder kleinere unterschiedliche
Federkenmlinien zu ermöglichen, so daß jederzeit jedes abzufedernde Gewicht genau
aufgewogen werden kann.
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In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch
dargestellt. Es zeigt A b b. 1 den Federbehälter und eine Membranpumpe im Schnitt,
A
b b. 2 den Federbehälter im Querschnitt, A b b. 3 einen ringförmigen Hohlkörper
im Grundriß, A b b. 4 einen Querschnitt zu Abb. 3, A b b. 5 einen kugelförmigen
Hohlkörper im Querschnitt.
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Wie aus A b b. 1 hervorgeht, wird durch das Fahrzeuggewicht eine Membranpumpe
A in Pfeilrichtung beaufschlagt. Die Membranpumpe A besteht aus den beiden metallischen
Druckstücken 1, dem Gehäuse 2 und dem Gummikörper 3 mit dem Hohlraum 4. Durch die
halbkugelförmige bzw. konische Ausbildung der Druckstücke 1 bzw. des Gehäuses 2
wird der Gummikörper 3 mit fortschreitender Belastung der Membranpumpe A radial
in steigendem Maße auf Druck vorgespannt und dadurch in vorteilhafter Weise zur
Aufnahme von Schubbeanspruchungen vorbereitet. Bei einer horizontalen Verschiebung
der Druckstücke 1 zueinander erfolgt ein Verwalken des Gummikörpers 3 unter gleichzeitiger
Abstützung auf dem Gehäuse 2. Nach Wegfall der die horizontale Verschiebung auslösenden
Kräfte stellen sich die Druckstücke 1 infolge der Rückstellkraft des Gummikörpers
3 in ihre Nullage zurück. Eine andere Art zur Erzeugung eines Flüssigkeitsdruckes
besteht in der Verwendung von Faltenbälgen, wie sie vorzugsweise für Luftfedern
bekannt sind. Die Ausführung der Membranpumpe ist nicht an das in A b b. 1 dargestellte
Beispiel gebunden. Wird nur eine geringe Federung benötigt, die von einem einzigen
Membrankolben geleistet werden kann, so kann man das Gehäuse 2 auf der einen Seite
durch einen Bodendeckel abschließen.
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Von dem Hohlraum 4 der Membranpumpe A führt eine rohr- oder schlauchförmige
Verbindungsleitung 5 zu dem Behälter B. Dieser besteht aus dem Zylinder 6 und den
Deckeln 7. In dem Behälter B befinden sich die durch die Flüssigkeit auf Druck beanspruchten
Hohlkörper 8, die verschieden gestaltet sein können. Im vorliegenden Falle handelt
es sich um sieben rohrartige, an den Enden geschlossene Hohlkörper 8, in deren Hohlraum
sich jeweils ein Rohr 10 befindet, dessen Außendurchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser
des Hohlkörpers B. Der in der Membranpumpe A auf eine Flüssigkeit ausgeübte Druck
pflanzt sich über die Verbindungsleitung 5 auf den gleichfalls mit Flüssigkeit gefüllten
Behälter B fort und beansprucht die in diesem enthaltenen Hohlkörper 8 ebenfalls
auf Druck. Diese federn in radialer Richtung, bis sie an den Rohren 10 zur Anlage
kommen, wobei ein vorhandenes gasförmiges Medium 9 gegebenenfalls durch Bohrungen
in den Rohren 10 nach Innen diffundieren kann. Der Gasinhalt 9 (Luft, Stickstoff
od. dgl.) wird hierbei nur minimal verdichtet, so daß die Federarbeit hauptsächlich
vom Werkstoff der Hohlkörper 8 geleistet werden muß (A b b. 2).
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Bei unterschiedlicher Härte des Werkstoffs der Hohlkörper 8 erhält
man ohne deren Änderung in der Form eine progressiv wirkende Feder, da die Hohlkörper
8 dann nacheinander am inneren Begrenzungsrohr 10 zur Anlage kommen. Die inneren
Begrenzungsrohre 10 können auch auf ihrer Länge unterschiedliche Außendurchmesser
erhalten, so daß sich die Längenteilchen eines jeden Hohlkörpers 8 nacheinander
an die Begrenzungsrohre 10 anlegen. Schließlich kann die Progressivität auch
durch Veränderung der Abmessungen einzelner Hohlkörper 8 bei gleichbleibender Qualität
erreicht werden. Wie schon gesagt, bestehen die Hohlkörper 8 aus Metall, Kunststoff
oder Gummi, wobei Metall insbesondere für hohe Betriebsdrücke in Frage kommt.
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Der in den A b b. 3 und 4 gezeigte Hohlkörper 8 ist ringförmig gestaltet
und weist innen ein Rohr 13 als Federbegrenzung auf. Hohlkörper dieser Art können
gleichfalls in einem Behälter B in einer Vielzahl nebeneinander angeordnet sein.
Bei kugelförmigen Hohlkörpern 8 nach A b b. 5 kann im Inneren eine volle oder besser
eine hohle Kugel 14 angeordnet sein. Je kleiner und zahlreicher die Hohlkörper 8
sind, desto leichter lassen sich die jeweils gewünschten Federkennlinien verwirklichen.
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Die zu verwendende Flüssigkeit für die Druckübertragung von der Membranpumpe
A zum Behälter B richtet sich nach dem für Hohlkörper 8 und Membranpumpe
A vorgesehenen Werkstoff. Bei Gummi, insbesondere Naturgummi, wird man öl vermeiden,
weil dieses ein Quellen des Gummis hervorruft. Glyzerin ist dagegen unschädlich
und außerdem frostunempfindlich. Für den Anschduß der rohr- oder schlauchförmigen
Verbindungsleitung 5 an der Membranpumpe A dient das Gehäuse 2.
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In Abhängigkeit von der in Membranpumpe A und Behälter B einzugebenden
Flüssigkeitsmenge können Fahrzeugboden bzw. Pufferstand der Höhe nach eingestellt
werden.
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Ist eine Schwingungsdämpfung erforderlich, so kann durch Einbau einer
Blende oder eines Ventils in die Verbindungsleitung 5 zwischen Pumpe A und Behälter
B jeder gewünschte Dämpfungsgrad erzielt werden.
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Die Ansprüche 2 bis 4 gelten als echte Unteransprüche nur in Verbindung
mit dem Anspruch 1.