DE1455227C - Hydropneumatische Stoßaufnahmevorrich tung für Schienenfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydropneumatische Stoßaufnahmevorrichtung für Schienenfahrzeuge, insbesondere für Mittelpufferkupplungen von Schienenfahrzeugen, bestehend aus einem Zylinder mit einem in diesem beweglichen Hohlkolben, der auf seiner dem Innenraum des Zylinders zugekehrten Stirnseite durch eine Drosselöffnungen aufweisende Kolbenscheibe verschlossen ist und der in seinem Hohlraum einen diesen Hohlraum in zwei voneinander getrennte Teilräume aufteilenden Schwimmkolben aufweist, wobei sich in den durch die Drosselöffnungen der Kolbenscheibe verbundenen Räumen innerhalb des Zylinders und des Hohlkolbens Hydraulikflüssigkeit befindet, während der von der Kolbenscheibe des Hohlkolbens entferntere, durch den Schwimmkolben abgeschlossene Teilraum des Hohlkolbens mit vorgespanntem Gas gefüllt ist, und bestehend aus einem erst bei einem bestimmten Hub der Vorrichtung wirksam werdenden zusätzlichen Federelement, das innerhalb des Zylinders zwischen der Kolbenscheibe des Hohlkolbens und dem Boden des Zylinders angeordnet ist.

Bei einer bekannten hydropneumatischen Stoßaufnahmevorrichtung dieser Art besteht das erst bei einem bestimmten Hub der Vorrichtung wirksam werdende zusätzliche Federelement aus einer am Boden des Zylinders befestigten, scheibenartig ausgebildeten Gummifeder, die erst in der letzten Phase des Gesamthubs der Vorrichtung durch die Kolbenscheibe des Hohlkolbens beaufschlagt wird. Die zusätzliche Gummifeder dieser bekannten Vorrichtung kommt somit nur bei sehr großen Stoßkräften und lediglich auf einem kleinen Teil des Gesamthubs der Vorrichtung zur Wirkung, sie übt jedoch in dem den normalen Betriebsbedingungen entsprechenden Hubbereich der Vorrichtung praktisch keinen Einfluß auf die Stoßaufnahmewirkung aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stoßaufnahmevorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die auch bei Auftreten einer eine gewisse Zeit andauernden, zwar erhöhten, jedoch noch üblichen Betriebszuständen entsprechenden Belastung, z. B. beim Abbremsen oder Anfahren des Zuges oder bei längeren Steigungen, eine zusätzliche Federkraft wirksam werden läßt und die darüber hinaus noch eine genügende Hubreserve aufweist, um über eine solche erhöhte Belastung hinausgehende sehr große Kräfte federnd aufnehmen zu können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das zusätzliche Federelement aus einem in dem Innenraum des. Zylinders geführten zweiten Schwimmkolben besteht, der auf ein vorgespanntes Gasvolumen in dem Raum zwischen dem zweiten Schwimmkolben und dem Boden des Zylinders einwirkt und der an einer sich durch eine innerhalb des Zylinders axial festgelegte, den mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Raum gegenüber dem zweiten Schwimmkolben abdichtende Trennscheibe erstreckende Mitnehmerstange anliegt, die nach dem dem Ansprechen des zusätzlichen Federelementes entsprechenden Hub der Vorrichtung von der Kolbenscheibe des Hohlkolbens mitgenommen wird.

Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung ergibt sich der Vorteil, daß das zusätzliche Federelement funktionsmäßig nicht auf die Aufnahme von Spitzenbelastungen im letzten Teil des Gesamthubs der Vorrichtung beschränkt ist, sondern auch zur Aufnahme von gleichförmigen bzw. langsam anschwellenden höheren Belastungen, wie sie schon im normalen Betrieb auftreten, herangezogen wird.

Um einen zu schnellen Rückhub des Hohlkolbens im Zylinder in die Ausgangsstellung zu verhindern, ist es zweckmäßig, daß gemäß der weiteren Erfindung zur Verstärkung der Dämpfung des Rückhubes der Vorrichtung ein axial beweglicher Drosselring vorgesehen ist, der beim Rückhub einen Teil des Querschnitts der Drosselöffnungen verschließt.

ίο In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Stoß aufnahmevorrichtung, teils im Längsschnitt,
F i g. 2 und 3 im Teilquerschnitt bzw. Teillängsschnitt in größerem Maßstab Einzelheiten der Vorrichtung,

F i g. 4 bis 6 die Vorrichtung im Längsschnitt in verschiedenen Betriebsstellungen, und zwar in völlig ausgefahrener Stellung, in einer Zwischenstellung und

ao in völlig eingeschobener Stellung,

Fig. 7 das Arbeitsdiagramm der Stoßaufnahmevorrichtung.

Die Stoßaufnahmevorrichtung weist einen Zylinder 1 auf, der auf der einen Seite durch einen Boden 2^ verschlossen ist. Im Zylinder 1 ist ein verschiebbarer Hohlkolben 4 angeordnet, der mit einer Kolbenscheibe 3 fest verbunden ist. Innerhalb des verschiebbaren Hohlkolbens 4 befindet sich ein Schwimmkolben 5, und in dem Zylinder 1 ist ein zweiter Schwimmkolben 6 angeordnet, der mit einer Mitnehmerstange 7 zusammenwirkt. Die Verschiebewege der Kolbenscheibe 3 des Hohlkolbens 4 und des zweiten Schwimmkolbens 6 werden durch eine Trennscheibe 8 begrenzt, die durch Sicherungsringe 9 und 10 fest im Zylinder 1 gehalten wird. Somit weist die Stoßaufnahmevorrichtung drei voneinander getrennte Räume auf, und zwar einen mit Druckgas, z. B. Luft unter einem Anfangsdruck von 6 kg/cm², gefüllten Raum A, einen mit Hydraulikflüssigkeit, ζ. Β. öl, gefüllten Raum B und einen mit Druckgas, z. B. Stickstoff unter einem Anfangsdruck von etwa 60 kg/cm², gefüllten Raum C. Die Kolbenscheibe 3 des Hohlkolbens 4 weist Drosselöffnungen 11 von bestimmtem Querschnitt und zentrale, als Nuten gestaltete Drossel-Öffnungen 12 (F i g. 2) auf. In einem am Umfang der Kolbenscheibe 3 befindlichen Kolbenscheibenflansch 13 sind mehrere Drosselöffnungen 14 (F i g. 3) angeordnet, durch die die Hydraulikflüssigkeit in einen ringförmigen Raum B₁ fließen kann. Eine zusätzliche

Drosseleinrichtung der Stoßaufnahmevorrichtung besteht aus einem lose auf dem Umfang des Hohlkolbens 4 sitzenden, axial begrenzt beweglichen Drosselring 15 (Fig. 3), der mehrere mit den im Kolbenscheibenflansch 13 befindlichen Drosselöffnungen 14 in Verbindung stehende Drosselöffnungen 16 aufweist. Die Abdichtung des Raums S₁ nach außen besteht aus einem Ringkörper 17 mit außen und innen angeordneten Nuten für Dichtungsringe 18 sowie aus einer aus zwei mit dem ringförmigen Raum B₁ über

einen Verbindungskanal 20 in Verbindung stehenden Nuten 19 gebildeten hydraulischen Dichtung. An der äußeren Stirnseite des verschiebbaren Hohlkolbens 4 ist ein der Zuführung des Druckgases zum Raum A dienendes Ventil 21 angeordnet; ein ähnliches Ventii ist im Boden 2 des Zylinders 1 vorgesehen. Die Mitnehmerstange 7 weist eine hohl ausgebildete, -im Durchmesser kleinere zapfenartige Verlängerung 22 auf, die in der Kolbenscheibe 3 des Hohlkolbens 4

verschiebbar gelagert ist. Die Länge der Verlängerung 22 ist so bemessen, daß ein bestimmter Verschiebeweg des Hohlkolbens 4 bei stillstehender Mitnehmerstange 7 zu Beginn des Hubes der Vorrichtung gewährleistet ist. Innerhalb der hohl ausgebildeten Verlängerung 22 der Mitnehmerstange 7 ist ein Sicherheitsventil angeordnet, das aus einem Schieber 23, einem Tellerfedersatz 24 und einer Verschlußmutter 25 besteht. Der in der Verlängerung 22 befindliche Hohlraum steht über einen Kanal 26 mit dem Raum B in Verbindung.

Am anderen Ende der Mitnehmerstange 7 befindet sich eine Anschlagkopfplatte 27.

Der zweite Schwimmkolben 6 weist eine zentrale Bohrung auf, in der ein zusätzlicher kleiner Kolben

28 sitzt, dessen äußerste Stellung durch eine Schraube

29 begrenzt wird. Der durch den kleinen Kolben 28 verschlossene Raum D ist mit öl gefüllt und steht durch Verbindungskanäle 30 mit Ringnuten 31 des zweiten Schwimmkolbens 6 in Verbindung. Das in den Ringnuten 31 befindliche öl bewirkt eine hydraulische Abdichtung, die zusammen mit Dichtungsringen 32 Druck- bzw. Gasverluste in dem Raum C verhindert.

Anschließend wird die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Stoßaufnahmevorrichtung beschrieben. Zu Beginn jedes Arbeitshubes (beim Anfahren des Zuges oder beim Bremsen während der Fahrt) wird der Hohlkolben 4 unter der Einwirkung der beweglichen Teile der automatischen Kupplung in Richtung des aus F i g. 4 ersichtlichen Pfeils verschoben, wobei sich die mit dem Hohlkolben fest verbundene Kolbenscheibe 3 frei auf der Verlängerung 22 der zunächst stehenbleibenden Mitnehmerstange 7 verschiebt. Die Hydraulikflüssigkeit fließt hierbei durch die Drosselöffnungen 11, 12 und 14 aus dem Raum B in die Räume B₁ und B₂. Die in den Raum B₂ eintretende Hydraulikflüssigkeit drückt gegen den Schwimmkolben 5, der so weit verschoben wird, bis der Druck im Raum fl_? mit dem Druck der Druckluft im Raum A ins Gleichgewicht kommt.

Beim weiteren Verschieben des Hohlkolbens 4 (siehe Fig. 5) stößt die Kolbenscheibe 3 gegen die Stirnfläche der eigentlichen Mitnehmerstange 7 und drückt diese mit ihrer Anschlagkopfplatte 27 an den zweiten Schwimmkolben 6, der im Raum C angeordnet ist. Hierbei werden die Drosselöffnungen 12 durch die Stirnfläche der Mitnehmerstange 7 verschlossen, wodurch sich die hydraulische Drosselwirkung weiter erhöht.

Um den zweiten Schwimmkolben 6 zu verschieben, ist im Vergleich zu dem Luftdruck im Raum A ein bedeutend höherer Gasdruck im Raum C zu überwinden, wodurch eine wesentliche Steigerung der Federkraft der Vorrichtung erzielt wird. Beim Rückhub, der unter der Wirkung der elastischen Kräfte der zusammengedrückten Gase im Raum A und im Raum C erfolgt, wird die Kolbenscheibe 3 in die dem Pfeil (Fig. 5) entgegengesetzte Richtung verschoben. Die Hydraulikflüssigkeit fließt aus den Räumen B₁ und B₂ durch die Drosselöffnungen 11, 12 und 14 in den Raum B zurück. Gleichzeitig wird der axial verschiebbare Drosselring 15 an den Kolbenscheibenflansch 13 gedrückt. Die Hydraulikflüssigkeit muß zusätzlich den Widerstand der im Drosselring 15 befindlichen Drosseiöffnungen 16 überwinden, wodurch die hydraulische Dämpfung wesentlich erhöht wird. Es bleiben auch die Drosselöffnungen 12 verschlossen, da die Kolbenscheibe 3 an die Stirnfläche der Mitnehmerstange 7 gedrückt wird. Beim Rückhub der Vorrichtung werden somit auf Grund einer entsprechend starken Dämpfung Stoßwirkungen weitgehend vermieden.

Wird langsam angefahren, so kann die Durchtrittsgeschwindigkeit der Hydraulikflüssigkeit in den Drosselöffnungen 11 und 14 sehr klein sein, so daß die hydraulische Dämpfungswirkung der Vorrichtung

ίο sehr gering ist. In diesem Falle wird ein vollständiges Zusammendrücken der Vorrichtung durch das zusätzliche vorgespannte Gasvolumen in dem Raum C verhindert und die federnde Aufnahme beim Anfahren auftretender Stöße dadurch gesichert. Wird die Vorrichtung durch eine übergroße Stoßbelastung beansprucht, so könnte der Hydraulikflüssigkeitsdruck im Raum B übermäßig anwachsen. Dies wird jedoch durch das in der hohl ausgebildeten Verlängerung 22 der Mitnehmerstange 7 angeordnete Sicherheitsventil

so verhindert. Spricht dieses Ventil an, so fließt die Hydraulikflüssigkeit aus dem Raum B in den Raum B₂. Auf diese Weise wird eine Beschädigung der Vorrichtung durch übermäßig hohen Innendruck vermieden.

Das in F i g. 7 dargestellte Diagramm zeigt den Verlauf der durch die Stoßaufnahmevorrichtung aufgebrachten Kraft P beim Rangier- und Fahrbetrieb sowie beim Bremsen und ruckartigen Anfahren in Abhängigkeit vom Hub S des Hohlkolbens 4.

Durch die Kurve α ist der Verlauf der Kraft dargestellt, die vom vorgespannten Gas im Raum A erzeugt wird. Die Kurve b zeigt den Verlauf der dynamischen Widerstandskraft der Hydraulikflüssigkeit. In der Zone O-I befindet sich die Mitnehmerstange 7 noch in Ruhe. Im Punkt I setzt die Wirkung des mit vorgespanntem Gas gefüllten Raumes C ein, wobei der Verlauf der durch dieses Gasvolumen erzeugten Kraft durch die Kurve c dargestellt ist. Die durch die hydraulische Drosselwirkung erzeugte dynamische Widerstandskraft steigt nur bis zum Punkt II an, an dem die Hubgeschwindigkeit abzunehmen beginnt. Jedoch steigt die Widerstandskraft des Druckgases im Raum C gegen Hubende steil an, wodurch der Abfall der hydraulischen Widerstandskraft ausgeglichen wird. Der Verlauf der resultierenden Kraft ist durch die Kurve d dargestellt.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Hydropneumatische Stoßaufnahmevorrichrung für Schienenfahrzeuge, insbesondere für Mittelpufferkupplungen von Schienenfahrzeugen, bestehend aus einem Zylinder mit einem in diesem beweglichen Hohlkolben, der auf seiner dem Innenraum des Zylinders zugekehrten Stirnseite durch eine Drosselöffnungen aufweisende Kolbenscheibe verschlossen ist und der in seinem Hohlraum einen diesen Hohlraum in zwei voneinander getrennte Teilräume aufteilenden Schwimmkolben aufweist, wobei sich in den durch die Drosselöffnungen der Kolbenscheibe verbundenen Räumen innerhalb des Zylinders und des Hohlkolbens Hydraulikflüssigkeit befindet, während der von der Kolbenscheibe des Hohlkolbens entferntere, durch den Schwimmkolben abgeschlossene Teilraum des Hohlkolbens mit vorgespanntem Gas gefüllt ist, und bestehend aus einem erst bei einem bestimmten Hub der Vorrichtung wirksam werdenden zusätzlichen

Fedcrclemcnt, das innerhalb des Zylinders zwischen der Kolbenschcibe des Hohlkolbens und dem Boden des Zylinders angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Fcderelement aus einem in dem Innenraum des Zylinders (1) geführten zweiten Schwimmkolben (6) besteht, der auf ein vorgespanntes Gasvolumen in dem Raum (C) zwischen dem zweiten Schwimmkolben und dem Boden (2) des Zylinders einwirkt und der an einer sich durch eine innerhalb des Zylinders axial festgelegte, den mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Raum gegenüber dem zweiten Schwimmkolben abdichtende Trennscheibe (8) erstreckende Mitnehmerstange (7) anliegt, die nach dem dem Ansprechen des zusätzlichen Federelements entsprechenden Hub der Vorrichtung von der Kolbenscheibe (3) des Hohlkolbens (4) mitgenommen wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verstärkung der Dämpfung des Rückhubs der Vorrichtung ein axial beweglicher Drosselring (15) vorgesehen ist, der beim Rückhub einen Teil des Querschnitts der Drosselöffnung verschließt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen