DE1809135B2 - Zug- und Stoßvorrichtung für eine Mittelpufferkupplung an Schienenfahrzeugen - Google Patents

Description

Flüssigkeit vom Ringraum zum Zylinderraum erzielte Drosselwirkung bei Zugbeanspruchung beeinträchtigt würde.

Zwar ist es aus der US-PS 32 15 283 schon bekannt, die Kolbenstange eines hydraulischen Dämpfers bei einem hydraulischen Langhubstcßdämpfer für Eisenbahnfahrzeuge hohl auszubilden, jedoch weicht dieser bekannte Langhubstoßdämpfer schon gattungsmäßig grundlegend von der eingangs vorausgesetzten Zug- und Stoßvorrichtung ab, da bei ihm ein federbelastetes Rückschlagventil für Drosselbohrungen des Kolbens nicht vorgesehen ist

Aus der GB-PS 9 89 732 ist ferner auch schon eine Zug- und Stoßvorrichtung für Schienenfahrzeuge bekannt, die einen hydraulischen Dämpfer und eine hierzu konzentrisch angeordnete Ringfedersäule aufweist Auch diese bekannte Zug- und Stoßvorrichtung ist indessen schon gattungsmäßig nicht mit der eingangs vorausgesetzten Ausbildung vergleichbar, da bei dieser bekannten Vorrichtung eine Rückschlagventilanordnung im Bereich des Kolbens des hydraulischen Dämpfers ebenfalls nicht vorhanden ist Im übrigen ergibt die Ringfedersäule dieser bekannten Vorrichtung im Gegensatz zu der erfindungsgemäßen Lösung nur eine linear ansteigende Federkennlinie.

Außerdem ist es aus der DE-AS 12 22 529 auch bereits bekannt eine Zug- und Stoßvorrichtung für Schienenfahrzeuge mit zwei Federsäulen zu versehen, die bei Stoßbeanspruchungen eine geknickte, progressiv ansteigende Federkennlinie ergeben. Diese bekannte Vorrichtung weist indessen in grundlegender gattungsmäßiger Abweichung vom Gegenstand der Erfindung keinen hydraulischen Stoßdämpfer auf.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, und zwar zeigen:

F i g. 1 eine Zug- und Stoßvorrichtung nach der Erfindung im Längsschnitt,

Fig.2 bis 4 Kraft-Weg-Diagramme der Zug- und Stoßvorrichtung nach F i g. 1 für verschiedene Belastungsfälle.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich, ist ein Kupplungsschaft 1 einer Mittelpufferkupplung mittels eines Gelenkbolzens 2 an einem Kopfstück 3 einer Zug- und Stoßvorrichtung A schwenkbar gelagert Die Zug- und Stoßvorrichtung A stellt eine montagefertige Einbaueinheit dar, deren Abmessungen denen eines am Untergestell eines Schienenfahrzeugs vorgesehenen Einbauraumes entsprechen.

Die Zug- und Stoßvorrichtung A ist von einem Gehäusemantel 4 umschlossen, der linksseitig durch einen Drucktopf 5 verschlossen ist und in dem rechtsseitig in einem als Zugtopf 6, ausgebildeten Endabschnitt größerer Wanddicke ein Gleitstück 7 verschiebbar gelagert ist, über das von dem Kopfstück 3 her die Zug- und Stoßkräfte auf ein Federsystem F der Zug- und Stoßvorrichtung übertragen werden. Das Gleitstück 7 bildet in seinem mittleren Bereich eine Halterung für einen Zylinder 8 eines hydraulischen Stoßdämpfers H und besitzt außen einen ringförmigen Randsteg 9, der mit dem Federsystem F zusammenwirkt Der linksseitige Drucktopf 5 bildet in seinem mittleren Bereich eine Halterung für eine rohrförmige Kolbenstange 10, die in den Zylinder 8 hineinragt und in die ein Kolben U fest eingesetzt ist.

Um den hydraulischen Stoßdämpfer H herum sind mehrere das Federsystem Fbildende Ringfedersäulen I, II und III abgestuften Federungsvennögens in einer Weise angeordnet, daß sie mit dem Anwachsen der Stoß- oder Zugkräfte stufenweise nacheinander in Wirkung treten. Das stufenweise Ansprechen der Ringfedersäulen L II und III wird durch entsprechende Bemessung der Ringfederelemente jeder einzelnen Ringfedersäule erreicht Die Ringfedersäule I ist aus den stärksten Ringfederelementen aufgebaut Es folgen die Ringfedersäule II und schließlich die Ringfedersäule III,

ίο die aus den vergleichsweise schwächsten Ringfederelementen besteht, jedoch den längsten Federweg hat

Zwischen der innenliegenden Ringfedersäule HI und den beiden außenliegenden Ringfedersäulen I und II ist ein Zwischenrohr 12 angeordnet, das rechtsseitig einen T-förmigen Flansch 13 besitzt dessen äußerer Rand ein an dem Gleitstück 7 befestigtes Rohrstück 14 hintergreift und dessen innerer Rand in einen auf dem Zylinder 8 verschiebbaren Gleitring 15 eingreift Auf das dem Drucktopf 5 zugewandte Ende des Zwischenrohres 12 ist eine Schraubhülse 16 geschraubt, die ebenfalls einen T-förmigen Flansch 17 aufweist mit dessen äußerem Rand sie einen der Ringfedersäule II zugeordneten Ring 18 hintergreift und mit dessen innerem Rand sie einen Ringkörper 19 übergreift, der auf einen endseitig zylindrisch ausgebildeten Mittelansatz 20 des Drucktopfes 5 anschlagbegrenzt verschiebbar aufgesetzt ist und eine Anschlagschulter 21 für die innenliegende Ringfedersäule III aufweist Bei Stoßbelastung werden von dem Kupplungsschaft 1 über den Gelenkbolzen 2 auf das Kopfstück 3 ausgeübte Stoßkräfte einerseits über den Randsteg 9 des Gleitstücks 7, einen auf dem Zwischenrohr 12 sitzenden Gleitring 22, die Ringfedersäule I, einen auf dem Zwischenrohr 12 verschiebbaren Zwischenring 23, die Ringfedersäule II, den Ring 18, die Schraubhülse 16, das Zwischenrohr 12, den Gleitring 15, die Ringfedersäule IH und den Ringkörper 19 mit dem Anschlagring 21 und andererseits über den hydraulischen Stoßdämpfer H auf den Drucktopf 5 übertragen, wobei bei langsamer Bewegung der vom Stoßdämpfer H übernommene Kraftanteil klein ist

Die in Fig.2 und 4 dargestellten Diagramme veranschaulichen das stufenweise aufeinanderfolgende Wirksamwerden der verschiedenen Ringfedersäulen bei Stoßbelastung. Nach einem angenommenen Hub des Kopfstückes 3 von etwa 80 mm trifft der Flansch 17 der Schraubhülse 16 auf einen als Anschlag dienenden Randflansch 24 des Drucktopfes 5. Die Ringfederelemente der Ringfedersäule III werden bei dieser

so Verschiebebewegung des Zwischenrohres 12 zwischen dem Gleitring 15 und der Anschlagschulter 21 des Ringkörpers 19 zusammengedrückt. Da die Ringfedersäule III dann nicht weiter zusammengedrückt werden kann, wird der weitere Verlauf der Federkennlinie allein durch die Ringfedersäulen Il und I bestimmt Nach etwa 90 mm Hub des Kopfstückes 3 wird auch die Ringfedersäule II durch Anschlagen des Zwischenringes 23 an das Ende der Schraubhülse 16 ausgeschaltet Nach 110 mm Hub ist schließlich auch das Federungsvermö gen der Ringfedersäule I erschöpft, indem sich dann deren Innenringe an ihren Stirnflächen berühren.

Insbesondere bei dynamischer Stoßbelastung (F i g. 4) t-itt noch die zusätzliche hydraulische Bremskraft durch den Stoßdämpfer H in Erscheinung, die über den Kolben 11 und die Kolbenstange 10 vom Drucktopf 5 aufgenommen wird. Die in einem Zylinderraum Sa des beweglichen Zylinders 8 eingeschlossene Flüssigkeit wird durch den feststehenden Kolben 11 verdrängt und

durch im Kolben 11 vorhandene Drosselbohrungen 25 gedrückt, die durch ein federbelastetes Rückschlagventil 26 verschlossen sind. Außerdem besitzt der Kolben 11 an seinem Umfang noch eine Durchflußnut 27 zu einem Ringraum Sb auf der anderen Seite des Kolbens 11 zwischen dem Zylinder 8 und der Kolbenstange 10, wobei dieser Ringraum Sb endseitig durch eine Bewegungsdichtung 33 abgedichtet ist. Durch geeignete Festlegung des Querschnittes der Drosselbohrungen 25 und der Kennlinie der Feder des Rückschlagventils 26 kann der in F i g. 4 gezeigte Verlauf der hydraulischen Bremskraft erreicht werden. Bei der Rückfederung gibt ein zentral im Kolben 11 angeordnetes Rückschlagventil 28 eine Rückströmbohrung 29 frei, so daß der hydraulische Arbeitsverzehr, wie aus der schraffierten Fläche 30 in F i g. 4 zu erkennen ist, hierbei verhältnismäSig klein und ein genügend rasches Rückfedern der Vorrichtung gewährleistet ist

Bei Zugbelastung werden von dem Kupplungsschaft 1 über den Gelenkbolzen 2 auf das Kopfstück 3 ausgeübte Zugkräfte über das Gleitstück 7, dessen Randsteg 9, das daran befestigte Rohrstück 14, das Zwischenrohr 12, die Schraubhülse 16, den Ring 18, die Ringfedersäule II, den Zwischenring 23, die Ringfedersäule 7 und den Gleitring 22 auf das als Anschlag ausgebildete innere Ende des Zugtopfes 6 übertragen.

Das stufenweise nacheinander erfolgende Wirksamwerden der beiden Ringfedersäulen II und I bei Zugbelastung ist in F i g. 3 veranschaulicht Nach einem angenommenen Hub des Kopfstücks 3 von etwa 40 mm in Zugrichtung trifft die Schraubhülse 16 auf den Zwischenring 23, so daß der weitere Verlauf der Federkennlinie bis zum Anschlag des Kopfstückes 3 an strichpunktiert angedeutete Zughubbegrenzungsstücke B nur noch durch die Ringfedersäule I bestimmt ist Die im Zwischenrohr 12 untergebrachte Ringfedersäule III wird während des Zughubes ohne zusätzliche Beaufschlagung mitgenommen.

Da auch der mit dem Gleitstück 7 fest verbundene Zylinder 8 während des Zughubes mitgenommen wird, wird die im Zylinderraum Sa vor dem Kolben 11 befindliche Hydraulikflüssigkeit unter einen Unterdruck gesetzt wodurch sich das im Kolben 11 angeordnete Rückschlagventil 28 öffnet und Flüssigkeit aus einem Innenraum 10a der Kolbenstange 10 durch die Rückströmbohrung 29 nachströmen läßt Die Flüssigkeit wird aus einem Hydraulikflüssigkeit enthaltenden Flüssigkeitsausgleichsbehälter 31 entnommen, der über eine Leitung 32 mit dem Innenraum 10a verbunden ist. Der Flüssigkeitsausgleichsbehälter 31 hat somit die Aufgabe, die beim Stoßhub verdrängte Flüssigkeit aufzunehmen und für den Zughub vorrätig zu halten.

Die durch Lufttemperaturschwankungen und durch Erwärmung bei einer Arbeitsaufnahme durch den Stoßdämpfer bedingte Volumenänderung der Flüssigkeit wirkt sich nur in einem Heben oder Senken des Flüssigkeitsspiegels im Flüssigkeitsausgleichsbehälter

ίο 31 aus. Außerdem wird durch die in diesem vorhandene Flüssigkeit ein gewisser Leckverlust im Stoßdämpfer ersetzt, so daß die Wartungsfreiheit der Zug- und Stoßvorrichtung auf lange Zeit gewährleistet ist

Zu den in F i g. 2 und 3 dargestellten Federdiagrammen sei darauf verwiesen, daß die Federkennlinien sowohl bei den Zug- als auch bei den Stoßbelastungen geknickt verlaufen, wobei ausgehend von einer bestimmten Vorlast anfänglich ein flacher Kraftanstieg erzielt wird. Bei entsprechender konstruktiver Auslegung der erfindungsgemäßen Zug- und Stoßvorrichtung läßt sich bei statischer Zugbelastung (F i g. 3) beispielsweise bei einem Hub von 50 mm eine Endkraft von 70 Mp erzielen, wobei die Dämpfung bei 67% liegt Bei statischer Druckbelastung (F i g. 2) und einem Hub von 110 mm beträgt beispielsweise die Endkraft 85 Mp, wobei eine Energieaufnahme £>von 2880 kpm bei einer Dämpfung von 67% erzielt wird.

Das in Fig.4 dargestellte Kraft-Weg-Diagramm zeigt das Verhalten der erfindungsgemäßen Zug- und Stoßvorrichtung unter dynamischer Stoßbelastung beim Auflauf von zwei 40 Tonnen schweren Wagen mit einer Geschwindigkeit von 15 km/h. Zur Federkraft addiert sich hier eine hydraulische Bremskraft Die gesamte Energieaufnahme £Ί setzt sich zusammen aus der Energieaufnahme £> der Ringfedern und der Energieaufnahme Eh des Stoßdämpfers. Sie beträgt

E\ = E_F + Eh= 8850 kpm

und beträgt somit ein mehrfaches der statischen Energieaufnahme.

Die bei der Rückfederung freiwerdende Energie E₂ beträgt nur

E₂ = 680 kpm.
Der prozentuale Arbeitsverzehr liegt also bei

E₁-E₂ E₁

= 92%.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Zug- und Stoßvorrichtung für eine Mittelpufferkupplung an Schienenfahrzeugen zur Aufnahme der auf die Mittelpufferkupplung wirkenden Zug- und Stoßkräfte, mit einem hydraulischen Stoßdämpfer, der einen Zylinder und einen in diesem verschiebbaren Kolben mit einer Kolbenstange aufweist, und einem den Stoßdämpfer konzentrisch umgebenden, parallel zu diesem geschalteten Federsystem, wobei in dem Kolben des Stoßdämpfers Drosselbohrungen vorgesehen sind, die mittels eines federbelasteten Rückschlagventils verschließbar sind, wobei die Federbelastung des Rückschlagventils derart bemessen ist, daß dieses erst öffnet, wenn der Flüssigkeitsdruck in dem an die der Kolbenstange abgewandte Stirnfläche des Kolbens grenzenden Zylinderraum des Zylinders eine vorbestimmte Größe überschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß das den hydraulischen Stoßdämpfer (H) umgebende Federsystem (F) aus mehreren hintereinandergeschalteten, wegabhängig nacheinander zu- bzw. abschaltbaren Ringfedersäulen (I, II und III) besteht, daß das federbelastete Rückschlagventil (ÜB) für die Drosselbohrungen (25) im Kolben (11), die den Zylinderraum (Sa) des Zylinders (8) mit einem innerhalb der Kolbenstange (10) gebildeten Innenraum (iOa) verbinden, nur bei der Aufnahme von Stoßkräften öffnet, daß der Kolben (U) eine den Innenraum (iOa) der Kolbenstange (10) mit dem Zylinderraum (Sa) des Zylinders (8) verbindende Rückströmbohrung (29) aufweist, die durch ein weiteres, nur bei der Aufnahme von Zugkräften bzw. beim Rückhub nach der Aufnahme von Stoßkräften öffnendes Rückschlagventil (28) verschließbar ist, und daß der Kolben (11) an seiner Umfangsfläche mindestens eine Durchflußnut (27) aufweist, die den Zylinderraum (Sa) des Zylinders (8) mit dem zwischen der inneren Umfangsfläche des Zylinders (8) und der äußeren Umfangsfläche der Kolbenstange (10) gebildeten Ringraum (Sb) verbindet

2. Zug- und Stoßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Federsystem (F) aus drei Ringfedersäulen (I, II und III) unterschiede eher Federcharakteristik besteht, von denen eine (III) innerhalb und die beiden anderen (I und II) außerhalb eines konzentrischen Zwischenrohres (12) derart angeordnet sind, daß bei der Aufnahme von Stoßkräften in Parallelschaltung zu dem hydraulisehen Stoßdämpfer (H) alle drei Ringfedersäulen (I, II und III) hintereinandergeschaltet sind, wobei nacheinander zunächst die innenliegende Ringfedersäule (III) und anschließend die außenliegenden Ringfedersäulen (II und I) abschaltbar sind, während bei der Aufnahme von Zugkräften von dem Federsystem (F) lediglich die außenliegenden Ringfedersäulen (I und II) in Hintereinanderschaltung wirksam sind, wobei die eine (II) der außenliegenden Ringfedersäulen (I und II) nach einem vorbestimmten Hub abschaltbar ist.

3. Zug- und Stoßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum (1OaJ der Kolbenstange (10) mit einem Flüssigkeitsausgleichsbehälter (31) in Verbindung steht.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zug- und Stoßvorrichtung für eine Mittelpufferkupplung an Schienenfahrzeugen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei Schienenfahrzeugen mit Mittelpufferkupplungen müssen die während des Fahrbetriebes im Zugverband und beim Rangieren auftretenden Zug- und Stoßkräfte über die Mittelpufferkupplungen mit einem geeigneten Maß an Federung und Dämpfung auf die Fahrzeuge übertragen werden. Dabei wird im allgemeinen gefordert, daß die im normalen Fahrbetrieb auftretenden Zug- und Stoßkräfte mit einer verhältnismäßig weich ansteigenden Federkennlinie aufgenommen werden, während es im rauhen Rangierbetrieb zum Schutz der Fahrzeuge gegen Beschädigungen vor allem darauf ankommt, daß eine möglichst große Stoßarbeit von der Zug- und Stoßvorrichtung aufgenommen wird.

Bei einer aus der US-PS 31 50 782 bekannten Zug- und Stoßvorrichtung der eingangs genannten Art werden diese Forderungen nur unvollkommen verwirklicht Dies liegt daran, daß als Federn Schraubenfedern verwendet werden, die eine linear ansteigende Federkennlinie aufweisen und keine Eigendämpfung besitzen, so daß die Federn selbst keine Stoßarbeit aufnehmen bzw. verzehren können. Dies wird ausschließlich dem hydraulischen Stoßdämpfer überlassen, der ein dementsprechend hohes Arbeitsaufnahmevennögen haben muß. Durch die Verwendung von Schraubenfedern mit linear ansteigender Kennlinie ist es auch nicht möglich, diese Kennlinie den verschiedenen Beanspruchungen anzupassen, sondern sie muß entsprechend den auftretenden Rangierbelastungen ausgelegt sein und ergibt dann für den normalen Fahrbetrieb eine zu steife Federung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zug- und Stoßvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die die vorstehend erläuterten Nachteile der bekannten Vorrichtung vermeidet und eine solche Federkennlinie in Verbindung mit einer entsprechenden Kennlinie des hydraulischen Stoßdämpfers aufweist, daß sich einerseits ein günstiger Kennlinienverlauf für den normalen Fahrbetrieb ergibt und andererseits ein großes Arbeitsaufnahmevermögen im Rangierbetrieb gegeben ist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Federsystems als in Reihe zu- bzw. abschaltbare Ringfedersäulen erreicht man eine geknickte, progressiv ansteigende Federkennlinie, die mit der degressiven Kennlinie des hydraulischen Stoßdämpfers so zusammenwirkt, daß über den Hub eine etwa waagerechte Kraft-Weg-Kennlinie der Zug- und Stoßvorrichtung entsteht Die erfindungsgemäße Ausbildung des hydraulischen Stoßdämpfers bringt den Vorteil mit sich, daß auch bei dynamischen Belastungen in Zugrichtung eine erhebliche hydraulische Drosselwirkung erzeugt wird, die jedoch bei kleinen Relativgeschwindigkeiten stark abnimmt, so daß eine Schwingungserregung im Fahrbetrieb des Zugverbandes unterdrückt wird. Die erfindungsgemäße Bauweise ergibt ferner eine geringe Störanfälligkeit und damit weitgehende Wartungsfreiheit des hydraulischen Stoßdämpfers, da durch die im Kolben befindliche Durchflußnut ein Fernhalten des bei Stoßbeanspruchung auftretenden Drucks von der beweglichen Dichtungseinrichtung des Stoßdämpfers erreicht wird, ohne daß die durch Verdräneune von