DE1816208A1 - Federvorrichtung - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

DIPL.-ING. MARTIN LICHT

DR. RCi' HOLD SCHMIDT

DIPL.-vYlRT3CH.-ING. HANSMANN

DIPL.-Pi IYS. SEB. HERRMANN

MÜNCHEN 2 _{D ft}

THERESIENSTRASSE 33 I ΰ. ^GZ. IbÖÖ

Ke/Ca

ABEX CORPORATION

NEW YORK, NEW YORK 10036

PIPTH AVENUE 530

Federvorrichtung

A ... ■

Die Erfindung befaßt sich ait einer FeäeratUtse, wie sie beispielsweise für stas Fahrgestell^©imes Eisenbahnwagens verwendet werdera isamn, wobei jed©ch ati©h ander© Anwentongsiaöglielikeiten gegeben sind, beispielLsweise für Fahrgestelle von

Di® ®ntgeg®ng®aetst@n Em&®n de© Hatoeias eines Eisenoaliiiwag@E8 sind asif Aelssenträgera abgestützt; di® sieh quer zur h'ämg&aeliB® ües ?lag©arato©sss od©F -körper® @rstr©ei£0n_o Die beiden Enden jedes AelaseatrSgers sind Meöösfaa auf den olieren Enden großer, aGhverer^ So)tirasiiieEf©fl©rsi da© ihrerseits auf «i©3i Seit©siralim©]n uqb gesiteiie montiert siiii. Das fa&fgeet®!! trlgt üt<B mit <ä®n A@li@esi der lader im B@iüfintiäg

BAD ORIGINAL

Die Schraubenfedern tragen somit das statische Gewicht des Waggon«, wobei jedoch die Anordnung auch so getroffen sein muß, daß der Vnggonrahaee von der einen Seite zur anderen hin« und hersohwingen kann.

Das Hin- und Herschwingen des Wagens, bei den die Achsträger aufgrund der von des Schienenprofil ausgehenden dynamischen Reaktionskräfte einer harten Kippschwingungswirkung ausgesetzt sind? führt zu ernsthaften Problesen, weil dadurch Entgleisungen hervorgerufen werden können» Unter diesen Umständen werden die Schraubenfedern auf der einen Seite des Wagens sehr stark zusammengepreßt,, d„fa_e, so stark, daß sie beinahe wie ein fester, starrer Körper wirken, während die Schraubenfedern auf der entgegengesetzten Seite so stark entlastet werden, daß zwischen der Schiene auf der entgegengesetzten Seite und den Rädern keine Haftkraft mehr vorhanden ist» Tatsächlich können sich die Räder auf der entlasteten Seite um mehrere Zentimeter von der Schiene abheben, wodurch sie nicht mehr gegen Entgleisung gesichert sind. Dieser Fall kann bei verhältnismäßig kleinen Neigungswinkeln von beispielsweise 5° auftreten, wobei die Neigung bekanntermaßen bis zu 8 oder reichen kann. Diese wechselweise auf den entgegengesetzten Seiten des Fahrgestells auftretende Belastungs- und Entlastungswirkung der Federn kann sich während des Durchfahrens eines Kurvenabsohnitts des Gleises zyklisch wiederholen oder zu Schwingungen wachsender Stärke führen, die ebenfalls die Gefahr von Entgleisungen nit sich bringen_ά

Di® Ursache für dieses Problem liegt einfach darin, daß die gewöhnlichen Schraubenfedern Energie speichern, wenn sie zusammengedrückt worden und beim Verschieben oder beim Entfernen der Belastung einen Druck auf den Achsträger ausüben, der gleich der gespeicherten Energie ist,,

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Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, diese Energie mit Hilfe einer für einen Eisenbahnwagon ungewöhnlichen Federform veitgehend aufzubrauchen. Diese ungewöhnliche Feder soll nichtsdestoweniger so konstruiert sein, daß sie es der Feder schnell und wirkungsvoll ermöglicht, sich wie gewöhnlich unter statischer oder stetiger Belastung zu verhalten, wenn sich der Wagen in Ruhe befindet oder eine gleichmäßige, weiche Bewegung durchführt«

Die Erfindung hat sich speziell zum Ziel gesetzt, eine Feder zu schaffen, die eine statische oder konzentrierte Belastung sowohl durch einen aus einem Elastomer bestehenden Körper» der als ein Federelement dient, als auch durch in einer Kammer eingeschlossene Luft abzustützen, die als sit dem ersten Federelement zusammenwirkendes Federelernent dient, indem die Energie einer plötzlichen Stoßbewegung durch Ausströmen von in einer anderen Kammer umschlossener Flüssigkeit durch eine Blende in den Luftraum verbraucht unfl absorbiert wird» Dazu gehört, daß diese Federwirkungen erreicht werden, indem die Kammern in teleskopartig aufgebauten Gehäusen angeordnet werden, deren konzentrische, voneinander einen ^Abstand besitzende Seitenwände durch den Elastomerkörper verbunden sind. In der bevorzugten Ausführungsforffi des Erfindungsgegenstandes sind die Gehäuse und die Kammern rund, wobei sich jedoch das erfindungsgemäß gesteckte Ziel auch mit einer viereckigen Gehäusebauweise erreichen läßt und die Bezugnahme auf die konzentrische Konstruktion beide Konstruktionsteilen umfassen soll»

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in der Zeichnung, auf die sich die folgende Beschreibung bezieht, schewatisch dargestellt. In der Zeichnung

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Fig. 1 eine Sennittansicht eines erfindungsgemäß aufgebauten, kombinierten Federkörpers,

Fig, 2 eine Schnittansicht längs der Linie 2-2 in Figur 1, wobei jedoch die Gummlhiilse entfernt ist und

Fig. 3 eine verkleinerte perspektivische Ansicht des Fahrgestells eines Eisenbahnwagens, das mit einem erfindmigsgeiaäßen Federkörper ausgestattet ist»

Ein typisches Eisenbahnwagenfahrgesteil» in das die neuartige Feder eingebaut ist_s ist in Figur 3 dargestellt und wird durch das Bezugszeichen 10 als Ganzes gekennzeichnet. Das Fahrgestell weist zwei Seitenrahmen 11 und 12 identischer Konstruktion auf, wobei das Ends jedes Rahmens mit Auflagern 13 versehen oder in anderer Weise ausgebildet ist, um ein Lager 15 zu umfassen, das wiederum auf dem Ftthrungsteil der Achse des Wagenrades W sitzt.

Die Konstruktion der Wagenfahrgestelle variiert vom Standpunkt der tatsächlichen äußeren Erscheinung ziemlich stark, wobei rund um die vorhandene Lagerform verschiedenartige standardisierte Bauteile montiert sind« In jedem Fall «erden aber die Fahrgestellseitenrahmen von einem Achsenträger 20 überspannt, der sich quer zu der Längsachse des WagenlntSrpers oder Rahmens erstreckt _o Auch hier gibt es wieder verschiedene Abweichungen und Standardausführungen, obgleich in der Vergangenheit die übliche Anordnung die gewesen ist, bei der der Achsenträger von verhältnismäßig großen Schraubenfeder!! getragen wird, die in einem Bündel oder Pack in einer großen Öffnung angeordnet sind, wie sie beispielsweise bei 25 in einem alitieren Abschnitt jedes Selienratmerae vorgesehen 1st,

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An jedem Ende des Wagenkörpers ist wenigstens ein derartiges Fahrgestell 10 vorhanden, wobei der Endteil des Wagenkörpers wiederum auf dem Mittelteil des sich zwischen den beiden Seitenrahisen 11 und 12 spannenden Aehsenträgers ruht. Obgleich dies in der vorliegenden Zeichnung nicht dargestellt ist, ist bei der Üblichen Anordnung der Rahmen des Ifagens mit einer zentralen Platte ausgestattet, die in einen Hohlrau« oder eine sogenannte Schale paßt, die sich auf der Oberseite in der Mitte des Achsträgers befindet. Außerdem 1st das Fahrgestell durch einen Königszapfen angelenkt, der es gestattet, daß gekrümmte Abschnitte im Gleis befahren werden«

Somit leuchtet ein, daß das gesamte Gewicht des Wagenkörpers auf dem federgestutzten Achsträger ruht, Erfindungsgemäß werden nun die bislang verwendeten Schraubenfedern durch einen Federkörper 30 ersetzt, der zwischen der Unterseite des Achsträgers 20 und der Bodensttttzplatte 31 des Fährgeatellseitenrahmens angeordnet ist, wie dies Figur 3 zeigt.

Die Figuren 1 und 2 sind Schnittansichten, aus d@men die Konstruktion des Federkörpers 30 ersichtlich 1st. Der Federkurper 30 weist ein oberes Gehäuse 31 und ein unteres Gehäuse 32 auf, die ineinanderschiebbar sind, wobei sie mit einem aus einem Elastomer 33 bestehenden Körper, der zwischen den entgegengesetzten Seltenwänden der Gehäuse 31 und 32 angeordnet ist, in Verbindung stehen» Der Elaatomerkörper 33 ist rund um seinen Umfang geschlossen, so daß er hülsenartig aufgebaut ist und durch die Federwirkung verspannt oder verfonat wird, wie dies in folgenden genauer erläutert 1st. ·

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Das obere Gehäuse 31 bat die Fora eines einteiligen Gußkörpers alt einer oberen Wand 35, die eine flache Oberseite 36 bildet· Wenn die Federeinheit als-ganzes eingebaut ist, vie dies in Figur 3 gezeigt ist, dann liegt die Unterseite des Achsenträgers 20 auf der flachen Stützfläche 36 auf, die das obere Gehäuse 31 bildet.

Das Gehäuse 3I ist außerdem alt einer Bodenwand 38 sowie alt einer kreisrunden Seitenwand 39 ausgestattet, die von der oberen Wand 35 nach unten ragt und so beaessen ist, daß sie eine Haaaer 40 umschließt, die den Spiegel einer Flüssigkeit Ll vorzugsweise eines hochwertigen, industriellen Hydrauliköls, umgibt. Die Wände 38 und 39 sind durch Innenzwickel oder -stege 41 verstärkt. Die obere Wand 35 besitzt öffnungen 35A, die an dea Ende des Achsenträgers befindliche Führungsstifte aufnehmen können. Der Federkörper 30 weist, wie bereits erwähnt, ein unteres Gehäuse 32 auf, das ait einer Bodenwand 45 versehen ist, die auf der Bodenplatte 31 auf den Seitenrahaen des Fahrgestells aufliegt, wie aus Figur 3 ersichtlich ist. Die Bodenwand kann bei 45A öffnungen besitzen, die zur Aufnahme von Schraubenbolzen dienen, welche den Federkörper 30, wie in Figur 3 gezeigt, an der Bodenstützplatte des Fahrgestells®! tenrahaens befestigen. Das untere Gehäuse 32 ist alt einer hochragenden Seltenwand 46 versehen und so bemessen, daß die Seitenwand 46 in radialer Richtung alt Abstand außerhalb der Seitenwand 39 des oberen Gehäuses liegt} so daß das obere Gehäuse 31 in das untere Gehäuse eingeschoben oder eingesetzt werden kann, wie aus Figur 1 hervorgeht. Das obere Gehäuse wird normalerweise in Bezug auf das untere Gehäuse in der in Figur 1 gezeigten Weise ait Hilfe der aus einem Elastomermaterial bestehenden Hülse in einer angehobenen Lage gehalten. Das Elastoaeraaterial der Hülse 33 1st vorzugsweise »!beständiger Gummi. So wie die Seitenwand 39 des oberen Gehäuses eine Kammer 40 einschließt, umgibt die Seltenwand 46 des unteren Gehäuses eine

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47$ die ferner dureh «lie unter® Wand 33¥ der Elastomerhtilse 33 begreazt wird» Me Hülse 33 ist in einer geeigneten Poms dort anvulkanisiert, wo die Gehäuse 31 und 32 abgestützt sisiS und dementsprechend ist die Hülse 33 auf den entgegengesetzten Oberflächen der Seit ©wände 39 und %6 Befestigt „

Die laiaiBer %6. IgBt gsi©is sait ö©f gleichen Flüssigkeit voll-ständig füllGBa₉ <äie «lern Teilspiegel Ll in der öfterem Kammer kO bildet_φ umö öl® !©iclon EaüE@rn 40 rand k6 werden äiarcli ©im® im ä®r nmt@r®m Wand öes oberen Gehäuses befindliche Öffnung 48 miteinander verbundene

Die obere Wand des oberen Gehäuses ist mit einer Öffnung 50 versehen, in der ein Standrohr oder eine Rühre 51 befestigt ist, die sich nach unten in die obere Kammer 40 liineinerstreckt. Das obere Ende des Standrohres 5i ist mit einem abgeschrägten Kragen 52 versehen, der keilförmig in die Öffnung 50 eingesetzt werden tesnnj, die an dia Foras öes Kragens 52 ©ntsprechend angepaßt ist» Das Standrohr ist durch ein© Schweißnaht Wi an seinen Platz befestigt, und heim Einsetzen fies Standrohres wird eine besonder© Sorgfalt öarawf verwendet, öaß das untere Ende 53 des Standrohr©® den Flüssigkeitsspiegel Li begrenzte

In das obere offen© Eaö© des Standrohres 5i ist ein Stopfen 55 eingepreßt, eier etaroia ©im© Schweißnaht W2 an seinem Plats gehalten wirf*, Bevor-der Stopfen 55 eingesetzt wird,, wird in das Standrohr 5& Hyörawliköl eingefüllt, das di© Karaier 47 füllte Üfeersehfissig© Hydraulikflüssigkeit strömt dsssn in die Kamm®!⁰. 40 «Surofe &ie Öffnung 48, bis der Spiegel Li erreicht ist« 5©ftaM &®i? Spiegel Li vorhanden ist, hat Si® feEEOF 40 ihr Fass^ngsirsrnillgeii erreicht und das 'restlich® ¥©i»en in der oterem Kasueer bildet einen Luftraum AS (FIgMr i), der ©ia® Luftfeder bildet, wie dies

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Es wird ferner darauf hingewiesen, daß die entgegen-

!«setzten Seitenwände 39 and 46 »it in axialer Richtung einen Abstand aufweisenden Umfangsrippen Ri und R2 versehen sind, die aufeinander zu ragen und sich in die Elastomerhüise 33 hineinerstrecken„ Auf diese Weise werden in der Hülse sowohl Druck- als auch Scherkräfte erzeugt_s und gleichzeitig bieten die Rippen eine zusätzliche Oberfläche für die Befestigung der Hülse 33°

um eine Vorstellung für die Konstruktionsgröße zu geben, werden für den in den Figuren 1 und 2 gezeigten Federkörper folgende Abmessungen in cm genannte

Dl - 37,46 D4 - 26,04 D2 - 41,9i D5 - 2,54 D3 - 15,88 D6 - i_t'9O

Die Betriebsweise der Federvorrichtung 30 läßt sioh sowohl für statische als auch dynamische Belastung erläutern» Wenn also die Federvorrichtung, wie in Figur 3 gezeigt, betriebsfähig eingebaut ist, werden die entgegengesetzten Enden des Achsenträgers 20 durch entsprechende Federeinheiten 30 abgestützt, die in den Seitenrahmen 11 und 12 angebracht sind. Wie bereits oben erwähnt wurde, ruht wenigstens ein Teil des Gewichts des Wagenkörpers auf einem Achsenträger 2O₉ wobei die Höhe der auf jeden Achsenträger einwirkenden Belastung natürlich von der Anzahl der Fahrgestelleinheiten abhängt, die zu dem jeweiligen Wagen gehören. In jedem Fall wird, wenn eine statische Belastung angenommen wird, die bei einem stillstehenden oder sich im Verkehr verhältnismäflg langsam über die Gleise bewegenden Wagen auftritt, das Wagengewicht und irgendeine in dem Wagen vorhandene Ladung von der Elastomerhülse als dem einen Federelement und dem umschlossenen Luftvolumen AS als dem zweiten Pedoreleaent getragen. Wenn sioh natürlich der Wegen

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in Bewegunabefindet und angenommen wird, daß eine genau konzentrierte Belastung auf die Mitte des betreffenden Achsanträgers einwirkt, dann führt das obere Gehäuse 31 verhältnismäßig kurze, unter Zugrundelegung von Figur 1 abwärtsgerichtete Hube aus, die die Hülse 33 verformen und die in dem umschlossenen Volumen AS vorhandene Luft in dem Raus oberhalb des Teilfliissigkeitsspiegels Ll in der oberen Kammer 40 komprimieren„

Für den Fall jedoch« daß auf das obere Gehäuse 31 ein starker Abwärtsdruck ausgeübt wird, insbesondere bei einer exzentrischen oder außermittigen Belastung, die den Achsenträger hin- und herbewegen will, macht sich der dem oberen Gehäuse 31 erteilte große Abwärtshub in einer erheblichen Kolbenwirkung der unteren Wand 36 bemerkbar, die sich eine erhebliche Strecke abwärts und in die untere Kammer 47 hineinbewegt, die mit flüssigkeit gefüllt ist» Die Gummihülse wird natürlich verformt und unterliegt Scherspannungen. Dies hat zur Folge, daß eine große ölmenge durch die Öffnung 48 aus der unteren Kammer 47 heraus und in die obere Kammer 40 mit einer hohen Geschwindigkeit hineingedruckt wird, wodurch sich das durch die Öffnung bewegende Öl erwärmt· Die absorbierte Energie kann etwa bis zu 2600 mkp betragen, wobei jedoch eine solch große Energiemenge (die in einer Schraubenfeder nur gespeichert und dann freigesetzt wird) zum grüßten Teil in Wärme umgesetzt wird, wenn sich das Öl durch die Öffnung 48 bewegt« Diese Energieumwandlung stellt in dem System einen irreversiblen Prozess dar, und tatsächlich wird Wärme an das Gehäuse 31 abgegeben, das eine Wärmesenke bildet« Auf diese Weise tritt praktisch keine Rückfederung auf, weil die Feder 30 überhaupt keine wesentliche Energiemenge speichert, und die Öffnung 48 setzt der Bewegung dee Öls einen ausreichenden Widerstand entgegen, der die Hin- und Herbewegung d®@ Aoheenträgera in einem typischen Einbau auf einen Wert von nicht Mehr als etva 2° begrenzt, wodurch

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BAD

in keiner Weise unstabile Bedingungen geschaffen werden, bei denen die Wahrscheinlichkeit von Entgleisungen gegeben ist.

Wie ersiohtlich ist, spielt die Hülse 32 eine wichtige Bolles Sie arbeitet in Verbindung alt den Luftraum, um den Aohsenträger zunächst federnd abzustützen. Sie ermöglicht ferner, daß das obere Gehäuse eine Kolbenwirkung ausübt, wenn große Kräfte aufgefangen werden sollen» Sie bildet des weiteren eine hermetische Abdichtung für die untere Kammer und sie bietet schließlich einen wirtschaftliehen Weg zur Aufhängung des oberen Gehäuses, um dadurch teilweise die untere Ölkammer zu begrenzen„

RAD OWGSNAL 10982 A/05 2 2 ^BAD °

Claims (1)

1. PATENTANWÄLTE ''

   DIPL-ING. MARTIN LICHT

   DR. "l; ,!OLD iCH/IDT

   DIPi. -V-.'jkTSC'H.-ING. MANSMANN

   Diru-MIYS. StB. HERRMANN

   MÜNCHEN 2
   ABEX CORPORATION THERESJENSTRASSE 35

   new york,new YORK 10036 19.Dez.1968

   FIFTH AVENUE 530

   V.St.A, Ke/Ca

   Patentanmeldung ι Federvorrichtung

   Io Federvorrichtungj gekennzeichnet durch ein erstes Gehäuse (31) mit einer oberen Wand (35) zur Abstützung einer Last, einer Bodenwand (36) und einer Seitenwand (39), die eine obere Kammer (40) umschließt« in der sieh ein Teilspiegel einer Flüssigkeit Ll mit eines darüber angeordneten Luftraum AS befindet _t der eine Luftfeder darstellt; ein zweites Gehäuse (32) mit einer Bodenwand (45) zur Abstützung der Federvorrichtung (30) als Ganzes und einer Seitenwand (46), die mit Abstand gegenüber der Seitanwand (39) des ersten Gehäuses (31) angeordnet ist und eine untere Kamer (47) umschließt, die alt Überströmender Flüssigkeit füllbar ist, wobei die beiden Kammern (40,47) durch eine öffnung (48) verbunden sind, so daß Überschüssige Flüssigkeit aus der unteren Kameer (47) durch die Öffnung (48) strömen kann, um die obere Kammer (40) teilweise zu füllen; und durch einen ununterbrochenen Körper (33) aus einem Elastomermaterial, der auf den Seltenwänden (39,46) befestigt ist und das obere Gehäuse (31) normalerweise in einer erhöhten Lage trägt, in der die Bodenwand (38) dieses Gehäuses von der Bodenwand (45) des unteren Gehäuses (32) einen Abstand aufweist, wodurch eine auf das obere Gehäuse (31) einwirkende statische Last, die

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   BADOfHGINAt

   oliereii Geliäisse eine kleiae Abwärtsliubbewegung erteilt

   üen Elasto^erkörper (33) und die Luftfeder AS statisch ein Widerstand entgegengesetzt wird und wodurch Energie₉ die aufgrund einer dyoarai seilen Belastung des oberen Gehäuse β (31) bestrebt lst_f. ä®m oberen Gehäuse eine große Hubbewegung au erteilen, von der Flüssigkeit absorbiert wird, die aus der unteren Kammer *(47) durch die Öffnung (48) in die obere Kammer (40) gedrückt wird ο

   BAD

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