DE1816208A1 - Federvorrichtung - Google Patents
FedervorrichtungInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F9/00—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
- F16F9/06—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium using both gas and liquid
- F16F9/08—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium using both gas and liquid where gas is in a chamber with a flexible wall
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B61—RAILWAYS
- B61F—RAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
- B61F5/00—Constructional details of bogies; Connections between bogies and vehicle underframes; Arrangements or devices for adjusting or allowing self-adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves
- B61F5/02—Arrangements permitting limited transverse relative movements between vehicle underframe or bolster and bogie; Connections between underframes and bogies
- B61F5/04—Bolster supports or mountings
- B61F5/10—Bolster supports or mountings incorporating fluid springs
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Vehicle Body Suspensions (AREA)
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£0no
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„fae,
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 bringenά
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,,
109824/0522 BAD ORIGINAL
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
1098 24/05 22
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 ists 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,
109824/0522
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. ·
109824/05 2 2
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
109824/0522 BAD
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 bildetφ 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
109824/0522
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 erzeugts
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 - it'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
109824/0522
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
10982 A/0522
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)
- PATENTANWÄLTE ''DIPL-ING. MARTIN LICHTDR. "l; ,!OLD iCH/IDTDIPi. -V-.'jkTSC'H.-ING. MANSMANNDiru-MIYS. StB. HERRMANNMÜNCHEN 2
ABEX CORPORATION THERESJENSTRASSE 35new york,new YORK 10036 19.Dez.1968FIFTH AVENUE 530V.St.A, Ke/CaPatentanmeldung ι FedervorrichtungIo 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, die109824/0 522BADOfHGINAtoliereii Geliäisse eine kleiae Abwärtsliubbewegung erteiltüen 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 lstf. 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 οBAD10 9 824/0522
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