DE1954331A1

DE1954331A1 - Vorrichtung zur Aufnahme von Stosskraeften,insbesondere fuer Eisenbahnwaggons

Info

Publication number: DE1954331A1
Application number: DE19691954331
Authority: DE
Inventors: Hans Erdmann
Original assignee: Alfred Teves GmbH
Current assignee: Continental Teves AG and Co oHG
Priority date: 1969-10-29
Filing date: 1969-10-29
Publication date: 1971-05-06
Also published as: US3693768A; FR2066644A5; GB1304107A

Description

ALFRED TEVES GMBH 27· Oktober I969

Prankfurt (Main) SL/T/Lie

P 3702

H.Erdmann - 96

Vorrichtung zur Aufnahme von Stoßkräften, insbesondere für Eisenbahnwaggons

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Aufnahme von Stoßkräften (Stoßverzehrvorrichtung)1 insbesondere zur Anordnung zwischen der Ladeplattform und dem endseitigen, Kupplungen tragenden Fahrzeugrahmen bzw* Längsträger eines Eisenbahnwaggons, die die Relativbewegungen der Ladeplattform und des Fahrzeugrahmens bzw. Längsträgers abbremst, bestehend aus einem Zylinder, einem in diesem Zylinder bewegbaren Kolben, einer Drosseistange und einer Öffnung, in die die Drosselstange eintaucht*

Derartige Vorrichtungen haben eine besondere Bedeutung für Behältertragwagen der Bisenbahn und haben die Aufgabe, Rangierstöße auf eine für die Behälter ungefährliche Beschleunigung bzw· Verzögerung abzubauen.

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Durch die deutsche Patentschrift 1 235 979 ist es bekannt, hydraulische Dämpfer zu verwenden, bei welchen die Auflaufgeschwindigkeit durch Bewegen eines in einem Zylinder gleitenden Kolbens in Üldruck umgesetzt wird, der bei rechnerisch maximaler Auflaufgeschwindigkeit, über den Gesamthub des Dämpfers gleichbleibend, den Wagen mit konstanter Verzögerungskraft abbremst. Bei dieser bekannten Vorrichtung wird ein Maximum an Arbeit in Ölerwärmung umgewandelt.

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Der Öldruck wird dadurch geregelt, daß das Öl (Druckmittel) durch Nuten einer konzentrisch zum Kolben angeordneten Regelstange gedrückt wird, wobei die Regelstange am Zylinderboden fest angeordnet ist, den Kolben durchdringt und in die hohle Kolbenstange hineinragt. Die Nuten an der Regelstange haben mit steigendem Hub parabolisch abnehmenden Querschnitt, so daß sich eine konstante Ölgeschwindigkeit in der durch die Nuten und durch die Öffnung im Kolben gebildeten Durchtrittsfläche einstellt, die konstanten. Öldruck und somit eine konstante Verzögerungkraft ergibt . Die Auslegung der Durchtrittsflächen geschieht entsprechend einer als maximal angenommenen Auflaufgeschwindigkeit und einer bis zur Lastgrenze beladenen Wagenmasse.

1st der Wagen nur teilweise beladen, so ruft bei derselben Auflaufgeschwindigkeit dieselbe Dämpferkraft eine entsprechend größere Verzögerung hervor, was unerwünscht ist, zumal bei Teilbeladung eines Behälters die auf die Behälterwandung durch Verzögerung ausgeübte Kraft zwar geringer wird, jedoch der Behälterinhalt eine entsprechend größere Verzögerung erfährt und Schaden erleiden kann.

So können auch auf ein und demselben Wagen bis zum Höchstgewicht beladene und teilbeladene bzw. leere Behälter vereinigt sein* Xn diesem Falle werden die Beanspruchungen auf die Wandung des Behälters des höchstzulässig beladenen Behälters unzulässig hoch.

Zur Behebung dieses Nachteils ist schon vorgeschlagen worden, die Durchtrittsquerschnitte des Druckmittels entsprechend der Last z.B. duroh Übertragen der Wagenfeder-Einfederung zu ver-

) q_c if- ocstellen (deutsche Patentschrift 1 259 37o). Der bauliche Aufwand zur Realisierung dieses theoretisch gangbaren Weges ist ungewöhnlich groß. Xn der Praxis hat sich diese Regelung daher nicht einführen können.

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So sind auch schon Trägheitsregler in Stoßdämpfern vorgeschlagen worden, die bei Überschreiten einer bestimmten Verzögerung die Durchtrittsflächen für das Druckmittel vergrößern. Auch derartige Stoßdämpfer haben sich bisher nicht bewährt, zumal der gesamte Bremsvorgang im Bruchteil einer Sekunde geschieht und der Stoß von der einen wie auch von der anderen Seite erfolgen kann. Da der Regler nur an einem der Dämpferteile befestigt werden kann, müßten praktisch zwei Regler vorgesehen werden oder aber der Regler müßte doppelt wirkend außerhalb des Dämpfers an dem gedämpften Teil des Wagens angebracht sein.

Es ist weiterhin möglich, die Durchlaßöffnungen für das Druck-. mittel durch einen Stromregler darzustellen und den Stromregler unabhängig von einer Verstellstange aus zu betätigen. Man erhielte auf diesem Wege zwar den gewünschten Geschwindigkeitsablauf, jedoch bestehen erhebliche Schwierigkeiten zur Unterbringung des Stromreglers innerhalb des Stoßdämpfers. Die Verdrängungsgeschwindigkeit des DämpferkoIbens liegt außerdem sehr hoch, und der Stromregler müßte für entsprechend große Druckuiit telmengen ausgelegt sein. Da der Regler selbst ein schwingfähiges Gebilde ist und eine Dämpfung benötigt, wird in der kurzen Regelzeit die gewünschte Regelgenauigkeit kaum zu realisieren sein. Auch dieser Weg ist also mit erheblicher Verteuerung und Störquellen bildender Verkomplizierung verbunden.

Der Eyfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Aufnahme von Stoßkräften zu schaffen, insbesondere für Eisenbahnwaggons, die preiswert herstellbar ist, eine hohe Lebensdauer garantiert, äußerst robust und wartungsfrei ausführbar ist, und die es vorzugsweise gestattet, Eisenbahnwaggons, die mit Behältern beladen sind, zu rangieren, ohne daß die Gefahr besteht, daß die Behälter beim Rangieren Schaden nehmen oder daß eine leichte und etoßempfindliche Ladung unzulässig stark verzögert bzw. beschleunigt wird. .

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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die im wesentlichen zylindrische Drosselstange der Vorrichtung am Boden des Zylinders befestigt ist und der im Zylinder verschiebbar diesen in zwei Arbeitsräume aufteilende Kolben eine Kammer aufweist, die durch einen fliegend angeordneten und dichtend im Zylinder geführten Trennkolben in zwei Räume aufgeteilt ist, von denen der eine mit einem Druckgas, beispielsweise Stickstoff, gefüllt ist, während der andere Raum über eine Öffnung in der Stirnwand des Kolbens mit dem druckmittelgefüllten Zylinder in Verbindung steht, wobei die Längsnuten aufweisende Drosselstange beim Arbeitshub durch die Öffnung in die eine Kammer im Kolben eintaucht. Mindestens eine in die zylindrisch geformte Regelstange eingeschnittene Längsnut ist über ihre Gesamtlänge unterschiedlich tief eingeschnitten, und zwar derart, daß die Nut pro Längeneinheit ungleichmäßig, jedoch ständig tiefer eingeschnitten ausgebildet ist. Erfindungsgemäß sind also die Durchtrittsflächen der durch die Regelstange und den Kolben gebildeten Blende so festgelegt, daß sich zu Anfang des Hubes für den vollbeladenen Tragwagen eine geringere Bremsverzögerung einstellt, beispielsweise die halbe Bremsverzögerung, die erforderlich wäre, um bei der Aufprallgeschwindigkeit einen Vollhub des Dämpfers zu erreichen.

Die Bremsverzögerung soll über einen Teil des Hubes, beispielsweise die Hälfte des Gesamthubes, auf diejenige Verzögerungskraft ansteigen, die erforderlich ist, um den Wagen gegen Ende des Dämpferhubes zum Stillstand zu bringen. Diese Verzögerungskraft liegt etwas über derjenigen, die erforderlich ist, um den Vagen mit gleichbleibender Verzögerung zu Ende des Dämpferhubes zum Stillstand zu bringen.

Die E_rfindung läßt die verschiedensten Ausführungsmöglichkeiten zu. Eine davon ist in der anhängenden Zeichnung wiedergegeben, und zwar zeigen

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Fig.1 ein Diagramm, das die Dämpferkraft über dem Dämpferweg darstellt;

Fig ο 2 ein Diagramm, das den Verlauf der Wagenverzögerung über den Dämpferweg zeigt}

FiC«3 ein Diagramm, das die Blendendurchtrittsfläche über dem Dämpferweg darstellt}

Fig.4 die Vorrichtung gemäß der Erfindung im Längsschnitt j

Fig.5 den Querschnitt der Regelstange.

Im Zylinder 1 ist der Kolben 2 dichtend und gleitfähig gelagert und mit der rohrförmigen Kolbenstange 3 fest verbünde.*, In der dargestellten Ruhelage schlägt der Kolben 2 an den ZyIinderverschluß 4 an.

Der Kolben 2 hat eine zentrische Öffnung 5» in welche die Regeis tauge 6, die am Zylinderboden 7 befestigt ist, hineinragt. Die Regeistange hat Nuten 8, durch welche das im Raum 9 in der Zeichnung durch Strichelung angedeutete Druckmittel in den Raum 10, der durch die Fläche 11 des Kolbens 2, durch den Trennkolben 12 und die Innenwand 13 der Kolbenstange 3 begrenzt ist, fließen kann. Die Dichtung 14 dichtet den Trennkolben 12 gegen den Raum 151 der mit Druckgas - im allgemeinen Stickstoff - gefüllt ist. Durch den Stangenboden 16 wird der Raum 15 nach außen abgeschlossen.

Die im Zylinderverschluß 4 befindliche Dichtung 17 dichtet das Druckmittel im Raum 9 nach außen ab. Der Kanal 18 verbindet den Ringraum \^l) mit dem Raum 1o.

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Durch die Spannung des Druckgases im Raum 15 werden auch die Räume 9 und 1o unter Spannung gesetzt, denn der Trennkolben liegt gleitfähig an der Innenwand 13 an.

Wenn auf den Stangenboden 1(> eine Stoßkraft einwirkt, wobei die Abstützung entgegen der Kraft am Zylinderboden 7 erfolgt;, und die Stoßkraft größer ist als die Spannung des Druckmittels im Raum 9» wirkend auf die Querschnittsfläche des Außendurchmessers der Kolbenstange 3» bewegt sich die Kolbenstange 3 und der Kolben 2 in den Raum 9 t verkleinert seine Länge, während die axiale Länge des Ringraumes vergrößert wird. Das vom Kolben 2 aus dem Raum 9 verdrängte Druckmittel fließt durch die durch Nuten 8 und Öffnung 5 gebildeten Durchlaßflächen und wird in diesen auf eine Geschwindigkeit gebracht, die der Geschwindigkeit des Kolbens 2, multipliziert mit dem Flächenverhältnis: Stirnfläche des Kolbens 2 / durch die Durchlaßfläche, entspricht. Hierbei entsteht ein Staudruck q =s a . ν , wobei ν = Strahlgeschwindigkeit, 2g

g = Erdbeschleunigung und J⁴ das spezifische Gewicht des Druckmittels ist. Der Staudruck q addiert sich zur Druckspannung des Druckgases im Raum 15 ο Das aus Raum 9 verdrängte Druckmittel fließt unter Verwirbelung in den Raum 1o und durch Kanal 18 in den Raum 19· Entsprechend dem aus Raum 9 verdrängten Druckraittelvolumen wird der Kolben 12 nach links verschoben. Mit zunehmenden Hub des Kolbens 2 verkleinert sich durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Nuten 8 die durch Nuten 8 und Öffnung 5 gebildeten Durchlaßflächen, so daß der gewünschte Verlauf der Verzögerung entsteht.

Bei den eingangs erwähnten bekannten Vorrichtungen dieser Art erreicht die Verzögerungskraft kurz nach Beginn des Dämpferhubes einen Spitzenwert, der durch den Rückprall des "Stoßbalkens" verursacht wird.

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Im vorliegenden Fall überschreitet diese Verzögerungsspitze aber nicht die Höhe des im zweiten Teil des Hubes auftretenden konstanten Höchstwertes. Auch wird die Änderung der Verzögerung nach der Zeit, der sog. "Ruck" günstiger gelegt, was das auf dem Vagen befindliche Ladegut schont« Beim teilbeladenen Wagen wird die Verzögerungsspitze zu Beginn der Verzögerung bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Blendendurchtrittsflachen wesentlich abgebaut.

Das Erfindungswesentliche zeigen die Diagramme gemäß den Figuren 1 - 3, wobei die Darstellung idealisiert ist. Die Kurve a gemäß Fig.1 gibt den Verlauf der Dämpferkraft über dem Dämpferhub nach dem Stand der Technik für Vollast-Waggons wieder. Die von der Kurve a nach der Abzisse begrenzte Fläche entspricht der zu vernichtenden Arbeit.

Die Kurve b gibt den Verlauf der Dampferkraft bei einem erfindungsgemäß gestalteten in Fig.3 durch die Kurve b dargestellten Flächenänderung über dem Dämpferhub wieder. Die von der Kurve b begrenzte Fläche muß der von der Kurve a begrenzten Fläche entsprechen.

In Fig.2 stellt der Verlauf der Kurve a die Wagenverzögerung dar bei einer Blendextdurchtrittsänderung gemäß Fig.31 Kurve a, für den Vollast-Wagen und in Kurve c für den Halblast-Wagen. Unter Halblasfc ist das halbe gedämpfte Gesamtgewicht zu verstehen, das sich aus dem Gewicht des Wagens abzüglich dem Gewicht des Stoßbalkens und dem Gewicht der Ladung zusammensetzt .

Die Kurve b in Fig.2 stellt den Verlauf der Verzögerung des Vollast-Wagens bei Gestaltung des Verlaufs der Änderung der Hlendendurchtritts-Flächenänderung über dem Dämpferweg nach Kurve b gemäß Fig.3 dar. Die Kurve d entspricht der Kurve b, jedoch für den Halblast-Wagen.

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Die Darstellungen nach den Figuren 1-3 beziehen sich auf Verzögerungen des Wagens, wie sie ohne Federn bei Aufprall auf eine unendlich große Masse auftreten ο

Wie bereits vorstehend erwähnt, wird der wahre Verzögerungsweg durch andere Einflüsse vergrößert.

Für die Praxis werden noch stärkere Korrekturen der Kurve b zweckdienlich sein, da durch die Beschleunigungsdiagramme P bekannter Vorrichtungen deutlich wird, daß die Vollast-Beschleunigung zum Zwecke der Senkung der Teillastbeschleunigungen eine beträchtliche Anhebung verträgt.

Beim Anmeldungsgegenstand ist also der sich durch die Regelstange und die Kolbenöffnung ergebende Querschnitt anfangs größer als der Durchtrittsquerschnitt, der sich nach der Beziehung A = Ay 1 -Ϊ ergibt, wobei A die Summe der in

einer beliebigen Stellung χ über den gesamten Nennhub d noch nicht verschlossenen freien Durchlaßquerschnitte und A den anfänglichen, durch alle Durchlaßquerschnitte zu Beginn des Hubs vorhandenen Gesamt-Öffnungsquerschnitt bedeuten, und zwar " für den Fall der Dämpfung eines vollständig starren Körpers gegen einen auf ihn ausgeübten Stoß.

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Claims

ALFRED TEVES GMBH _ft 27· Oktober

Prankfurt (Main) 3 SL/T/Lie

P 3702

PatentansprtJch

Vorrichtung zur Aufnahme von Stoßkräften (Stoßverzehrvorrichtungji insbesondere zur Anordnung zwischen der Ladeplattform und dem endseitigen, Kupplungen tragenden Fahrzeugrahmen bzw. Längsträger eines Eisenbahnwaggons, die die Relativbewegungen der Ladeplattform und des Fahrzeugrahmens bzw. Längs trägers abbremst, bestehend aus einem Zylinder, einem in diesem Zylinder bewegbaren Kolben einer Drosselstange und einer Öffnung, in die die Drosselstange eintaucht, dadurch gekennzeichne t, daß die Drosselstange (6) am Boden (7) des Zylinders (1) befestigt ist und der im Zylinder (1) verschiebbare, diesen in zwei Arbeitsräume (9»19) aufteilende Kolben (2,3) eine Kammer aufweist, die durch einen kleinen fliegend angeordneten und dichtend im Zylinder (i) geführtenTrennkolben (12) in zwei Räume (io,15) aufgeteilt ist, von denen der eine (15) mit einem Druckgas, beispielsweise Stickstoff, gefüllt ist, während der andere Raum (io) über eine Öffnung (5) in der Stirnwand des Kolbens (2,3) mit dem druckmittelgefüllten Zylinder (1) in Vex'bindung steht, wobei die Längsnuten (tt), deren Nuttiefe t mit zunehmender Länge 1 mehr als einer parabolischen Querschnittserweiterung entsprechend zunimmt, aufweisende Drosselstange (ö) beim Arbeitshub durch die Öffnung (5) in die Kammer (io) eintaucht.

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