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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Feder-Dämpfer-Einheit eines Druckpuffers, insbesondere
für Schienenfahrzeuge,
umfassend einen Zylinder, einen darin längs der Längsachse verschiebbar geführten Kolben,
einen durch den Zylinder und den Kolben begrenzten volumenveränderlichen
hydraulischen Arbeitsraum, einen volumenveränderlichen Überströmraum und einen ebenfalls volumenveränderlichen
Gasraum, wobei der Überströmraum mit dem
Arbeitsraum über
eine wegabhängige
Drossel und eine zu dieser parallel geschaltete Überdruck-Ventileinheit verbunden und von dem
Gasraum durch einen längs
der Längsachse
verschiebbaren Trennkolben abgetrennt ist.
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Im
Eisenbahnbereich kommen zum Abfangen von Aufprallstößen verbreitet
Druckpuffer zum Einsatz, welche einen hydraulischen Dämpfer und eine
Gasfeder in sich vereinigen. Typischerweise hat der hydraulische
Dämpfer
dabei eine wegabhängige Dämpfungscharakteristik,
indem sich der Strömungsquerschnitt
der zwischen dem hydraulischen Arbeitsraum (Hochdruckraum) und dem Überströmraum (Niederdruckraum)
angeordneten Drossel wegabhängig
verändert.
Ein entsprechender, allein dem Abfedern von Aufprallstößen dienender
Puffer ist beispielsweise der deutschen Auslegeschrift 11180394 entnehmbar.
Eine vergleichbare Dämpfungsvorrichtung
ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 2015016 bekannt. Auch
die Europäische
Patentschrift 1352802 offenbart eine derartige, eine hydraulische
Dämpfeinrichtung
und eine Gasfeder in sich vereinigende Einheit, die in diesem Falle
als Dämpferpatrone
ausgeführt
ist, welche dergestalt in einer Mittelpufferkupplungsanordnung integriert
ist, daß mittels
einer die Dämpferpatrone
umgebenden Ringfederanordnung auch Zugstöße abgefangen werden können. Schließlich zeigt
die Europäische
Patentschrift 1169207 einen kombinierten Zug-Druck-Puffer, dessen
zum Abfangen von Aufprallstößen vorgesehene
Feder-Dämpfer-Einheit in der einleitend
bezeichneten, gattungsgemäßen Weise
ausgeführt
ist, indem zusätzlich
zu der den Arbeitsraum mit dem Überströmraum verbindenden
wegabhängigen
Drossel zu dieser parallel geschaltet eine Überdruck-Ventileinheit vorgesehen
ist, welche der Beschädigung des
Puffers bei einem Aufprallstoß mit
einer außerhalb
des Auslegungsbereichs liegenden Wucht (Geschwindigkeit) vorbeugen
soll. Die Überdruck-Ventileinheit umfaßt dabei
mehrere Bohrungen, welche die den Überströmraum vom Arbeitsraum trennende Zwischenwand
durchsetzen, und eine Ringscheibe, die auf der dem Überströmraum zugeordneten
Seite der Zwischenwand angeordnet und mittels eines Satzes von Tellerfedern
gegen die zugeordneten Mündungen
der Bohrungen vorgespannt ist.
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Die
vorliegende Erfindung zielt darauf ab, eine Feder-Dämpfer-Einheit der eingangs
genannten Art dergestalt weiterzuentwickeln, daß sie noch besser als die bekannte
gattungsgemäße Feder-Dämpfer-Einheit
(
EP 1169207 B1 )
geeignet ist, bei einem außerhalb
des Auslegungsbereichs liegenden Aufprallstoß mit großer Wucht eine Beschädigung des Puffers
sowie des Fahrzeugs (Waggons), an dem dieser angeordnet ist, zu
vermeiden bzw. die Gefahr einer entsprechenden Beschädigung zu
minimieren.
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Gelöst wird
die vorstehend dargelegte Aufgabenstellung, indem bei einer Feder-Dämpfer-Einheit
der gattungsgemä ßen Art
die Überdruck-Ventileinheit
eine Mehrzahl autonomer Überdruckventile umfaßt, welche
um die wegabhängige
Drossel herum angeordnet sind und jeweils einen in einer zylindrischen
Führung
verschiebbar geführten
Ventilkolben aufweisen, der mittels einer Schraubenfeder gegen einen
die Mündung
einer mit dem Arbeitsraum kommunizierenden Hochdruck-Bohrung umgebenden Sitz
vorgespannt ist. Für
die erfindungsgemäße Feder-Dämpfer-Einheit ist, mit
anderen Worten, von zentraler Bedeutung, daß die Überdruck-Ventileinheit eine
Mehrzahl von unabhängig
von einander wirkenden Überdruckventilen
umfaßt,
die einerseits in einer spezifischen Weise angeordnet sind, nämlich um
die wegabhängige
Drossel herum, und andererseits in spezifischer Weise ausgeführt sind,
nämlich
indem sie insbesondere jeweils einen mittels einer Schraubenfeder
gegen einen Ventilsitz vorgespannten, in einer zylindrischen Führung verschiebbar
geführten Ventilkolben
umfassen. Die vorliegende Erfindung macht sich dabei die Erkenntnis
zunutze, daß sich das
Ansprechverhalten von Überdruckventilen,
wie sie nach der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen, deutlich
genauer vorgeben läßt als das
Ansprechverhalten der nach dem Stand der Technik vorgesehenen Überdruck-Ventileinheit.
Dementsprechend läßt sich
in Anwendung der vorliegenden Erfindung erreichen, daß die Überdruck-Ventileinheit (erst)
exakt dann öffnet,
wenn die aus einem Aufprallstoß resultierende
Belastung der Feder-Dämpfer-Einheit
den Auslegungsbereich verläßt.
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Ein
zu frühes Öffnen der Überdruck-Ventileinheit,
die mit der Gefahr eines Zusammenfahrens der Feder-Dämpfer-Einheit bis zum Anschlag
und infolge dessen einer bleibenden Beschädigung der wagenseitigen Überlastsicherung
oder ggfs. sogar des Wagens selbst verbunden ist, wird in Anwendung
der vorliegenden Erfindung ebenso unter bunden wie ein zu spätes Öffnen der Überdruck-Ventileinheit, welches
eine Beschädigung
der Feder-Dämpfer-Einheit selbst
zur Folge hätte.
Auch die durch die Vielzahl parallel arbeitender autonomer Überdruckventile
bereitgestellte Redundanz des Systems wirkt sich im Sinne einer
erhöhten
Zuverlässigkeit
der Feder-Dämpfer-Einheit
aus.
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Im
Sinne einer weiteren Optimierung des Ansprechverhaltens der Überdruck-Ventileinheit
zeichnet sich eine bevorzugte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung
dadurch aus, daß jedes Überdruckventil
eine mit dem Überströmraum kommunizierende
Niederdruck-Bohrung umfaßt,
die im Bereich der Stirnseite des zugeordneten Ventilkolbens in
die zugeordnete Führung
mündet.
Bei einer solchermaßen weitergebildeten
Feder-Dämpfer-Einheit umströmt, wenn
die Überdruck-Ventileinheit
anspricht und die Überdruckventile
dementsprechend öffnen,
das Dämpffluid
nicht den Ventilkolben. Nicht einmal ein Teller oder vergleichbarer
Teil des Ventilkolbens wird umströmt. Vielmehr gelangt bei dem
von dem Ventilsitz abgehobenen Ventilkolben das Dämpffluid
vor der Stirnfläche
des Ventilkolbens auf kürzestem Wege
direkt von der Hochdruck-Bohrung in die Niederdruck-Bohrung des betreffenden Überdruckventils.
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Gemäß einer
anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfaßt die Überdruck-Ventileinheit
mindestens vier, besonders bevorzugt sechs autonome Überdruckventile.
Die besonderen Vorteile dieser Weiterbildung ergeben sich aus einem
für typische
Anwendungsfälle
besonders günstigen
Verhältnis
zwischen der ein Ansprechen der Überdruck-Ventileinheit
auslösenden
Drucksituation einerseits und dem bei geöffneter Überdruck- Ventileinheit für das Durchströmen der Überdruckventile
zur Verfügung stehenden
Strömungsquerschnitts
andererseits.
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Gemäß einer
wiederum anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen,
daß die Überdruckventile
in einem Kolbenboden des als Hohlkolben ausgeführten Kolbens angeordnet sind. In
dem Hohlkolben sind demgemäß der Gasraum und
der Überströmraum untergebracht.
Bei dem Kolbenboden, in dem die Überdruckventile
untergebracht sind, handelt es sich dabei zweckmäßigerweise um ein gesondertes
Bauteil, welches mit der Kolbenwand des Hohlkolbens verschraubt
ist. Besonders günstig
ist es, wenn die Überdruckventile
in einem zentralen Ansatz des Kolbenbodens angeordnet sind, wobei
der Ansatz unter Ausbildung eines durch seine Umfangswand und die
Innenfläche
der Kolbenwand begrenzten ringförmigen
Bereichs des Überströmraums in
die Kolbenwand des Hohlkolbens hineinragt und die Niederdruck-Bohrungen
in den ringförmigen
Bereich des Überströmraums münden. Eine
solche Gestaltung zeichnet sich nicht nur durch besonders kompakte
Abmessungen aus. Günstig
ist weiterhin, daß die
Niederdruck-Bohrungen in einen Bereich des Überströmraums münden, in dem der Einfluß dynamischer
Effekte besonders gering ist. Dies ist wiederum von Vorteil für die Einhaltung
eines exakt vorausbestimmten Ansprechverhaltens der Überdruck-Ventileinheit,
unabhängig
von spezifischen dynamischen Effekten, insbesondere innerhalb des Überströmraums.
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Im
Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand eines in der Zeichnung
veranschaulichten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei
zeigt
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1 einen
Axialschnitt durch eine als Dämpferpatrone
ausgeführte
Feder-Dämpfer-Einheit nach
der vorliegenden Erfindung und
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2 in
vergrößerter Darstellung
das Detail "X" der Dämpferpatrone
nach 1.
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Die
in der Zeichnung abgebildete, als Bestandteil eines Druckpuffers
für Schienenfahrzeuge ausgelegte
Pufferpatrone 1 umfaßt
als die beiden Hauptkomponenten einen Zylinder 2 und einen
darin längs
der Längsachse 3 verschiebbar
geführten
Kolben 4. Der Zylinder 2 weist eine Zylinderwand 5 und einen
Zylinderboden 6 auf. Der Kolben 4 ist als Hohlkolben
ausgeführt;
er weist eine Kolbenwand 7, einen inneren Kolbenboden 8 und
einen äußeren Kolbenboden 9 auf.
Die Außenfläche der
Kolbenwand 7 und die Innenfläche der Zylinderwand 5 sind
in als solches bekannter Weise über
mindestens eine Ringdichtung 10 gegeneinander abgedichtet.
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Der
Kolben 4 beherbergt zwei durch einen längs der Längsachse 3 verschiebbaren,
gegenüber der
Innenfläche
der Kolbenwand 7 gedichteten Trennkolben 11 voneinander
abgetrennte Funktionsräume,
nämlich
einen volumenveränderlichen Überströmraum 12 und
einen ebenfalls volumenveränderlichen
Gasraum 13. Der Überströmraum 12 ist
mit einem durch den Zylinder 2 und den Kolben 4 begrenzten
volumenveränderlichen
hydraulischen Arbeitsraum 14 strömungstechnisch verbunden, und
zwar über
eine wegabhängige
Drossel 15 und eine zu dieser parallel geschaltete Überdruck-Ventileinheit 16. Die
wegabhängige
Drossel 15 umfaßt
dabei ein an dem Zylinderboden 6 angebrachtes, mehrere
Bohrungen 17 aufweisendes Steuerrohr 18, welches
in eine Bohrung 19 des inneren Kolbenbodens 8 eintaucht.
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In
dem vorstehend dargelegten Umfang entspricht die Pufferpatrone nach
der Zeichnung dem hinlänglich
bekannten Stand der Technik, so daß es weiterer Erläuterungen
nicht bedarf.
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Die Überdruck-Ventileinheit 16 umfaßt sechs autonome Überdruckventile 20.
Diese sind gleichmäßig um die
wegabhängige
Drossel 15 herum angeordnet. Sie weisen jeweils eine in
dem inneren Kolbenboden 8 angeordnete, im wesentlichen
axiale, mit dem hydraulischen Arbeitsraum 14 kommunizierende
Hochdruck-Bohrung 21 auf, die in einer ebenfalls in dem
inneren Kolbenboden 8 angeordneten zylindrischen Führung 22 mündet. In
der Führung 22 ist
ein Ventilkolben 23 verschiebbar geführt, der mittels einer – ebenfalls
in der Führung 22 aufgenommenen – Schraubenfeder 24 gegen
einen Ventilsitz 25 vorgespannt ist, welcher die Mündung 26 der
Hochdruck-Bohrung 21 in
der Führung 22 umgibt.
Die Hochdruck-Bohrung 21 ist
jeweils als Stufenbohrung ausgeführt
mit einem gegenüber
dem Durchmesser im übrigen
reduzierten Durchmesser im Bereich der Mündung 26.
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Jedes Überdruckventil
umfaßt
weiterhin eine im wesentlichen radiale Niederdruck-Bohrung 27. Diese
kommuniziert mit einem ringförmigen
Bereich 28 des Überströmraums 12,
der zwischen der Innenfläche
der Kolbenwand 7 und der Außenfläche eines in die Kolbenwand
hineinragenden Ansatzes 29 des inneren Kolbenbodens 8 gebildet
ist, und mündet
in die zugeordnete Führung 22 im
Bereich der Stirnseite 30 des zugeordneten Ventilkolbens 23 (in
dessen an dem Sitz 25 anliegender, das Überdruckventil 20 verschließender Stellung).
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An
ihren dem jeweils zugeordneten Ventilkolben 23 gegenüberliegenden
Enden stützen
sich die Schraubenfedern 24 an einer Scheibe 31 ab,
die stirnseitig mit dem Ansatz 29 des inneren Kolbenbodens 8 verschraubt
ist. Die Scheibe weist im Bereich jeder der Führungen 22 eine Ausgleichsbohrung 32 auf.
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Ein
dichtend an der Außenfläche des
Steuerrohres anliegender Dichtungsring 33 ist in dem Kolbenboden 8 des
Kolbens 4 ist in einer entsprechenden größer dimensionierten
Ausnehmung schwimmend gelagert.