DE2502991A1

DE2502991A1 - Gasfeder mit notlauffeder

Info

Publication number: DE2502991A1
Application number: DE19752502991
Authority: DE
Inventors: Gabor Dipl Ing Harsy-Vadas
Original assignee: Schweizerische Industrie Gesellschaft
Current assignee: Schweizerische Industrie Gesellschaft
Priority date: 1974-02-28
Filing date: 1975-01-25
Publication date: 1975-09-11
Also published as: FR2262754A1; US3904181A; BE826023A; NO750581L; NL7502187A; FI750547A; IT1028896B

Description

Gasfeder mit Notlauffeder

Bei der Verwendung von Gasfedern "bei Fahrzeugen, insbesondere bei Schienenfahrzeugen, muß in der Regel eine zusätzliche Hotlauffeder vorgesehen werden, welche beim Ausfall des Gasdruckes die Gesamtlast aufnimmt und auch dann eine gewisse, wenn auch meistens stark reduzierte Federung des Fahrzeuges sicherstellt. Aus Gründen der höchstmöglichen Zuverlässigkeit ist die HOtIauf-. feder nicht auch als Gasfeder oder Flüssigkeitsfeder sondern als Festkörperfeder ausgebildet.

Es sind verschiedene Lösungen bekannt, bei welchen die Notlauffeder in Bezug auf den Kraftfluß entweder in Serie oder parallel zur Gasfeder eingebaut sind. Im Falle des parallelen Einbaues besteht grundsätzlich die Möglichkeit, einen bestimmten Leerweg

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vorzusehen, bis die .Totlauffeder zur! Tragen hoijnt.

Es sind Gasfedern mit einer kraftmässig parallel zur Gasfeder wirkenden, als Festkörperfeder ausgebildeten Uotiauffeder bekannt geworden. " Diese weicit aber keine Vorspannung auf, so äa.x^ sie girosse Einbauhöhen verlangt, was ira heutigen Eisenbahnbau eine unannehmbare Forderung darstellt, insbecon .ere wegen der heute auftretenden Sugsgeschwindicfkeiten.

Bei einer anderen Ausführung, die bekannt geworden i^t, ir.t eine Uotlauffeder mit Freiweg und eine Fangfeder vorgesehen (DT-OS 2213 378). Die durch die Last vorgespannte und durch eine Stütze in ihrer Einfederung begrenzte Fangfader kommt jedoch nur kurzseitig während eines plötzlichen Ausfalls der Gasfeder zur Wirkung. Der Zweck dieser Feder besteht einzig und allein darin, den an sich schon kurzen Unterbruch des Kraftflusses noch zu verkürzen. Kraftflussmässig handelt es -3ich ura zwei in Serie geschaltete Parallelverzweigungen. Eine Vorspannung der eigentlichen Notlauffeder ist nicht vorhanden.

Ferner gehört eine Federanordnung zum Stande der Technik, bei der der Kraftfluss in Serie geschaltet ist. Da hier '-.eine F.usatzfunktionen vorgesehen sind, v/erden beide Federn immer \-jeichzoitig mit der vollen Kraft beansprucht. Es handelt sich ilsο hier nicht um eine alternative, sondern um eine simultane Uirkfolgo. Hier wird besonders der Unterschied zwischen der Eraftflunsschaltung, die parallel öder in Serie sein kann und der T7.irkfolge

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BAD ORiGlNAL

die nicht nur von der Kraftflussschaltung, sondern vor allem von den Zusatzfunktionen abhängt und alternativ oder simultan auftreten kann.

Derartige Serieschaltungen sind zum Beispiel aus den üS-PS 2 930 607, 3 160 40 7 und.3 326 507 bekannt geworden.

Diese bekannt gewordenen Kombinationen von Gasfeder und Hotlauffedsr weisen jedoch erhebliche Nachteile auf, insbesondere, wenn, für einen grossen Geschwindigkeitsbereich hohe Ansprüche sowohl" bezüglich der Entgleisungssicherheit als auch bezüglich des Fahrkomforts gestellt werden. Soll die Gasfeder im Hormalbetrieb möglichst unabhängig von der Hotlauffeder arbeiten und die Notlauffeder beim Ausfall der Gasfeder die volle Sicherheit gewährleisten und zugleich keine grosse Komforteinbusse bewirken, so muss bei den bisherigen Lösungen mit einem sehr grossen totalen Federweg gerechnet.werden. Ein solcher ist jedoch wegen der Platzverhältnisse und der Stabilität des.Fahrzeuges von erheblichem Hachteil. · ■

Die auf eine Fahrzeugfeder wirkenden Kräfte kann man in drei Gruppen einteilen. Die statischen Kräfte werden durch das Eigengewicht des Fahrzeugaufbaus und durch die zwischen Tara und Brutto wechselnde Zuladung hervorgerufen. Diese Kräfte wechseln nur im Stillstand des Fahrzeuges und bleiben während der Fahrt praktisch konstant.

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Ganz anders verhält es sich mit den dynamischen Kräften, die in Form von Kraftstössen und entsprechenden Entlastungen in regelmässiger oder unregelmässiger Folge, mit sehr verschiedener Frequenz und Stärke auftreten. Diese Kräfte rühren von den unvermeidlichen Ungenauigkeiten der Fahrbahn und der Räder her.

Die Kräfte der dritten Gruppe werden als quasi-statisch bezeichnet. Sie ändern während der Fahrt, jedoch nicht in so rascher Folge, wie die dynamischen Kräfte. Sie rühren von den, sich über längere Abschnitte erstrechenden Äenderungen des Fahrweges, zum Beispiel bei Schienenfahrzeugen von Schienenverwindungen, Uebergangsbögen und Kurven her. Alle drei Kraftarten sind bei der Federung gebührend zu berücksichtigen, in dem Sinne, dass Federwege und Federkennlinien so ausgelegt v/erden, dass die Kräfte störungsfrei vom Federsystem aufgenommen werden können. Bei jeder möglichen statischen Belastung muss das Federsystem noch die dynamischen und die quasi-statischen Kräfte in beiden Wirkrichtungen aufnehmen können.

Eine besondere Rolle spielt bei Schienenfahrzeugen die Entgleisungssicherheit, weil ab bestimmten Werten des Quotienten aus der waagrechten Führungskraft und der momentanen Radlast die Gefahr des Aufkletterns des führenden Rades auf den Schienenkopf und demzufolge einer Entgleisung gegeben ist.

Die vorliegende Erfindung bringt diesbezüglich eine wesentliche Verbesserung. Die erfindungsgemässe Gasfeder wit kraftra^ssiq

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parallel zur ranfader virlc-andcn, als Festkörperfoder ausgebildeten 'Totlauffecer, zeichne» t r;ich dadurch aus, dass die Notläuffaüer vorgespannt ist, und beim Ein federn erst nach eineEi Leerv?eg zura Tragen kommt.

Dabei können Federkennwert _f Vorspannung und Ansprachleerweg der llotlauf fe:'er so mit den entsprechenden- Kenndaten der Luftfeder abgestimmt werden, dass im Mormalbetrieb ausschliesslich die Gasfeder, bei üeborlast und/oder zu geringem Gasdruck in der Gasfeder beide Federn mit je einem Kraftanteil und bei völligem Λusfall der Gasfeder jedoch ausschliesslich die Hotlauffeder zum Tragen kommen und sowohl die Abstützung als auch die Federungsarbeit übernahmen. Die Wirkungsfolge der beiden Federn ist also eine teils alternative, teils simultane.

Die IStotlauffeder kann ausserhalb oder auch innerhalb der Gasfeder angeordnet werden. Die llotlauffeder kann als Rotationskörper koacial in die Gasfeder eingebaut v/erden. Die Mitnahmeflache, die beim Sinsatz der Hotlauffeder zum Tragen kommt, kann mindestens teilweise als Gleitfläche zur Aufnahme seitlicher Bewegungen der Last ausgebildet sein.

Die Erfindung wird anschliessend beispielsweise anhand von Figuren crl'iutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ueg-Kraft-Diagramm mit den Kennlinien der Gasfeder und dar Hotlauffeder,

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Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Federkombinntion zu Fig.

In Fig. 1 sind die Kräfte rait P, die Wege mit f und die einzelnen Diagrammpunkte mit 1 bis 12 bezeichnet. Das dargestellte Federsystem ist für die Kastenfederung eines Schienenfahrzeuges vorgesehen. Ein Kastenun*"irteil 14 stützt sich auf einen oberen Federteller 16, während ein unterer Federteller 18 auf einem Drehgestellrahmen 20 liegt. Selbstverständlich kann ein solches Federsystem in'analoger Weise zwischen einem Drehgestellrahmen und einer Achslagerung eines Fahrzeuges oder aber zwischen dem Aufbauunterteil und der Achse eingebaut werden«

Form und Funktion der Luftfeder entsprechen im Prinzip etwa den heute allgemein bekannten Bauarten. 3s sind vor allem die mit der Vorspannung der Hotlauffeder im Zusammenhang stehenden Vorrichtungen sowie die besonderen gegenseitigen Verhältnisse der Federkennlinien im Diagramm Fig. 1, welche sich vom bisher Bekannten unterscheiden.

Der obere Federteller 16 ist durch einen Balg 22 aus elastischem Material luftdicht mit dem unteren Federteller 18 so verbunden, dass die beiden in vertikaler- und meist auch horizontaler Richtung sich relativ zueinander bewegen können. Ein Hohlraum 24 wird mit einem unter Druck stehenden Gas, vornehmlich mit Luft, aufgepumpt, so dass das Gas, das auf die Fläche der beiden Federteller 16 und 18 wirkt, die Kräfte elastisch überträgt. Der Gasdruck wird dabei durch ein Regelsystem so gesteuert, dass

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bei verschiedener Belastung des Fahrzeuges die Höhenlage des Kastens auf ein vorgegebenes liiveau einreguliert wird.

Eine Hotlauffeder 26 ist in unserem Beispiel in der Luftfeder koaxial eingebaut. Sie ist im unbelasteten Zustand ein zylindrischer Körner mit einer Bohrung. . Sie ruht auf dem unteren Federteller 18 und wird oben durch den Notlauffeclerteller 28 belastet. Letzterer wird an seinem Rand 30 durch ring- und nockenförmige Anschläge 32 gegenüber dem unteren Federteller 13 so festgehalten, dass er sich nur nach unten, nicht aber nach oben bex^egen kann. Auf diese I-Jeise wird die Notlauffeder 26 unter Vorspannung gehalten. Zwischen de::' oberen Federteller 16 und dem Notlauffederteller 28 ist ein Leerweg vorgesehen.

Betrachten wir nun an Hand des Diagramms Fig. 1 die verschiedenen Betriebs zustande. Ihnen entspricht in Fig. 2 eine Bewegung des oberen Pedertellers 16 nach unten bis er auf dem Notfederteller 2 3 aufliegt, diesen dann mitnimmt und so die Hotlauffeder 26 beansprucht. Solange, die Luftfeder normal funktioniert, wird ■ die Hotlauffader nicht beansprucht. Bei Taralast ohne weitere dynamische oder rruasi-statische Einflüsse nimmt der obere Federteller IG die der.-· Diagraranpunkt 2 entsprechende Lage ein. Treten bei dieser Gruncllast positive oder negative Susatzkräfte durch Stösne, Tint lastungen und Verv/indungen auf, so bewegt sich die Teder weg—und kraftmäsnig im Bereich der Linie 1-2-3. Wird das Fahrzeug mit einer Z-uladung belastet, so v/ird der Kasten durch die Luftfedersteuerung auf derselben Höhe gehalten, indem der

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Druck entsprechend erhöht wird. Wenn bsi voller Zuladung dynamische und quasi-statische Zusatzkräfte bis zu ihrem maximalen positiven und negativen Wert auftreten, so bewegt sich der obere Federteller im Diagramm im Bereich der Linie 4-5—6. Bei irgendwelchen Teillasten und entsprechenden Stosswirkungen wird sich der obere Federteller 16 etwa auf einer der eingetragenen Zwischenlinien bewegen.

Fällt nun die Luftfeder aus, indem aus irgendeinem Grunde der tragende Luftdruck auf den Aussendruck abfällt, so stützt sich der obere Federteller 16 auf dem Wotlauffederteller ab. Damit wird nun die Notlauffeder beansprucht. Da diese, zu Folge ihrer Vorspannung, nicht von der Kraft O aus einfedern kann, kann der Verlauf der Notlauffedercharakteristik relativ v/eich vorgesehen werden, ohne dass die gesamte Federhöhe allzu gross wird. Bei Taralast stellt sich nun der dem Punkt 3 entsprechende Zustand ein. Bei zusätzlichen dynamischen oder quasi-dynamischen Kräften kann der Kurvenbereich 7-8-9 ausgenützt werden. Bei zunehmender statischer Belastung des Fahrzeuges wird sukzessive ein weiter rechts unten liegender Abschnitt derselben Kurve überstrichen. Im Falle der ruhenden Bruttolast stellt sich der statische Zustand auf Punkt 11 ein. Die vollen dynamischen und quasi-statischen Zusatzkräfte bewirken dann eine Bewegung, die dem Diagrammbereich 10-11-12 entspricht.

Im gezeigten Anwendungsbeispiel ist die Notlauffeder als Rotationskörper, beispielsweise aus Gummi, ausgebildet und mit ge-

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iaeinsamor Axe 34 in die Luftfeder eingebaut. Der llotfedertaller 23 ist zudem mit einem speziellen Einsatz, der eine Gleitfläche 36 bildet, versehen, um die seitlichen Bewegungen uährend des Aufliegens des oberen Federtellers 16 reibungs- und abnützungsann zu gestalten.

Das Federdiagramm kann so ausgelegt werden, dass innerhalb des oberen, der Luftfederung entsprechenden Teils ein optimaler Komfort und die vorgeschriebene Entg^J-eisungssicherheit'erreicht wird. Der untere Teil des Diagramms, der der Notlauffeder entspricht, kann so weich gestaltet werden, dass auch hier die Entglexsungssicherheit gewährleistet und noch ein annehmbarer Komfort sichergestellt bleibt. Trotzdem bleibt der.total für die Feäerbewegung vorzusehende Weg auch bezüglich der Bauhöhe und der Stabilität des Fahrzeuges, respektive seines Laufwerkes in annehmbaren Grenzen. Damit wird bei geringer Bauhöhe eine. sehr wirkungsvolle Notlauffederung erreicht.

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Claims

Paten t a η s ρ r ü c h e

1."} Gasfeder mit mindestens einer kraftmässig parallel zur Gasfeder wirkenden, als Festkörperfeder ausgabildeten Notlauf feder,' dadurch gekennzeichnet, dasπ die Hotlauf- feder (26) vorgespannt ist und beim Einfedern erst nach einem Leerweg zum Tragen kommt.·

2. Gasfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Federkennwert, Vorspannung und Ansprechleerweg (fn) der Kofclauffeder (26) so mit den entsprechenden Kenndaten der Luftfeder (24) abgestimmt sind, dass im Normalbetrieb ausschliesslich die Gasfeder, bei deren Ausfall jedoch ausschliesslieh die Notlauffeder zum Tragen kommt und sowohl die Abstützung als auch die Federungsärbeit übernimmt (Fig. 1).

3. Gasfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Notlauffeder ausserhalb oder innerhalb, der Gasfeder angeordnet ist.

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4. Gasfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hotlauffeder als Rotationskörper koaxial in die Gasfeder eingebaut ist.

5. Gasfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Auflagefläche, die beim Einsatz der Notlauf-' feder zum Tragen kommt, mindestens teilweise als Gleitfläche (36) zur Aufnahme seitlicher Bewegungen der Last ausgebildet ist.

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