DE3201751C2 - Fugenüberbrückungsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren zur Dimensionierung der horizontalen Verschiebewiderstandskräfte von Traversen in von Kraftfahrzeugen befahrenen Fugenüberbrückungsvorrichtungen, bei denen mehrere in Fugenlängsrichtung verlaufende Lamellen (4) jeweils fest mit zwei oder mehreren in den gegenüberliegenden Fugenrändern (2, 3) verschieblich zwischen vertikal vorgespannten Lagerteilen (7, 8) gelagerten Traversen (6) verbunden sind, und wobei die Lamellen (4) durch elastische Steuerteile (18) in gleichen Abständen gegeneinander und gegenüber den Fugenrändern (2, 3) abgestützt sind sieht vor, daß die durch die vertikale Vorspannung und die vertikalen Radlasten erzeugte horizontale Reibungskraft aller entsprechend der jeweiligen Belastung einer Lamelle (4) mitwirkenden Traversen (6) gleich groß oder etwas größer gewählt wird als die über die Räder bremsende Kraftfahrzeuge mit überwiegender Häufigkeit auf die Lamellen (4) bzw. Traversen (6) übertragenen Bremskräfte, welche je nach Belastung zwischen 15 und 25 kN je Rad liegen, derart, daß bei darüberliegenden Bremskräften, welche bis zu etwa 100 kN pro Rad betragen können, die Traversen (6) zwischen den Lagerteilen (7, 8) in Richtung des durch diese Bremskräfte ausgeübten Schubs geringfügig durchrutschen, ohne daß dabei unerwünscht hohe Verschiebungen der Lamellen (4) bzw. Traversen (6) auftreten. iesem die Kontakte der Leuchten oberhalb der für die jeweiligen Untersuchungen

Description

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Stützen ab einer bestimmten Horizontalkraft zu rutschen und entziehen sich einer weiteren Lastaufnahme. Erst von diesem Augenblick an wird die horizontale Abstützung elastisch, so daß die Beanspruchung der Lamellen dadurch verringert wird.

Um die Reibungskräfte zusätzlich wesentlich zu erhöhen, wurde auch die Vorspannung der Lager vergrößert. Auch fand der Reibungskoeffizient zwischen der Unterlage und den Traversen bei der Materialwahl die entsprechende Berücksichtigung.

Der erfindungsgemäßen Lösung ging eine Modelluntersuchung voraus, weicher die Hypothese zugrundelag, daß beim Bremsvorgang eines mehrachsigen Fahrzeugs die auf einer Fugenüberbrückungsvorrichtung befindliche Achse mit ihren Rädern wegen der Verschieblichkeit der Lamellen wesentlich geringere Bremskräfte aufnimmt als diejenige Achse, deren Räder sich auf der starren üblicherweise zudem mit einem höheren Reibungskoeffizienten behafteten Fahrbahn befinden. Tatsächlich hai die Untersuchung erwiesen, da3 es zu einer ' derartigen Umlagerung der Bremskräfte auf die auf der Fahrbahn befindlichen Räder kommt. Wegen der begrenzten Breite des Lamelleriprofilquerschnitts beträgt die Kontaktzeit mit dem bremsenden Rad je nach Geschwindigkeit des Fahrzeuges etwa 0,02 bis 0,04 sek. In dieser Zeitspanne, während der sich die Lamelle bzw. Traverse überraschenderweise nur um etwa 0,5 bis 2 mm in Richtung des Bremsschubes horizontal verschiebt, kommt es also zu der genannten Umlagerung der Bremskräfte auf die mit den Rädern auf der festen Fahrbahn befindliche Achse. Die horizontale Verschiebung kommt dadurch zustande, daß sich die Traversen, welche die Lamellen tragen, wobei jede Lamelle mit bestimmten, nur ihr zugeordneten Traversen fest verbunden ist, zwischen den vorgespannten Lagerteilen geringfügig verschieben. Während dieser Verschiebung kommen die eingangs genannten elastischen Steuerteile zur Wirkung. Ausgehend von diesen Überlegungen und Erkenntnissen besteht die weitere erfinderische Gedankcnkctle darin, daß die in die Lamellen eingeleiteten Bremskräfte im Gleichgewicht stehen mit dem Verschiebungswiderstand der Lamellen gegen Horizontalvcrschiebungen in Richtung des Bremsschuhs. Ist dieser Verschiebungswiderstand hoch, so verhält sich das Fahrzeug ähnlich wie beim Bremsen mit den Rädern beider Achsen auf einer festen Unterlage. Die belastete Lamelle wird, solange eine horizonale Verschiebung nicht eintritt, der vollen Wirkung der Bremskräfte unterworfen. Ist der genannte Verschiebewidorstand zu gering, so ergeben sich unerwünscht hohe Verschiebewege der Lamellen, die dann möglicherweise bis zum Erreichen eines Anschlages verschoben werden. Die von der vorliegenden Erfindung gegebene konkrete Regel bezieht sich daher auf einen zwischen den beiden genannten Extremen liegenden Bereich desVe.'schiebewiderstandes, bei dem erst ab Erreichen einer bestimmten Bremskraft der Verschiebewiderstand überwindbar ist, so daß es zu einer Verschiebung unter deutlicher Umlagerung der Bremskräfte kommt, wobei jedoch der Verschiebeweg auf kleinere Werte begrenzt ist.

Im Rahmen üblicher konstruktiver Gesichtspunkte ist es vorteilhaft, daß die vertikale Vorspannkraft, abhängig vom Reibungskoeffizienten zwischen Lagerteilen und Traversen, zwischen 10 und 30 kN, der Reibungskoeffizient zwischen 0,1 und 0,2 gewählt wird.

Durch die erfindungsgemäße Regel, welche die Reibungskräfte in den Traversenauflagern definiert, kommt es zu einer entsprechenden Eingrenzung des Verschiebewiderstands der LameJlen. In den Traversenauflagern sind die Enden der Traversen zwischen einem oberen und einem unteren Lagerteil unter Vorspannung gelagert Die durch die Vorspannung erzeugten Reibungskräfte an den Traversenauflagern ergeben eine starre Stütze der statisch als Durchlaufträger wirkenden Lamelle gegenüber auf diese einwirkenden Horizontalkräften. Die Reibungskraft R errechnet sich nach der Formel R = μ - V, wobei μ der Reibungskoeffizient, V die durch die vertikale Vorspannung und die vertikalen Radlasten erzeugte Vertikalkraft ist. Die Reibungskraft ist nach der Lehre der Erfindung so festgelegt, daß bis zum Beginn der Verschiebewegung einer Lamelle Bremskräfte etwa im Bereich von 15 bis 25 kN pro Rad, bzw. von 30 bis 50 kN pro Fahrzeugachse in die Lamelle eingeleitet werden. Diese Werte geben den unteren Bereich bis zum Schwellwert wieder, in welchem das erfindungsgemäße System starr ist.
Steigt die Bremskraft an, so kommt es zu einer Lamellenverschiebung, wobei die Beanspruchung der Lamelle nach Beginn der Lamellenverschiebung in jedem Fall niedriger ist als kurz vor Beginn der Lamellenverschiebung. Damit ist es in Anwendung der erfindungsgemäßen Lehre möglich, die Lamellen entsprechend dem zugelassenen horizontalen Verschiebewiderstand zu dimensionieren, wobei Überbelastungen infolge der Umlagerung der Bremskräfte bei Beginn der Lamellenverschiebung vermeidbar sind. Die Reibungskräfte im Lagerbereich der Traversen haben dabei eine mit einer Rutschkupplung vergleichbare Funktion. In dem Moment, wo die Traversen zwischen den Lagerteilen durchrutschen, weil die Bremskräfte entsprechend hoch sind, beginnt die Verschiebung der belasteten Lamellen; ein weiteres Ansteigen der Lamellenbelastung wird dadurch vermieden, daß die Bremskraft von der über der Fugenüberbrückungsvorrichtung befindlichen Rädern auf die außerhalb der Fugenüberbrückung auf der Fahrbahn stehenden Räder umlagert. Die dabei im Bereich der Traversenauflager in Kauf zu nehmende Verschiebung der Traversen in horizontaler Richtung liegt, wie die Versuche für einige praktische Auslegungsfälle gezeigt haben, in einer konstruktiv beherrschbaren Größenordnung von 0,5 bis 2 mm. Gerade diese Tatsache ist eine wichtige Voraussetzung für die Anwendung der erfindungsgemäßen Regel. Durch den beobachteten minimalen Verschiebeweg von 0,5 bis 2,0 mm ist sichergestellt, daß die Lamellen selbst bei maxiameler Breite des Fugenspalts zwischen benachbarten Lamellen nicht ihre die horizontale Verschiebung begrenzenden starren Endanschläge erreichen. Der genannte Verschiebeweg liegt nämlich innerhalb des für Fugenüberbrückungsvorrichtungen vorgeschriebenen Sicherheitsdehnweges von 5 mm je Fugenspalt, bei maximaler Fuge spaltbreit.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Belastungsdiagramm, F i g. 2 eine Fugenüberbrückungsvorrichtung als Vertikalschnitt gem. U-II der F i g. 3 und F i g. 3 eine Draufsicht auf die Vorrichtung.

F i g. 1 zeigt ein Belastungsdiagramm als Ergebnis der durchgeführten Modellversuche und Berechnungen. Darin sind Kurven für die Bremskraft B und für den Verkauf der Reibungskräfte R in den Traversenauflagern, abhängig von der Zeit f, qualitativ dargestellt. Die Bremskraftkurve B bezieht sich auf den Fall einer starr gestützten Lamelle. Beim Überfahren der Lamelle durch ein bremsendes Fahrzeug steigt die Bremskraft in der Zeit fo bis f2 während des Auffahrens des Rads auf

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die Lamelle zunächst bis zu einem Maximalwert an; dieser wird während der Zeit /2 bis h, das ist bei voller Belastung der Lamelle durch das Rad, konstant gehalten, um dann während der Zeit h bis fs, also beim Abfahren des Rads von der Lamelle wieder auf Null abzusinken.

Der Reibungskraftverlauf im Bereich der Traversenauflager beginnt bei Ro, d. i.idie Reibungskraft aus der vertikalen Vorspiannung der unbelasteten Lamelle. Beim Befahren der Lamelle steigt unter der Einwirkung der vertikalen Radlast des Fahrzeugs die Reibungskraft Ro geringfügig an, und zwar solange, bis es im Zeitpunkt fi zu einem Überwiegen der Bremskraft kommt. In diesem Zeitpunkt beginnt die Verschiebebewegung der Lamelle, die nach der Zeitspanne t_v, also im Zeitpunkt U wieder endet. Während der Zeit U verschiebt sich die Lameiie um einen sehr geringen Weg, nämlich zwischen 0,5 und 2,5 mm. Wie bereits angedeutet, bezieht sich die Kurvendarstellung für die Bremskraft B auf den Belastungsfall bei einer starr gestützten Lamelle. Unter dynamischen Gesichtspunkten und unter Einbeziehung der Lamellenverschiebung ergibt sich für den Zeitabschnitt fi bis u ein anderer, von der Darstellung in F i g. 1 abweichender Bremskraftverlauf, nämlich auf einem deutlich niedrigeren Niveau, wobei zum Zeitpunkt U ein sprunghafter Abfall zu beobachten ist.

Die Fig.2 und 3 zeigen eine Fugenüberbrückungsvorrichtung, bei Fig. 2 in einem Vertikalschnitt, bei Fig.3 in der Draufsicht. Die Fugenüberbrückungsvorrichtung überbrückt eine Fuge 1 zwischen den beiden Fugenrändern 2, 3. In Fig.2 im Profil dargestellte Lamellen 4 erstrecken sich parallel zueinander in Längsrichtung der Fuge 1. Die Lamellen 4 sind wie bei den üblichen Konstruktionen, je nach ihrer Länge zwei- oder mehrfach auf mit ihnen fest verbundenen Traversen 6 abgestützt, deren Enden innerhalb sogenannter Traversenkästen 5 gelagert sind. Bezüglich der Fuge 1 liegen sich jeweils zwei Traversenkästen 5 gegenüber. Die Traversen 6 überbrücken die Fuge 1. Sie sind im Bereich ihrer beiden Enden jeweils zwischen einem oberen Lagerteil 7 und einem unteren Lagerteil 8 abgestützt Beide Lagerteile 7, 8 bestehen aus elastischem Werkstoff und sind in vertikaler Richtung vorgespannt. Damit die Traversen 6 in horizontaler Richtung zwischen den Lagerteilen 7, 8 mit einer definierten Reibungskraft gleiten können, sind sie im Bereich der Lagerstellen mit einer Gleitauflage 9 versehen. Die oberen Lagerteile 7 sind nach oben hin abgestützt gegen Horizontalstege 10 der Randlamellen 11; die unteren Lagerteile 8 sind gegenüber dem Fugenrand auf mit einer Armierung 13 verbundenen Lagerplatten 12 abgestützt Die Lamellen 4 sind jeweils mit nur ihnen zugeordneten Traversen 6 fest verbunden. Jeder derartige Verband aus einer Lamelle 4 und zwei oder mehreren Traversen 6, von denen in F i g. 3 jeweils nur eine Traverse 6 pro Lamelle 4 dargestellt ist kann sich in seiner Gesamtheit in horizontaler Richtung verschieben. Die Fugen zwischen den Lamellen 4 sind durch Dichtungsprofile 14, welche in die Lamellenprofile eingeknöpft sind, abgestützt Zwischen den Traversen 6 befinden sich elastisehe Steuerkörper 15, welche zwischen Vorsprüngen 17 der benachbarten Traversen 6 gepuffert sind. Diese auf Druck belasteten Steuerkörper 15 werden mit zunehmender Öffnung der Fuge 1 zunehmend zusammengedrückt

In der Darstellung gemäß F i g. 3, welche eine Draufsicht auf die Fugenüberbrückungskonstruktion im Auflagenbereich zeigt sind die Lamellen 4 und die Dichtungskörper 14 entfernt, so daß man die Traversen 6 mil ihren Verbindungsstücken 18 zu den einzelnen Lamellen 4 erkennt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

32 Ol 751 1 2 auf die Lamellen durch die Verschiebung der Traversen Patentansprüche: von Null stetig an. Diese Steuerkraft ist abhängig von der Federkonstanten des Federkörpers; deshalb ist man

1. Fugenüberbrückungsvorrichtung, bei der meh- bestrebt, möglichst steile Federkennlinien zu verwcnrere in Fugenlängsrichtung verlaufende Lamellen je- 5 den, damit sich bei relativ kurzen Verschiebungen gleich weils fest mit zwei oder mehreren in den gegenüber- von Anfang an starke Steuerkräfte einsteilen, die den liegenden Fugenrändern verschiedlich zwischen ver- Bremskräften entgegenwirken. Diese entgegenwirkcntikal vorgespannten Lagerteilen gelagerten Traver- den Steuerkräfte sollen möglichst auch zum Teil von sen verbunden sind, und wobei die Lamellen durch den Dichtungsprofilen aufgefangen werden, so daß dieelastische Steuerteile in gleichen Abständen gegen- io se entsprechend aufwendig und stark zu dimensionieren einander und gegenüber den Fugenrändern abge- sind. Sämtliche eingeleiteten Kräfte erzeugen sofort Bestützt sind, dadurch gekennzeichnet, daß wegungen und Gegenbewegungen und rufen cine stardie durch die vertikale Vorspannung und die vertika- ke Beanspruchung der Steuerelemente und Dichlungslen Radlasten erzeugte horizontale Reibungskraft profile hervor. Das relativ labile System spricht beim aller entsprechend der jeweiligen Belastung einer 15 Einleiten einer Bremskraft sofort an und löst die entLamelle (4) mitwirkenden Traversen (6) etwas grö- sprechende Reaktion aus.

ßer ist als die über die Räder bremsender Kraftfahr- Demnach sind die Lamellen selbst zur Vermeidung

zeuge mit überwiegenderHäufigkeit auf dia Lamel- von Durchbiegung entsprechend steif zu dimensionielen (4) bzw. übertragenen Bremskräfte, derart, daß ren, um möglichst keine Reibungskräfte auf die darunter bei darüberliegenden Bremskräften die Traversen 20 liegenden Traversen wirken zu lassen. Die Steuerkraft (6) zwischen den Lagerteilen (7, 8) in Richtung des der Federn muß dabei ständig in der Lage sein die durch diese Bremskräfte ausgeübten Schubs gering- Reibungskräfte der Traversen zu überwinden, um die fügig durchrutschen. Lamellen wieder in ihre Ausgangsstellung zurück zu

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- bewegen, in der der Fahrbahnabschnitt gleichmäßig zeichnet, daß die vertikale Vorspannkraft zwischen 25 aufgeteilt ist. Man ist daher bestrebt gewesen die Rci-10 und 3OkN beträgt. bungskräfte möglichst klein zu halten und die Feder- g.

,

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn- kräfte groß zu wählen, wobei zur Aufnahme der verhält- " I

zeichnet, daß der Reibungskoeffizient zwischen 0,1 nismäßig großen Federwege sehr weiche Federn <*c- I

und 0,2 beträgt. wählt werden mußten. °

30 Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, unter Einbe-

ziehung dynamischer Gesichtspunkte eine geeignete

Maßnahme für eine wirtschaftliche Dimensionierung der Lamellen aufzuzeigen, wobei die Dimensionierung

Die Erfindung betrifft eine Fugenüberbrückungsvor- der Lamellen maßgeblich von der Größe der eingelcilerichtung, bei der mehrere in Fugenlängsrichtung verlau- 35 ten horizontalen Bremskräfte abhängt, fende Lamellen jeweils fest mit zwei oder mehreren in Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß die durch die

den gegenüberliegenden Fugenrändern verschieblich vertikale Vorspannung und die vertikalen Radlasten crzwischen vertikal vorgespannten Lagerteilen gelager- zeugte horizontale Reibungskraft aller entsprechend ten Traversen verbunden sind, und wobei die Lamellen der jeweiligen Belastung einer Lamelle mitwirkenden durch elastische Steuerteile in gleichen Abständen ge- 40 Traversen etwas größer ist als die über die Räder braille geneinander und gegenüber den Fugenrändern abge- sender Kraftfahrzeuge mit überwiegender Häufigkeit stützt sind. _auf die Lamellen bzw. Traversen übertragenen Brenis-Werden beim Bremsen eines Fahrzeugrades auf der kräfte, derart, daß bei darüberliegenden Bremskräften Fugenüberbrückungsvorrichtung die in die Lamellen die Traversen zwischen den Lagerteilen in Richtung des eingeleiteten Horizontalkräfte nach rein statischen Ge- 45 durch diese Bremskräfte ausgeübten Schubs geringfüsichtspunkten - wie bisher üblich - berechnet, so ist gig durchrutschen.

eine Überbeanspruchung der Lamellen nicht auszu- Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat die bisherige

schließen. Philosophie, unter Inanspruchnahme sämtlicher icchni-

Bei einer bekannten Vorrichtung, wie sie in der scher Möglichkeiten die Reibungskräfte weitgehcnsi zu DE-PS 16 58 611 beschrieben ist, ist jede Traverse mit 50 beseitigen, aufgegeben; es wurden durch konstruktive Federkörpern verbunden, derart, daß die mit der Tra- Maßnahmen bewußt alle möglichen Reibungskräfte verse verbundene Lamelle bei jeder möglichen Fugen- ausgeschöpft, die zusammengenommen die Steucrkriifbreite sowie nach jeder möglichen horizontalen Auslen- te der Federkörper deutlich übersteigen können. Diese kung etwa in der Mitte zwischen den benachbarten La- vollkommene Kehrtwendung in der Entwicklung war mellen gehalten ist. Dabei wird zugrunde gelegt, daß die 55 nach den bisherigen Erkenntnissen ungewöhnlich und zwischen den einzelnen Traversen fest angeordneten durch keinerlei Gegebenheiten vorgezeigt. Steuerfedern bei einer durch Fugenbewegungen erfol- Die schwierig miteinander zu vereinbarende Doppeigenden Auslenkung der Lamellen eine Rücksteuerung funktion der Federkörper wurde durch die crfindungsder Lamellen von sich aus auslösen und ausführen, wo- gemäße Vorrichtung sozusagen aufgeteilt auf die Fcbei die Steuerkraft der Federkörper größer sein muß als 60 derkörper und die Traversen. Die Steuerfunktion wird die auftretenden Reibungskräfte an den Traversen. Die weiterhin vom Federkörper übernommen die Stiitzzweite Funktion der Federkörper besteht darin, die ho- funktion jedoch übernehmen jetzt verstärkt die Travcrnzontale Abstützung der Lamellen gegen horizontal sen und nicht die Federkörper, bei bewußter Erhöhung wirkende Kräfte, wie z. B. Bremskräfte, durch über die der Reibungskräfte. Dabei wirken die Traversen in ei-

Fugenüberbrückungsvorrichtung fahrende Kraftfahr- 65 nem ersten Bereich als starre Stützen und nicht als ehi-

* zeuge zu gewährleisten stische nachgiebige Stützen. Durch die Wahl einer gc-

Bei dem Gegenstand gemäß der DE-PS 16 58 611 eigneten Vorspannung der Lagerteile und damit der Frsteigt die Steuerkraft bei Einwirkung von Bremskräften zeugung entsprechender Reibungskräfte beginnen die