DE519996C - Abfederung durch ein Federsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Abfederung, insbesondere von Schienenfahrzeugen, durch ein Federsystem, dessen in der Lastangriffsrichtung fallende Spannkraftkomponente einen Höchstwert durchläuft. Vor allem ist die Erfindung bei Fahrzeugen, deren Nutzlast im Vergleich zum Eigengewicht klein oder nur geringen Schwankungen ausgesetzt ist, anwendbar. Solche Eisenbahnfahrzeuge sind beispielsweise die Salonwagen, die bei großem Eigengewicht nur von einer geringen Personenzahl benutzt werden. Andererseits ist gerade für solche Fahrzeuge eine möglichst gute, d. h. schwingungsfreie Federung erwünscht.

Bei der Abfederung gemäß der Erfindung ist die statische Belastung des Federsystems bei gleicher oder nahezu gleichbleibender Nutzlast angenähert gleich der größten in Richtung des Lastangriffes wirkenden Komponente der Spannkraft des Federsystems, so daß die durch die Fahrbahnunebenheiten verursachten dynamischen Zusatzbeanspruchungen ohne nennenswerte Rückwirkungen auf die abgefederte Masse vom Federsystem aufgenommen werden.

Für die Abfederung werden an sich bekannte Federungssysteme, bestehend aus Sprengwerken oder Fachwerkträgern, benutzt, deren Streben sämtlich oder zum Teil federnd ausgebildet sind, derart, daß bei Belastung die Bauhöhe des Systems sich verringert. Der Diagrammverlauf einer derartigen Federung zeigt einen parabelartigen Linienzug, der in seinem mittleren Teil nahezu parallel der Nullinie verläuft, also hier eine angenähert schwingungsfreie Federung ergibt. Bei den bisherigen Anwendungen wurden diese Sprengwerke infolge der Schwankungen in der Belastung innerhalb ihres ganzen Diagrammverlaufes ausgenutzt. Die Abfederung erstreckte sich dabei über den schwingungsreichen und schwingungsarmen Bereich des Diagramms. Erfindungsgemäß wird für eine vorhandene nahezu gleichbleibende Belastung die Federung und Stellung der Last so ermittelt, daß lediglich der schwingungsarme Teil des Diagramms ausgenutzt wird.

Die Anwendung der Erfindung ist nur beschränkt auf die Abfederung nahezu gleichbleibender Lasten. Anwendungsgebiete sind sowohl Schienen-wie auch Straßenfahrzeuge. Auch treten im Maschinenbau und in anderen Gebieten Fälle auf, wo das Gewicht eines Körpers annähernd ausgeglichen werden soll. Hierbei wird lediglich verlangt, daß sich die dem Gewicht entgegenwirkende Federkraft in gewissen Grenzen hält. Geringe Unterschiede sind zulässig oder werden durch andere Hilfsmittel ausgeglichen. Die Diagrammlinie kann sich in den betrachteten Teilen auch um ein Geringes senken, jedoch nicht unter den Wert der statischen Belastung.

In der Zeichnung ist eine Federung dargestellt und der zugehörige Diägrammverlauf auf graphischem Wege ermittelt.

Abb. ι zeigt ein sprengwerkartiges Federsystem. -.

Abb. 2 zeigt das Diagramm einer in das System geschalteten Feder.

Abb. 3 zeigt den Diagrammverlauf des in Abb. ι dargestellten Federsystems.

In Abb. 4 ist das in Abb. 3 errechnete Diagramm in vergrößertem Maßstabe wiedergegeben.

Wie aus Abb. 1 ersichtlich, stellt das Federsystem einen Fachwerkträger dar, der als gleichschenkliges Dreieck ausgebildet ist. Die im Winkel zueinander stehenden beiden Streben a sind in den Angriffspunkten b der Lasten an die waagerecht liegende Stange c angelenkt. Der ίο Verbindungspunkt d beider Stangen α ist der Stützpunkt des Systems, in dem die Last P auf das Fahrgestell übertragen wird. In die Streben c sind zwei Spiralfedern β eingeschaltet, deren jede einen Federweg von der Länge f, wie er in Abb. 2 dargestellt ist, hat. Die einen Enden der Federn e stützen sich gegen Druckscheiben g, die an den Stangen c befestigt sind. Die anderen Enden der Federn e legen sich gegen die Stirnwände h eines Federtopfes i. In den Punkten δ erfolgt die Belastung des Systems mit je der halben Gesamtlast P/2. Die Sprengwerkshöhe k, das ist die senkrechte Entfernung der Streben c vom Punkte £, verringert sich mit zunehmender Belastung P. In Abb. 2 ist senkrecht zum Federweg f die Endkraft jeder Feder e gleich Po aufgetragen. Der schräg verlaufende Linienzug I stellt die Feder kurve einer jeden Feder e dar. Die lotrechten Entfernungen m jedes Punktes dieser Linie I von der Grundlinie, auf der der Federweg f aufgetragen ist, ist die zu jedem Winkel a, den jede Stange α mit den Stangen c bildet, gehörende Komponente aus der jeweiligen Belastung P/2 in Richtung der waagerecht angeordneten Stangen c.

Die durch das Federsystem erreichte Durchfederung bei der Gesamtlast P ist in Abb. 3 in Abhängigkeit von der in Richtung des Lastangriffs fallenden Komponente der Federn e graphisch aufgetragen. Die Werte der Federkraftkomponenten sind in den Kräftezerlegungen zu Abb. ι ermittelt. Die Stangen α beschreiben bei Belastung des Systems um den Punkt d einen Kreisbogen r. Bei den jeweiligen Stellungen der Stangen a, entsprechend den Winkeln a, lassen sich die Kräfte »der Federn e in eine in Richtung des Lastangriffs wirkende Vertikalkomponente m · tg α und in eine nach der Stange α gerichtete Komponente m · cos « zerlegen. Der Spannkraftkomponente jw-tg α entspricht die Belastung P/2 in den Punkten b für die betreffende Winkelstellung α. Bei Durchsetzung des Federsystems von der unbelasteten Stellung bis auf eine Stangenstellung mit dem f Winkel α = O ist die Komponente m · tg α von O auf einen Höchstwert angestiegen und wieder auf O^zurückgegangen.

Die Werte m · tg α sind in Abb. 3 senkrecht zu der Höhe k des Systems aufgetragen. Ihre Schaulinie ist eine parabelförmige Kurve n, deren mittlerer Teil (#—y = ~') angenähert parallel zur Nullinie läuft. Das Federsystem ist in den hierzu gehörigen Winkelstellungen α als schwingungsfrei charakterisiert. Die auf die Augen b wirkende Last P/2, das ist die statische Belastung des Systems, muß etwas niedriger als der Höchstwert der in Richtung des Lastangriffs wirkenden Komponente jw-tg α der Spannkraft der Feder β sein. Durch die Größenberechnung der Komponente wird ohne Schwierigkeit erreicht, daß ein Durchschlagen des Federsystems nicht erfolgt oder das Spiel f der Schraubenfeder e sich nicht erschöpft. Die infolge der Fahrbahnunebenheiten auftretenden dynamischen Zusatzbeanspruchungen des Federsystems ergeben nur eine geringfügige Vergrößerung der Spannkraft P. Der abgefederte Wagenkasten erfährt während der Weiterspannung des Federsystems, z. B. bei Schienenstößen, durch die aufwärts geschleuderte Radmasse keine Vertikalbeschleunigung.

In Abb. 4 ist das in Abb. 3 im Maßstabe der Abb. 1 aufgetragene Diagramm in vierfacher Vergrößerung aufgezeichnet, um den Verlauf der Kurve η des Federsystems klarer erkennen zu können.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   i. Abfederung durch ein Federsystem, dessen in die Lastangriffsrichtung fallende Spannkraftkomponente einen Höchstwert durchläuft, insbesondere für Schienenfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß die statische Belastung des Federsystems bei gleicher oder nahezu gleichbleibender Nutzlast angenähert gleich der größten in Richtung des Lastangriffs wirkenden Komponente der Spannkraft des Federsystems ist, so daß die durch Fahrbahnunebenheiten verursachten dynamischen Zusatz- ioo beanspruchungen ohne nennenswerte Rückwirkungen auf die abgefederte Masse vom Federsystem aufgenommen werden.
2. 2. Abfederung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anwendung eines sprengwerkartigen Federsystems, dessen Streben [a, c) zum Teil oder sämtlich federnd ausgebildet sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen