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Wiegeanordnung für Fahrzeuge mit Dämpfung der Wiegeschwingungen Wenn
bei Fahrzeugen und insbesondere bei solchen, die auf Schienen laufen, der Fahrzeugaufbau
mit dem .die Fahrzeugräder tragenden Fahrgestelle, z. B. mit dem Drehgestell, in
waagerechter Richtung ungefedert verbunden ist, so werden sämtliche Stöße, die während
der Fahrt zwischen der Fahrbahn, insbesondere den Schienen, und den Fahrzeugrädern
in mehr oder weniger waagerechten Ebenen quer zur Fahrtrichtung auftreten, in vollem
Umfang auf den Fahrzeugaufbau übertragen. Um dies zu verhindern, hat man bei Drehgestellfahrzeugen
zwischen jedem Drehgestell und dem Fahrzeugaufbau besondere Bauteile, vorzugsweise
eine den Aufbau tragende Wiege eingeschaltet und sie in dem Drehgestell seitenbeweglich
gelagert. Bei den bisherigen Ausbildungen dieser Wiegenanordnungen werden jedoch
die seitlichen Stöße noch immer in erheblichem Umfang auf :den Fahrzeugaufbau, z.
B. auf :den Wagenkasten, übertragen, und zwar vor allem infolge der Reibung, die
in den Übertragungsgliedern auftritt und die es unmöglich macht, einen seitlichen
Stoß aufzufangen, ohne daß er wenigstens teilweise auf den Fahrzeugaufbau übertragen
wird. Denn bei den bisher gebräuchlichen, zwischen Fahrgestell und Wiege eingeschalteten
nachgiebigen Elementen muß erst eine bestimmte Haftreibung überwunden werden, bevor
die Wiege gegenüber äem Fahrgestell ausschwingt; auf die Wiege und damit auf :den
Fahrzeugaufbau wird hierbei also stets derjenige Teil der Stoßkraft übertragen,
der zur Überwindung der Haftreibung jenes Elementes erforderlich ist, oder, mit
anderen Worten, Stöße bis zur Größe der Haftreibung wirken auf den Fahrzeugaufbau
in der gleichen Weise ein wie bei einer starren Verbindung zwischen Fahrgestell
und Aufbau.
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Um nun zu erreichen, daß während der Fahrt alle seitlichen Stöße allein
vorn Fahrgestell aufgenommen werden, so,daß lediglich dieses, stoß- oder ruckartige
Bewegungen quer zur Fahrtrichtung erfährt und die Wiege bzw.
der
Fahrzeugaufbau selbst möglichst stoßfreie Ausschläge nach .den Seiten ausführt,
hat man zwischen den wiegeartigen, gegeneinander beweglichen Bauteilen, und zwar
praktischerweise an jeder Längsseite des Fahrzeuges, einen in Abhängigkeit von dem
Ausschwingen der Wiege aufladbaren reibungsarmen Kraftsammler und parallel dazu
eine Dämpfungseinrichtung eingeschaltet. Bei einer derartigen Wiegeanordnung werden
sämtliche seitlich wirkenden Stoßkräfte ausschließlich vom Arbeitsvermögen des reibungsarm
arbeitenden Kraftsammlers aufgenommen. Da die vom Kraftsammler aufgenommene Energie
aber jedesmal eine Schwingungsbewegung in der entgegengesetzten Richtung bewirkt,
hat die erwähnte Dämpfungsvorrichtung den Zweck, bei diesem Zurückschwingen eine
in bestimmter Weise durchgeführte Dämpfung der Bewegungen der Wiege und des Fahrzeugaufbaues
gegenüber dem Fahrgestell zu bewirken.
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Versuche haben nun ergeben, daß man die besten Resultate dann erzielt,
wenn die Dämpfung so eingestellt ist, daß das erste Ausschwingen der Wiege nach
,der einen oder nach der anderen Seite hin ungedämpft erfolgt, so daß die Wirkung
der reibungsarmen Bewegung nicht beeinträchtigt wird; erst beim Zurückschwingen
der Wiege in die Ausgangslage setzt die Dämpfung ein und wirkt bis zum Erreichen
dieser Lage. Beim Weiterschwingen der Wiege über die Ausgangslage hinaus erfolgt
keine Dämpfung mehr, so daß die Wiege einen zweiten, ebenfalls unbehinderten Ausschlag
von bereits erheblich geringerem Ausmaß ausführt. Beim erneuten Zurückschwingen
der Wiege erfolgt wieder eine Dämpfung bis zur Erreichung der Ausgangslage. Während
sich dieses Spiel einige Male wiederholt, klingt die seitliche Ausschwingbe«-egung
der- Wiege ab.
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Nach der Erfindung wird diese Wirkung mit einer Dämpfungsvorrichtung
erzielt, die aus einem beidseitig wirkenden Flüssigkeitsstoßdämpfer besteht, dessen
Umströmkanäle und Rückschlagventile derart angeordnet sind, daß dem Umströmen der
Dämpfungsflüssigkeit bei jedem Ausschwingen der Wiege und damit auch des zum Stoßdämpfer
gehörenden Kolbens aus der Mittellage ein möglichst geringer Widerstand, bei jedem
Zurückschwingen zur :Mittellage oder durch Freigeben nur geringer Durchtrittsquerschnitte
ein großer Widerstand entgegensteht.
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Der obenerwähnte Kraftsammler muß in seinem Arbeitsvermögen auf den
Dämpfungsgrad des Schwingungsdämpfers abgestimmt sein. Den Schwingungen infolge
der heftigeren Stöße sind während der Fahrt meistens geringe seitliche Ausschwingungen
dauernd unterlagert, die aber so niedrige Frequenzen und so kleine Amplituden haben,
daß die hierbei auftretenden Beschleunigungen gering 'bleiben und daher eine Dämpfung
nichterforderlich ist. Es ist sogar zweckmäßig, daß diese geringen Ausschwingungen
nicht in der gleichen Weise wie die größeren Ausschwingungen gedämpft werden, weil
sonst der Schwingungsdämpfer eine für das Auffangen der großen Ausschläge nachteilige
Steifheit erhalten müßte.
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Es ist deshalb :der Schwingungsdämpfer so eingerichtet, daß er auf
diese kleineren Schwingungen nicht anspricht. Dies wird erfindungsgemäß dadurch
erzielt, daß in einem Flüssigkeitsstoßdämpfer bei Mittellage des Kolbens dicht oberhalb
und unterhalb desselben liegende und miteinander verbundene Umstromöffnungen angeordnet
sind, die es ermöglichen, daß die Flüssigkeit bei geringen Kolbenbewegungen ungehemmt
von der einen nach der anderen Kolbenseite überströmt. Da bei dieser Dämpfung die
Zeit für .das ungedämpfte Ausschwingen verschieden ist von der Zeit für das unter
Dämpfung erfolgende Zurückschwingen in die Ausgangslage, so besteht zwischen den
einzelnen Schwingungen keine Resonanz, und es kann daher kein ständiges Anwachsen
der Schwingungsausschläge stattfinden.
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Um bei außergewöhnlich heftigen Stößen ein Anlaufen der Wiege an das
Drehgestell zu verhindern, ist der Schwingungsdämpfer erfindungsgemäß so eingerichtet,
daß sein bewegliches Glied beim Ausschwingen nach Überschreitung eines bestimmten,
die gewöhnlichen Ausschwingungen ohne weiteres zulassenden Hubes einen «-achsenden
Widerstand findet, und zwar zweckmäßig dadurch, daß die Einströmöffnungen zu den
im Bereich des Kolbenhubendes liegenden Rückschlagventilen in Richtung auf den benachbarten
Zylinderboden unmittelbar in keilförmige Ausläufe übergehen, so daß der freie Einströmquerschnitt
bei großem Kolbenhub nicht sprunghaft, sondern allmählich verringert und versperrt
wird. Durch diese Ausbildung wirkt der Schwingungsdämpfer nach der Erfindung bei
außergewöhnlich heftigen Stößen gewissermaßen als zusätzliche Federung. Die Ausschwingbewegung
erleidet nunmehr eine erhebliche Verzögerung, und der Dämpfer nimmt auf diese Weise
die das Aufnahmevermögen des Kraftsammlers Energie des übermäßig starken Stoßes
auf.
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Die Erfindung läßt sich nicht nur bei Drehgestellfahrzeugen, sondern
auch, mit entsprechender Ausbildung der Wiege oder eines wiegeartigen Bauteiles,
hei Fahrzeugen tnit einzeln gelagerten Radachsen, und zwar in
beiden
Fällen sowohl bei Gleis- als auch bei Straßen- lind Geländefahrzeugen, anwenden.
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Im folgenden ist .die Erfindung an Hand einiger Ausführungsbeispiele
erläutert.. Es -neigt Abb. i die Anordnung eines Schwingungsdämpfers bei reibungsarmer
Lagerung der Wiege am Rahmen eines Fahrgestells.
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Abb. 2 und 3 zeigen einen mittleren Längsschnitt durch zwei Ausführungsbeispiele
des neuen Schwingungsdämpfers.
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Bei dem Beispiel nach Abb. i ist der Schwingungsdämpfer parallel mit
einem die Stoßkräfte aufspeichernden Bauelement, z. B. einer Feder 23 zwischen der
Stirnseite 2+ der Wiege i und der ihr gegenüberliegenden Seite des Drehgestellrahmens
2 angeordnet. Die Wiege i ruht hierbei in bekannter Weise unter Einschaltung von
Tragrollen 2o reibungsarm auf der waagerechten Auflageflüche 22 des Drehgestellrahmens
2. Durch diese Art der Wiegenauflagerung erspart man besondere Stützglieder für
eine Lastübertragung. Würde man .den Auflageflächen 2 2 eine nach den Außenseiten
hin ansteigende Wölbung geben und die auf den Tragrollen 2o ruhenden Auflagefliichen
der Wiege i entsprechend gestalten, so kann natürlich dadurch, daß der Schwerpunkt
der Wiege heim Ausschwingen der Wiege eine Hebung erfährt, die als Kraftspeicher
dienende Feder 23 fortfallen.
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Der Schwingungsdampfer nach Abb. 2 besteht aus einem mit einer Flüssigkeit,
z. B. Ül, gefüllten zylindrischen Gehäuse 31, in dem ein Kolben 32 geführt ist und
welches durch ein Bodenstück 33 und einen Kopf 34. abgeschlossen wird. An dem Kolben
3 2 greift eine abgedichtete, durch den Kopfteil 34 geführte Kolbenstange 3 5 an,
die an ihrem Ende 36 gelenkig mit .der. Wiege oder dein Fahrgestell des Fahrzeugs
verbunden ist, während das Bodenstück 33 ebenfalls gelenkig an dem entsprechenden
anderen dieser beiden Teile befestigt ist. Die Kolbenstange 35 hat in ihrem unteren
Teil die Gestalt einer mit einer Allzahl Öffnungen 38 versehenen Hülse 37,
in deren Innenraum eine die Steuerungsteile enthaltende Führungsstange 39 Platz
findet. Die Führungsstange 39, die fest finit dem Bodenstück 33 verbunden
ist, wird von dem mit einer entsprechenden mittleren Bohrung .4o versehenen Kolben
32 .(licht umfaßt und besitzt ihrerseits eine mittlere Längsbohrung 41. In der Wandung
der Führungsstange 39 sind im Bereich der in der Abb. 2 gezeichneten Nullstellung
des Kolbens 32 zwei zu der Bohrung .41 führende offene Kanäle 4.2, .43 allgeordnet.
In ihrem oberen wie in ihrem unteren Teil besitzt die Führungsstange 39 je ein als
federbelastetes Kugelventil ausgebildetes Rückschlagventil 4.4. bzw. 45 sowie je
eine kalibrierte Düse 46 bzw. 4;.
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Führt das Fahrgestell gegenüber der Wiege eine seitliche Bewegung
aus, so nimmt. der Kolben 32 des Schwingungsdämpfers infolge seiner (beispielsweise
in der Abb. i angedeuteten) Einschaltung -zwischen Wiege und Fahrgestell an dieser
Bewegung teil. Wird er bei dieser Ausschwingbewegung z. B. entsprechend den Abb.
2 und 3 nach oben verschoben, so drückt er <las vor ihm befindliche Öl unter
Öffnung des oberen Kugelventils a ..+ durch die Bohrung 41 und den Kanal .43 der
Führungsstange 39 auf die untere Kolbenseite. Diese Flüssigkeitsbewegung findet
infolge der Weite der zur Verfügung stehenden Durchflußduerschnitte nur geringen
Widerstand, so daß der Kolben der Ausschwingbewegung frei und ohne Dämpfungswirkung
folgen kann. Bewegt sich der Kolben nun beim Zurückschwingen des Fahrgestelles nach
unten, so strömt das von ihm verdrängte (M durch den Kanal 43 in die Bohrung .11
der Führungsstange 39; hier findet es aber das Kugelventil 4.4. verschlossen, so
daß es nur durch die enge Düse 46 auf die obere Kolbenseite gelangen kann. Infolge
des engen Querschnitts der Düse 46 findet herbei eine erhebliche Bremsung der Rückbewegung
des Kolbens 3z statt. Hat dieser nun die in Abb. 2 gezeichnete Mittellage, die der
Ausgangslage der Wiege entspricht, in Richtung nach unten überschritten und den
Kanal 4.3 abgedeckt, so öffnet sich das untere Kugelventil 45, und das Ü1 kann auf
dein Weg über den Kanal 42 und unter Umständen auch durch den Kanal 43 auf .die
obere Kolbenseite gelangen, so daß der Kolben der jetzt erfolgenden Ausschwingb@wegung
nach der entgegengesetzten Seite ungehemmt folgen kann. Nach der Hubumkehr 'des
Kolbens vollzieht sich seine Rückkehr in die Mittellage in der soeben beschriebenen
Weise infolge der Wirkung der Düse 47 unter weiterer erheblicher Bremsung. Bei besonders
großen Ausschliigen wird ein hartes Anlaufen des Kolbens 32 oder der Erweiterung
der Kolbenstange 35 an das Boden- bzw. Kopfstück 33, 34 dadurch vermieden, .daß
die steuernden Kanten 48 des Kolbens die Bohrung des Kugelventils 44 bzw. 45 abschließen:
Damit dies zur Verineildung eines Stoßes allmählich geschieht, sind .die Bohrungen
der Kugelventile mit in der jeweiligen Bewegungsrichtung sich erstreckenden Ausläufen
5o bzw. 51 von abnehmendem Querschnitt versehen. Nähert sich der Kolben 3- einer
seiner beiden Endstellungen, so findet infolge dieser Anordnung eine zwar nicht
plötzliche, aber Bloch schnelle Drucksteigerung statt, die alsbald eine vollständige
Abbrenisung seiner Bewegung herbeiführt. Im unmittelbaren Bereich
seiner
Mittellage kann der Kolben 32
den obenerwähnten kleineren Schwingungen zwischen
Wiege und Fahrgestell dadurch ungehemmt folgen, daß die in entsprechendem Abstand
voneinander angeordneten Kanäle .42, .13 nach der Kolbenseite hin mit Erweiterungen
5- versehen sind, die es gestatten, daß bei diesen kleineren Kolbenbewegungen das
(51 ohne stärkere Hemmung von der einen auf die andere Kolbenseite gelangen kann.
Der Innenraum 53 .der Kolbenstange ist mit unter Druck stehender Luft gefüllt, wodurch
die Veränderungen der Verdrängungsverhältnisse im Zylinder 31 und der Hülse 37 infolge
der Bewegungen des Kolbens und der Kolbenstange ausgeglichen werden.
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Der Schwingungsdämpfer nach Abb. 3 unterscheidet sich von der soeben
beschriebenen Ausführungsform im wesentlichen dadurch, daß hier die Steuerung in
.der Wandung des zylindrischen Gehäuses 6i liegt. Die durchgehende Kolbenstange
63 des Kolbens 62 ist durch den Gehäusedeckel 64 hindurchgeführt und außerdem im
Bodenstück 65 des Gehäuses gelagert. Für die Steuerung der Flüssigkeitsverschiebung
ist in der Wandung des Gehäuses 61 an einer Stelle ein Längskanal 66 angeordnet,
der im Bereich der Nullstellung des Kolbens 62 mit dem Innenraum des Gehäuses
durch zwei Kanäle 67, 68, die den Kanälen 42, .I3 der Abb. -z entsprechen, in Verbindung
steht. Desgleichen sind an den beiden Endpunkten des Kolbenweges je ein ebenfalls
als federbelastetes Kugelventil ausgebildetes Rückschlagventil 69 bzw. 70 mit allmählich
verlaufenden Ausläufen 73 sowie je eine kalibrierte Düse 71, 72 angeordnet, deren
Durchtrittsöffnung durch je eine Stellschraube 74 von außen her geregelt werden
kann. Die Wirkungsweise dieses Schwingungsdämpfers ist grundsätzlich die gleiche,
wie sie vorstehend zu Abb. z .beschrieben wurde. Bei dieser Ausführungsform kann
man die Größe der Dämpfungsarbeit durch Vergrößerung oder Verkleinerung der Durchtrittsquerschnitte
der Düsen 7>:, 72 durch Verstellen der Schrauben 74 von außen her beeinflussen.
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Im Gehäuseoberteil 64 befindet sich ein Hohlraum 75, der mit dem Inneren
des Gehäuses durch ein Rückschlagventil in Gestalt eines Kugelventils 76 und mit
einem das untere Ende der Kolbenstange 63 aufnehmenden Hohlraum 77 des Bodenstücks
65 durch einen in der Gehäusewandung liegenden Kanal 7 8 in Verbindung steht. Von
-dem teilweise mit 01 angefüllten Hohlraum 7 1 aus wird das Gehäuseinnere
durch das Kugelventil 76 lotternd mit 01 gefüllt gehalten, so (laß der von
dein Kolben 62 bestrichene Raum ständig luftfrei ist. Da die Kolbentange
()3 in dein Bodenstück 65 sowie in dem Gehäuseoberteil 64 den gleichen Durchmesser
hat, so findet hier bei einer Bewegung .des Kolbens 62 keine Änderung des Gehäuseinnenraumes
statt. Bei der Abwärtsbewegung des Kolbens tritt die Kolbenstange in den Hohlraum
;; des Bodenstücks 65 und drückt hierbei etwaige Ölmengen, die infolge Undichtigkeit
in den Raum 77 gelangt sind, durch die Bohrung 78 in den Hohlraum 7 5 des Gehäuseoberteils
6.4. von ,dem aus eine solche Ölmenge durch das Kugelventil 76 wieder in
das Gehäuseinnere gelangen kann, wenn beim Abwärtsgang des Kolbens 62 auf dessen
Oberseite ein geringerer Druck herrscht als derjenige, der sich im Raum 75 bildet.
Zur Vermeidung einer Drucksteigerung im Hohlraum 75 ist in der oberen Wandung des
Gehäuseoberteils 64. eine Einfüllschraube 79 mit einer mittleren Bohrung So angeordnet,
durch die etwa zuviel eingefülltes ()1 und auch Luft aus- und eintreten kann;.
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Die in Abb. 2 und 3 gezeigte Ausführungsform soll in aufrechter Stellung
zwischen Fahrgestell und Wiege, zweckmäßig unter Einschaltung von Winkelhebeln,
eingebaut werden. Mit entsprechender Abänderung der Lage und Gestalt einzelner Teile,
z. B. des Reserveölraumes 75 (Abb. 3), eignen sich die Schwingungsdämpfer nach der
Erfindung grundsätzlich auch für eine Verwendung in liegender Stellung (Abb. i).
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Der Schwingungsdämpfer nach der Erfindung kann unter Beibehaltung
seines grundsätzlichen Aufbaus und seiner Wirkungsweise auch so gestaltet werden,
daß sein bewegliches Glied nach Art eines Drehkolbens ausgebildet und angeordnet
ist und Winkelausschläge um die mittlere Dingsachse des Zylinders ausführt.