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Überstoßpuffer für Schienenfahrzeuge 1)ie neuzeitliche `'erkehrsentwicklung
sieht für Sc'liieiienfalirzeuge eine Erhöhung der Fassungsvermögen, der Fahrgeschwindigkeiten
und auch der lZangiergeschwindigkeiten vor. Die Rangiergeschwindigkeiten sind für
die Erhaltung bzw. die Unterhaltung der Fahrzeuge von ausschlaggebender Bedeutung,
und ihre zulässigen Grenzen werden im wesentlichen von der Arbeitskapazität der
Stoßorgane bestimmt. Diese reichen zur elastischen Aufnahme der im normalen Fahrbetrieb
auftretenden Stöße zwar aus, doch drängt die heute schon bestehende und stetig wachsende
Verkehrsvermehrung zu einer Erhöhung der Rangiergeschwindigkeiten, welche die Wagenkonstruktion,
die Betriebssicherheit und das Bedienungspersonal gefährden.
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Es ist bereits bekannt, den normalen Puffern Vorrichtungen zuzuschalten,
die über deren normale Aufnalhmefähigkeit hinausgehende Stöße aufnehmen sollen,
wie Scherkörper, Deformationskörper, radial gedehnte oder elastisch und auch unelastisch
gestauchte Rohre usw;, die jedoch sämtlich keinen Eingang in die Praxis finden konnten,
da sie nach Beanspruchung der Puffer nicht in ihre Ausgangsstellung zurückführen
und somit betriebsgefährlich sind. Zudem würden die ,durch ihren Ausbau und Ersatz
eintretenden Transportverzögerungen wirtschaftlich nicht tragbar sein. Die Erfindung
beseitigt diese Nachteile dadurch, daß dem normalen Puffer Arbeitsorgane zugeschaltet
werden, die infolge ihrer Beschaffenheit auch nach dem heftigsten kangierstoß stets
in ihre Ausgangslage zurückkehren, wobei Arbeitsfähigkeit und Pufferlänge stets
gleichbleiben. Neben dem Vorteil der ständigen Betriebsbereitschaft ergibt sich
bei Anwendung der durch die Erfindung geschaffenen Puffer noch ein wesentlicher
Vorteil für die Ausgestaltung der
Untergestelle und Wagenkästen.
Wenn Puffer mit genügender Arbeitsaufnahme nicht vorhanden sind, so muß bei dien
zu erwartenden hohen Stößen die Untergestellkonstruktion diese überschüssige Arbeit
aufnehmen, was zu unelastischen Verformungen und damit zu hohen Unterhaltungskosten
führt. Mit den Mitteln der Erfindung kann nunmehr die Untergestellkonstruktion einfacher
und leichter gehalten werden, ahne Beschädigungen befürchten zu müssen.
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Für die konstruktive Ausgestaltung dieser Puffer sind zwei, Gesichtspunkte
ausschlaggebend: Ob der Kuppler zum Kuppeln zweier Wagen zwischen diese treten muß,
bevor der zu kuppelnde Wagen angerollt ist, wie es häufig im heutigen Rangierbetrieb
notwendig ist, oder aber ob selbsttätig kuppelnde Zugorgane vorhanden sind, die
ein Dazwischentreten des Kupplers nicht erfordern, bzw. ob das Kuppeln bei stillstehenden
Fahrzeugen erfolgen kann. Im ersteren Fall kann nur gekuppelt werden, wenn die Anrollgeschwindigkeiten
eine Gefährdung des Kupplers ausschließen, d. h. bei Geschwindigkeiten bzw. Auflaufenergien,
die durch die normalen Puffer mit dem bisher üblichen Pufferweg ohne weiteres aufgenommen
werden können. Dieser Pufferweg ist insofern von besonderer Bedeutung, als für den
Kuppler ein entsprechender Raum, der sog. Berner Raum, zwischen den Fahrzeugen freigehalten
werden muß. Eine Vergrößerung des Pufferhubes würde aber bei den bekannten Fahrzeugen
diesen Raum verengen, sofern nicht durch entsprechende Konstruktionsänderungen auch
bei einer Vergrößerung des Pufferweges für seine Erhaltung Sorge getragen würde.
Beispielsweise 'könnte man den ganzen Kopfträger mit den in den Berner Raum hineinragenden
Organen oder letztere in Längsrichtung um die Größe des zusätzlichen Pufferweges
verschiebbar anordnen. Es ist jedoch Vorsorge zu treffen, daß hei normalem Pufferweg
die Arbeitskapazität zur Verfügung gestellt wird, wie sie bisher bei den bekannten
Ringfederpuffern üblich war.
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Dementsprechend muß auch die Konstruktion des Erfindungsgegenstandes
so getroffen sein, daß bei gleichem Hub die Arbeitsaufnahme der Pufferfeder die
gleiche ist wie die der jetzigen Ringfederpuffer und daß erst nach Überschreiten
der diesem entsprechenden Anrollgeschwindigkeit eine Arbeitskapazität größeren Ausmaßes
in Aktion tritt, welche die überschüssige Stoßenergie aufnimmt. Diesem Erfordernis
kann auf zweierlei Weise Rechnung getragen werden: einmal dadurch,.daß man die heutige
Pufferfeder beläßt und das nachgeschaltete Element mit einer Vorspannung ausstattet,
die gleich oder größer ist als die Endkraft der Pufferfeder. Man kann aber auch
die Feder und das nachgeschaltete Element unter gleiche Vorspannung setzen, muß
aber dann, um bei dem normalen Pufferweg die bisherige Arbeitskapazität zu erreichen,
im Puffer selbst Arbeitsglieder einbauen, die einen steileren Kraftanstieg ergeben.
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Kommen selbsttätige Kupplungen zur Verwendung oder erfolgt das Kuppeln
nur bei stillstehenden Fahrzeugen, so empfiehlt sich die vorher gekennzeichnete
Anordnung, bei welcher beide Federn die gleiche Vorspannung besitzen, wobei die
eigentliche Pufferfeder verhältnismäßig weich gehalten werden kann. Beide Federn
arbeiten dann von Anfang der Pufferbewegung an zusammen, und es ergibt sich dadurch
eine an sich erwünschte weichere Anfangswirkung der Puffer.
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In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung in zwölf Abbildungen
dargestellt, und zwar zeigt Abb. i bis 4 Überstoßpuffer im Schnitt, Abb.5 bis 7
Ausführungsformen der Reibvorrichtung gemäß Abb. 4, ebenfalls im Schnitt, Abb.8
bis 12 die zugehörigen Kraftwegdiagramme. Bei der in Abb. i gezeigten Ausführungsform
sind beispielsweise an sich bekannte Ringfedern verschiedener Endkräfte verwendet.
Dabei ist die vordere Feder i in ebenfalls bekannter Weise mit Hilfe einer Spannschraube
zu einer Federpatrone zusammengehalten, während die hintere Feder 2 ihren Zusammenhalt
durch die gemeinsame Vorspannung beider Federn erhält. Bei dieser Pufferkonstruktion
arbeiten die Federn i und 2 vom Anfang der Bewegung an zusammen. Ihre Arbeitsweise
ist durch die Diagramme Abb.8 und 9 veranschaulicht. In Abb.8 ist einmal ein Federdiagramm
f der schwächeren Feder i und weiterhin ein Federdiagramm g der nachgesc!halteten
stärkeren Feder 2 ,dargestellt, wobei die Abszissen nie Federungen und die Ordinaten
die Kraftwirkungen bedeuten. Die schwächere Feder i erreicht 1r21 d:r lederurig
li ihre größte Kraftwirkung. Die stärkere Feder 2 erreicht die gleiche Kraftwirkung
bei der Federung i. Werden beide Federn gleichzeitig zusammengedrückt, so erhalten
sie die gleiche Kraftwirkung bei der gemeinsamen Federung 1a + i (s. Diagramm
9). Wenn der Puffer um das Maß h + i durchgefedert ist, hat sich die Pufferfeder
i um das Maß h zusammengedrückt, und der Pufferstößel 3 in Abb. i setzt sich auf
die Platte 4 auf und verhindert damit eine weitere Laststeigerung der Feder i. Nunmehr
arbeitet die nachgeschaltete Feder 2 allein, bis die Federendkraft erreicht ist.
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Soll der normale Puffer mit normaler Ringfeder zur Anwendung gelangen,
so gestaltet sich die Ausführung entsprechend Abb. 2 bzw. Diagramm Abb. io, wobei
der stärkeren Feder 2 eine Vorspannung gegeben wird, die größer ist als die Endkraft
der Feder i, d. h. die Federung der schwächeren Feder i ist auf die Einhaltung des
Berner Raumes abgestimmt und die stärkere Feder 2 arbeitet erst nach Zusammendrückung
der Feder i.
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In Abb.3 und den zugehörigen Kraftwegdiagrammen nach Abb. 8 bis i
i ist eine weitere Ausführungsform des Puffers nach der Erfindung wiedergegeben.
Dieser Konstruktion liegt die Aufgabe zugrunde, mit an sich gleichen Ringfedern
für beide Federsäulen ein Diagramm zu erzielen,
das bei zunehmender
Federung zunächst ebenfalls eine allmähliche Laststeigerung aufweist, die jedoch
nach einem bestimmten, vorher festgelegten Federweg stärker ansteigt und nach Erreichung
eines zweiten Grenzfederweges keine oder nur noch eine geringe Änderung erfährt.
Die Erfindung benutzt hierbei die Verstärkung der Federwirkung durch Vorschalten
an sich bekannter Reibelemente 5a, 5b, derart, daß diese Verstärkung, gesteuert
durch den Federweg, ganz oder teilweise abgeschaltet werden kann, je nachdem, ob
nur ein Teil oder alle Reibelemente arbeiten. Ist zu Beginn der Federung die Verstärkung
durch Reibelemente nicht eingeschaltet, so entspricht vorerst der Diagrammverlauf
der Federkonstante der eingebauten Federn. Nach Einschalten der Reibelemente -wirkt
beispielsweise die vordere Feder ja in Verbindung mit den Reibelementen wie eine
stärkere Feder, wobei es im Ermessen des Konstrukteurs liegt, die Reibringe und'
ihre Zahl so festzulegen, daß der Kraftanstieg beliebig steil wird. Da andererseits
die Endkraft einen bestimmten Betrag nicht übersteigen soll, werden die Reibelemente
nach Erreichen des bestimmten Federweges in der Weise ausgeschaltet, daß im letzten
Teil des Diagrammverlaufs die gewünschte etwa gleichbleibende Kraftaufnahme gegeben
ist. Auf diese Weise ist es bei Verwendung gleicher oder verschiedener Federn möglich,
sowohl die Bedingung eines weichen Anhubs als auch für den restlichen Federweg ein
möglichst völliges Diagramm bzw. bei vorgeschriebener Endkraft ein Maximum an Arbeitsaufnahme
zu erhalten. Es besteht ferner die Möglichkeit, durch Vorspannen der verstärkten
Feder im Bereich des normalen Rangierstoßes nur die unverstärkte Feder arbeiten
zu lassen. Im übrigen kann jedes gewünschte Diagramm durch unterschiedliche Wahl
der Reibringe, deren Zu-bzw. Abschaltung und die Vorspannung der Aggregate verwirklicht
werden.
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Dieser Puffer nach Abb. 3 besteht beispielsweise aus den beiden gleichen
Ringfedern ja und 1b, den geschlitzten Reibringen 5a, den urigeschlitzten Reibringen
5b und dem Reibrohr 6. Bei Belastung arbeiten die beiden Federn ja und 1b zunächst
uriverstärkt, bis das zylindrische oder schwach konische Rohr 6, welches durch die
Reibringe 5a und 5b in seiner Lage zu letzteren gehalten wird, sein Widerlager an
der Druckplatte 7 findet. Auf dem weiteren Federweg arbeiten die Reibringe 5a und
5b in Verbindung mit der Feder ja derart mit, daß ihre gemeinsame Wirkung der einer
stärkeren Feder gleichkommt. Es arbeiten somit nunmehr die durch die Reibelemente
verstärkte Feder ja und die uriverstärkte Feder 1b zusammen, bis die Endkraft der
Feder 1b erreicht ist und die Platte 8 durch die Absetzung 9a des Rohres q ihren
Weg begrenzt. Alsdann arbeiten die Reibringe 5a, 5b und die Feder ja so lange
zusammen, bis die Feder ja. zusammengedrückt ist oder der Pufferstößel vorher einen
Anschlag, z. B. an der Platte zwischen Feder ja und den Reibringen, findet. Dabei
steigt die Pufferkraft weiter an, und es ergibt sich ein Arbeitsdiagramm entsprechend
der Abb.9. Es liegt im Ermessen des Konstrukteurs, die Vorspannung der Feder ja
in Verbindung mit der verstärkenden Wirkung der Reibringe 5a, 5b so zu wählen, daß
die Summe aus der Federkraft der Feder ja und der Reibung größer ist als die Endkraft
der Feder ib und somit ein Diagramm entsprechend Abb. io zu verwirklichen. Durch
die gleiche Vorrichtung läßt sich aber auch ein Diagramm nach Abb. i i ermöglichen,
wenn man die Reibung entsprechend beeinflußt, und zwar einmal durch verschieden
große Schlitze in den Reibringen 5a oder aber durch eine geringe Konizität des Rohres
6 oder durch beide Maßnahmen zugleich. Bei einem Schließen der Schlitze arbeiten
die Reibringe dann als einfache Druckübertragungsglieder.
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Bei der Ausführungsform nach Abb.4 ist dem auch hier beibehaltenen
Normalpuffer der früheren Reichsbahn ein Puffer für hohe Kräfte nachgeschaltet,
dessen Wirkungsweise dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Vonholfeder mit einer
Reibvorrichtung nach einem hydraulischen Prinzip zusammen arbeitet und dabei hohe
Kraftwirkungen auslöst.
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Gemäß Abb. 5. besteht die hydraulische Vorrichtung aus einer federnden
geschlitzten Hülse 16, welche durch allseitigen Druck einer Füllung 18 gegen die
innere Wandung der Hülse i i gepreßt wird, wobei der Druck nach innen durch eine
gesdhlos,sene Hülse 17 aufgenommen wird. Gegen die Stirnflächen des aus der Füllung
gebildeten Hohlzylinders legt sich ein Ring 20, gegen, den sich der Drucktopf 23
der Pufferfeder abstützt, während auf der anderen Seite ein Ring i9 die Gummispannung
aufnimmt und sich durch einen Sprengring 15 an der geschlitzten Hülse 16 abstützt.
Gegen den Sprengring legt sich die Hülse 14, welche mittels der Vorholfeder 13 an
den Sprengring gepreßt wird. -und von da aus den Druck sowohl auf den Gummi als
auch in die Hülse 16 leitet. Die Vorspannung der Vorholfeder 13 wirkt über den Sprengring
15 bzw. über den Ring i9 indirekt auf die Gummifüllung 18 und erzeugt in ihr eine
gewisse Spannung, die die geschlitzte Hülse 16 radial nach außen gegen ,die Hülse
i i preßt und dort Reibung verursacht. Die Spannung der Vorholfeder 13 wird nun
so gewählt, d'aß ein Zurückholen des Puffers gewährleistet ist. Wird auf den Puffer
ein Druck ausgeübt, so pflanzt sich dieser Druck über Ringfeder i und Drucktopf
23 auf den Druckring 2o fort und erhöht nunmehr im Gummi die Pressung, die ihrerseits
die Reibung zwischen den Teilen 16 und i i entsprechend, steigert. Es tritt somit
bei einer genügend großen übersetzung in der Reibvorrichtung eine Selbstsperrung
ein, d. h. die Feder i drückt sich bis zu ihrer Endkraft zusammen. Die Reibung selbst
wächst entsprechend. der Federkraft- der Feder i auf einen höheren Wert an, so daß
sich die Pufferfeder vollkommen zusammendrückt, ohne daß die Reibvorrichtung ihre
Lage ändert. Ist nun die Pufferfeder so weit zusammengedrückt, daß der Stäßl3
gegen
die Reibhülse 16 stößt, so 'kann eine weitere Vermehrung der Reibung nicht stattfinden,
d. h. die Selbstsperrung ist aufgehoben. Die bestehende Reibung wirkt während des
Restfederweges in ungefähr gleichbleibender Höhe zuzüglich der vermehrten Kraftwirkung
der Vorholfeder. Es ergibt sich daraus eine Diagrammform entsprechend Abb. 12.
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Weitere Ausführungsformen der Reibvorrichtung sind in den Abb. 6 und
7 dargestellt. Sie unterscheiden sich von der vorbeschriebenen dadurch, daß für
die Reibwirkung die Druckkraft der Vorholfeder ausschlaggebend ist. Sowohl die Pufferfeder
i als auch die Vorholfeder 13 drücken direkt gegen den Gummizylinder 18, wobei zwischen
den Druckringen 1g und 20 und der Reibhülse 16 in axialer Richtung ein gewisses
Spiel besteht.
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Bei der in Abb.6 beispielsweise dargestellten Ausführungsform muß
also die Pufferfeder vorerst den Ring 19 so lange verschieben, bis er kraftschlüssig
mit der Reibhülse 16 verbunden ist. Sodann muß die Pufferfeder eine Kraft entwickeln,
die gleich ist der durch die Vorholfeder 13 elitwickelten Reibung, und vier Spannung
der Vorholfeder selbst. Soll nun ,der P.üffer in gewohnter Weise arbeiten, bevor
die Reibvorrichtung überhaupt in Tätigkeit tritt, so muß die Übersetzung auf die
Hülse 16 derart gewählt werden, daß die Vorspannung der Vorlholfeder eine Reibung
erzeugt, die einschließlich dieser Vorspannung größer ist als die Endkraft der Ringfeder.
Ist die Ringfeder vollkommen ausgenutzt, so legt sich der Stössel 3 gegen .den Ring
19 und verschiebt die Reibvorrichtung, wobei auch die Vonholfeder zusammengedrückt
wird und entsprechend ihrem wachsenden Widerstand auch eine wachsende Reibung erzeugt.
Es ergibt sich dann ein Reibungsdiagramm entsprechend Abb. io.
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Eine Variation dieser Ausführung zeigt Abb. 7. Hier drückt die Pufferfeder
gegen einen Ring 2,I, der sich gegen den Sprengring 15 abstützt und so mit der geschlitzten
Reibungshülse 16 in kraftschlüssiger Verbindung steht. Der Sprengring 15 drückt
außerdem gegen den Ring 19, gegen welchen sich die Gummifüllung 18 legt. Diese Gummifüllung
wird durch den Ring 20 unter Druck gesetzt, und zwar durch die Federkraft der Vorholfeder
13, welche auf diese Weise die Hülse 16 gegen die Hülse i i preßt und so die erforderliche
Reibung erzeugt. Die Wirkung ist analog derjenigen der in Abb. 6 gezeigten Ausführung.
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Statt der in den Ausführungsbeispielen vorgeseihenen Gummifüllung
ist naturgemäß auch die Verwendung eines anderen Mediums, wie Fett, Sand, Stahlkugeln
o. dgl., gegeben, die das hydraulische Prinzip voll oder nahezu erfüllen.
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Auf Grund der Erfindung lassen sich durch konstruktive Ausnutzung
gewisser Möglichkeiten noch weitere Steigerungen in der Wirkung erzielen; so z.
B. könnte die Konstruktion so getroffen werden,. daß durch die Pressung der Hülse
18 die Hülse 17 gegen eine innere Hülse gedrückt wird und dort ebenfalls eine hohe
Reibung beiVerschiebung des hydraulischen 1?lements erzeugt. Dabei müßte die Hülse
17 ebenfalls geschlitzt sein und die die Reibung aufnehmende Hülse eng gegen die
geschlitzte Hülse 17 anliegen, wobei sich erstere, ebenso wie die \'orllolfeder,
gegen den Boden der nachgeschalteten Einrichtung abstützen würde. In diesem Fall
müßte die Vorholfeder direkt gegen den Ring 2o wirken und im Durchmesser so groß
sein, daß das gegen die geschlitzte Hülse 17 anliegende Reibrohr durch die Feder
hindurdhgreift, Eine weitere Möglichkeit zur Steigerung der Reibwirkung ist dadurch
gegeben, daß zwischen die reibenden Teile besondere Reibbeläge geschaltet werden.