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Reibungsstoßdämpfer, insbesondere für Zuggestänge von Eisenbahnwagen
Die Erfindung bezieht sich auf Reibungsstoßdämpfer, die vor allem für Zuggestänge
von Eisenbahnwagen geeignet sind.
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Im besonderen betrifft die Erfindung Reibungsstoßdämpfer, bei welchen
ein Keilaufbau aus einer Reibungshülse und einer mit der Hülse zusammenarbeitenden
Reibungskupplung verwendet wird, wobei die Bewegung der Kupplung mit Bezug auf die
Hülse gegen die Wirkung von Federn erfolgt und die Kupplung aus einem den Keildruck
übertragenden Keil und mit ihm zusammenarbeitenden Reibungsbacken besteht.
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Die Erfindung hat sich die Schaffung einer einfachen und wirkungsvollen
keibungsstoßdämpfervorrichtung zur Aufgabe gestellt, die stoßlos arbeiten soll.
Hierfür befaßt sich die Erfindung mit einem Reibungsstoßdämpfer, in dessen hülsenförmigem
Gehäuse gegen die Wirkung einer Druckfeder mehr als zwei Reibbacken verschiebbar
sind, welche auf ihrer Innenseite mit Keilflächen gegen entsprechende Flächen eines
von ihnen umgebenen Keiles anliegen, und besteht darin, daß die zusammenarbeitenden
Paare von Keilflächen einer Backe und des Keiles in einem Winkel zur Längsmittelachse
der Vorrichtung liegen, der verschieden von dem Winkel der zusammenarbeitenden Flächen
des Keiles und jeder anderen Backe ist.
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An Hand der Zeichnung wird die Erfindung weiter erläutert. Es ist
Fig. z ein waagerechter Längsschnitt durch das Untergestell eines Eisenbahnwagens
mit einem
darin eingebauten Reibungsstoßdämpfer, wobei der Schnitt
durch den Stoßdämpfer an dem Keilende und seinem Reibungsbackenende in zwei in einem
Winkel von i2o°' sich schneidenden Ebenen erfolgt und im wesentlichen nach der Linie
i-i der Fig. 2 geführt ist, Fig. 2 eine Vorderansicht des in Fig. i dargestellten
Stoßdämpfers allein im vergrößerten Maßstab und gesehen in Richtung der Linie 2-2,
der Fig. i, Fig. 3 ein lotrechter Schnitt nach der Linie 3-3 der Fig. r, Fig. 4,
5 und 6 lotrechte Querschnitte nach den Linien 4-4, 5-5 und 6-6 der F'ig. 3.
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In der Zeichnung sind mit io zwei mit Abstand voneinander angeordnete
rinnenförmige Längsträger des Untergestells eines Eisenbahnwagens bezeichnet, an
deren inneren Seiten die vorderen Widerlager i i und die hinteren Widerlager 12
befestigt sind. Der innere Endteil der Zugstange 13 weist einen Jochbügel 14 bekannter
Ausführung auf. Die Stoßdämpfervorrichtung und eine vordere verschiebbare Platte
15 liegen innerhalb des Bügels 14, und der Bügel selbst wird von einer abnehmbaren
Sattelplatte getragen, die an den Unterflanschen der Längsträger io befestigt ist.
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Der Reibungsstoßdämpfer besteht allgemein aus einer kombinierten Reibungs-
und Federhülse in Form eines Gehäuses A, aus einem Keil B, aus drei Reibbacken
C, D und E, die in Keilberührung mit dem Keil B stehen, wobei die Winkel
des Keileingriffes der Backen mit dem Keil in Größe verschieden sind, sowie aus
einer Feder F und aus einem Haltebolzen G.
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Das Gehäuse A, welches die kombinierte Reib-und Federhülse bildet,
hat im wesentlichen sechsseitigen -Querschnitt. - Der Reibungsabschnitt liegt am
Vorderende und der Federabschnitt am Hinterende des Gehäuses. Das Gehäuse ist am
Hinterende durch eine verschiebbare Bodenwand 17 geschlossen, die sich seitlich
nach außen erstreckt, wodurch Flansche 18 gebildet werden, die mit den hinteren
Widerlagern 12 in der üblichen Weise zusammenarbeiten. Die Flansche iß sind vorzugsweise
durch Stege ig verstärkt, die mit den Wänden des Gehäuses A und den Flanschen 18
aus einem Stück bestehen. Der Reibungsabschnitt des Gehäuses A ist mit sechs inneren,
im wesentlichen flachen, nach einwärts konvergierenden Reibflächen 2o versehen,
die symmetrisch um die Längsmittelachse der Vorrichtung liegen.
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Der Keil B hat die Form eines Blockes mit einer Außenendfläche 21,
die gegen die Innenfläche der Platte 15 anliegt. Am inneren Ende hat der Keil B
drei nach einwärts konvergierende flache Keilflächen 22, 23 und 24, die um die Mittellängsachse
der Vorrichtung herumliegen. Die Keilfläche 24 liegt in einem verhältnismäßig spitzen
Keilwinkel mit Bezug auf die Längsachse; die Keilfläche 22 liegt in einem verhältnismäßig
stumpfen Freigabewinkel mit Bezug auf diese Achse, und die Keilfläche 23 liegt,
wie in der Zeichnung dargestellt, vorzugsweise in einem Winkel, dessen Neigungsgröße
in der Mitte zwischen den Winkeln der Flächen 22 und 24 steht.
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Die drei Backen C, D und E haben gleiche Form, mit Ausnahme der nachstehenden
Abweichungen. Jede Backe hat eine äußere Reibfläche 25 von V-förmigem Querschnitt,
die sich in der Längsrichtung der Vorrichtung erstreckt. Die beiden winklig zueinanderliegenden
Flächen der V-förmigen Oberfläche sind im wesentlichen flach und berühren zwei anliegende
Reibflächen 2o des Gehäuses A. An der inneren Seite ist jede Backe 26 mit einer
flachen Keilfläche versehen, die zu einer der flachen Keilflächen des Keiles B entsprechend
geneigt liegt und mit dieser Fläche zusammenarbeitet. Die Keilflächen der drei Backen
C, D
und E, die mit 122, 123 bzw. 124 bezeichnet sind, berühren die
Keilflächen 22, 23 bzw. 24 des Keiles B und liegen in entsprechender Weise mit Bezug
auf diese Flächen geneigt. Die Backe C hat also eine verhältnismäßig stumpfwinklige
Keilfläche, die Backe E hat eine verhältnismäßig spitzwinklige Keilfläche, während
die Backe D eine Keilfläche hat, die stumpfwinkliger als die Keilfläche der Backe
E, aber spitzwinkliger als die Keilfläche der Backe C ist.
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Jede Backe hat am inneren Ende der Verstärkung 26 eine einwärts gezogene
Schulter 27, die eine Auflage für die innere Feder 2g der Federeinrichtung F bildet,
wie nachstehend beschrieben ist.
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Die Hauptfeder F besteht aus einer verhältnismäßig kräftigen Außenfeder
28 und einer leichteren Innenfeder 29, die zwischen dem hinteren Ende des Gehäuses
A und den inneren Enden der Backen C, D
und E eingeschaltet sind. Das hintere
Ende der Feder 28 liegt unmittelbar auf der Bodenwand 17 des Gehäuses A auf, und
das Vorderende dieser Feder stützt sich auf die Innenenden der Backen. Die Innenfeder
29, stützt sich an ihrem Vorderende auf den Schultern 27 der drei Backen ab und
liegt mit ihrem hinteren Ende auf einer nach einwärts vorspringenden Büchse 3o der
Bodenwand 17 des Gehäuses A.
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Der Haltebolzen G, der zum Zusammenhalten der Vorrichtung dient und
auf seiner ganzen Länge gleich stark ist, hat an seinem hinteren Ende einen Kopf,
der in der Büchse 3o der Hinterwand 17 des GehäusesA verankert liegt. Der Schaft
des Bolzens erstreckt sich durch eine Öffnung 31 im Keil B hindurch. Der Keil B
ist an den Bolzen mittels einer auf das Außenende des Bolzens aufgeschraubten Mutter
32 verankert, die in einer Ausnehmung 33 des Keiles B liegt.
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Auf dem vorliegenden technischen Gebiet sind Reibungsstoßdämpfer unterschiedlicher
Aufnahmefähigkeit für verschiedene Betriebsarten erforderlich. Durch Änderung der
- Abschrägung des Reibungsgehäuses und der Winkel der Keilflächen des Keiles sowie
der Bremsbacken des vorliegenden Reibungsstoßdämpfers können verschiedene Stoßaufnahmefähigkeiten
oder Kapazitäten erhalten werden. Werden die Abschrägungen des Gehäuses klein und
die Neigungswinkel der Keilflächen auf dem Keil und den Backen groß gemacht, so
wird
eine verhältnismäßig weiche Stoßaufnahmefähigkeit erhalten.
Durch Vergrößerung der Abschrägung des Gehäuses und durch Verringerung der Neigungswinkel
der Keilflächen auf dem Keil und den Backen werden Vorrichtungen mit einer höheren
Stoßaufnahmefähigkeit erhalten. Um dies zu erzielen, kann die Abschrägung des Gehäuses
A ausgebildet sein zwischen 2 und 6 mm auf r52 mm Länge für jede Reibfläche, d.
h. eine Verringerung im Durchmesser von q, bis 12 mm am vorderen Ende des Reibungsabschnittes
bis zum inneren Ende desselben, wenn die Gehäusereibflächen 152 mm lang sind. Die
Keilflächen auf dem Keil B und den damit zusammenarbeitenden Backen C, D
und
E können betragen: 25 bis 4d°' für die spitzwinkligen Flächen 24 und 12q., 3o bis
q.5° für die Flächen 23 und 123 und 35 bis 50° für die stumpfwinkligen Flächen 22
und 122. Die angegebenen Zahlen sind bevorzugte Zahlen. Durch Versuche ist jedoch
festgestellt worden, daß Abweichungen von diesen Zahlen zulässig sind und noch wirksame
Einrichtungen ergeben.
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Wie den Fachleuten bekannt, ist das in Vorrichtungen dieser Art stattfindende
genaue Arbeiten schwer zu beschreiben. Ein bestimmtes Arbeiten erfolgt, wenn die
Vorrichtung z. B. in einer Druckfestigkeitsprüfmaschine langsam zusammengepreßt
wird, und ein abweichendes Arbeiten erfolgt, sobald die Vorrichtung unter dem Fallhammer
geprüft wird. Da die Fallhammerprüfung mehr der schnellen Beaufschlagung gleichkommt,
wie sie auf das in einem Eisenbahnwagen eingebaute Zuggestänge zur Einwirkung kommt,
wird nachstehend das Arbeiten der Vorrichtung beschrieben, wie es unter dem Fallhammer
vor sich geht.
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Beim Arbeiten des Reibungsstoßdämpfers zieht der Bügel 14 das Gehäuse
A während einer Zug- j ausübung der Zugstange nach vorwärts und drückt die Vorrichtung
gegen die vordere Platte 15, die an diesem Zeitpunkt durch Berührung mit den vorderen
Widerlagern i i festgehalten wird. Während einer Pufferwirkung wird die vordere
Platte 15 durch die Zugstange 13 nach rückwärts geschoben, und die Stoßdämpfereinrichtung
wird zwischen der vorderen Folgeplatte 15 und den hinteren Widerlagern 12 zusammengepreßt,
da das Gehäuse A durch Berührung mit diesen hinteren Widerlagern festgehalten wird.
Während des Zusammenpressens der Vorrichtung wird die aus dem Keil B und den drei
Reibbacken C, D und E bestehende Kupplung nach einwärts in das Gehäuse A hinein
gegen den Widerstand der Federn 28 und 29@ gedrückt. Zu ;leicher Zeit entsteht eine
Keilwirkung zwischen den Keilflächen des Keiles B und denjenigen der Backen
C, D und E, durch welche die Backen aus-°inandergespreizt werden. Dadurch
dehnt sich die Reibungskupplung aus und preßt die äußeren Reib-3ächen 25 der Backen
in innige Berührung mit den Reibflächen 2o des Gehäuses A. Während der Keilwirkung
erfolgt zuerst eine kleine Bewegung des feiles B nach einwärts mit Bezug auf die
spitzvinklige Backe E, und zwar auf Grund der Trägieit der Backe und des Umstandes,
daß wegen des relativ spitzen Winkels ein Schlupf der Keilflächen 24 und 12q. möglich
ist. Während dieses Arbeitsbeginns verschieben sich die stumpfwinkligen Backen C
und D in Längsrichtung nach dem Gehäuseinnern zu, und zwar im wesentlichen gemeinsam
mit dem Keil B, auf Grund des nicht keilenden Winkels der zusammenarbeitenden Flächen
22 und 122 und des nicht ganz so stumpfen Winkels der zusammenarbeitenden Flächen
23 und 12.3, so daß auf diese Weise die Backen C und D' in Längsrichtung etwas der
spitzwinkligen Backe E vorangeschoben werden. Die vorstehend beschriebene Wirkung
zu Beginn bewirkt die gewünschte kräftige Keil- und Spreizwirkung. Wenn die Teile
ihre Bewegung in das Gehäuse hinein weiter fortsetzen, ist der weitere Schlupf zwischen
den spitzwinkligen Flächen 24 und 124 im wesentlichen gleich Null, aber auf Grund
der Abschrägung der Gehäusereibflächen 20 muß eine Annäherung der Backen aneinander
erfolgen, und zwar durch die Backen C und D, die sich in radialer Richtung nach
einwärts mit Bezug auf den Keil B bewegen. Schlupf tritt zuerst an den stumpfwinkligen
Flächen 22 und 122 und dann an den weniger stumpfwinkligen Flächen 23 und 123 auf,
die als eine Sicherheitsvorrichtung für diesen Zweck wirken. Diese zusammengesetzte
Wirkung schiebt die Backen C und D in Längsrichtung weiter der Backe E voran, wobei
die stumpfwinkligere Backe C schneller als die Backe D vorgeschoben wird und diese
Betätigung in dieser Weise bis zum Ende des Zusammenpreßhubes weitergeht. Das aus
Metall bestehende Reibgehäuse A kann sich in radialer Richtung etwas während des
Zusammenpressens der Vorrichtung ausdehnen. Bei den gewählten Abschrägungsgraden
kann die Ausdehnung die Abschrägung nicht neutralisieren, und es wird dadurch eine
zusammengesetzte Wirkung erhalten. Im Zusammenhang damit sei hier darauf hingewiesen,
daß die Keil- und Nichtkeilwirkung der Backen C und E in Wirklichkeit durch die
Backe D überbrückt wird, wodurch ein stoßloses Arbeiten der Vorrichtung sowohl während
des Zusammendrückens als auch während der Freigabe erfolgt. Bei Verminderung der
Druckkraft erfolgt zuerst eine Freigabe, die durch die radial nach einwärts erfolgende
Zusammenziehung des Gehäuses A ausgelöst wird. Diese Kräfte erzeugen bei allen drei
Backen C, D, E eine Relativannäherung gegen die Mittellinie der Vorrichtung,
und diese wiederum bewirkt, daß der druckbeaufschlagte Keil B zwischen den Backen
herausgequetscht wird. Dieser Vorgang wird begünstigt durch die stumpfwinkligen
Flächen 22 und 122 und die weniger stumpfwinkligen Flächen 23 und 123 auf dem Keil
bzw. auf den Backen C und D. Jetzt wirken diese Flächen als echte Keilflächen mit
Bezug auf die radial nach einwärts sich zusammenziehenden Kräfte. Bei der Freigabe
leitet die Backe C den Vorgang ein, worauf die Backe D folgt. Das Zusammenziehen
des Gehäuses A geht weiter, bis das Gehäuse entweder seinen Normalzustand wieder
angenommen hat oder bis die zusammenziehenden
Kräfte auf einen Grad
abgesunken sind, bei dem die in der Feder F aufgespeicherte Energie den Längswiderstand
gegen Freigabe derselben überwindet. Die beschriebene einleitende Freigabe hat ein
Lockern des Keiles B zur Folge, das genügt, um eine Verminderung des Druckes zwischen
den Reibflächen der verschiedenen Backen und den Gehäusereibflächen herbeizuführen,
worauf die Feder wirksam wird, um alle Reibbacken in Richtung nach auswärts des
Gehäuses zu bewegen. Diese Auswärtsbewegung geht weiter, bis der Keil B gegen weitere
Bewegung durch den Bolzen G gehindert wird. Die drei Backen sind also auf diese
Weise in ihre Normalstellung wieder zurückgedrückt worden.