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Abfederungssystem, insbesondere für Fahrzeuge Die Erfindung bezieht
sich auf Abfe:derungssysteme und betrifft im besonderen, jedoch nicht ausschließlich,
Systeme zur Abfederung von Schienen- oder Straßenfahrzeugen, einschließlich der
Systeme für Landegestelle von Flugzeugen.
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Sie bezweckt insbesondere, derartige Systeme so auszubilden, daß sie
besser als bisher den verschiedenen Erfordernissen der Praxis entsprechen.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, derartige Abfederungen mit zwei
Federarten auszurüsten, nämlich mit Hauptfedern mit großer Nachgiebigkeit und Hilfsfedern
mit veränderlicher Nachgiebigkeit.
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Die Hauptfedern mit großer Nachgiebigkeit, welche vorzugsweise ohne
Reibung arbeiten, wie Schraubenfedern, verringern soweit wie möglich die Rückwirkung
.der Ausschläge des nicht abgefederten schwingendenTeils, z. B. der Tragräder bei
Straßenfahrzeugen, der Wiegebalken bei Drehgestellen von Schienenfahrzeugen, auf
die abgefederte Masse und bewirken die Unterdrückung der Erschütterungen.
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Die Federn mit veränderlicher Nachgiebigkeit bewirken die Dämpfung
der Schwingungen. Für geringe Ausschläge beiderseits der dem statischen Gleichgewicht
entsprechenden mittleren Stellung verändert ihre Einwirkung die Nachgiebigkeit der
Hauptfeder oder der Hauptfedern nur sehr wenig. Bei größeren Ausschlägen verringern
sie dagegen diese Nachgiebigkeit erheblich und nehmen so, eine große Energiemenge
auf.
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Die Gesamtheit, dieser beiden Federsätze bildet ein elastisches System,
dessen Nachgiebigkeit in der Mittelstellung oder Stellung des statischen Gleichgewichts
der
Last ihren -IIöchstwert erreicht, während sie beiderseits dieser Stellung abnimmt.
Die Nachgiebiigkeitskurve zeigt die in Fig.7 dargestellte Form, in welcher die Linie
0-B die mittlere Stellung statischen Gleichgewichts unter einer bestimmten
Last darstellt, und der Winkel der Tangente im Punkt B die Nachgiebigkeit für kleine
Ausschläge, welche merklich gleich -der der Hauptfeder oder der Hauptfedern ist.
Es sei jedenfalls bemerkt, daß ein derartiges System keine Eigenschwingungsperiode
hat, da .die. Periode mit der Amplitude der Ausschläge veränderlich ist. Es ist
daher keine Resonanz zu befürchten, wenn eine periodische Ursache bestimmter Frequenz
auf das System einwirkt.' Das Prinzip ist somit verführerisch, die praktische Ausführung
stößt jedoch auf Schwierigkeiten, da es bisher nicht möglich schien, den Betriebspunkt
für die Stellung des statischen Gleichgewichts in allen vorkommenden Fällen im Punkt
B zu halten. Wenn sich nämlich die Belastung ändert oder wenn etwa die Hauptfedern
nachlassen, verändert sich die mittlere statische Lage des abgefederten Teils gegenüber
dem unabgefederten Teil, so daß die Hilfsfedern deren Wirkung in dieser Stellung
theoretisch Null sein sollte, wirksam werden und der Punkt B des statischen Gleichgewichts
sich z. B. nach B' verschiebt, an welchem die Nachgiebigkeit eine ganz andere sein
kann.
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Um diesem Übelstand abzuhelfen, läßt man erfindungsgemäß mit einer
Abfederung der betrachteten Art Mittel zusammenwirken, welche die Nachgiebigkeit
in der mittleren Stellung des statischen Gleichgewichts unabhängig von der Lage
derselben merklich konstant zu halten gestatten.
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Hierfür bildet man z. B., falls es sich um Hilfsfedern handelt, deren
Einwirkung auf das Gesamtsystem im Prinzip in der Stellung des statischen Gleichgewichts
Null ist, diese Mittel so aus, daß diese Einwirkung trotz der Veränderungen dieser
Stellung Null bleibt. Anders ausgedrückt, wenn es sich z. B. um ein System handelt,
welches wesentlich einerseits eine Hauptfeder, insbesondere eine Schraubenfeder
i (Fig. i) mit großer, konstanter Nachgiebigkeit aufweist, welche zwischen dem
ab-
gefederten Teil 2 und dem unabgefederten Teil 3 angebracht und durch eine
lineare Nachgiebigkeitskurve A-B-C gekennzeichnet ist sowie andererseits zwei Zusatzfedern
4. mit veränderlicher Nachgiebigkeit (Schraubenfedern mit veränderlichem Aufwickeldurchmesser,
Gummifedern usw.), welche in entgegengesetzter Richtung .arbeiten. und deren Nachgiebigkeit
durch zwei Kurven M und M' dargestellt werden, kann, richtet man es so ein, daß
die erwähnten Mittel gestatten, diese Kurven M und M' gleichzeitig mit der 'Verschiebung
der Stellung des statischen Gleichgewichts so zu verschieben, daß der Punkt B der
resultierenden Nachgiebigkeitskurve D-B-D' stets auf der Geraden A-C liegt, so daß
die Nachgiebigkeit im Punkt B konstant ist.
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Zur Herstellung der erwähnten Mittel geht man z. B. so, vors daß die
Zusatzfedern oder beliebige gleichwertige Organe anstatt unmittelbar auf die Abfederung
einzuwirken, wenigstens eine Abstützfläche haben, die den langsamen Verstellungen
der statischen Gleichgewichtsstellung folgen kann, aber eine starr oder merklich
starr befestigte Abstützung für alle schnellen Verstellungen bewirkt, welche von
.den Unebenheiten der Rollbahn oder durch eine beliebige andere Ursache verursacht
werden und von dem dynamischen Arbeiten der Anordnung -herrühren.
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Die Erfindung wird.durch die nachstehende Beschreibung sowie durch
die Zeichnungen erläutert, wobei Beschreibung und Zeichnungen nur beispielshalber
angegeben sind.
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Fig. i und 2. dieser Zeichnungen zeigen zum Teil in Seitenansicht,
zum Teil im Schnitt ein Abfederungssystem, insbesondere für Eisenbahnfahrzeuge,
welches entsprechend zwei Ausführungsformender Erfindung ausgebildet ist; Fig. 3
bis 5 zeigen in einem schematischen Teilseitenriß. bzw. in Seitenansicht bzw. in
einer schaubildlichenTeilansichtein erfindungsgemäßes System der gleichen Art, welches
im besonderen für Kraftfahrzeuge bestimmt ist; Fig. 6 zeigt in einer der Darstellung
der F'ig. 3 entsprechenden Darstellung ein gemäß einer Ausführungsabwandlung der
Erfindung ausgebildetes System der gleichen Art; Fig.7 zeigt schließlich ein. Diagramm
zur Erläuterung des Prinzips der Erfindung.
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Zur Abfederung von Schienenfahrzeugen kann man insbesondere eine Dämpfertopfvorrichtung
der in. Fig. i dargestellten Art benutzen, welche schematisch ein Abfederung für
ein Drehgestell eines Eisenbahnfahrzeugs mit Untergestell :2 und Wiegebalken 3 darstellen
soll.
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Man sieht in dieser Figur; daß die Federn mit veränderlicher Nachgiebigkeit
q:, welche durch eine doppelte Reihe von Gummianschlägen mit stetig veränderlichem
Querschnitt gebildet werden und in ein z. B. an dem Wiegebalken.3 befestigtes Gehäuse
5 eingebaut sind, mit einer Platte 6 zusammenwirken, welche bei 7 mit einem der
Teile 8 i(Zylinder) eines Dämpfertopfs. starr verbunden ist, dessen anderer Teil
9 (Kolben) durch eine Stange io, gegebenenfalls unter Einschaltung eines Kugelgelenks
i i, mit dem Untergestell 2 verbunden ist, wobei die so ausgebildete Anordnung zweckmäßig
im Innern der Hauptfeder untergebracht ist.
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Wenn der Körper 8 des Dämpfertopfs, der bei 12 geschlossen ist, mit
einer unzusammendrückbaren. Flüssigkeit gefüllt wird, z. B. C51, und an dem durch
Dichtungen oder Kolbenringe 13 so dicht wie möglich gemachten Kolben 9 Mittel vorgesehen
werden, die dem Durchtritt der Flüssigkeit nur sehr geringe Querschnitte darbieten,
z. B. wenigstens eine kalibrierte, gegebenenfalls regelbare Öffnung 1q., erhält
man die obige Arbeitsweise. Der Kolben kann sich dank dieser Öffnung langsam verstellen,
insbesondere unter der Einwirkung der Veränderungen der Belastung des Fahrzeugs,
welche die beiden Teile 2 und 3 einander zu nähern oder voneinander zu entfernen
suchen. Für schnelle Ausschläge bleibt dagegen der Kolben praktisch starr mit dem
Körper
des Dämpfertopfs verbunden. Diese Ausschläge werden dann
vollständig übertragen und -durch die als Gegenfedern wirkenden Anschläge mit stetig
veränderlichem Querschnitt q. abgedämpft, welche die Energie der Schwingung vernichten.
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Zur Verhinderung der Folgen eines anomalen Stoßes kann der Kolben
mit Sicherheitsmitteln versehen sein, die z. B. durch zwei Entlastungsventile 15
gebildet werden können, welche die höchste Beanspruchung der Federn 4 und der verschiedenen
Gelenke begrenzen können.
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Ferner kann zur Berücksichtigung der Ausdehnung der Flüssigkeit mit
der Temperatur zusätzlich ein Ventil 16 vorgesehen werden, welches normalerweise
offen ist und den langsamen Übertritt der Flüssigkeit in einendem Dämpfertopf benachbarten
Behälter 17 gestattet. Dieses Ventil schließt sich sofort beim Auftreten des Drucks
in der oberen Kammer, so, daß der Dämpftertopf normal arbeitet.
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In Fig. 2 ist eine Anordnung gleicher Art dargestellt, bei welcher
angenommen ist, daß der Dämpfertopf 8 auf der Oberseite des Untergestells oder des
Querträgers 2 befestigt ist. Er weist dann zwei Zwillingszylinder 18 auf, mit welchen.
zwei Kolben 9 zusammenwirken, die mit kalibrierten Öffnungen 14 versehen und mit
der Stange 7 der Platte 6 über Gestänge ig-2o-21 verbunden sind. Entlastungsdüsen
22 können im Fäll einer bedeutenden Überlast in. einem der Zylinder die beulen Zylinder
18 in der einen oder der anderen Richtung miteinander in. Verbindung setzen.
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Die obigen Anordnungen können natürlich auch für die Abfederung von
Straßenfahrzeugen verwendet werden.
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Zweckmäßig benutzt man jedoch Vorrichtungen der in Fig. 3 bis 6 dargestellten
Art, bei welchen zur Herstellung der Dämpfertöpfe Vorrichtungen in der Art der Stoßdämpfer
bekannter Bauart mit Drehschaufeln oder Kolben benutzt werden, bei welchen jedoch
der Durchlaß der Flüssigkeit so ausgebildet wird, daß er den obigen Bedingungen
entspricht, d. h. einen sehr hohen Widerstand bei schnellen Schwingungen dynamischer
Art bietet, während die Flüssigkeit bei sehr langsamen Verstellungen durchgelassen
wird.
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Man kann z. B. in den bestehenden Stoßdämpfern, um sie als Dämpfertopf
arbeiten zu lassen, die üblichen Düsen entfernen und nur eine Düse mit konstanter
Öffnung sehr kleinen Querschnitts beibehalten. Auch hier können wieder geeichte
Ventile in dem Stoßdämpfer zum Schutz gegen anomale Stöße vorgesehen werden.
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In Fig. 3 bis ,5 ist angenommen, daß der von dem abgefederten Teil
getragene Dämpfertopf 8 durch eine Vorrichtung mit um eine Achse 23 drehbaren Schaufeln
gebildet wird und daß der Satz von Federn mit veränderlicher Nachgiebigkeit q. zwischen
einer an, diesem Dämpfertopf befestigten Kuppelstange 24 und dem unabgefederten
Teil 3 angeordnet ist. Die zwischen den beiden durch elastische Polster geeigneter
Form gebildeten Federn q. angeordnete Platte 6 wird von einer an der Kupelstange
-2.1 angelenkten Gabel 25 getragen. Ferner- werden die beiden Gummimassen an ihrem
Umfang in einer Art Ring 26 gehalten, der bei 2@7 an dem unabgefederten Teil angelenkt
ist und gegenüber der Plgtte6 z. B. dadurch geführt werden kann, daß er in an dieser
Platte vorgesehene seitliche Nuten 28 eintritt und bei 2.9 in der Gabel 25 gleiten
kann.
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F'ig.6 zeigt eine Anordnung gleicher Art mit einem Dämpfertopf mit
einem Zylinder, in welchem sich ein Kolben verstellt. In dieser Figur wie auch in.
Fig. 3 ist schematisch die Hauptfeder bei i gezeigt, wobei es wohlverstanden ist,
daß diese Feder, welche- vorzugsweise eine große Nachgiebigkeit aufweist und ohne
Reibung arbeitet, beliebig anders ausgebildet sein kann.
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In gewissen Fällen ist es sogar möglich, die Nachgiebigkeit nur .durch
.die in geeigneter Weise ausgebildeten Federn q. zu erhalten.
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Man erhält so unabhängig von der gewählten Ausführungsform eine Anordnung,
deren Arbeitsweise aus obigem genügend klar hervorgeht, so d@aß hierauf nicht näher
eingegangen, zu werden braucht, und welche gegenüber den bereits vorhandenen Systemen
der betrachteten Art zahlreiche Vorteile aufweist, insbesondere, daß sie gestattet,
unabhängig von den Veränderungen der statischen Gleichgewichtsstellung eine sich
stets gleichbleibende Kurve veränderlicher Nachgiebigkeit zu erhalten, nur verhältnismäßig
einfache und billig herzustellende Organe aufweist.
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Wie es selbstverständlich ist und wie es übrigens bereits aus obigem
hervorgeht, ist die Erfindung keineswegs auf die im besonderen angegebenen Anwendungsarten
oder Ausführungsformen ihrer verschiedenen Teile beschränkt, sondern umfaßt im Gegenteil
auch alle Abwandlungen, insbesondere die, bei welchem für die gegenseitigen Stellungen
der verschiedenen Organe, insbesondere des Dämpfertopfs und der .Federn i und .4,
beliebig andere Ausbildungen gewählt sind.