EP0451630B1 - Puffer mit einem hydraulischen Dämpfer - Google Patents

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EP0451630B1
EP0451630B1 EP91104936A EP91104936A EP0451630B1 EP 0451630 B1 EP0451630 B1 EP 0451630B1 EP 91104936 A EP91104936 A EP 91104936A EP 91104936 A EP91104936 A EP 91104936A EP 0451630 B1 EP0451630 B1 EP 0451630B1
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61G—COUPLINGS; DRAUGHT AND BUFFING APPLIANCES
    • B61G11/00—Buffers
    • B61G11/12—Buffers with fluid springs or shock-absorbers; Combinations thereof

Definitions

  • the invention relates to a buffer as characterized in the preamble of claim 1.
  • DE-Al-320 12 19 discloses a buffer which has an annular space on the piston rod side which can be changed by means of an annular membrane made of elastomer material, for receiving the damping fluid flowing through the gap between the piston and the cylinder wall. Such a membrane is exposed to changing, dynamic loads and is not reliable in the long run.
  • a buffer of the type mentioned at the outset has become known from EP-A1-0 286 061, in which the annular space on the piston rod side is operatively connected to a compensation chamber having a gas cushion.
  • the cylinder expands due to the internal pressure of the damping fluid, so that the gap between the piston and the inner wall of the cylinder increases when the internal pressure increases due to buffer surges.
  • This has a very disadvantageous effect on the damping effect of the buffer with different masses or different impact speeds of the masses.
  • FR-A-1 236 997 shows a buffer with a gap arranged between the piston and the cylinder, the inner diameter of the cylinder narrowing conically in the direction of the deflection. If the internal pressure remains the same, the gap is reduced during the piston movement. However, the gap enlargement resulting from an expansion of the cylinder as the internal pressure rises cannot be changed depending on the respective internal pressure.
  • the object of the present invention is to create a buffer of the type mentioned at the outset which has a long service life and whose damping effect does not deteriorate significantly even when the internal pressure of the liquid is increased.
  • the expansion of the cylinder resulting from higher pressure is compensated for by a corresponding design of the piston with a recess such that the gap between the piston and cylinder remains approximately the same, but preferably decreases, so that the damper effect does not occur with masses and / or impact speeds of different sizes the expansion of the cylinder is impaired.
  • a piston rod 2 guided in a sleeve 1, at one end of which a buffer plate 3 and at the other end a piston 5 of a hydraulic damper 4 is arranged.
  • the sleeve 1 is provided at one end with a flange 6 to which a cylinder 7 of the hydraulic damper 4 is attached.
  • Buffer springs 8 are arranged between the flange 6 and the buffer plate 3, which are preferably designed as elastic ring elements consisting of an elastomeric material.
  • Metal disks 9 are arranged between the ring elements 8.
  • the damper 4 has a compensation chamber 10 which is arranged in a ring around the cylinder 7.
  • the bilateral delimitation of the compensation chamber 10 consists on one side through the flange 6 and on the other side through an annular disk 11 arranged on the cylinder 7.
  • a circular cylindrical outer wall 12 is fastened to the outer circumference of the flange 6 and the annular disk 7 and forms the outer jacket of the compensation chamber 10.
  • the outer circumference of the piston 5 forms an annular gap 14 with the inner circumference 13 of the cylinder 7.
  • a recess 15 on the piston 5 forms an annular space 16 with the cylinder inner wall 13 in the end position shown, which is connected to the compensation chamber 10 by at least one bore 17.
  • a recess 18 is arranged, whereby an annular wall 19 is formed, which is elastically deformable depending on the internal pressure.
  • the interior 20 of the cylinder 7 with the annular space 16 is completely filled and the compensation chamber 10 partially with a damper liquid 21, preferably a hydraulic oil, a gas cushion 22 preferably made of nitrogen being arranged in the compensation chamber 10.
  • a damper liquid 21 preferably a hydraulic oil
  • a gas cushion 22 preferably made of nitrogen being arranged in the compensation chamber 10.
  • the internal pressure in the cylinder 7 increases as a function of the speed of the opening, causing the diameter to expand.
  • the annular wall 19 of the piston 5 is elastically widened outwards, so that the widening of the cylinder is at least partially compensated for and the gap 14 at least insignificantly increases or remains the same.
  • the gap 14 should advantageously be reduced in order to achieve the same damping effect. This can be achieved by the wall thickness d of the annular wall 19 the piston 5 is chosen to be correspondingly smaller than the wall thickness D of the cylinder wall 23.
  • the speed of the masses to be decelerated decreases with increasing deflection.
  • the gap cross-section must decrease depending on the deflection path.
  • An at least constant or decreasing gap can be achieved in addition to the design of the piston or even solely by the geometric design of the interior of the cylinder 7 in the longitudinal direction.
  • the inner circumference 13a of the cylinder 7 shown in dash-dotted lines in FIG. 1 is made completely or at least partially tapered in the longitudinal direction of the deflection, so that the inner circumference and thus the gap size are reduced with constant internal pressure.
  • a reduction in the gap cross-section as a function of the deflection path to avoid a drop in the internal pressure can also, as can be seen from FIG. 2, be achieved by a preferably conical increase in the wall thickness D of the cylinder 7a, with an increase in the wall thickness D only to a partial length of It can be an advantage that less widening can be expected towards the end of the cylinder 7a through its end wall.
  • FIG. 3 shows a particularly advantageous embodiment of the piston 5.
  • the recess 18 in the piston 5 is designed such that an annular wall 19b with a wall thickness d 2 in the central piston region and an annular wall 19a at the front end of the piston is arranged with a wall thickness d 1, the wall thickness d 1 being greater than the wall thickness d 2.
  • Two or more recesses 15a and 15b are arranged one behind the other on the outer circumference of the piston 5, an annular gap 14a being formed at the front end of the piston 5 with the inner circumference of the cylinder 7 and at least one further gap 14b in the central region of the piston 5.
  • An annular space 16a is arranged between the piston rings 24a and 24b resulting from the recess 15a, and an annular space 16b is arranged behind the piston ring 24b and is connected to the compensating chamber 10 by at least one bore 17. With several turns 15, several piston rings 24, gaps 14 and annular spaces 16 also arise, the last annular space being connected to the compensation chamber.
  • the gap 14a changes only slightly since there is no widening in the area of the annular wall 19a due to its large wall thickness d 1 when the pressure rises.
  • the design of the piston described above ensures that the damper works properly even with high pressure peaks in the cylinder.
  • the respective desired damping effect at low, medium or high masses to be damped and / or impact speeds is achieved by the corresponding design of the piston.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Puffer, wie er im Oberbegriff von Anspruch 1 gekennzeichnet ist.
  • Derartige Puffer werden meist bei Schienenfahrzeugen verwendet. Durch die DE-Al-320 12 19 ist ein Puffer bekannt geworden, welcher einen durch eine ringförmige Membrane aus elastomerem Werkstoff veränderlichen kolbenstangenseitigen Ringraum zur Aufnahme der durch den Spalt zwischen Kolben und Zylinderwand durchströmende Dämpfungsflüssigkeit aufweist. Eine derartige Membrane ist wechselnden, dynamischen Belastungen ausgesetzt und nicht auf die Dauer betriebssicher.
  • Ein Puffer der eingangs genannten Art ist durch die EP-A1-0 286 061 bekanntgeworden, bei welcher der kolbenstangenseitige Ringraum mit einer ein Gaspolster aufweisenden Ausgleichskammer wirkverbunden ist.
  • Bei derartigen Puffern weitet sich der Zylinder durch den Innendruck der Dämpfungsflüssigkeit auf, so dass bei durch Pufferstösse sich erhöhende Innendruck der Spalt zwischen Kolben und Zylinder-Innenwand sich vergrössert. Dies wirkt sich sehr nachteilig auf die Dämpfungswirkung des Puffers bei unterschiedlichen Massen bzw. unterschiedlichen Auftreffgeschwindigkeiten der Massen aus.
  • Die FR-A-1 236 997 zeigt einen Puffer mit einem zwischen dem Kolben und dem Zylinder angeordneten Spalt, wobei der Innendurchmesser des Zylinders in Richtung der Einfederung sich konisch verringert. Bei gleichbleibendem Innendurck ergibt sich dabei während der Kolbenbewegung eine Verringerung des Spaltes. Die bei steigenden Innendruck sich ergebenden Spaltvergrösserung durch eine Aufweitung des Zylinders kann hierbei jedoch nicht abhängig vom jeweiligen Innendruck verändert werden.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Puffers der eingangs genannten Art, welcher eine hohe Lebensdauer aufweist, und dessen Dämpfungswirkung sich auch bei Erhöhung des Flüssigkeits-Innendruckes nicht wesentlich verschlechtert.
  • Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
  • Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.
  • Die durch höheren Druck entstehende Aufweitung des Zylinders wird durch entsprechende Ausbildung des Kolbens mit einer Ausnehmung derart kompensiert, dass der Spalt zwischen Kolben und Zylinder annähernd gleichbleibt, vorzugsweise sich aber verringert, wodurch die Dämpfer-Wirkung bei unterschiedlich grossen Massen und/oder Auftreffgeschwindigkeiten nicht durch die Aufweitung des Zylinders beeinträchtigt wird.
  • Die Erfindung ist in Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigen:
    • Fig. 1
    einen Längsschnitt durch einen Puffer
    Fig. 2
    einen Längsschnitt einer Ausführungsvariante von Fig. 1. und
    Fig. 3
    einen Teil-Längsschnitt einer weiteren Ausführungsvariante von Fig. 1 in vergrösserter Darstellung.
  • Der Puffer gemäss Fig. 1 weist eine in einer Hülse 1 geführte Kolbenstange 2 auf, an dessen einem Ende eine Pufferplatte 3 und am anderen Ende ein Kolben 5 eines hydraulischen Dämpfers 4 angeordnet ist. Die Hülse 1 ist an einem Ende mit einem Flansch 6 versehen, an welchem ein Zylinder 7 des hydraulischen Dämpfers 4 befestigt ist. Zwischen dem Flansch 6 und der Pufferplatte 3 sind Pufferfedern 8 angeordnet, welche vorzugsweise als aus einem elastomeren Werkstoff bestehenden, elastischen Ring-Elementen ausgebildet sind. Zwischen den Ringelementen 8 sind Metallscheiben 9 angeordnet.
  • Der Dämpfer 4 weist eine Ausgleichskammer 10 auf, welche ringförmig um den Zylinder 7 angeordnet ist. Die beidseitige Begrenzung der Ausgleichskammer 10 besteht auf der einen Seite durch den Flansch 6 und auf der anderen Seite durch eine an dem Zylinder 7 angeordnete, ringförmige Scheibe 11. Eine kreiszylindrische Aussenwandung 12 ist jeweils am Aussenumfang des Flansches 6 und der ringförmigen Scheibe 7 befestigt und bildet den äusseren Mantel der Ausgleichskammer 10.
  • Der Aussenumfang des Kolbens 5 bildet mit dem Innenumfang 13 des Zylinders 7 einen ringförmigen Spalt 14.
  • Eine Ausdrehung 15 am Kolben 5 bildet mit der Zylinder-Innenwand 13 in der gezeigten Endstellung einen Ringraum 16, welcher durch mindestens eine Bohrung 17 mit der Ausgleichskammer 10 verbunden ist.
  • Am stirnseitigen Ende des Kolbens 5 ist eine Ausnehmung 18 angeordnet, wodurch eine ringförmige Wand 19 entsteht, welche abhängig vom Innendruck elastisch verformbar ist.
  • Der Innenraum 20 des Zylinders 7 mit dem Ringraum 16 ist ganz und die Ausgleichskammer 10 teilweise mit einer Dämpferflüssigkeit 21, vorzugsweise einem Hydraulik-Oel, gefüllt, wobei in der Ausgleichskammer 10 ein Gaspolster 22 vorzugsweise aus Stickstoff angeordnet ist.
  • Beim Einfahren des Kolbens 5 strömt das Hydraulik-Oel 21 durch den Spalt 14 in den Ringraum 16, wobei das überschüssige Volumen in die Ausgleichskammer 10 gelangt und dort durch Komprimierung das Volumen des Gaspolsters 22 verringert.
  • Beim Aufstossen der zu dämpfenden Massen bzw. beim Einfahren des Kolbens 5 steigt der Innendruck im Zylinder 7 in Abhängigkeit der Aufstossgeschwindigkeit, wodurch sich dieser im Durchmesser aufweitet. Gleichzeitig wird durch den steigenden Innendruck die ringförmige Wand 19 des Kolbens 5 nach aussen elastisch aufgeweitet, so dass die Aufweitung des Zylinders mindestens teilweise kompensiert wird und der Spalt 14 sich zumindest nur unwesentlich vergrössert oder gleiche bleibt. Vorteilhafterweise sollte bei steigendem Innendruck eine Verkleinerung des Spaltes 14 erfolgen, um die gleiche Dämpfungswirkung zu erreichen. Dies kann dadurch erreicht werden, indem die Wandstärke d der ringförmigen Wand 19 am Kolben 5 entsprechend kleiner gewählt wird als die Wandstärke D der Zylinderwand 23.
  • Mit zunehmendem Einfederungsweg nimmt die Geschwindigkeit der zu verzögernden Massen ab. Um die Verzögerung hoch zu halten, muss der Spaltquerschnitt in Abhängigkeit des Einfederungsweges abnehmen. Ein mindestens gleichbleibender oder sich verringernder Spalt kann zusätzlich zur Ausbildung des Kolbens oder auch allein durch die geometrische Ausbildung des Innenraumes des Zylinders 7 in Längsrichtung erreicht werden.
  • Hierbei wird der in Fig. 1 strichpunktiert eingezeichnete Innenumfang 13a des Zylinders 7 in Längsrichtung der Einfederung ganz oder mindestens teilweise konisch zusammen-laufend ausgebildet, so dass sich der Innenumfang und somit die Spaltgrösse bei konstantem Innendruck verringert.
  • Eine Verringerung des Spaltquerschnittes in Abhängigkeit des Einfederungsweges zur Vermeidung eines Abfalles des Innendrucks kann auch, wie aus Fig. 2 ersichtlich, durch eine vorzugsweise konische Vergrösserung der Wandstärke D des Zylinders 7a erreicht werden, wobei eine Vergrösserung der Wandstärke D auch nur auf eine Teillänge von Vorteil sein kann, da gegen Ende des Zylinders 7a durch deren Endwand mit einer geringeren Aufweitung zu rechnen ist.
  • Bei einer Kombination dieser Ausbildung des Zylinders 7a gemäss Fig. 2 und der beschriebenen Ausbildung des Kolbens 5 ergibt sich während des Kolbenweges eine Verringerung des Spaltes 14, wodurch die Aenderung der Dämpfungsverhältnisse bei unterschiedlich abzudämpfenden Massen und/oder Auftreffgeschwindigkeiten reduziert wird. -
  • Die in Fig. 3 gezeigte Ausführungsvariante zeigt eine besonders vorteilhafte Ausbildung des Kolbens 5. Die Ausnehmung 18 im Kolben 5 ist dabei derartig ausgebildet, dass im mittleren Kolbenbereich eine ringförmige Wand 19b mit einer Wanddicke d 2 und am stirnseitigen Ende des Kolbens eine ringförmige Wand 19a mit einer Wanddicke d 1 angeordnet ist, wobei die Wanddicke d 1 grösser ist als die Wanddicke d 2.
  • Am Aussenumfang des Kolbens 5 sind hintereinander zwei oder mehrere Ausdrehungen 15a und 15b angeordnet, wobei am stirnseitigen Ende des Kolbens 5 mit dem Innenumfang des Zylinders 7 ein ringförmiger Spalt 14a und im mittleren Bereich des Kolbens 5 mindestens ein weiterer Spalt 14b gebildet wird. Zwischen den durch die Ausdrehung 15a entstehenden Kolbenringen 24a und 24b ist ein Ringraum 16a und hinter dem Kolbenring 24b ein Ringraum 16b angeordnet, welcher durch mindestens eine Bohrung 17 mit der Ausgleichskammer 10 verbunden ist. Bei mehreren Ausdrehungen 15 entstehen auch mehrere Kolbenringe 24, Spalte 14 und Ringräume 16, wobei der letzte Ringraum mit der Ausgleichskammer verbunden ist.
  • Durch die unterschiedlichen Wanddicken des Kolbens 5 entstehen bei unterschiedlich grossen Aufstoss-Massen und/oder Auftreffgeschwindigkeiten unterschiedliche Innendrücke der Dämpferflüssigkeit 21 verbunden mit unterschiedlichen Verformungen des Kolbens 5 und somit unterschiedliche Veränderungen der Spalte 14a und 14b, wobei durch die Wahl der Wandstärken gewünschte Dämpfungs-Charakteristiken erzielbar sind.
  • Der Spalt 14a verändert sich nur geringfügig, da bei Druckanstieg keine Aufweitung im Bereich der ringförmigen Wand 19a durch deren grosse Wandstärke d 1 stattfindet.
  • Bei geringem Druckanstieg - geringe Massen bzw. Auftreffgeschwindigkeiten - entsteht auch beim Spalt 14b keine Veränderung, da noch keine Aufweitung des Kolbens 5 stattfindet. Die Dämpfwirkung ist hierbei durch die gewählten Spaltgrössen bestimmt. Bei stärkerem Innendruckanstieg weitet sich der Kolben im Bereich der ringförmigen Wand 19b auf, so dass trotz Aufweiten des Zylinders 7 der Spalt 14b sich nicht vergrössert bzw. sich vorzugsweise verringert. In dem Ringraum 16a steigt der Innendruck durch den Spalt 14a nicht gleich proportional zum übrigen Innendruck im Zylinder 7.
  • Bei sehr starkem Druckanstieg verhindert der Druck im Ringraum 16a ein zu starkes Aufweiten des Kolbens 5, so dass eine Verringerung des Spaltes 14b bis Null vermieden wird.
  • Die vorgängig beschriebene Ausbildung des Kolbens gewährleistet ein einwandfreies Arbeiten des Dämpfers auch bei hohen Druckspitzen im Zylinder. Die jeweils gewünschte Dämpfwirkung bei niedrigen, mittleren oder hohen abzudämpfenden Massen und/oder Auftreffgeschwindigkeiten wird durch die entpsprechende Ausbildung des Kolbens erreicht.

Claims (8)

  1. Puffer mit einem hydraulischen Dämpfer, welcher mit einem zwischen einem Kolben (5) und einem Zylinder (7) angeordneten Spalt (14) zur Durchströmung der Dämpferflüssigkeit versehen ist, und der kolbenstangenseitige Ringraum (16) des Zylinders (7, 7a) mit einer ein Gaspolster (22) aufweisenden Ausgleichskammer (10) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (5) am stirnseitigen Ende durch eine Ausnehmung (18) eine ringförmige Wand (19) aufweist, welche abhängig vom Flüssigkeitsdruck im Zylinder (7, 7a) durch den Druck elastisch aufweitbar ausgebildet ist, wobei die Aufweitung mindestens gleich gross oder grösser ist als die durch den Druck entstehende Aufweitung des Zylinders.
  2. Puffer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke (D) der Zylinderwand (23) in Längsrichtung der Einfederung mindestens teilweise vergrössernd ausgebildet ist.
  3. Puffer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenumfang (13, 13a) des Zylinders (7) in Längsrichtung der Einfederung mindestens teilweise konisch verkleinernd ausgebildet ist.
  4. Puffer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichskammer (10) als ringförmige Kammer um den Zylinder (7, 7a) angeordnet ist.
  5. Puffer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke (d) der ringförmigen Wand (19) des Kolbens (5) kleiner ist als die kleinste Wandstärke (D) der Zylinderwand (23).
  6. Puffer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (18) am Kolben (5) deratig ausgebildet ist, dass die ringförmige Wand (19a) am stirnseitigen Ende eine Dicke (d 1) aufweist, die grösser ist als die Dicke (d 2) der ringförmigen Wand (19b) im mittleren Bereich des Kolbens (5).
  7. Puffer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass am Aussenumfang des Kolbens (5) mindestens zwei durch Ausdrehungen (15a, 15b) gebildete Kolbenringe (24a, 24b) angeordnet sind, welche jeweils einen Spalt (14a, 14b) mit dem Innenumfang (13) des Zylinders (7) bilden.
  8. Puffer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kolbenring (24a) am stirnseitigen Ende des Kolbens (5) im Bereich der dickeren ringförmigen Wand (19a) und der zweite bzw. alle weiteren Kolbenringe (24b) im Bereich der dünneren ringförmigen Wand (19b) angeordnet ist bzw. sind.
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