Die Erfindung betrifft eine gashydraulische Dämpfungseinrichtung gemäss dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
Gashydraulische Dämpfungseinrichtungen für Stoss- und/oder Zugeinrichtungen von
Schienenfahrzeugen sind in verschiedensten Ausführungen, beispielsweise in Form von
Puffern, bekannt. Eine gattungsgemässe Dämpfungseinrichtung kann jedoch beispielsweise
auch für Kupplungen verwendet werden, mittels welchen Schienenfahrzeuge federnd
verbunden werden.
Bei gashydraulischen Dämpfungseinrichtungen ohne physisches Trennmittel zwischen
dem Gas und dem Hydraulikmedium besteht grundsätzlich die Gefahr, dass sich im
Ölraum mit der Zeit Gas ansammelt, was natürlich unerwünscht ist und zu Fehlfunktionen
führen kann. Beispielweise kann sich dies bei Puffern in einem undefinierten bzw.
ungenügendem Federverhalten äussern. Insbesondere durch starke Aufstösse besteht
bei Puffern die Gefahr, dass Gas vom Gasraum in den Ölraum gelangt.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1
ausgebildete gashydraulische Dämpfungseinrichtung vorzuschlagen, welche sich während
des Betriebs selber entlüftet, indem insbesondere auch das in einem Endbereich
des Ölraums ggf. angesammelte Gas selbsttätig in den Gasraum zurückgeführt wird.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angeführten Merkmale
gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis
11 umschrieben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. In diesen
Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine gashydraulische Dämpfungseinrichtung in Form
eines Puffers, und Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Entlüftungsanordnung.
Anhand der Fig. 1, welche einen Längsschnitt durch eine gashydraulische Dämpfungseinrichtung
in Form eines Puffers mitsamt einer erfindungsgemäss gestalteten Entlüftungsanordnung
zeigt, wird der grundsätzliche Aufbau des Puffers näher erläutert. Der
Puffer ist im entlasteten, d.h. ausgefederten Zustand dargestellt. Der Puffer weist eine
am Schienenfahrzeug (nicht dargestellt) zu befestigende Pufferhülse 1 sowie einen
Pufferstössel 2 mit einem äusseren Stösselrohr 4, einem inneren Plungerrohr 5 und
einem Pufferteller 3 auf. Sowohl das Stösselrohr 4 wie auch das Plungerrohr 5 stehen
in Wirkverbindung mit dem Pufferteller 3. Das Plungerrohr 5 ist fahrzeugseitig von einem
Flansch 6 verschlossen. In seinem Innenraum bildet das Plungerrohr 5 einen Gasraum
8 zur Aufnahme eines unter einem Überdruck von ca. 5-20 bar stehenden Gases
sowie einer Teilmenge des Hydraulikmediums.
Im Innenraum der Pufferhülse 1 ist ein Ölraum 9 ausgebildet. Im hier dargestellten ausgefederten
Ruhezustand des Puffers ist der Gasraum 8 zu einem Teil mit Hydrauliköl
gefüllt, während der Ölraum 9 vollständig mit Hydrauliköl gefüllt ist. Der Flansch 6 bildet
zusammen mit einer Ventilanordnung 13 eine gas-hydraulische Regeleinrichtung 12,
welche beim Einfedern des Puffers den Durchfluss des Öls vom Ölraum 9 in den Gasraum
8 in Abhängigkeit der einwirkenden Stoss-Kräfte regelt. Der Ventilkörper 13a der
Ventilanordnung 13 ist durch den im Gasraum 8 vorherrschenden Überdruck in Richtung
des Ölraums 9 vorgespannt. Auf der rechten, dem Ölraum 9 zugewandten Seite
weist der Flansch 6 einen ringförmig umlaufenden Vorsprung 17 auf. Dieser Vorsprung
17 wirkt zusammen mit darin eingelassenen Kanälen, Ausnehmungen, Bohrungen,
Ventilen sowie einem Überströmkanal 21 als Entlüftungsanordnung 7. Der ausserhalb
des Ölraums 9 in der Wandung der Pufferhülse 1 verlaufende Überströmkanal 21 ist
beidseitig mit je einer radial in den Ölraum 9 mündenden Bohrung 22, 23 versehen. Die
eine Bohrung 22 mündet dabei auf der der Regeleinrichtung 12 zugewandten Seite radial
in den oberen Teil des Ölraums 9, während die andere Bohrung 23 auf der der Regeleinrichtung
12 abgewandten Seite radial in den oberen Teil des Ölraums 9 mündet.
Im hier dargestellten Ruhezustand des Puffers ist der Überströmkanal 21 auf der der
Regeleinrichtung 12 zugewandten Seite über einen Entlüftungskanal 16 mit der Regeleinrichtung
12 verbunden. Dadurch wird gewährleistet, dass das sich ggf. im hinteren
oberen Bereich des Ölraums 9 angesammelte Gas beim Einfedern des Puffers über
den Überströmkanal aus dem hinteren Bereich des Ölraum 9 entweichen kann. Der
Aufbau und die Wirkungsweise der Entlüftungsanordnung 7 werden anschliessend noch
näher erläutert.
Der Flansch 6 ist mit einer zentralen, an die Ventilanordnung 13 angrenzenden Ausnehmung
zur Bildung einer Kammer 15 versehen. Von dieser Kammer 15 führt der
Entlüftungskanal 16 radial schräg nach oben, wo er auf der linken Seite des Vorsprungs
17 in den Ölraum 9 mündet. Zwischen dem Vorsprung 17 des Flansches 6 und der
Wandung 10 des Ölraums 9 besteht ein ringförmiger Spalt 18. Über diesen ringförmigen
Spalt 18 strömt beim Einfedern des Puffers Öl sowie das sich im Oberteil des Ölraums
9 ggf. angesammelte Gas auf die linke Seite des Vorsprungs 17, von wo es über den
Entlüftungskanal 16 in die Kammer 15 und über den durch den Überdruck abgehobenen
Ventilkörper 13a in den Gasraum 8 zurückströmen kann. Wie bereits erwähnt, ist
der obere Bereich des der Regeleinrichtung 12 abgewandten Teils des Ölraums 9 über
den Überströmkanal 21, und den Entlüftungskanal 16, mit der Regeleinrichtung 12 verbunden,
so dass das im hinteren Ende des Ölraums 9 angesammelte Gas über die
hintere radiale Bohrung 23 in den eigentlichen Überströmkanal 21 und von da über die
vordere radiale Bohrung 22 in den Entlüftungskanal 16 einströmen kann, von wo das
Gas schliesslich über die geöffnete Ventilanordnung 13 ebenfalls in den Gasraum 8
zurückströmen kann. Mit zunehmendem Einschieben des Pufferstössels 2 wird der
Überströmkanal 21 einseitig verschlossen, indem sich das Plungerrohr 5 vor die vordere
radiale Bohrung 22 des Überströmkanals 21 schiebt. Ein den Ölraum 9 direkt mit
der Kammer 15 verbindender Kanal 20 ist aus dieser Darstellung nur ansatzweise ersichtlich.
In diesem Kanal 20 ist eine Ventilklappe 19 angeordnet, die den Kanal 20 im
Ruhezustand des Puffers verschliesst. Insgesamt sind vier solcher Kanäle vorgesehen,
von denen jeder mit einer Ventilklappe versehen ist, wie nachfolgend anhand der Fig. 2
erläutert wird.
In der Fig. 2 ist die Entlüftungsanordnung 7 in einer perspektivischen Ansicht dargestellt.
Aus dieser Darstellung sind die vier in den Flanschteil 6 eingelassene Kanäle 20a,
20b, 20c, 20d ersichtlich, in welchen je eine V-förmig ausgebildeten Ventilklappe 19a,
19b, 19c, 19d angeordnet ist. Jede dieser V-förmig ausgebildeten Ventilklappen 19a,
19b, 19c, 19d weist zwei Schenkel auf, wobei nachfolgend stellvertretend für alle Ventilklappen
19a, 19b, 19c, 19d nur auf die beiden Schenkel 24, 25 der einen Ventilklappe
19a Bezug genommen wird. Die beiden Schenkel 24, 25 der jeweiligen Ventilklappe
19a liegen im hier dargestellten Ruhezustand federnd an den Seitenwänden des jeweiligen
Kanals 20a an und verschliessen diesen. Durch den beim schnellen Einfedern des
Stössels 2 im Ölraum 9 entstehenden Überdruck können die beiden Schenkel 24, 25
entgegen der Federkraft zusammengedrückt -ausgelenkt- werden, so dass im jeweiligen
Kanal 20a ein Durchlass entsteht, über den das aus dem Ölraum verdrängte Öl in
die zentrale Kammer 15 gelangen kann. Der im wesentlichen radial durch den
Flanschteil 6 verlaufende Entlüftungskanal 16 ist aus dieser Darstellung ebenfalls ersichtlich.
Der Innendurchmesser des Ölraums 9 verengt sich nach rechts zum Fahrzeug
hin, so dass sich der Ringspalt 18 zwischen dem Vorsprung 17 und der Wandung des
Ölraums 9 mit zunehmendem Einschieben des Pufferstössels 2 verkleinert.
Die Funktionsweise der Entlüftungsanordnung 7 stellt sich wie folgt dar: Beim Einfedern
des Puffers verschiebt sich das äussere Stösselrohr 4 zusammen mit dem inneren
Plungerrohr 5 und dem Flansch 6 nach rechts. Dabei strömt Öl sowie das sich im
Oberteil des Ölraums 9 ggf. angesammelte Gas vom Ölraum 9 über den ringförmigen
Spalt 18 auf die linke Seite des Vorsprungs 17 des Flansches 6. Durch den im Ölraum 9
vorherrschenden Überdruck wird das Gas über den in den oberen Teil des Ölraums 9
mündenden Überströmkanal 21 in die Kammer 15 verdrängt, von wo es über die Ventilanordnung
13 in den Gasraum 8 gelangt. Da die vier in den Flansch 6 eingelassenen
Kanäle 20a, 20b, 20c, 20d im Ruhezustand von je einer Ventilklappe 19a, 19b, 19c, 19d
verschlossen sind, entsteht beim Verschieben des Stössels 2 bzw. des Plungerrohrs 5
mitsamt dem Flansch 6 ein Staudruck, welcher bewirkt, dass bereits bei tiefen Einfedergeschwindigkeiten
das ggf. aus dem Ölraum 9 zu verdrängende Gas zwingend über
den Entlüftungskanal 16 entweicht.
Wegen des unterschiedlichen spezifischen Gewichts von Gas und Oel und den hohen
Beschleunigungen während eines Auflaufstosses sammelt sich das Gas während des
Auflaufstosses oben im hinteren Teil des Ölraums 9. Die hohe Eindrückgeschwindigkeit
des Stössels 2 bewirkt auch ein grosses Druckgefälle zwischen Ölraum 9 und der linken
Seite des Vorsprungs 17. Dieses Druckgefälle setzt im Überströmkanal 21 eine Strömung
in Gang, die das Gas in kürzester Zeit vom hinteren, dem Flansch 6 abgewandten
Teil des Ölraums 9 in den Gasraum 8 befördert.
Bei hohen Einfedergeschwindigkeiten wird ein entsprechend grosser Überdruck im Ölraum
9 erzeugt. Dieser bewirkt, dass die beiden Schenkel 24, 25 der jeweiligen Ventilklappe
19a zusammengedrückt werden, so dass das Öl ohne nennenswerten Widerstand
am jeweiligen Ventil 19a, 19b, 19c, 19d vorbei durch den entsprechenden Kanal
20a, 20b, 20c, 20d strömen kann. Bei hohen Einfedergeschwindigkeiten kann das Öl
demnach über alle fünf Kanäle 16, 20a, 20b, 20c, 20d vom Ölraum 9 in die Kammer 15
strömen, während bei tiefen Einfedergeschwindigkeiten das sich im Ölraum 9 angesammelte
Gas zwingend über den Entlüftungskanal 16 in die Kammer 15 strömt.
Die gezeigte Entlüftungsanordnung 7 ist einfach aufgebaut und kostengünstig zu realisieren.
Die V-förmig ausgebildeten Ventilklappen 19a, 19b, 19c, 19d haben den Vorteil,
dass sie bei hohen Einfedergeschwindigkeiten dem durchströmenden Öl nur einen sehr
geringen Widerstand entgegensetzen.