EP1350704A1 - Zug-/Druckpuffer für Anhängevorrichtungen an Schienen- und Radfahrzeugen - Google Patents

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EP1350704A1
EP1350704A1 EP03006406A EP03006406A EP1350704A1 EP 1350704 A1 EP1350704 A1 EP 1350704A1 EP 03006406 A EP03006406 A EP 03006406A EP 03006406 A EP03006406 A EP 03006406A EP 1350704 A1 EP1350704 A1 EP 1350704A1
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EP
European Patent Office
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piston element
piston
train
housing
pressure buffer
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Klaus Leben
Bernhard Starker
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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 present invention relates to a train / push buffer for towing devices on rail and wheel vehicles, comprising a housing and a one-sided this outstanding piston element, which consists of a Zero out against the resistance of one Spring device and a damping device in two Directions is movable.
  • Double-acting train / push buffers of the above Art dampen both acting in the printing direction Impact impacts as well as impact impacts acting in the direction of the train; they come especially in different vehicles, especially for rail vehicles.
  • the aim is to achieve a strongly damped compression weakly damped rebound movement of the piston element in the event of an impact and a weakly damped Pull-out movement and strongly damped return movement of the piston element in the event of collisions.
  • a generic train / pressure buffer is from DE 199 18 195 C1 known. It comprises two spatial and functionally separate hydraulic damping devices, namely to dampen the return movement of the Piston element from its pulled out of the housing Position towards the zero position a first hydraulic damping device with a that Piston element surrounding annular hydraulic Work space that has at least one overflow channel with an overflow space arranged inside the piston is connected, and to dampen the Push the piston element into the housing Impact impacts another damping device, which one by the piston element, the housing and one Partition wall limited hydraulic work space, the via at least one arranged in the partition Overflow channel in connection with an overflow space stands, includes.
  • a pull / push buffer for towing devices indicated on rail and wheeled vehicles which is a housing and a one-sided protruding from this Piston element that comes from the zero position out against the resistance of a spring device and a damping device in two directions is movable, which is characterized by that to dampen all movements of the piston element a uniform hydraulic relative to the housing Damping device is provided, which one the piston element surrounding annular hydraulic Includes work space by a fixed to the piston element connected and in the hydraulic work space sealingly guided ring piston in two Functional chambers is divided, the two Functional chambers over at least one throttled Overflow channel are connected to each other.
  • Every movement of the Piston element relative to the housing becomes a damping medium through the overflow channel from one functional chamber of the hydraulic workspace in the other Functional chamber displaced, although the Damping characteristics in the different directions of movement and positions of the piston element can be different.
  • the at least one overflow channel in the form an overflow hole the two functional chambers separating piston.
  • suitable execution of the at least one overflow channel e.g. through use check valves with different flow cross-sections
  • the overflow channel comprises an annular overflow space, that surrounds the hydraulic working area on the outside and separated from it by an axial head tube is.
  • the overflow space is above at least two openings arranged in the head tube with each of the two functional chambers in connection.
  • breakthroughs are preferred arranged and / or dimensioned so that at approximate a typical shock load of the buffer rectangular force-displacement curve results.
  • the breakthroughs are in alignment on the impact shocks cushioning spring element such arranged and / or dimensioned that in a typical Bump load on the buffer is the sum of itself the flow rate of the damping medium through the Breakthroughs resulting damping force and - accordingly the spring constant of the corresponding spring element with the deflection increasing - spring force practical via the deflection of the piston element stays the same.
  • This can generally be done with a a slowdown in the compression movement of the piston element accompanying appropriate reduction of Total flow cross section of the breakthroughs.
  • the breakthroughs can be done one at a time have the same flow cross-section and in Pushing in direction of the piston element always denser successive, the distances between adjacent Breakthroughs in the sense of an inverse exponential function lose weight.
  • the individual breakthroughs in the pushing-in direction of the piston element increasing in the sense of an exponential function Have flow cross sections.
  • the housing 1 consists essentially from an inner section 3, an outer Section 4 and a final part 5.
  • the inner section 3 comprises a cylindrical section 6, one firmly connected to the cylindrical section 6 Partition 8, and a connecting section 7.
  • the outer section 4 of the housing 1 comprises a cylinder section 9 and one firmly connected to it Intermediate wall 10.
  • the end part 5 is at the end the cylinder section 9 of the outer section 4 of the Housing 1 attached.
  • piston element 2 which has a piston rod 21 comprises, is in the region of the outer portion 4 of the Housing a between the intermediate wall 10 and the end part 5 located ring piston 11 firmly connected.
  • the piston element 2 is also in the area of the inner Section 3 of the housing on both sides of the partition 8 surrounded by two annular pistons 12, 13, both on the piston rod 21 as well as on the inner wall of the housing are guided sealingly axially.
  • the Piston element 2 has on its protruding from the housing End of a buffer plate 14; on the opposite The end of the piston rod is a Final part 15 attached, which is a stop for the Ring piston 12 forms (see below).
  • the piston element 2 is in the housing 1 along the axis 20 slidably guided. This is the piston element 2 sealingly displaceable by appropriate Bores of the partition walls 8 and 10 and the ring piston 12, 13 out. Furthermore, the piston element is by a corresponding bore of the end part 5 sealingly displaceable led out of the housing 1.
  • the intermediate wall 10, the inner wall of the cylinder section 9 of the outer portion 4 of the housing Piston rod 21 and the end part 5 limit one hydraulic work space 25.
  • the two functional chambers protrude at least one arranged in the annular piston 11, one Overflow channel 22 forming overflow bore with each other in connection.
  • the two functional chambers 23 and 24 separating annular piston 11 is on the inner wall of the cylinder section 9 sealingly axially displaceable guided.
  • the two functional chambers 23 and 24 and the overflow channel 22 form the essential ones Components of the damping device.
  • the damping characteristic can through the flow cross section of the at least one overflow channel 22 and any provided Check valves are affected.
  • the cylinder section 6 of the inner section 3 of the Housing 1, the annular piston 12 and 13, the piston rod 21, as well as that firmly connected to the inner section 3 Partition 8 define two through the partition 8 separate spring chambers 26 and 27.
  • the spring chambers 26 and 27 are under pressure (e.g. 5 to 20 bar at zero position of the piston element) filled so that on the piston element 2 in both directions A gas spring acts along the axis 20, the a restoring force on the piston element 2 in the Zero position (Fig. 1) exercises.
  • the preload of the two gas springs in the zero position of the piston element defines the minimum force to be overcome must to deflect the piston element from its zero position.
  • the through the end part 15, the annular piston 12 and the inner walls of the cylinder section 6 and connection section 7 of the inner portion 3 of the housing 1 be delimited cavity 28 is ventilated.
  • Fig. 1 is also for a train / pressure buffer, which corresponds essentially to the buffer of Figures 1 to 3, but in addition to the flow bore 22 shown there, a further (asymmetrical) flow channel only for the flow of the damping medium from the has the second functional chamber 24 in the first functional chamber 23, in the form of a force-displacement diagram, the damping characteristic applicable to a typical impact impact load and the damping characteristic applicable to a typical impact impact, the impact impact being represented by an impact with a certain impact speed on the buffer Mass is defined.
  • Characteristic here is an initially steep increase in the force opposing the compression of the piston element from the preload F 0 of the gas spring 27 to a peak value, due to the high flow velocity through the at least one overflow channel 22 associated with the rapid movement of the piston element 2, and the consequent strong throttling of the displaced damping medium, followed by a comparatively steep drop, which is due to the sharp drop in the damping force due to the slowed down movement of the piston element 2; the increase in the spring force from the preload F 0 to the value F E at the end of the compression movement due to the travel of the compression according to the spring constant is considerably less than the decrease in the damping force caused by the decreasing compression speed, so that the result comes to the illustrated force-displacement characteristic curve with the total force decreasing sharply over the distance.
  • the damping characteristic shown in the lower left quadrant of the force-displacement diagram for a typical starting impact shows the (exponential) force increase corresponding to the spring characteristic of the gas spring when the piston element is pulled out of the housing without damping and the correspondingly reduced force when the piston element springs back (damped) to the zero position.
  • the dashed line shows the course of the characteristic curve which applies to a starting impact in the event of a damped pulling out of the piston element from the housing, which results when the connection between the two functional chambers 23 and 24 is restricted to the bore 22 which is (symmetrically) throttling in both flow directions , Of course this would have one not illustrated in the drawing - influence on the damping characteristic in the area of the springback of the piston element that applies to an impact shock.
  • the tension / compression buffer illustrated in FIG. 4 corresponds with regard to its basic structure buffers explained above according to FIGS. 1 to 3. It is therefore used to avoid repetitions the corresponding statements referenced.
  • the Difference to the train / pressure buffer shown in FIGS. 1 to 3 can essentially be found in the fact that instead of gas springs 26, 27 mechanical coil springs, which are each on the partition 8 and the Support ring piston 13 or ring piston 12, used be so as to provide the necessary restoring forces Resetting the piston element 2 to its zero position provide.
  • the outer wall of the hydraulic working space 25 is formed by an axial control tube 29 which is inserted into the outer housing section 9 and which divides a radially outer annular overflow space 30 from the hydraulic working space.
  • the overflow space 30 is connected to the two functional chambers 23 and 24 via a plurality of radial openings 31 arranged in the control tube 29.
  • the openings 31, which have the same flow cross section, are arranged in such a way that the spacing between adjacent openings is always smaller in the direction in which the piston element 2 is pressed in, in particular in the sense of an inverse exponential function. This has the consequence that when the speed of the piston element 2 is reduced during the pushing into the housing 1 and the displacement of the damping medium from the first functional chamber 23 into the second functional chamber 24, which is smaller as a result, the sum of the flow cross sections of the effective, the first functional chamber 23 with the overflow space 30 connecting openings 31 decreases.
  • a only slightly decreasing flow velocity of the damping medium in the effective openings 31 can be achieved with a damping force which only decreases slightly over the damping path, the decrease in damping force being compensated for by the increase in spring force, so that the total force is essentially constant is.
  • 5 shows a typical damping characteristic of the tension / compression buffer shown there in the form of a force-displacement diagram. Characteristic here is an initially steep increase in the force, which opposes the compression of the piston element under a typical shock load on the buffer, from the pretension F 0 to a value which is practically maintained during almost the entire spring travel.
  • the damping characteristic of the buffer for impact impacts on the one hand and specifically influence starting impacts. Strong damping during compression is ideal of the piston element as a result of an impact shock with a relatively low damping in the subsequent Spring back of the piston element into its zero position and one comparatively low damping of the rebound of the Piston element due to an impact with a relatively strong damping during the subsequent springback the piston element to its zero position.

Landscapes

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Abstract

Bei einem Zug-/Druck-Puffer für Anhängevorrichtungen an Schienen- und Radfahrzeugen mit einem Gehäuse (1) und einem einseitig aus diesem herausragendes Kolbenelement (2), das aus der Nullstellung heraus jeweils gegen den Widerstand einer Federeinrichtung und einer Dämpfungseinrichtung in zwei Richtungen bewegbar ist, ist zur Dämpfung sämtlicher Bewegungen des Kolbenelements (2) relativ zum Gehäuse (1) eine einheitliche hydraulische Dämpfungseinrichtung vorgesehen, welche einen das Kolbenelement (2) umgebenden ringförmigen hydraulischen Arbeitsraum (25) umfaßt, der durch einen fest mit dem Kolbenelement (2) verbundenen und in dem hydraulischen Arbeitsraum (25) dichtend verschiebbar geführten Ringkolben (11) in eine erste Funktionskammer (23) und eine zweite Funktionskammer (24) unterteilt wird, wobei die beiden Funktionskammern über wenigstens einen Überströmkanal (22) miteinander in Verbindung stehen. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zug-/Druck-Puffer für Anhängevorrichtungen an Schienen- und Radfahrzeugen, umfassend ein Gehäuse und ein einseitig aus diesem herausragendes Kolbenelement, das aus einer Nullstellung heraus jeweils gegen den Widerstand einer Federeinrichtung und einer Dämpfungseinrichtung in zwei Richtungen bewegbar ist.
Doppelt wirkende Zug-/Druck-Puffer der vorstehend angegebenen Art dämpfen sowohl in Druckrichtung wirkende Aufprallstöße wie auch in Zugrichtung wirkende Anfahrstöße; sie kommen insbesondere bei verschiedenen Fahrzeugen, namentlich bei Schienenfahrzeugen zum Einsatz. Angestrebt wird dabei eine stark gedämpfte Einfederund schwach gedämpfte Ausfederbewegung des Kolbenelements bei Aufprallstößen und eine schwach gedämpfte Herausziehbewegung und stark gedämpfte Rückstellbewegung des Kolbenelements bei Anfahrstößen.
Ein gattungsgemäßer Zug-/Druck-Puffer ist aus der DE 199 18 195 C1 bekannt. Er umfaßt zwei räumlich und funktional getrennte hydraulische Dämpfungseinrichtungen, nämlich zur Dämpfung der Rückstellbewegung des Kolbenelements aus seiner aus dem Gehäuse herausgezogenen Stellung in Richtung auf die Nullstellung eine erste hydraulische Dämpfungseinrichtung mit einem das Kolbenelement umgebenden ringförmigen hydraulischen Arbeitsraum, der über mindestens einen Überströmkanal mit einem im Inneren des Kolbens angeordneten Überströmraum in Verbindung steht, und zur Dämpfung des Hereindrückens des Kolbenelements in das Gehäuse bei Aufprallstößen eine weitere Dämpfungseinrichtung, welche einen durch das Kolbenelement, das Gehäuse und eine Zwischenwand begrenzten hydraulischen Arbeitsraum, der über mindestens einen in der Zwischenwand angeordneten Überströmkanal mit einem Überströmraum in Verbindung steht, umfaßt.
Gegenüber diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen in konstruktiver Hinsicht einfacheren und kompakteren Zug-/Druck-Puffer bereitzustellen, der einfach montiert und kostengünstig hergestellt werden kann. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche gegeben.
Erfindungsgemäß wird ein Zug-/Druck-Puffer für Anhängevorrichtungen an Schienen- und Radfahrzeugen angegeben, welcher ein Gehäuse und ein einseitig aus diesem herausragendes Kolbenelement, das aus der Nullstellung heraus jeweils gegen den Widerstand einer Federeinrichtung und einer Dämpfungseinrichtung in zwei Richtungen bewegbar ist, umfaßt, welcher sich dadurch auszeichnet, daß zur Dämpfung sämtlicher Bewegungen des Kolbenelements relativ zum Gehäuse eine einheitliche hydraulische Dämpfungseinrichtung vorgesehen ist, welche einen das Kolbenelement umgebenden ringförmigen hydraulischen Arbeitsraum umfaßt, der durch einen fest mit dem Kolbenelement verbundenen und im hydraulischen Arbeitsraum dichtend verschiebbar geführten Ringkolben in zwei Funktionskammern unterteilt wird, wobei die beiden Funktionskammern über wenigstens einen gedrosselten Überströmkanal miteinander in Verbindung stehen.
Im Unterschied zu dem oben hinsichtlich des Stands der Technik genannten Zug-/Druck-Puffer ist die bei dem erfindungsgemäßen Puffer vorgesehene kombinierte hydraulische Dämpfungseinrichtung geeignet, sowohl die Einfederbewegung des Kolbenelements in das Gehäuse hinein bei einem Aufprallstoß und die anschließende Rückstellbewegung des Kolbenelements in seine Nullstellung als auch die Ausfederbewegung des Kolbenelements aus dem Gehäuse heraus bei einem Anfahrstoß und die anschließende Rückstellbewegung des Kolbenelements in seine Nullstellung zu dämpfen. Bei jeder Bewegung des Kolbenelements relativ zum Gehäuse wird Dämpfmedium durch den Überströmkanal hindurch von der einen Funktionskammer des hydraulischen Arbeitsraums in dessen andere Funktionskammer verdrängt, wobei allerdings die Dämpfungscharakteristik in den verschiedenen Bewegungsrichtungen und Stellungen des Kolbenelements durchaus unterschiedlich sein kann.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung durchsetzt der wenigstens eine Überströmkanal in Form einer Überströmbohrung den die beiden Funktionskammern trennenden Ringkolben. Hierdurch ergibt sich eine besonders einfache Bauweise. Durch geeignete Ausführung des mindestens einen Überströmkanals (z.B. durch Einsatz von Rückschlagventilen mit unterschiedlichen Strömungsquerschnitten) läßt sich dergestalt auf die Dämpfungscharakteristik Einfluß nehmen, daß die beiden Bewegungsrichtungen des Kolbenelements unterschiedlich bedämpft werden.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung umfaßt der Überströmkanal einen ringförmigen Überströmraum, der den hydraulischen Arbeitsraum außen umgibt und von diesem durch ein axiales Steuerrohr abgeteilt ist. Der Überströmraum steht über wenigstens zwei in dem Steuerrohr angeordnete Durchbrüche mit jeder der beiden Funktionskammern in Verbindung. In besonders bevorzugter Weise sind die Durchbrüche hierbei derart angeordnet und/oder dimensioniert, daß sich bei einer typischen Stoß-Belastung des Puffers eine annähernd rechteckförmige Kraft-Weg-Kennlinie ergibt. Mit anderen Worten, die Durchbrüche werden in Abstimmung auf das Aufprallstöße abfedernde Federelement derart angeordnet und/oder dimensioniert, daß bei einer typischen Stoß-Belastung des Puffers die Summe der sich aus der Strömungsgeschwindigkeit des Dämpfmediums durch die Durchbrüche ergebenden Dämpfungskraft und der - entsprechend der Federkonstante des entsprechenden Federelements mit der Einfederung zunehmenden - Federkraft über die Einfederung des Kolbenelements praktisch gleich bleibt. Dies läßt sich generell durch eine mit einer Verlangsamung der Einfeder-Bewegung des Kolbenelements einhergehenden geeigneten Verminderung des Gesamtströmungsquerschnitts der Durchbrüche bewirken. Um dies zu erreichen können die Durchbrüche einen jeweils gleichen Strömungsquerschnitt aufweisen und in Hereindrückrichtung des Kolbenelements immer dichter aufeinanderfolgen, wobei die Abstände zwischen benachbarten Durchbrüchen im Sinne einer inversen Exponentialfunktion abnehmen. Alternativ hierzu können die einzelnen Durchbrüche in Hereindrückrichtung des Kolbenelements im Sinne einer Exponentialfunktion zunehmende Strömungsquerschnitte aufweisen.
Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen wird. Es zeigen:
Fig. 1
einen Längsschnitt durch eine erste bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zug/Druck-Puffers bei Nullstellung des Kolbenelements sowie ein zu diesem Puffer gehöriges Kraft-Weg-Diagramm,
Fig. 2
den Zug-/Druck-Puffer gemäß Fig. 1 bei eingedrücktem Kolbenelement,
Fig. 3
den Zug-/Druck-Puffer gemäß Fig. 1 bei herausgezogenem Kolbenelement,
Fig. 4
einen Längsschnitt durch eine zweite bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zug-/Druck-Puffers bei Nullstellung des Kölbenelements und
Fig. 5
einen Längsschnitt durch eine dritte bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zug-/Druck-Puffers bei Nullstellung des Kolbenelements sowie ein zu diesem Puffer gehöriges Kraft-Weg-Diagramm.
Die Hauptkomponenten des in den Fig. 1 bis 3 veranschaulichten Zug-/Druck-Puffers bilden das Gehäuse 1 und das in diesem längs der Achse 20 verschiebbar geführte Kolbenelement 2. Das Gehäuse 1 besteht im wesentlichen aus einem inneren Abschnitt 3, einem äußeren Abschnitt 4 und einem Abschlußteil 5. Der innere Abschnitt 3 umfaßt einen zylinderförmigen Abschnitt 6, eine mit dem zylinderförmigen Abschnitt 6 fest verbundene Zwischenwand 8, sowie einen Anschlußabschnitt 7. Der äußere Abschnitt 4 des Gehäuses 1 umfaßt einen Zylinderabschnitt 9 und eine mit diesem fest verbundene Zwischenwand 10. Das Abschlußteil 5 ist endseitig an den Zylinderabschnitt 9 des äußeren Abschnitts 4 des Gehäuses 1 angesetzt.
Mit dem Kolbenelement 2, welches eine Kolbenstange 21 umfaßt, ist im Bereich des äußeren Abschnitts 4 des Gehäuses ein zwischen der Zwischenwand 10 und dem Abschlußteil 5 befindlicher Ringkolben 11 fest verbunden. Das Kolbenelement 2 ist ferner im Bereich des inneren Abschnitts 3 des Gehäuses beiderseits der Zwischenwand 8 von zwei Ringkolben 12, 13 umgeben, die sowohl auf der Kolbenstange 21 als auch an der Innenwand des Gehäuses dichtend axial verschiebbar geführt sind. Das Kolbenelement 2 weist an seinem aus dem Gehäuse herausragenden Ende eine Pufferplatte 14 auf; an dem gegenüberliegenden Ende der Kolbenstange ist ein Abschlußteil 15 angebracht, das einen Anschlag für den Ringkolben 12 bildet (s.u.).
In der Nullstellung des Kolbenelements 2 (Fig. 1) liegt der Ringkolben 13 sowohl an einem Absatz 16 des Kolbenelements 2 wie auch an einem durch die Stirnseite des äußeren Abschnitts 4 des Gehäuses 1 gebildeten Anschlag 17 an, während der Ringkolben 12 sowohl an einem Absatz 18 des Zylinderabschnitts 6 des inneren Abschnitts 3 des Gehäuses 1 wie auch einem Mitnehmer 19 des Abschlußteils 15 anliegt.
Das Kolbenelement 2 ist in dem Gehäuse 1 längs der Achse 20 verschiebbar geführt. Hierzu ist das Kolbenelement 2 dichtend verschiebbar durch entsprechende Bohrungen der Trennwände 8 und 10 sowie der Ringkolben 12, 13 geführt. Ferner ist das Kolbenelement durch eine entsprechende Bohrung des Abschlußteils 5 dichtend verschiebbar aus dem Gehäuse 1 herausgeführt.
Die Zwischenwand 10, die Innenwand des Zylinderabschnitts 9 des äußeren Abschnitts 4 des Gehäuses, die Kolbenstange 21 sowie das Abschlußteil 5 begrenzen eine hydraulischen Arbeitsraum 25. Dieser ist durch den Ringkolben 11 in zwei Funktionskammern unterteilt, nämlich eine durch die Zwischenwand 10, die Innenwand des Zylinderabschnitts 9, die Kolbenstange 21 sowie den Ringkolben 11 begrenzte erste Funktionskammer 23 einerseits und eine durch den Ringkolben 11, die Innenwand des Zylinderabschnitts 9, die Kolbenstange 21 sowie das Abschlußteil 5 begrenzte zweite Funktionskammer 24 andererseits. Die beiden Funktionskammern stehen über mindestens eine im Ringkolben 11 angeordnete, einen Überströmkanal 22 bildende Überströmbohrung miteinander in Verbindung. Der die beiden Funktionskammern 23 und 24 voneinander trennende Ringkolben 11 ist an der Innenwand des Zylinderabschnitts 9 dichtend axial verschiebbar geführt. Die beiden Funktionskammern 23 und 24 sowie der Überströmkanal 22 bilden dabei die wesentlichen Komponenten der Dämpfungseinrichtung. Die Dämpfungscharakteristik kann durch den Strömungsquerschnitt des mindestens einen Überströmkanals 22 sowie ggf. vorgesehene Rückschlagventile beeinflusst werden.
Der Zylinderabschnitt 6 des inneren Abschnitts 3 des Gehäuses 1, die Ringkolben 12 und 13, die Kolbenstange 21, sowie die mit dem inneren Abschnitt 3 fest verbundene Zwischenwand 8 definieren zwei durch die Zwischenwand 8 getrennte Federräume 26 und 27. Die Federräume 26 und 27 sind mit unter Druck (beispielsweise 5 bis 20 bar bei Nullstellung des Kolbenelements) stehendem Gas gefüllt, so daß auf das Kolbenelement 2 in beiden Richtungen längs der Achse 20 jeweils eine Gasfeder wirkt, die eine Rückstellkraft auf die Kolbenelement 2 in die Nullstellung (Fig. 1) ausübt. Die Vorspannkraft der beiden Gasfedern in der Nullstelung des Kolbenelements definiert dabei die Mindestkraft, die überwunden werden muß, um das Kolbenelement aus seiner Nullstellung auszulenken.
Der durch das Abschlußteil 15, den Ringkolben 12 und die Innenwände des Zylinderabschnitts 6 und Anschlußabschnitts 7 des inneren Abschnitts 3 des Gehäuses 1 be grenzte Hohlraum 28 ist belüftet. Entsprechendes gilt für den durch die Kolbenstange 21, die Zwischenwand 10, den Ringkolben 13 und die Innenwand der Zylinderabschnitte 6 und 9 des inneren bzw. äußeren Abschnitts 3 bzw. 4 des Gehäuses begrenzten Hohlraum.
Wird das Kolbenelement 2 bei einem Aufprallstoß in das Gehäuse 1 hineingedrückt (Fig. 2), so verschiebt sich der fest mit dem Kolbenelement 2 verbundene Ringkolben 11 gemeinsam mit dem Kolbenelement 2. Hierbei wird das Volumen der ersten Funktionskammer 23 zugunsten der zweiten Funktionskammer 24 verringert. Das durch den Ringkolben 11 verdrängte Dämpfmedium strömt durch den mindestens einen Überströmkanal 22 von der ersten Funktionskammer 23 in die zweite Funktionskammer 24. Gleichzeitig wird der Ringkolben 13 durch seine Anlage an dem Absatz 16 des Kolbenelements 2 von dem Anschlag 17 des äußeren Abschnitts 4 des Gehäuses 1 abgehoben und in Richtung auf die Zwischenwand 8 bewegt, wodurch das im Federraum 27 befindliche Gas komprimiert wird. Die Kolbenstange 21 dringt hierbei in den belüfteten Hohlraum 28 ein. Die im Federraum 27 gespeicherte Energie bewirkt nach Entlastung des Kolbenelements 2 dessen Rückbewegung in die Nullstellung.
Wird demgegenüber das Kolbenelement 2 bei einem Anfahrstoß aus dem Gehäuse 1 herausgezogen (Fig. 3), wird der Ringkolben 11 gemeinsam mit dem Kolbenelement 2 in Richtung zum Abschlußteil 5 verschoben. Hierbei wird das Volumen der zweiten Funktionskammer 24 zugunsten der ersten Funktionskammer 23 verringert. Das durch den Ringkolben 11 verdrängte Dämpfmedium strömt durch den mindestens einen Überströmkanal 22 aus der zweiten Funktionskammer 24 in die erste Funktionskammer 23. Infolge der gedrosselten Strömung des Dämpfmediums erfolgt auch hier eine Dämpfung. Gleichzeitig wird der Ringkolben 12 durch seine Anlage an dem Mitnehmer 19 des Abschlußteils 15 in Richtung auf die Zwischenwand 8 bewegt, wodurch das im Federraum 26 befindliche Gas komprimiert wird. Die im Federraum 26 gespeicherte Energie bewirkt nach Entlastung des Kolbenelements 2 deren Rückbewegung in die Nullstellung.
In Fig. 1 ist zudem für einen Zug-/Druck-Puffer, der im wesentlichen dem Puffer nach den Figuren 1 bis 3 entspricht, jedoch ergänzend zu der dort gezeigten Strömungsbohrung 22 einen weiteren (asymmetrischen) Strömungskanal nur für die Strömung des Dämpfmediums aus der zweiten Funktionskammer 24 in die erste Funktionskammer 23 aufweist, in Form eines Kraft-Weg-Diagramms die für eine typische Aufprallstoß-Belastung geltende Dämpfungscharakteristik sowie die für einen typischen Anfahrstoß geltende Dämpfungscharakteristik dargestellt, wobei der Aufprallstoß durch eine mit einer bestimmten Auftreffgeschwindigkeit auf den Puffer auftreffende Masse definiert ist. Charakteristisch ist hierbei ein zunächst steiler Anstieg der dem Einfedern des Kolbenelements entgegengesetzten Kraft von der Vorspannung F0 der Gasfeder 27 auf einen Spitzenwert, bedingt durch'die mit der schnellen Bewegung des Kolbenelements 2 einhergehende hohe Strömungsgeschwindigkeit durch den mindestens einen Überströmkanal 22 und die dadurch bedingte starke Drosselung des verdrängten Dämpfmediums, gefolgt von einem vergleichsweise steilen Abfall, der bedingt ist durch den starken Abfall der Dämpfungskraft infolge der verlangsamten Einfederbewegung des Kolbenelements 2; die über den Weg der Einfederung entsprechend der Federkonstante bedingte Zunahme der Federkraft von der Vorspannung F0 auf den Wert FE am Ende der Einfederbewegung ist dem Betrage nach erheblich geringer als die durch die sich verringernde Einfedergeschwindigkeit bedingte Abnahme der Dämpfkraft, so daß es im Ergebnis zu der veranschaulichten Kraft-Weg-Kennlinie mit über den Weg stark abnehmender Gesamtkraft kommt. Die in dem unteren-linken Quadranten des Kraft-Weg-Diagramms dargestellte Dämpfungscharakteristik bei einem typischen Anfahrstoß zeigt den (exponentiellen) Kraftanstieg entsprechend der Federkennlinie der Gasfeder bei ungedämpftem Herausziehen des Kolbenelements aus dem Gehäuse und die entsprechend reduzierte Kraft beim (gedämpften) Rückfedern des Kolbenelements in die Nullstellung. Strichliert ist der Verlauf der für einen Anfahrstoß geltenden Kennlinie im Falle eines gedämpften Herausziehens des Kolbenelements aus dem Gehäuse veranschaulicht, der sich ergibt, wenn sich die Verbindung zwischen den beiden Funktionskammern 23 und 24 auf die gleichermaßen bei beiden Strömungsrichtungen (symmetrisch) drosselnde Bohrung 22 beschränkte. Dies hätte freilich einen
Figure 00100001
nicht zeichnerisch veranschaulichten - Einfluß auf die für einen Aufprallstoß geltende Dämfungscharakteristik im Bereich des Rückfederns des Kolbenelements.
Nur der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, daß ein Austausch der Gasfedern 26 und 27 gegen mechanische Federn keine grundsätzliche Änderung der Verhältnisse nach sich zöge.
Der in Fig. 4 veranschaulichte Zug-/Druck-Puffer entspricht hinsichtlich seines grundsätzlichen Aufbaus dem vorstehend erläuterten Puffer gemäß den Fig. 1 bis 3. Es wird zur Vermeidung von Wiederholungen deshalb auf die entsprechenden Ausführungen Bezug genommen. Der Unterschied zum dem in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Zug/Druck-Puffer ist im wesentlichen darin zu finden, daß anstelle der Gasfedern 26, 27 mechanische Schraubenfedern, die sich jeweils an der Zwischenwand 8 und dem Ringkolben 13 bzw. Ringkolben 12 abstützen, eingesetzt werden, um so die erforderlichen Rückstellkräfte zur Rückstellung des Kolbenelements 2 in seine Nullstellung bereitzustellen.
Ebenso entspricht der in Fig. 5 gezeigte Zug-/Druck-Puffer hinsichtlich seines grundsätzlichen Aufbaus dem vorstehend erläuterten Puffer gemäß den Fig. 1 bis 3. Es wird auch hier zur Vermeidung von Wiederholungen auf die entsprechenden Ausführungen Bezug genommen. Erläutert werden lediglich die Unterschiede, die im wesentlichen nur einerseits - wie im Falle des vorstehend erläuterten Puffers nach Fig. 4 - die Ausführung der Federn und andererseits den hydraulischen Arbeitsraum 25 betreffen. Die Außenwand des hydraulischen Arbeitsraums 25 ist durch ein in den äußeren Gehäuseabschnitt 9 eingesetztes axiales Steuerrohr 29 gebildet, das einen radial außenliegenden ringförmigen Überströmraum 30 von dem hydraulischen Arbeitsraum abteilt. Der Überströmraum 30 steht über eine Mehrzahl von in dem Steuerrohr 29 angeordneten radialen Durchbrüchen 31 mit den beiden Funktionskammern 23 und 24 in Verbindung. Die Durchbrüche 31, welche einen gleichen Strömungsquerschnitt aufweisen, sind derart angeordnet, daß der Zwischenabstand benachbarter Durchbrüche in Eindrückrichtung des Kolbenelements 2 stets kleiner wird, namentlich im Sinne einer inversen Exponentialfunktion. Dies hat zur Folge, daß bei der Verminderung der Geschwindigkeit des Kolbenelements 2 während des Hereindrückens in das Gehäuse 1 und der infolgedessen kleiner werdenden Verdrängung des Dämpfmediums aus der ersten Funktionskammer 23 in die zweite Funktionskammer 24 die Summe der Strömungsquerschnitte der wirksamen, die erste Funktionskammer 23 mit dem Überströmraum 30 verbindenden Durchbrüche 31 abnimmt. In besonders vorteilhafter Weise kann hierbei eine nur geringfügig abnehmende Strömungsgeschwindigkeit des Dämpfmediums in den wirksamen Durchbrüchen 31 mit einer über den Dämpfungsweg nur geringfügig abnehmenden Dämpfungskraft erreicht werden, wobei die Abnahme der Dämpfungskraft von der Zunahme der Federkraft ausgeglichen wird, so daß die Gesamtkraft im wesentlichen konstant ist. In Fig. 5 ist eine typische Dämpfungscharakteristik des dort gezeigten Zug-/Druck-Puffers in Form eines Kraft-Weg-Diagramms dargestellt. Charakteristisch hierbei ist ein zunächst steiler Anstieg der dem Einfedern des Kolbenelements bei einer typischen Stoß-Belastung des Puffers entgegengesetzten Kraft von der Vorspannung F0 auf einen Wert, der während nahezu des gesamten Federwegs praktisch beibehalten wird.
Durch entsprechende Einsätze in den Durchbrüchen 31, die bei unterschiedlichen Strömungsrichtungen verschiedene Querschnitte freigeben, läßt sich die Dämpfungscharakteristik des Puffers für Aufprallstöße einerseits und Anfahrstöße andererseits gezielt beeinflussen. Ideal ist dabei eine starke Dämpfung beim Einfedern des Kolbenelements infolge eines Aufprallstoßes mit einer relativ geringen Dämpfung beim anschließenden Rückfedern des Kolbenelements in seine Nullage und eine vergleichsweise geringe Dämpfung des Ausfederns des Kolbenelements infolge eines Anfahrstoßes mit einer relativ starken Dämpfung beim anschließenden Rückfedern des Kolbenelements in seine Nullage.

Claims (6)

  1. Zug-/Druck-Puffer für Anhängevorrichtungen an Schienen- und Radfahrzeugen, umfassend ein Gehäuse (1) und ein einseitig aus diesem herausragendes Kolbenelement (2), das aus der Nullstellung heraus jeweils gegen den Widerstand einer Federeinrichtung und einer Dämpfungseinrichtung in zwei Richtungen bewegbar ist,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    zur Dämpfung sämtlicher Bewegungen des Kolbenelements (2) relativ zum Gehäuse (1) eine einheitliche hydraulische Dämpfungseinrichtung vorgesehen ist, welche einen das Kolbenelement (2) umgebenden ringförmigen hydraulischen Arbeitsraum (25) umfaßt, der durch einen fest mit dem Kolbenelement (2) verbundenen und in dem hydraulischen Arbeitsraum (25) dichtend verschiebbar geführten Ringkolben (11) in eine erste Funktionskammer (23) und eine zweite Funktionskammer (24) unterteilt wird, wobei die beiden Funktionskammern über wenigstens einen Überströmkanal (22) miteinander in Verbindung stehen.
  2. Zug-/Druck-Puffer nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der wenigstens eine Überströmkanal (22) den Ringkolben (11) durchsetzt.
  3. Zug-/Druck-Puffer nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Überströmkanal einen ringförmigen Überströmraum (30), der den hydraulischen Arbeitsraum (25) außen umgibt und von diesem durch ein axiales Steuerrohr (29) abgeteilt ist, umfaßt, wobei der Überströmraum (30) über wenigstens zwei in dem Steuerrohr (29) angeordnete Durchbrüche (31) mit jeder der beiden Funktionskammern (23, 24) in Verbindung steht.
  4. Zug-/Druck-Puffer nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Durchbrüche (31) derart angeordnet und/oder dimensioniert sind, daß die bei einer bestimmten Stoß-Belastung des Puffers die dem Einfedern des Kolbenelements (2) entgegengesetzte Kraft einer annähernd rechteckförmigen Kraft-Weg-Kennlinie gehorcht.
  5. Zug-/Druck-Puffer nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    im Bereich einer der beiden Funktionskammern (23, 24) mehrere einen gleichen Strömungsquerschnitt aufweisende Durchbrüche vorgesehen sind, die in Hereindrückrichtung des Kolbenelements (2) derart angeordnet sind, daß die Abstände zwischen den einzelnen Durchbrüchen im Sinne einer inversen Exponentialfunktion abnehmen.
  6. Zug-/Druck-Puffer nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    äquidistant angeordnete Durchbrüche (31) einen in Hereindrückrichtung des Kolbenelements im Sinne einer Exponentialfunktion zunehmenden Strömungsquerschnitt aufweisen.
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