WO2006136238A2 - Hochelastische schichtfeder - Google Patents

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    • F16F1/41—Springs made of rubber or other material having high internal friction, e.g. thermoplastic elastomers consisting of a stack of similar elements separated by non-elastic intermediate layers the spring consisting of generally conically arranged elements

Definitions

  • the invention relates to a laminated spring, in particular for rail vehicles, with an inner and an outer connector part and at least two spring layers therebetween alternately an elastomer layer and a sheet metal layer, wherein the E- lastomerlagen are vulcanized together with the connecting parts and the sheet metal layers together and the elastomer layers of Spring layers have mutually different thicknesses, each elastomer layer is made of the same material.
  • Such laminated springs are also called primary springs because they are often the primary spring stage, i. form the spring stage between the wheel and the bogie in rail vehicles.
  • the layer springs can have different shapes.
  • the individual spring layers can be arranged cylindrical or conically concentric with each other.
  • the invention has for its object to provide a laminated spring of the type described above, which has an improved, continuous spring characteristic while avoiding the disadvantages mentioned.
  • the layer spring has a substantially conically contoured support plate, which is arranged in the loading direction above the thickest spring layer and corresponds to the different thickness spring layers in such a way that initially the inner part of the softest layer on the supporting expensive supports and with increasing load, the outer parts of the softest layer and the other spring layers are continuously increasingly supported on the support plate.
  • the support plate causes a steady spring characteristic, since at low load only the inner soft spring layer of the laminated spring springs through this construction and at higher loads, the further spring layers increasingly participate increasingly in the deflection. By the support plate overloading of the thickest softest spring layer is avoided.
  • the characteristic curve can be adapted to the application, for example as a continuously progressive characteristic curve.
  • the elastomer layer of the inner spring layer is thicker by a factor of three than the elastomer layers of the remaining spring layers.
  • the inner spring layer is considerably softer than the other spring layers.
  • the hardness of such a spring layer is determined not only by the hardness of the material but also by the geometry of the layer, the geometry influence being determined by the shape factor F.
  • the form factor F describes the ratio of free to bonded elastomer surface of an elastomer layer. If the free surface of an elastomer layer becomes larger with a constant, permanently vulcanized, ie bonded area, the form factor increases. Large values of F described a soft, small value of F a hard spring property.
  • Such a laminated spring can be adapted in the erf ⁇ ndungshiele way with continuous characteristic to different applications and manages without elaborate manufacturing methods, since for example by omitting one or more sheet metal layers, the freely deformable elastomer surface of the resulting thicker Elas- tomerlage is easily enlarged , The use of different materials is not required.
  • the single FIGURE shows a laminated spring 1 in installation position without load in longitudinal section, wherein an inner connector part 2 with a connecting pin 3 facing upwards and carries a load, not shown here.
  • the layer spring 1 has an outer connection part 4 and a number of conical, concentrically arranged sheet metal liners 5, 6, 7 and 8 with mean diameters which increase toward the outside.
  • sheet metal liners 5-8 conical elastomer layers 9, 10, 1 1 and 12 are respectively arranged, with their respective facing the main axis 13 of the laminated spring 1 or repellent from the main axis 13 surfaces fixed to the respective surfaces of inner connector part 2, the Sheet metal liners 5 - 8 or the outer terminal part 4 are vulcanized.
  • the sheet metal liners 5-8 and the elastomer layers 9-12 are arranged relative to one another such that the layer spring 1 has an upwardly tapering frustoconical shape.
  • a support plate 14 is fixedly mounted on the connecting pin 3, which is conically shaped on its underside 15 facing the inner elastomer layer 9.
  • the inner elastomer layer 9 has a significantly greater radial thickness than the other elastomer layers 10 to 12. The increased thickness leads to a relation to the other elastomer layers 10 - 12 enlarged form factor F. Thus, the inner E- lastomerlage 9 compared to the other elastomer layers 10 - 12 significantly softer.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schichtfeder (1), insbesondere für Schienenfahrzeuge, mit einem inneren (2) und einem äusseren Anschlussteil (4) und mindestens zwei dazwischen liegenden Federschichten aus wechselweise einer Elastomerlage (9,10,11,12) und einer Blechlage (5, 6, 7, 8), wobei die Elastomerlagen jeweils mit den Anschlussteilen und den Blechlagen zusammenvulkanisiert sind und die Elastomerlagen der Federschichten zueinander unterschiedliche Dicken aufweisen. Jede Elastomerlage ist aus dem gleichen Werkstoff hergestellt. Die Schichtfeder weist einen im wesentlichen kegelförmig konturierten Stützteller (14) auf, der in Belastungsrichtung oberhalb der dicksten Federschicht angeordnet ist. Bei Belastung stützt sich zunächst der innere Teil der weichsten Schicht an dem Stützteller ab, bei zunehmender Belastung kontinuierlich zunehmend auch die äusseren Teile der weichsten Schicht und dann die weiteren Federschichten. Die Kontur des Stütztellers beeinflusst die Federkennlinie.

Description

Hochelastische Schichtfeder
Die Erfindung betrifft eine Schichtfeder, insbesondere für Schienenfahrzeuge, mit einem inneren und einem äußeren Anschlussteil und mindestens zwei dazwischen liegenden Federschichten aus wechselweise einer Elastomerlage und einer Blechlage, wobei die E- lastomerlagen jeweils mit den Anschlussteilen und den Blechlagen zusammen vulkanisiert sind und die Elastomerlagen der Federschichten zueinander unterschiedliche Dicken aufweisen, wobei jede Elastomerlage aus dem gleichen Werkstoff hergestellt ist.
Derartige Schichtfedern werden auch Primärfedern genannt, weil sie häufig die primäre Federstufe, d.h. die Federstufe zwischen dem Rad und dem Drehgestell in Schienenfahrzeugen bilden. Die Schichtfedern können unterschiedliche Formen aufweisen. So können die einzelnen Federschichten zylindrisch oder konisch konzentrisch zueinander angeordnet sein. Es sind aber auch Schichtfedern aus unterschiedlich angeordneten horizontalen oder vertikalen Federschichten möglich. Die Form, Lage und Anzahl der Federschichten ist dabei dem jeweiligen Anwendungsfall angepasst.
Es werden meist für jeden Anwendungsfall individuelle Schichtfedern hergestellt, wobei eine bestimmte Federkennlinie erreicht werden muss. Bei geringer Belastung, die für die Entgleisungssicherheit während des Fahrbetrieb besonders kritisch ist, muss die Feder sehr weich ausgeführt werden. Bei hoher Beladung soll sie dagegen hart sein, damit das Fahrzeug innerhalb des Freiraumprofils bleibt.
Aus der DE 85 20 180 Ul ist eine Schichtfeder bekannt, die zur Erreichung einer bestimmten Federcharakteristik eine zusätzliche Gummischicht mit gegenüber den übrigen Lagen geringerer Shore-Härte aufweist. Diese Schichtfeder benötigt jedoch einen Begrenzungsanschlag, um die Einfederung dieser zusätzlichen Schicht zu begrenzen. Damit ist die Fe- derkennlinie aus zwei Linienteilen zusammengesetzt, einem weichen, flachen Teil bis zum Anschlag der Feder an den Begrenzungsanschlag und einem harten, steilen Teil. Sie weist damit eine Unstetigkeit auf, was sich ungünstig auf das Federungsverhalten auswirkt.
Um eine optimale Kennlinie der Schichtfeder zu erzielen, ist bekannt, die Elastomerlagen der Federschichten aus verschiedenen Werkstoffen herzustellen. Eine derartige Schichtfeder ist in der DE 28 19 306 Al oder der DE 103 01 756 B4 gezeigt.
Die Verwendung von unterschiedlichen Werkstoffen erfordert jedoch, vor allem bei unter- schiedlichen Werkstoffen innerhalb einer Schicht, erheblichen Fertigungsaufwand.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schichtfeder der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die unter Vermeidung der genannten Nachteile eine verbesserte, stetige Federkennlinie aufweist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Schichtfeder einen im wesentlichen kegelförmig konturierten Stützteller aufweist, der in Belastungsrichtung oberhalb der dicksten Federschicht angeordnet ist und mit den unterschiedlich dicken Federschichten in der Weise korrespondiert, dass sich zunächst der innere Teil der weichsten Schicht an dem Stütz- teuer abstützt und bei zunehmender Belastung die äußeren Teile der weichsten Schicht und die weiteren Federschichten sich kontinuierlich zunehmend an dem Stützteller abstützen.
Der Stützteller bewirkt eine stetige Federkennlinie, da durch diese Konstruktion bei niedriger Belastung nur die innere weiche Federschicht der Schichtfeder federt und bei höheren Belastungen die weiteren Federschichten stetig zunehmend an der Einfederung teilnehmen. Durch den Stützteller wird eine Überbelastung der dicksten weichsten Federschicht vermieden. Jje nach Kontur des Stütztellers ist die Kennlinie dem Anwendungsfall anpassbar ist, beispielsweise als kontinuierlich progressive Kennlinie.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Elastomerlage der inneren Federschicht um den Faktor drei dicker als die Elastomerlagen der übrigen Federschichten. Damit ist die innere Federschicht erheblich weicher als die übrigen Federschichten. Die Härte einer derartigen Federschicht wird neben der Härte des Werkstoffes auch durch die Geometrie der Schicht bestimmt, wobei der Geometrieeinfluss durch den Formfaktor F be- stimmt wird. Der Formfaktor F beschreibt das Verhältnis aus freier zu gebundener Elastomerfläche einer Elastomerschicht. Wird die freie Oberfläche einer Elastomerschicht bei gleichbleibend großer festvulkanisierter, d.h. gebundener Fläche größer, erhöht sich damit der Formfaktor. Große Werte von F beschrieben eine weiche, kleine Werte von F eine harte Federeigenschaft.
Eine derartige Schichtfeder lässt sich auf die erfϊndungsgemäße Weise mit stetiger Kennlinie an verschiedene Anwendungsfälle anpassen und kommt dabei ohne aufwändige Fertigungsmethoden aus, da beispielsweise durch das Weglassen von einer oder mehrerer Blechlagen die frei verformbare Elastomerfläche der dadurch entstehenden dickeren Elas- tomerlage auf einfache Weise vergrößerbar ist. Die Verwendung von unterschiedlichen Werkstoffen ist nicht erforderlich.
Anhand der Zeichnung wird nachstehend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt eine Schichtfeder 1 in Einbaulage ohne Last im Längsschnitt, wobei ein inneres Anschlussteil 2 mit einem Anschlusszapfen 3 nach oben weist und eine hier nicht dargestellte Last trägt.
Weiter weist die Schichtfeder 1 ein äußeres Anschlussteil 4 und eine Anzahl von konischen, konzentrisch angeordneten Blechzwischenlagen 5,6,7 und 8 mit nach Außen größer werdenden mittleren Durchmessern auf. Zwischen den Blechzwischenlagen 5 - 8 sind jeweils konische Elastomerlagen 9, 10, 1 1 und 12 angeordnet, die mit ihren jeweiligen zur Hauptachse 13 der Schichtfeder 1 weisenden bzw. von der Hauptachse 13 abweisenden Oberflächen fest an den jeweiligen Oberflächen von innerem Anschlussteil 2, den Blechzwischenlagen 5 — 8 bzw. dem äußeren Anschlussteil 4 anvulkanisiert sind. Die Blechzwischenlagen 5 - 8 und die Elastomerlagen 9 - 12 sind so zueinander angeordnet, dass die Schichtfeder 1 eine sich nach oben verjüngende kegelstumpfartige Form aufweist.
Konzentrisch zum inneren Anschlussteil 2 ist auf dem Anschlusszapfen 3 ein Stützteller 14 fest angebracht, der an seiner der innenliegenden Elastomerschicht 9 zugewandten Unterseite 15 konisch geformt ist.
Die innenliegende Elastomerlage 9 weist gegenüber den übrigen Elastomerlagen 10 - 12 eine deutlich größere radiale Dicke auf. Die vergrößerte Dicke führt zu einem gegenüber den übrigen Elastomerlagen 10 - 12 vergrößerten Formfaktor F. Damit ist die innere E- lastomerlage 9 gegenüber den übrigen Elastomerlagen 10 - 12 deutlich weicher.
Unter Belastung bewegt sich das innere Anschlussteil 2 nach unten gegen das äußere Anschlussteil 4, die Schichtfeder 1 wird komprimiert. Dabei federt zunächst aufgrund der weicheren Federkennlinie nur die innenliegende Elastomerlage 9 ein. Diese stützt sich gegen den Stützteller 14 ab. Die Gestaltung der Unterseite 15 des Stütztellers 14 bestimmt dabei die Federkennlinie der inneren Elastomerlage 9 mit. Die Dicke der inneren Elasto- merlage 9 und die Form der Unterseite 15 des Stütztellers 14 sind so aufeinander abgestimmt, dass bei vollständiger Einfederung der inneren Elastomerlage 9 der Stützteller 14 auf der inneren Blechzwischenlage 5 aufsetzt und die übrigen Elastomerlagen 10 - 12 stetig an der weiteren Einfederung beteiligt werden. Dadurch ergibt sich eine für die gesamte Schichtfeder 1 stetige progressive Federkennlinie. Bezugszeichenliste
(Teil < der Beschreibung)
1 Schichtfeder
2 inneres Anschlussteil
3 Anschlusszapfen
4 äußeres Anschlussteil
5 Blechzwischenlage
6 Blechzwischenlage
7 Blechzwischenlage
8 Blechzwischenlage
9 innere Elastomerlage
10 Elastomerlage
11 Elastomerlage
12 Elastomerlage
13 Hauptachse der Schichtfeder 1
14 Stützteller
15 Unterseite des Stütztellers

Claims

Patentansprüche
1. Schichtfeder (1), insbesondere für Schienenfahrzeuge, mit einem inneren (2) und einem äußeren Anschlussteil (4) und dazwischen liegenden Federschichten aus wechselweise einer Elastomerlage (9, 10, 11, 12) und einer Blechlage (5, 6, 7, 8), wobei die Elastomerlagen (9, 10, 11, 12) jeweils mit den Anschlussteilen (2, 4) und den Blechlagen (5, 6, 7, 8) zusammenvulkanisiert sind und die Elastomerlagen (9, 10, 11, 12) der Federschichten zueinander unterschiedliche Dicken aufweisen, wobei jede Elastomerlage (9, 10, 11, 12) aus dem gleichen Werkstoff hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtfeder (1) einen im wesentlichen kegelförmig konturierten Stützteller (14) aufweist, der in Belastungsrichtung oberhalb der dicksten Federschicht (9) angeordnet ist und der mit den unterschiedlich dicken Federschichten (9, 10, 11, 12) in der Weise korrespondiert, dass sich zunächst die weichste Schicht (9) an dem Stützteller (14) abstützt und bei zunehmender Belastung die äußeren Teile der weichsten Schicht (9) und die weiteren Federschichten (10, 11, 12) sich kontinuierlich zunehmend an dem Stützteller (14) abstützen.
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