WO2017001292A1 - Hydraulisches lager - Google Patents

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Detlef Cordts
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Carl Freudenberg Kg
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    • F16C2326/00—Articles relating to transporting
    • F16C2326/10—Railway vehicles

Definitions

  • the invention relates to a bearing according to the preamble of patent claim 1.
  • Hydraulic bearings are already known from the prior art, which comprise a core device and a casing device surrounding it.
  • the core device is supported by at least one elastomer or more elastomers against the sheath means and movable relative thereto.
  • elastomers are also referred to as membranes.
  • the bearings have functional chambers in which working fluids are accommodated.
  • the stiffness of such bearings is defined by one force per path.
  • the bearings show static stiffness caused by the elastomers and the
  • the invention has the object of providing a hydraulic bearing of the type mentioned in such a way and continue to form that this as large a jump in stiffness as possible
  • the pumping surface is an area that can be acted upon by the working fluid moving and swiveling. Because the pumping area is not just rigid
  • Core device is formed, but also from the elastic membrane, the pumping area will change during the deflection of the core device in size. This is due to the fact that the membrane
  • Pumping surface are removed and / or too rigid to be significantly stretched.
  • the term pumping surface is based on a surface which, in the undeflected state of the core device, is potentially
  • the projection surface is always smaller than the actual effective pumping area, since the pumping surface also includes elevations and irregularities.
  • the projection surface could have a radius that is less than half the inside width of the envelope device. The radius of the
  • Projection area is then smaller than the radius of the orthogonal to the
  • Immobility or rigidity can not contribute to the pumping area.
  • the interior of the sheath means could be cylindrical. So can the
  • Membrane oriented in a plane, designed as a ring and attached to the
  • the membrane could on an annular surface of the
  • the membrane takes up relatively little space between the sheath means and the
  • the bearing could have a dynamic stiffness in the range 8 kN / mm to 16 kN / mm.
  • the bearing is particularly suitable for use in rail vehicles.
  • a pre-pressure in the system can cause particularly high dynamic stiffnesses to reach a certain deflection of the core device.
  • the core device could be deflectable relative to the sheath device in the axial direction by a distance from the rest position, the distance in the range 6 to 14 mm. These distances can be realized by an optimized rubber membrane.
  • the core device could be deflected in two directions, namely in two opposite directions, by the distance.
  • the bearing can be used in the axle area of a rail vehicle.
  • the bearing described here is preferably used in rail vehicles.
  • Fig. 1 is a perspective and partially sectioned view of a
  • FIG. 2 is a perspective view of the bearing of FIG .. 1
  • a core device 2 comprising a core device 2 and a casing device 3 surrounding it, wherein the core device 2 is supported by at least one membrane 4 against the casing device 3 and movable relative to the casing device 3, wherein a functional chamber 5 is provided which contains a working fluid, and wherein the functional chamber 5 is partially limited by a movable pumping surface 6, which is formed by the core device 2 and the membrane 4.
  • Pumping surface 6 comprises in the rest position between 80% and 99% of the orthogonal to the axial direction 7 oriented cross-sectional area of the interior 8 of the casing device 3, in which the membrane 4 and the core device 2 are at least partially accommodated. In the rest position, the core device 2 is not deflected, the pumping surface 6 is stationary.
  • the aforementioned projection surface of the pumping surface 6 has a radius RP which is smaller than half the inside width W of the interior 8 of FIG
  • the radius RP of the projection surface of the pumping surface 6 is therefore smaller than the radius RQ of the cross-sectional area of the interior 8 of the casing 3 oriented orthogonal to the axial direction 7.
  • the radius RQ of the cross-sectional area of the interior 8 oriented orthogonal to the axial direction 7 corresponds to half the inside width W of the interior 8th.
  • the cross-sectional area of the interior 8 of the casing 3, namely a circular area, is about 41547 mm 2 in the specific embodiment.
  • the pumping area 6 is about 34636 mm 3 here . In that regard, the pumping area 6 occupies 83.4% of the aforementioned cross-sectional area.
  • the bearing 1 has a dynamic stiffness in the range 8 kN / mm to 16 kN / mm.
  • the interior 8 of the casing 3 is cylindrical.
  • the membrane 4 is vulcanized to an annular surface of the inner wall 10 of the casing device 3.
  • the membrane 4 is made of rubber.
  • the core device 2 can be deflected relative to the casing 3 in the axial direction 7 by a distance from the rest position, wherein the distance in the range 6 to 14 mm.
  • the core device 2 can be deflected in two directions around the respective path. This is illustrated by the double arrow. The two directions are oriented opposite to each other.
  • the membrane 4 is formed in the axial direction 7, namely in the direction of a projecting pin 13 of the core device 2, concave. Specifically, the membrane 4 has a circulating Kuhle 12.
  • the Kuhle 12 is U-shaped or V-shaped.
  • the bearing 1 is formed without loss of generality as an active bearing with hydraulic control.
  • a fluid channel 16 is provided, through which working fluid can be introduced into the functional chamber 5.
  • the functional chamber 5 which is closed by a cover 17, acted upon by working fluid.
  • the incompressible working fluid then presses against the pumping surface 6 and thereby deflects the core device 2 in the axial direction 7.
  • the deflection described above can be reversed.
  • FIG. 2 shows a perspective view of the bearing 1. Specifically, two flanges 11 are shown, each with two passages, which are diametrically opposed to each other and are arranged on the casing device 3. As a result, the bearing 1 can be screwed onto an existing arrangement, in particular in the axle region of a rail vehicle.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Combined Devices Of Dampers And Springs (AREA)
  • Support Of The Bearing (AREA)

Abstract

Ein Lager (1) zur Verwendung in einem Schienenfahrzeug, umfassend eine Kerneinrichtung (2) und eine diese umgebende Hülleinrichtung (3), wobei die Kerneinrichtung (2) über mindestens eine Membran (4) gegen die Hülleinrichtung (3) abgestützt und relativ zur Hülleinrichtung (3) bewegbar ist, wobei eine Funktionskammer (5) vorgesehen ist, welche ein Arbeitsfluid enthält, und wobei die Funktionskammer (5) durch eine Pumpfläche (6) begrenzt ist, welche durch die Kerneinrichtung (2) und die Membran (4) gebildet ist, ist im Hinblick auf die Aufgabe, ein hydraulisches Lager der eingangs genannten Art derart auszugestalten und weiter zu bilden, dass dieses einen möglichst großen Steifigkeitssprung bei möglichst weiter Auslenkbarkeit der Kerneinrichtung relativ zur Hülleinrichtung aufweist, wobei eine orthogonal zur Axialrichtung (7) orientierte Projektionsfläche der Pumpfläche (6) zwischen 60 % und 99 %, bevorzugt zwischen 70 % und 99 %, besonders bevorzugt zwischen 80 % und 99 %, höchstbevorzugt zwischen 90 % und 99 %, der orthogonal zur Axialrichtung (7) orientierten Querschnittsfläche des Innenraums (8) der Hülleinrichtung (3) umfasst, in dem die Membran (4) und die Kerneinrichtung (2) zumindest teilweise aufgenommen sind.

Description

Hydraulisches Lager
Beschreibung Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Lager nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind bereits hydraulische Lager bekannt, welche eine Kerneinrichtung und eine diese umgebende Hülleinrichtung umfassen. Dabei ist die Kerneinrichtung über mindestens ein Elastomer oder mehrere Elastomere gegen die Hülleinrichtung abgestützt und relativ zu dieser bewegbar. Solche Elastomere werden auch als Membranen bezeichnet.
Üblicherweise weisen die Lager Funktionskammern auf, in denen Arbeitsfluide aufgenommen sind.
Die Steifigkeit solcher Lager wird durch eine Kraft pro Weg definiert. Die Lager zeigen statische Steifigkeiten, die durch die Elastomere und die
Funktionskammern bestimmt werden. Des Weiteren zeigen die Lager dynamische Steifigkeiten, die üblicherweise wesentlich größer sind als die statischen. Zwischen einer statischen Steifigkeit und einer dynamischen Steifigkeit besteht daher oft ein sogenannter Steifigkeitssprung. Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydraulisches Lager der eingangs genannten Art derart auszugestalten und weiter zu bilden, dass dieses einen möglichst großen Steifigkeitssprung bei möglichst weiter
Auslenkbarkeit der Kerneinrichtung relativ zur Hülleinrichtung aufweist.
Die vorliegende Erfindung löst die zuvor genannte Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.
Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass ein besonders großer
Steifigkeitssprung durch eine möglichst große Pumpfläche, nämlich eine Fläche, die vom Arbeitsfluid bewegungswirksam beaufschlagbar ist, und eine in Bewegungsrichtung extrem weiche Membran erreichbar ist.
Die Pumpfläche ist eine Fläche, die vom Arbeitsfluid beweg u ng swi rksa m beaufschlagt werden kann. Da die Pumpfläche nicht nur von der starren
Kerneinrichtung gebildet wird, sondern auch von der elastischen Membran, wird sich die Pumpfläche während der Auslenkung der Kerneinrichtung in ihrer Größe ändern. Dies ist der Tatsache geschuldet, dass die Membran
bereichsweise gestreckt wird. Es bleiben jedoch auch Bereiche der Membran ungestreckt, nämlich die Bereiche, die zu weit von der Peripherie der
Pumpfläche entfernt und/ oder zu starr sind, um wesentlich gedehnt zu werden. Im Sinne dieser Erfindung stellt daher der Begriff Pumpfläche auf eine Fläche ab, die im nicht ausgelenkten Zustand der Kerneinrichtung potentiell
kraftbeaufschlagbar und/ oder bewegbar ist. Deren Projektionsfläche ist stets kleiner als die eigentlich wirksame Pumpfläche, da die Pumpfläche auch Erhebungen und Unebenheiten umfasst. Die Projektionsfläche könnte einen Radius aufweisen, der kleiner ist als die halbe lichte Weite des Innenraums der Hülleinrichtung. Der Radius der
Projektionsfläche ist dann kleiner als der Radius der orthogonal zur
Axialrichtung orientierten Querschnittsfläche des Innenraums der
Hülleinrichtung. Dies hängt damit zusammen, dass die Membran mit einem Wulst an der Hülleinrichtung angebunden ist, der aufgrund seiner
Unbeweglichkeit oder Starre nicht zur Pumpfläche beitragen kann.
Der Innenraum der Hülleinrichtung könnte zylindrisch sein. So kann die
Membran in einer Ebene orientiert, als Ring ausgebildet und an die
Hülleinrichtung und die Kerneinrichtung anvulkanisiert sein.
Vor diesem Hintergrund könnte die Membran an einer Ringfläche der
Innenwandung der Hülleinrichtung anvulkanisiert sein. Hierdurch nimmt die Membran relativ wenig Raum zwischen der Hülleinrichtung und der
Kerneinrichtung ein.
Das Lager könnte eine dynamische Steifigkeit im Bereich 8 kN/ mm bis 16 kN/ mm aufweisen. Hierdurch ist das Lager besonders für die Verwendung in Schienenfahrzeugen geeignet. Ein Vordruck im System kann besonders hohe dynamische Steifigkeiten bis zum Erreichen einer bestimmten Auslenkung der Kerneinrichtung bewirken.
Vor diesem Hintergrund könnte die Kerneinrichtung relativ zur Hülleinrichtung in Axialrichtung um eine Wegstrecke aus der Ruhelage auslenkbar sein, wobei die Wegstrecke im Bereich 6 bis 14 mm liegt. Diese Wegstrecken sind durch eine optimierte Membran aus Gummi realisierbar. Die Kerneinrichtung könnte in zwei Richtungen, nämlich in zwei entgegengesetzten Richtungen, um die Wegstrecke auslenkbar sein. Hierdurch ist das Lager im Achsenbereich eines Schienenfahrzeugs einsetzbar. Das hier beschriebene Lager wird bevorzugt in Schienenfahrzeugen verwendet.
Das hier beschriebene Lager kann sowohl passiv, ohne äußere Steuerung, als auch aktiv, mit externer hydraulischer Steuerung, betrieben werden. Kurzbeschreibung der Zeichnung
In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 eine perspektivische und teilweise geschnittene Ansicht eines
Lagers mit einer großen bewegbaren Pumpfläche und
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Lagers gemäß Fig. 1.
Ausführung der Erfindung
Fig. 1 zeigt ein Lager 1 zur Verwendung in einem Schienenfahrzeug,
umfassend eine Kerneinrichtung 2 und eine diese umgebende Hülleinrichtung 3, wobei die Kerneinrichtung 2 über mindestens eine Membran 4 gegen die Hülleinrichtung 3 abgestützt und relativ zur Hülleinrichtung 3 bewegbar ist, wobei eine Funktionskammer 5 vorgesehen ist, welche ein Arbeitsfluid enthält, und wobei die Funktionskammer 5 teilweise durch eine bewegbare Pumpfläche 6 begrenzt ist, welche durch die Kerneinrichtung 2 und die Membran 4 gebildet ist. Eine orthogonal zur Axialrichtung 7 orientierte Projektionsfläche der
Pumpfläche 6 umfasst in der Ruhelage zwischen 80 % und 99 % der orthogonal zur Axialrichtung 7 orientierten Querschnittsfläche des Innenraums 8 der Hülleinrichtung 3, in dem die Membran 4 und die Kerneinrichtung 2 zumindest teilweise aufgenommen sind. In der Ruhelage ist die Kemeinrichtung 2 nicht ausgelenkt, die Pumpfläche 6 ist unbewegt.
Die zuvor genannte Projektionsfläche der Pumpfläche 6 weist einen Radius RP auf, der kleiner ist als die halbe lichte Weite W des Innenraums 8 der
Hülleinrichtung 3. Dies hängt damit zusammen, dass die Membran 4 mit einem Wulst 9 an der Hülleinrichtung 3 angebunden ist, der aufgrund seiner
Unbeweglichkeit oder Starre nicht zur bewegbaren Pumpfläche 6 beitragen kann. Der Radius RP der Projektionsfläche der Pumpfläche 6 ist daher kleiner als der Radius RQ der orthogonal zur Axialrichtung 7 orientierten Querschnittsfläche des Innenraums 8 der Hülleinrichtung 3. Der Radius RQ der orthogonal zur Axialrichtung 7 orientierten Querschnittsfläche des Innenraums 8 entspricht der halben lichten Weite W des Innenraums 8.
Die Querschnittsfläche des Innenraums 8 der Hülleinrichtung 3, nämlich eine Kreisfläche, beträgt im konkreten Ausführungsbeispiel etwa 41547 mm2. Die Pumpfläche 6 beträgt hier etwa 34636 mm3. Insoweit belegt die Pumpfläche 6 83,4% der zuvor genannten Querschnittsfläche. Je kleiner die Pumpfläche 6 wird, desto kleiner wird bei sonst gleichen Bedingungen die dynamische Steifigkeit bzw. das Verhältnis von dynamischer zu statischer Steifigkeit des Lagers 1 . Das Lager 1 weist eine dynamische Steifigkeit im Bereich 8 kN/ mm bis 16 kN/ mm auf. Der Innenraum 8 der Hülleinrichtung 3 ist zylindrisch. Die Membran 4 ist an einer Ringfläche der Innenwandung 10 der Hülleinrichtung 3 anvulkanisiert. Die Membran 4 ist aus Gummi gefertigt. Die Kerneinrichtung 2 ist relativ zur Hülleinrichtung 3 in Axialrichtung 7 um eine Wegstrecke aus der Ruhelage auslenkbar, wobei die Wegstrecke im Bereich 6 bis 14 mm liegt. Die Kerneinrichtung 2 ist in zwei Richtungen um die jeweilige Wegstrecke auslenkbar. Dies ist durch den Doppelpfeil illustriert. Die beiden Richtungen sind entgegengesetzt zueinander orientiert.
Die Membran 4 ist in Axialrichtung 7, nämlich in Richtung eines abragenden Zapfens 13 der Kerneinrichtung 2, konkav ausgebildet. Konkret weist die Membran 4 eine ringsum laufende Kuhle 12 auf. Die Kuhle 12 ist U-förmig oder V-förmig ausgebildet.
In Fig. 1 ist das Lager 1 ohne Beschränkung der Allgemeinheit als aktives Lager mit hydraulischer Steuerung ausgebildet. Es ist ein Fluidkanal 16 vorgesehen, durch welchen Arbeitsfluid in die Funktionskammer 5 eingeleitet werden kann. Hierdurch wird die Funktionskammer 5, welche durch einen Deckel 17 verschlossen ist, mit Arbeitsfluid beaufschlagt. Das inkompressible Arbeitsfluid presst dann gegen die Pumpfläche 6 und lenkt hierdurch die Kerneinrichtung 2 in Axialrichtung 7 aus. Durch Entnahme des Arbeitsfluids aus der Funktionskammer 5 kann die zuvor beschriebene Auslenkung rückgängig gemacht werden.
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht des Lagers 1. Konkret sind zwei Flansche 11 mit je zwei Durchgängen gezeigt, die einander diametral gegenüberliegen und an der Hülleinrichtung 3 angeordnet sind. Hierdurch ist das Lager 1 an eine bestehende Anordnung, insbesondere im Achsbereich eines Schienenfahrzeugs, anschraubbar.

Claims

Patentansprüche
1 . Lager (1 ) zur Verwendung in einem Schienenfahrzeug, umfassend eine Kerneinrichtung (2) und eine diese umgebende Hülleinrichtung (3), wobei die Kerneinrichtung (2) über mindestens eine Membran (4) gegen die Hülleinrichtung (3) abgestützt und relativ zur Hülleinrichtung (3) bewegbar ist, wobei eine Funktionskammer (5) vorgesehen ist, welche ein Arbeitsfluid enthält, und wobei die Funktionskammer (5) durch eine Pumpfläche (6) begrenzt ist, welche durch die Kerneinrichtung (2) und die Membran (4) gebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine orthogonal zur Axialrichtung (7) orientierte Projektionsfläche der Pumpfläche (6) zwischen 60 % und 99 %, bevorzugt zwischen 70 % und 99 %, besonders bevorzugt zwischen 80 % und 99 %, höchstbevorzugt zwischen 90 % und 99 %, der orthogonal zur Axialrichtung (7)
orientierten Querschnittsfläche des Innenraums (8) der Hülleinrichtung (3) umfasst, in dem die Membran (4) und die Kerneinrichtung (2) zumindest teilweise aufgenommen sind.
2. Lager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Projektionsfläche einen Radius (RP) aufweist, der kleiner ist als die halbe lichte Weite (W) des Innenraums (8) der Hülleinrichtung (3), nämlich kleiner ist als der Radius (RQ) der orthogonal zur Axialrichtung (7) orientierten Querschnittsfläche des Innenraums (8) der
Hülleinrichtung (3).
3. Lager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der
Innenraum (8) der Hülleinrichtung (3) zylindrisch ist.
4. Lager nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Membran (4) an einer Ringfläche der
Innenwandung (10) der Hülleinrichtung (3) anvulkanisiert ist.
5. Lager nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine dynamische Steifigkeit im Bereich 8 kN/ mm bis 16 kN/ mm.
6. Lager nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Kemeinrichtung (2) relativ zur Hülleinrichtung (3) in Axialrichtung (7) um eine Wegstrecke aus der Ruhelage auslenkbar ist, wobei die Wegstrecke im Bereich 6 bis 14 mm liegt.
7. Lager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die
Kemeinrichtung (2) in zwei Richtungen um die Wegstrecke auslenkbar ist.
8. Verwendung eines Lagers (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in einem Schienenfahrzeug.
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