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Flüssigkeitsfeder, insbesondere für Zug- und Stossvorrichtungen an Schienenfahrzeugen
Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsfeder, insbesondere für Zug- und Stossvorrichtungen an
Schienenfahrzeugen, mit Temperaturausgleich und Zugbügelbetätigung, die aus einem zur Dämpfung mit einem Bund versehenen Hauptfederkolben und einem mit einem Anschlagbund versehenen, als
Druckgehäuse ausgebildeten Hilfskolben besteht, die beide von entgegengesetzten Seiten in das Federgehäuse eintauchen.
Die Vorteile einer Flüssigkeitsfeder, insbesondere deren geringes Bauvolumen und die variable Beeinflussung der Federkennlinie, sind bestimmend für die Verwendung als Federapparat in einer automatischen Mittelpufferkupplung. In diesem Anwendungsfall der Flüssigkeitsfeder muss die spezielle Forderung nach einem durch Temperaturänderung bedingten Volumenausgleich garantiert sein.
Bei älteren Schienenfahrzeugen ist es nicht in jedem Falle möglich, das Untergestell durch zentrale Aufnahme der Pufferkräfte zu belasten. Deshalb ist als übergang vorgesehen, die Seitenpuffer zu belassen und in den Fahrzeugen mit ungeeignetem Untergestell die bisherigen Zugapparate beizubehalten. Zur überwindung des Kupplungswiderstandes automatischer Mittelpufferkupplungen ist ein spezieller Druckfederapparat mit doppeltem Federweg der Aussenpuffer bei einer nahezu konstanten Druckkraft von nur 2 bis 12 Mp vorzusehen. Der doppelte Federweg ist erforderlich, wenn zwei Waggons kuppeln, von denen der eine eine Mittelpufferkupplung mit Zug-Druck-Federapparat, der andere eine solche mit altem Zugfederapparat und einem Druckfederapparat mit 2 Mp hat, da dann die Seitenpuffer völlig einfedern können.
Der Zug-Druck-Federapparat mit einer maximalen Druckkraft von 140 Mp verhält sich gegenüber dem Druckfederapparat mit 2 Mp als völlig starr. Der gesamte Federweg muss daher vom Druckfederapparat aufgenommen werden. Dies muss möglichst ohne Kraftanstieg geschehen, da sonst das Untergestell des Waggons überbeansprucht wird.
Es wurde bereits eine Flüssigkeitsfeder für Zug und Stossvorrichtungen vorgeschlagen, bei der ein durch einen Zugbügel betätigtes Ventil Federräume trennt oder verbindet, wodurch sich unterschiedliche Federkennlinien für Zug und Druck ergeben.
Weiterhin ist eine Zug-Druck-Flüssigkeitsfeder bekannt, bei der zwei gegenläufige Federkolben in einem Gehäuse angeordnet sind, wobei die äusseren Kräfte am Kolben mit kleinerem Durchmesser angreifen. Der Kolben grösseren Durchmessers ist in Ruhestellung ganz ausgefedert und liegt am festen Anschlag des Gehäuses an. Er ist innen hohl ausgebildet und mit einem inneren Anschlag versehen, durch den das innere Ende des kleineren Kolbens, ebenfalls mit einem Anschlag versehen, hindurchreicht. Wirkt auf den Kolben mit kleinerem Durchmesser eine Zugkraft, so kommen die Anschläge beider Kolben zum Anliegen und der grössere Kolben wird in das Gehäuse hineingezogen.
Beide Kolben wirken zusammen wie ein starrer Kolben. Wirkt auf den Kolben kleineren Durchmessers eine Druckkraft, so bewegt sich das innere Ende dieses Kolbens frei in den hohl ausgebildeten Kolben
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grösseren Durchmessers hinein. Dieser hohle Kolben liegt seinerseits an einem Gehäuse festen Anschlages an, so dass er sich nicht nach aussen bewegen kann. Die Wirkungsweise bei einer Druckkraft ist so, als ob nur der Kolben kleineren Durchmessers vorhanden wäre.
Die Nachteile dieser Ausführung sind, dass das zur Verfügung stehende Flüssigkeitsvolumen bei Betätigung der Federn nicht zu variieren ist, so dass sich eine kontinuierlich, zu Beginn verhältnismässig steil ansteigende Federkennlinie ergibt. Flache Federkennlinien wären dabei nur mittels einer Vergrösserung des Flüssigkeits- und damit Bauvolumens zu erreichen. Weiterhin ist der benötigte Temperaturausgleich nur durch eine zusätzliche, das Volumen der Flüssigkeitsfeder weiter vergrössernde Vorrichtung möglich. Für die Bedingungen : langer Federweg mit geringer Endkraft und damit für die Verwendung lediglich als Kuppelwiderstand, sind die genannten Federn nicht geeignet und nicht umzubauen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flüssigkeitsfeder für Zug und Stossvorrichtungen mit Temperaturausgleich und Zugbügelbetätigung zu schaffen, die gegenüber den bekannten und vorgeschlagenen Ausführungen ein wesentlich geringeres Flüssigkeits- bzw. Bauvolumen aufweist, dazu ohne gesonderte Temperaturausgleichsvorrichtung auskommt und konstruktiv so ausgebildet ist, dass sie durch einfache Umstellung auch als Zug- und Druckapparat für Schienenfahrzeuge zu verwenden ist, deren Untergestell eine mittige Pufferkraftaufnahme nicht erlaubt.
Erfindungsgemäss geschieht dies dadurch, dass der Zugbügel den Hauptfederkolben und den Hilfskolben kraftschlüssig umfasst, wobei der Durchmesser des Hilfskolbens beispielsweise im Verhältnis 1 : 1, 1 kleiner ist als der Durchmesser des Hauptfederkolbens und dass bei unbelastetem Zugbügel der Abstand zwischen dem Bund des Hilfskolbens und dem Anschlag am Federgehäuse beispielsweise das 0, 5- bis 0, 8fache des durch einen Anschlag begrenzten Druckfederweges des Hauptfederkolbens beträgt.
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Hilfskolben gebildeten Gehäuse mit einem Federkolben. Der Federkolben ist zur starken Dämpfung mit einem Dämpfungskolben versehen und stützt sich mit seinem äusseren Ende gegen den Zugbügel ab.
Der Hilfskolben ist vorzugsweise nach aussen konisch verjüngt, wobei die Durchmesseränderung zwischen ein- und ausgefederter Stellung des Hilfskolbens an der Austrittsdichtscheibe etwa 0, 5 mm beträgt.
Vorzugsweise sind im Bund des Hilfskolbens über ein Halteblech von einer Druckfeder beaufschlagte und in Abhängigkeit vom Druck im Raum zwischen dem Bund des Hilfskolbens und seinem Anschlag öffnende Ventilschliesselemente vorgesehen.
Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen : Fig. 1 einen Axialschnitt der erfmdungsgemässen Flüssigkeitsfeder mit Zugbügel, Fig. 2 die Draufsicht der Anordnung nach Fig. 1, Fig. 3 ein Überdruckventil am Kolbenbund des Hilfskolbens, Fig. 4 ein Rückschlagventil am Kolbenbund des Hilfskolbens und Fig. 5 die Kennlinie der Flüssigkeitsfeder.
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beiden Seiten Führungsbuchsen --6,7--, Austrittsdichtscheiben --8,9-- und Verschlussschrauben - -10, 11-- angeordnet. In der Führungsbuchse-6-ist der Hilfskolben --12-- mit dem Bund --13-- und in der Fürhrungsbuchse --7-- der Hauptfederkolben --14-- mit dem Bund-15geführt.
Der Bund--13--des Hilfskolbens--12--weist eine Dichtscheibe--16--sowie ein Überdruckventil aus mehreren Venmtilschliesselement --18-- auf, die über ein Halteblech--19-von einer zentralen Druckfeder --20-- beaufschlagt sind. Weiterhin sind im Bund-13-des Hilfskolbens --12-- ein oder mehrere Rückschlagventile --21-- angeordnet, Der Hilfskolben --12-- ist zugleich Gehäuse einer weiteren, unter hoher Verspannung stehenden Flüssigkeitsfeder,
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Dämpfungskolben--24-, Verschlussschraube--25-,Federgehäuse --5-- ein Raum --28-- zwischen dem Bund-13-des Hilfskolbens--12- und seinem Anschlag-32--,
ein Raum --29-- zwischen dem Bund --13-- des Hilfskolbens --12-- und dem Bund--15--des Hauptfederkolbens--14--sowie ein Raum--30-zwischen dem Bund--15--des Hauptfederkolbens--14--und der Austrittsdichtscheibe--9-.
Der Federkolben --23-- stützt sich in Ruhestellung gegen die Innenfläche des Zugbügels - ebenso wie der Hauptfederkolben--14--auf der gegenüberliegenden Seite auf eine Anschlagplatte--2-ab. Bei Zugbeanspruchung stützt sich die Anschlagplatte --2-- gegen den festen Anschlagbund bei Druckbeanspruchung das Federgehäuse --5--- gegen den festen
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Anschlag --3-- ab.
Die Wirkungsweise der Flüssigkeitsfeder ist folgende : In der Ruhelage der Flüssigkeitsfeder ist der Hauptfederkolben --14-- mit seinem dem Hilfskolben --12-- gegenüber grösseren Durchmesser auf Grund des Vorspanndruckes, der über ein Füllventil am Federgehäuse--5-- (nicht gezeigt) eingebracht wurde, maximal ausgefedert.
Die Stellung des Hilfskolbens --12-- ergibt sich durch das Gleichgewicht zwischen dem Vorspanndruck im Raum --29-- und dem wesentlich höheren Vorspanndruck im Arbeitsraum der im
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Bei dem Einfederungsvorgang unter Einwirkung einer Druckkraft ist zwischen einer statischen, sehr langsamen, und einer dynamischen, sehr raschen, Einfederung zu unterscheiden.
Wird der Zugbügel --1-- mit einer statischen Druckkraft belastet, so wird über die Anschlagplatte--2--der Hauptfederkolben--14--in das sich gegen den Anschlag-3-
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Einfederung auf Grund des Druckanstiegs im Raum --28-- öffnen und die Flüssigkeit aus dem Raum --28-- nach dem Raum --29-- gelangen lassen.
Die relativ geringe Querschnittsdifferenz des Hauptfederkolbens --14-- zum Hilfskolben - bewirkt den sehr flachen Anstieg der Federkennlinie bis zum Anliegen des Hilfskolbens --12-- am Anschlag-32--. Der flache Verlauf der Kennlinie ist in Fig. 5 strichliert dargestellt.
Bei weiterer Bewegung des Zugbügels--l-bzw. des Hauptfederkolbens --14-- sowie des nunmehr an seinem Anschlag--32--anliegenden Hilfskolbens--12--bewegt sich, infolge
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kann.
Wird der Zugbügel--l--mit einer dynamischen Druckkraft belastet, ergibt sich bei gleichem Bewegungsablauf durch den Drosselspalt am Bund --15-- wsowie die öffnungsspalte der Ventilschliesselemente--18--am Bund--13--eine von Beginn an steil verlaufende Federkennlinie, da sich der Druck im Raum --29-- gegenüber dem Raum --30-- und der Druck im Raum-28-gegenüber dem Raum --29-- erhöht.
Es ist auch ohne weiteres möglich, den Bund-13-des Hilfskolbens-12-analog dem Bund --15-- des Hauptfederkolbens --14-- aufzubuen. Ausserdem kann durch erhöhte Andrückkraft der Druckfeder --20-- erreicht werden, dass die Ventilschliesselemente --18-- nicht sofort öffnen, so dass die Federkennlinie anfangs etwas steiler verläuft, mit öffnen der
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Eine innerhalb oder ausserhalb des Federgehäuses --5-- liegende Leitung müsste das Ventil mit den Räumen-28, 29-- verbinden (nicht gezeichnet).
Die Beanspruchung durch eine Zugkraft kann ebenfalls statisch oder dynamisch erfolgen.
Wird der Zugbügel-l--aus der Ruhelage von einer statischen Zugkraft belastet, so wird durch Anlegen des Zugbügels das Federgehäuse --5-- über den sich mittels der Anschlagplatte--2-gegen den Anschlag --4-- abstützenden Hauptfederkolben --14-- gedrückt. Dabei federt der Hilfskolben --12-- um den in der Ruhelage eingefederten Betrag maximal bis zum Zugbügel --1-aus. Dabei bleiben auch hier die mechanisch federbelasteten Rückschlagventile-21-- geschlossen, so dass sich im Raum--28--der Druck erhöht, was ein öffnen der Ventilschliesselemente --18-- zur Folge hat. Der sich dadurch ergebende kurze flache Teil der Federkennlinie wird durch den einfedernden Federkolben --23-- etwas angehoben.
Nach wesentlich früherem Anliegen des Hilfskolbens Anschlag-32-erhöht sich der Druck im Raum --29--, so dass sich
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Bei dynamischer Zugbeanspruchung wird der Anstieg der Federkennlinie wieder mit Beginn der Einfederung erhöht, insbesondere durch die zuzügliche Dämpfung des Dämpfungskolbens--24--.
Besteht die Forderung, dass die erfindungsgemässe Flüssigkeitsfeder als Zug- und Druckapparat für Schienenfahrzeuge mit einem Untergestell, das eine zentrale Aufnahme der Pufferkräfte nicht erlaubt, Verwendung finden soll, so ist ein Hilfskolben --12-- und ein Hauptfederkolben --14-- mit entsprechend längerem, und vor allem gleichen Ein- und Ausfederhub zu verwenden, wobei die Ventilschliesselemente-18-im Bund-13--oder ein Ventil im Federgehäuse --5-- (nicht gezeichnet) beibehalten werden.
Um eine sehr flache Druckkennlinie über den gesamten Druckfederweg zu erreichen, ist es vorteilhaft, den Hilfskolben --12-- etwa 0, 5 mm konisch auszuführen.
Die im Hilfskolben--12--eingebaute Flüssigkeitsfeder gleicht die durch Temperatureinfluss in den Räumen--28, 29, 30-- entstehenden Volumen- bzw. Druckänderungen aus. Bei fallender Temperatur nimmt das Volumen bzw. der Druck der Flüssigkeit in den Räumen --28,29,30-- ab.
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schon auf Null abgesunken. Bei weiterem Sinken der Temperatur würden sich Hohlräume in der Flüssigkeitsfeder bilden.
In der im Hilfskolben--12--untergebrachten Flüssigkeitsfeder herrscht ein Vorspanndruck von zirka 2000 kp/cm2 und ein Druckabfall von beispielsweise 50 kp/cm2 bei 50C Temperaturabfall. Die daraus folgende Kraftänderung ist gegenüber der Hauptflüssigkeitsfeder unbedeutend.
Infolge der annähernd gleichbleibenden Kraft des Federkolbens-23-wird der Hilfskolben
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den Räumen-28, 29, 30- wird der Hilfskolben dabei etwas aus- oder eintreten. Damit der Hilfskolben von dynamischen Stössen unbeeinflusst bleibt, ist neben der Drosselwirkung am Bund --13--derDämpfungskolben--24--vorgesehen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Flüssigkeitsfeder, insbesondere für Zug- und Stossvorrichtungen an Schienenfahrzeugen mit Temperaturausgleich und Zugbügelbetätigung, bestehend aus einem zur Dämpfung mit einem Bund versehenen Hauptfederkolben und einem mit einem Anschlagbund versehenen, als Druckgehäuse ausgebildeten Hilfskolben, die beide von entgegengesetzten Seiten in das Federgehäuse eintauchen,
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umfasst, dass der Durchmesser des Hilfskolbens (12) beispielsweise im Verhältnis 1 : 1, 1 kleiner ist als der des Hauptfederkolbens (14), sowie dass bei unbelastetem Zugbügel der Abstand zwischen dem Bund (13) des Hilfskolbens (12) und dem Anschlag (32) am Federgehäuse (5) beispielsweise das 0, 5- bis o, 8fache des durch einen Anschlag begrenzten Druckfederweges des Hauptfederkolbens (14) beträgt.
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