DE102005028565A1 - Highly elastic layered spring - Google Patents

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Abstract

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 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 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.The invention relates to a layer spring, in particular for rail vehicles, with an inner and an outer connection part and at least two spring layers in between, alternately consisting of an elastomer layer and a sheet metal layer, the elastomer layers being vulcanized together with the connection parts and the sheet metal layers, and the elastomer layers of the spring layers being different from one another Have thicknesses. Each elastomer layer is made of the same material. The layered spring has an essentially conically contoured support plate which is arranged above the thickest spring layer in the direction of loading. When there is a load, the inner part of the softest layer is supported on the support plate, and as the load increases, the outer parts of the softest layer and then the further spring layers. The contour of the backing pad influences the spring characteristic.

Description

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 Elastomerlagen jeweils mit den Anschlussteilen und den Blechlagen zusammenvulkanisiert sind und die Elastomerlagen der Federschichten zueinander unterschiedliche Dicken aufweisen, wobei jede Elastomerlage aus dem gleichen Werkstoff hergestellt ist.The The invention relates to a laminated spring, in particular for rail vehicles, with an inner and an outer connection part and at least two intermediate spring layers of alternating an elastomer layer and a sheet metal layer, wherein the elastomer layers vulcanized together with the connection parts and the sheet metal layers are and the elastomer layers of the spring layers to each other different Have thickness, each elastomer layer made of the same material is.

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.such Laminated springs also become primary springs called because they are common the primary Spring stage, i. the spring rate between the wheel and the bogie form in rail vehicles. The laminated springs can be different Shapes have. So can the individual spring layers cylindrical or conical concentric be arranged to each other. But there are also laminated springs differently arranged horizontal or vertical spring layers possible. The shape, position and number of spring layers is the particular application customized.

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.It are mostly for made each case individual layer springs, wherein a certain spring characteristic must be achieved. At lower Burden that for the derailment security during Driving is particularly critical, the spring must be very soft accomplished become. At high load, however, it should be hard, so that the vehicle remains within the free space profile.

Aus der DE 85 20 180 U1 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 H:\Patente\PatAnm205\205-069-P\DE\DE Amt\205-069-P.doc Federkennlinie 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.From the DE 85 20 180 U1 a layer spring is known, which has an additional rubber layer with respect to the other layers of lower Shore hardness to achieve a specific spring characteristic. However, this layer spring requires a limit stop in order to limit the deflection of this additional layer. Thus, the H: \ Patente \ PatAnm205 \ 205-069-P \ EN \ EN Official \ 205-069-P.doc spring characteristic is composed of two line parts, a soft, flat part until the spring abuts the limit stop and a hard one , steep part. It thus shows a discontinuity, which has an adverse effect on the suspension behavior.

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 A1 oder der DE 103 01 756 B4 gezeigt.In order to achieve an optimum characteristic of the laminated spring, it is known to produce the elastomer layers of the spring layers from different materials. Such a layer spring is in the DE 28 19 306 A1 or the DE 103 01 756 B4 shown.

Die Verwendung von unterschiedlichen Werkstoffen erfordert jedoch, vor allem bei unterschiedlichen Werkstoffen innerhalb einer Schicht, erheblichen Fertigungsaufwand.The However, use of different materials requires, before especially with different materials within one shift, considerable production costs.

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.Of the Invention is based on the object, a laminated spring of the beginning to create the type described, while avoiding the said Cons has an improved, continuous spring characteristic.

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 Stützteller abstützt und bei zunehmender Belastung die äußeren Teile der weichsten Schicht und die weiteren Federschichten sich kontinuierlich zunehmend an dem Stützteller abstützen.These Task is solved by that the layer spring contoured a substantially conical backing pad which, in the loading direction above the thickest spring layer is arranged and with the different thickness spring layers corresponds in such a way that initially the inner part of the softest Layer on the backing pad supported and with increasing stress the outer parts of the softest layer and the other spring layers are continuously increasing at the backing pad support.

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.Of the backing pad causes a steady spring characteristic, because by this construction at low load, only the inner soft spring layer of the laminated spring springs and at higher Strain the other spring layers steadily increasing the deflection take part. Through the support plate will be an overload the thickest softest spring layer avoided. Jje to contour of Supporting plate is the characteristic is adaptable to the application, for example as continuously progressive characteristic.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Elastomerlage der inneren Federschicht um den Faktor drei dicker als die Elastomerlagen der übrigen Federschichten.According to one Further development of the invention is the elastomer layer of the inner spring layer by a factor of three thicker than the elastomer layers of the remaining spring layers.

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 bestimmt 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.In order to the inner spring layer is considerably softer than the other spring layers. The hardness Such a spring layer is in addition to the hardness of the material through determines the geometry of the layer, where the geometry influence is determined by the form factor F. The form factor F describes The relationship from free to bonded elastomer surface of an elastomer layer. Will the free surface an elastomeric layer with a consistently large amount of firmly vulcanized, i. bound surface bigger, increases hence the form factor. Size Values of F described a soft, small values of F a hard one Spring property.

Eine derartige Schichtfeder lässt sich auf die erfindungsgemäße 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 Elastomerlage auf einfache Weise vergrößerbar ist. Die Verwendung von unterschiedlichen Werkstoffen ist nicht erforderlich.Such a layer spring can be adapted in the manner according to the invention with a continuous characteristic to different applications and does not require expensive manufacturing methods, since, for example, by the omission of egg ner or more sheet metal layers, the freely deformable elastomer surface of the resulting thicker elastomer layer is easily enlarged. The use of different materials is not required.

Anhand der Zeichnung wird nachstehend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.Based The drawing will be an embodiment of the invention below explained in more detail.

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.The single figure shows a laminated spring 1 in installation position without load in longitudinal section, with an inner connection part 2 with a connecting pin 3 facing up and carrying a load, not shown here.

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, 11 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.Next, the layered spring 1 an outer connection part 4 and a number of conical, concentrically arranged sheet metal liners 5 . 6 . 7 and 8th with outwardly increasing average diameters. Between the sheet liners 5 - 8th are each conical elastomer layers 9 . 10 . 11 and 12 arranged with their respective to the main axis 13 the layered spring 1 pointing or from the main axis 13 repellent surfaces fixed to the respective surfaces of inner connector part 2 , the sheet liners 5 - 8th or the outer connection part 4 vulcanized.

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.The sheet liners 5 - 8th and the elastomeric layers 9 - 12 are arranged to each other so that the laminated spring 1 has an upwardly tapering frusto-conical shape.

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.Concentric to the inner connection part 2 is on the connecting pin 3 a support plate 14 firmly attached to its inner elastomeric layer 9 facing bottom 15 is conically shaped.

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 Elastomerlage 9 gegenüber den übrigen Elastomerlagen 10–12 deutlich weicher.The inner elastomer layer 9 points opposite the other elastomer layers 10 - 12 a much larger radial thickness. The increased thickness leads to a comparison with the other elastomer layers 10 - 12 enlarged form factor F. This is the inner elastomer layer 9 opposite the other elastomer layers 10 - 12 much softer.

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 Elastomerlage 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.Under load, the inner connector moves 2 down against the outer connector 4 , the layered spring 1 is compressed. At first, due to the softer spring characteristic, only the inner elastomer layer springs 9 one. This supports itself against the support plate 14 from. The design of the bottom 15 of the support plate 14 determines the spring characteristic of the inner elastomer layer 9 With. The thickness of the inner elastomer layer 9 and the shape of the bottom 15 of the support plate 14 are coordinated so that with complete compression of the inner elastomer layer 9 the support plate 14 on the inner sheet liner 5 touches down and the remaining elastomer layers 10 - 12 be constantly involved in the further deflection. This results in one for the entire layer spring 1 steady progressive spring characteristic.

11
Schichtfederlayer spring
22
inneres Anschlussteilinner connector
33
Anschlusszapfenconnection thread
44
äußeres Anschlussteilouter connection part
55
BlechzwischenlageSheet liner
66
BlechzwischenlageSheet liner
77
BlechzwischenlageSheet liner
88th
BlechzwischenlageSheet liner
99
innere Elastomerlageinner elastomer layer
1010
Elastomerlageelastomer layer
1111
Elastomerlageelastomer layer
1212
Elastomerlageelastomer layer
1313
Hauptachse der Schichtfeder 1 Main axis of the laminated spring 1
1414
Stütztellerbacking pad
1515
Unterseite des Stütztellersbottom of the support plate

Claims (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.Layered spring ( 1 ), in particular for rail vehicles, with an inner ( 2 ) and an outer connector ( 4 ) and intermediate spring layers of mutually an elastomeric layer ( 9 . 10 . 11 . 12 ) and a sheet metal layer ( 5 . 6 . 7 . 8th ), wherein the elastomer layers ( 9 . 10 . 11 . 12 ) each with the connecting parts ( 2 . 4 ) and the sheet metal layers ( 5 . 6 . 7 . 8th ) are vulcanized together and the elastomer layers ( 9 . 10 . 11 . 12 ) of the spring layers have mutually different thicknesses, each elastomer layer ( 9 . 10 . 11 . 12 ) is made of the same material, characterized in that the laminated spring ( 1 ) a substantially conically contoured backing pad ( 14 ), which in the loading direction above the thickest spring layer ( 9 ) is arranged and with the different thickness spring layers ( 9 . 10 . 11 . 12 ) in such a way that first the softest layer ( 9 ) on the backing pad ( 14 ) and with increasing load the outer parts of the softest layer ( 9 ) and the further spring layers ( 10 . 11 . 12 ) continuously increasing on the support plate ( 14 ).
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