-
Reibungs Federsystem für axiale Stoßbelastung Die Erfindung bezieht
sich auf ein z. B. für Eisenbahnpuffer geeignetes Reibungs-Federsystem für axiale
Stoßbelastungen, das folgende wirkungswesentlichen Elemente bzw. Elementensätze
aufweist: 1. Es ist ein Satz von konzentrisch berührungsdicht ineinanderliegenden,
geschlitzten, zyhndrischen Federhülsen vorhanden, deren Durchmesser sich also unter
Radialdruck zu verändern vermag.
-
2. Zu dieser Gattung von Federsystemen gehört ein auf der äußeren
Umfangsfläche des Federhülsensatzes zylindrisch anliegendes, hülsenabseitig jedoch
einen kegelförmigen Flächenverlauf aufweisendes Schlitzringsystem, das demnach ebenfalls
durchmesserveränderbar ist.
-
3. An dem letzteren liegt außen mit Kegelflächen gleichen Kegelwinkels
ein völlig umfangsgeschlossenes, also nicht durchmesserveränderbares Grundringsystem
an.
-
4. Es ist ein die beiden Ringsysteme unter einer Außenkraft in axialer
Richtung ineinanderschiebendes Element vorhanden.
-
5. Dieses Element wird durch einen Kraftspeicher, z. B. eine Schraubenfeder,
ergänzt. Dieser Kraftspeicher hat die Aufgabe, nach Stoßkraftvernichtung wieder
die notwendige selbsttätige Rückstellung der ineinandergeschobenen Teile in ihre
Ausgangsstellung zu bewirken.
-
Ein derartiges Reibungs-Federsystem soll gemäß der Erfindung in verschiedener
Hinsicht vereinfacht und dadurch verbessert werden, daß die beiden mit ihren Kegelflächen
aneinanderliegenden, eine axiale Relativverschiebung zueinander zulassenden Ringsysteme
aus einem nur eine einzige gleiche Neigungsrichtung seiner Kegelflächen aufweisenden
Muffenpaar bestehen, das noch folgende gestaltliche und bewegungsmäßige Voraussetzungen
zu erfüllen hat. Die Außenmuffe, die gegebenenfalls zum Bestandteil des Gehäuses
gehören kann, ist umfangsgeschlossen und axial unverschiebbar. Die Innenmuffe ist
geschlitzt und daher federnd. Außerdem ist sie mit der Angriffsstelle der Außenkraft
gleichsinnig und in gleichem Abstand von ihr verbleibend axial verschiebbar. Die
geschlitzte Innenmuffe kann dabei um den axialen Maximalhub des Federsystems kürzer
als die geschlossene Außenmuffe sein.
-
Ferner gehört zu den wesentlichen Merkmalen der Erfindung, daß der
federnde Zylinderhülsensatz auf Mitnahme in axialer Richtung mit der ihn umgebenden
Innenmuffe gekuppelt ist. Darüber hinaus ist es erfindungsgemäß wesentlich, daß
der gemeinsame Kegelwinkel der aufeinandergleitenden Flächen des Muffenpaares kleiner
als der für Werkstoff und Oberflächenbeschaffenheit der Muffen gültige Reibungswinkel
ist.
-
Ist schon durch die erfindungsgemäße Ausführung eines solchen Reibungs-Federsystems
die Zahl der für die erstrebte Dämpfungswirkung eines solchen Systems benötigten
genau zu bearbeitenden Teile gegenüber den bekannten Ausführungen mit einer ganzen
Anzahl von zahlreichen Schlitzringen und geschlossenen Grundringen ganz erheblich
vermindert, so ergeben sich für den Gegenstand der Erfindung noch folgende weiteren
Vorzüge gegenüber der bekannten Ausführung.
-
Es kommen auf der Schlitzmuffenseite sämtliche Kegelflächenteile für
die Aufnahme des Flächendrucks während der gesamten Axialverschiebung zum Tragen.
Bei den bekannten Ausführungen fällt dagegen wegen der Trapezform des Querschnittes
der Schlitzringe und auch der Grundringe ein Teil der Kegelfläche jedes Ringes für
die Normaldruckübertragung weg. Es treten bei den bekannten Ausführungen außerdem
zwischen den einzelnen druckbeaufschlagten Ringzonen auch noch drucklose Zonen auf,
die demnach die Baulänge des gesamten Federsystems unnötigerweise vergrößern.
-
Zwar erfolgt der sogenannte Anzug der beiden bei Stoßausübung ineinandergeschobenen
Muffen bei der erfindungsgemäßen Ausführung verhältnismäßig langsam, dafür aber
gleichzeitig auf der gesamten Länge des Systems einen Radialdruck ausübend. Bei
der bekannten Ausführung wird der Normaldruck
am einen Ende des
Systems beginnend und stufenweise bis zum anderen Ende fortschreitend, also sich
allmählich steigernd, übertragen. Wegen der Kürze der einzelnen Ringe besteht bei
der bekannten Ausführung Verkantungs- bzw. auch Verklemmungsgefahr, die immer auch
mit örtlichen überbeanspruchungen der äufeinanderliegenden Flächenteile verbunden
ist und sich besonders dann auch störend auszuwirken vermag, wenn das System nicht
ausreichend geschmiert ist. Wegen der größeren Länge der ineinanderarbeitenden Kegelmuffen
der erfindungsgemäßen Ausführung ist jedoch wirkungsvoll jede Verkantungsgefahr
und jede Überbeanspruchung von Flächenteilen vermieden und sogar eine besonders
gute Führung in axialer Richtung gewährleistet.
-
Die kräftige Ausführung der Zurückstellung der Teile in ihrer Ausgangslage
nach Stoßkraftvernichtung benötigten Schraubenfeder bzw. eines anderen ähnlich wirkenden
Kraftspeichers ist zwar zur Überwindung der Selbsthemmung des ineinandergeschobenen
Kegelmuffenpaares mit sehr kleinem Kegelwinkel nötig, aber nicht als Nachteil zu
betrachten, weil dieser Kraftspeicher auch teilweise zur Vernichtung der Stoßkraft
beiträgt. Im übrigen macht die Überwindung der Selbsthemmung des ineinandergeschobenen
Kegelmuffenpaares bei Verwendung des Reibungs-Federsystems als Eisenbahnpuffer insofern
kaum irgendwelche Schwierigkeiten, als die während der Fahrt von den Schienen ausgeübten
Rüttelstöße die Lockerung der Kegelmuffen erleichtern.
-
Das Reibungs-Federsystem gemäß der Erfindung ermöglicht außerdem einen
einfachen Abnutzungsausgleich der aufeinandergleitenden Teile, eine bequeme Änderungsmöglichkeit
der Ring- und Federhülsensysteme selbst sowie eine Beeinflussung der benötigten
Rückstellkräfte durch Auswechselung der betreffenden Einzelteile.
-
Mehrere Ausführungsbeispiele für die Ausführung und die Anordnung
eines Reibungs-Federsystems für axiale Stoßbelastung gemäß der Erfindung sind aus
der Zeichnung ersichtlich, und zwar zeigt Abb. l einen Mittel-Längsschnitt durch
ein Reibungs-Federsystem in Anwendung auf einen Eisenbahnwaggonpuffer, Abb. 2 in
Teilskizzen ca, b und c die verschiedenen Arbeitsdiagramme der Rückstellfeder,
des Federhülsensatzes und das überlagerungsdiagramm beider vorstehenden Diagramme,
Abb. 3 einen Mittel-Längsschnitt durch eine doppeltwirkende erfindungsgemäße Verbindung
zwischen Hubstange und Fallbär bei einem Fallhammer, Abb.4, 5 und 6 verschiedene
technische Möglichkeiten des Abnutzungsausgleichs in Mittellängsschnitten durch
ein Reibungs-Federsystem unter Weglassung der zugehörigen Rückstellfeder und Abb.
7 ein übliches Kolbenringschloß in Anwendung auf die Federhülsen bzw. auch die geschlitzte
Innenmuffe gemäß der Erfindung.
-
Der allgemeine Aufbau des erfindungsgemäßen Reibungs-Federsystems
für axiale Stoßbelastung ist aus Abb. 1 ersichtlich. Darin stellt der äußere Gehäusekörper
5 gleichzeitig die Außenmuffe 1 dar, die völlig umfangsgeschlossen und auch unverschiebbar
- gegenüber dem die Stöße aufnehmenden Körper, also z. B. dem Fahrgestell eines
Waggons - aufzufassen ist. Diese Außenmuffe 1 besitzt eine durch Schmiertaschen
oder Schmiernuten 12 unterbrochene innere Kegelfläche, die als Tragfläche für eine
außen mit einer übereinstimmenden Kegelfläche versehene kürzere Innenmuffe 2 dient.
Die letztere ist axial verschiebbar und außerdem geschlitzt, so daß sie sich im
Durchmesser federnd zu verändern vermag. Die Innenfläche dieser Innenmuffe 2 verläuft
jedoch genau zylindrisch. Gegen sie liegt von innen die äußere federnde Hülse eines
ganzen Satzes 3 solcher geschlitzter Federhülsen an, die konzentrisch ineinandergelagert
und sämtlich auf Mitnahme in axialer Richtung mit der Innenmuffe 2 gekuppelt sind.
Die Schlitze der Federhülsen können ebenfalls wie die oben schon erwähnten Schmiertaschen
12 zur Aufnahme eines Starrfettes dienen, damit die leichte Gleitbarkeit aller miteinander
in Berührung stehenden Flächenteile des gesamten Federsystems und deshalb seine
Funktionsfähigkeit über lange Dauer gesichert ist.
-
Die Axialverschiebung der Innenmuffe 2 mit dem Federhülsensatz 3 erfolgt
innerhalb der Außenmuffe 1
durch die in Abb.1 rechts angedeutete Außenkraft
P, die z. B. auf einen Teller oder einen Pufferkopf wirkt.
-
Da das ganze Federsystem infolge des kleinen Kegelwinkels, der in
seiner Neigung zur Achse kleiner als der für Werkstoff und Oberflächenbeschaffenheit
der Muffen 1 und 2 gültige Reibungswinkel ist, im zusammengedrückten Zustand selbsthemmend
wirkt, ist eine Rückstellfeder 7 auf der Innenseite vorgesehen, die über eine Bodenplatte
4 nach Vernichtung der Stoßkraft sowohl die Innenmuffe 2 als auch den Federhülsensatz
3 wieder in seine Ausgangslage zu drücken vermag. Aus der Forderung einer Vorspannung
für die Rückstellfeder 7 ergibt sich im vollständig zusammengedrückten Zustand der
letzteren eine ganz erhebliche Rückstellkraft, die über dem theoretisch notwendigen
Rückdruck zur Aufhebung der Selbsthemmung des Systems liegt, so daß insbesondere
bei einem mehrlagigen Federhülsensatz ein Festklemmen des Federsystems nicht zu
befürchten ist.
-
Die Abb. 2 zeigt in der Teilskizze a das Diagramm der Rückstellfeder
7, in dem die Strecke s,, die Vorspannung und s den wirksamen Federhub darstellt.
-
Die Teilskizze b der Abb. 2 zeigt das Arbeitsdiagramm des Federhülsensatzes
3. Darin sind die unter der Stoßkraft P von dem Federsystem vernichtete Arbeit beim
Zusammendrücken des Systems durch das oberhalb der Nullinie schraffierte Dreieck
angedeutet, während das kleine Dreieck in entgegengesetzter Schraffierung unterhalb
der Nullinie die zur Rückführung aufzuwendende Arbeit erkennen läßt.
-
Die Teilskizze c zeigt die Überlagerung der beiden Arbeitsdiagramme
der Rückstellfeder 7 einerseits und des Federhülsensatzes andererseits, so daß die
schraffierte Fläche dieser Teilskizze die gesamte von dem Federsystem bei einem
Stoßimpuls vernichtete Arbeit darstellt.
-
Durch die erfindungsgemäße Wahl entsprechend langer und starker geschlitzter
Innenmuffen 2 kann der Flächendruck zwischen diesen Muffen 2 und der Außenmuffe
1 in Grenzen und damit auch der Verschleiß verhältnismäßig gering gehalten werden.
Das Federsystem gemäß der Erfindung gibt dem Benutzer aber äußerst bequeme Möglichkeiten
des Ausgleichs der naturgemäß nicht ganz zu vermeidenden Abnutzung, ohne daß irgendwelche
Hülsen- oder Muffenteile geändert zu werden brauchen. Allenfalls muß man mit Auswechselung
der Rückstellfeder 7 dabei rechnen. Derartige Anpassungsmöglichkeiten
an
Abnutzungen der aufeinandergleitenden Teile sind aus den Abb. 4 bis 6 ersichtlich,
in denen die linken Seiten der Schnitte das Federsystem im Zustand der eingetretenen
Abnutzung, die rechtsseitigen Schnitte dagegen den Zustand nach erfolgtem Abnutzungsausgleich
darstellen.
-
Nach Abb. 4 begnügt man sich zwecks Ausgleichs der Abnutzung mit dem
Zwischenlegen eines Ringes 8 zwischen den Anschlußflansch des Gehäuses 5 und den
Rahmen des die Stöße von außen empfangenden Fahrzeugs, so daß der ursprüngliche
Abstand zwischen der Fahrzeugstirnfläche zugewandten Kante des Federhülsensatzes
3 und der Innenmuffe 2 nach dem Ausgleich wiederhergestellt ist.
-
Nach Abb. 5 bedient man sich zu dem gleichen Zweck des Einfügens einer
Zwischenplatte 9 zwischen der den Stoß von außen empfangenden Druckplatte und den
äußeren Stirnflächen des Federhülsensatzes 3 und der Innenmuffe 2.
-
Bei der Ausführungsform nach Abb.6 befindet sich von vornherein am
inneren Ende der Innenmuffe 2 ein die äußere Kegelfläche der Innenmuffe 2 nach innen
fortsetzender Federring 10. Wenn infolge starker Abnutzung der Gleitflächen bei
der Ausübung des Stoßes von außen der Federhülsensatz 3 mit der Innenmuffe 2 und
seinem Verlängerungsring 10 zu weit in das Gehäuse bzw. die Außenmuffe 1 eindringt,
kann man ohne Schwierigkeiten den genannten Federring 1.0 entfernen und durch
einen stärkeren, ebenfalls außen kegelförmigen Federring 11 am äußeren Ende der
Innenmuffe ersetzen. Nach diesem Ausgleich vermag sich die Innenmuffe 2 mit dem
Federhülsensatz 3 nicht mehr so tief in die Außenmuffe 1 wie vor dem Ausgleich hineinzuschieben.
-
Bei dem Einbaubeispiel nach Abb.3 handelt es sich um einen Fallhammer,
bei dem die Verbindung zwischen Hubstange und Fallbär durch zwei erfindungsgemäße
Reibungs-Federsysteme hergestellt wird, die abwechselnd zur Wirkung gelangen. Eines
Kraftspeichers in Form einer Schraubenfeder bedarf es dabei nicht, da als Kraftspeicher
die äußeren Kräfte sowohl beim Fall als auch beim Hub die Selbsthemmung der beiden
Federsysteme abwechselnd aufzuheben vermögen. Der Kraftspeicher ist in einem Falle
das Gewicht des Fallbärs selbst, im anderen Fall die äußere Antriebskraft z. B.
des Hubmotors.
-
In Abb. 7 ist ein z. B. bei Kolbenringen bewährtes übliches Zungenschloß
als besonders auch für die Führung der Enden der geschlitzten Federhülsen 3 öder
der geschlitzten Innenmuffe 2 geeignet dargestellt. Die im Stoßgebiet der Enden
der Federhülsen und auch der geschlitzten Innenmuffe verbleibenden, mehr oder weniger
großen, sich in ihrer Weite verändernden Spalte können auch hier vorteilhaft zur
Aufnahme von Starrfett dienen, das sich beim Atmen der Hülsen im Laufe der Betriebszeit
gleichmäßig über alle Berührungsflächen verteilt.