DE2329094A1 - Federglied fuer zug- und stossvorrichtungen von mittelpufferkupplungen in schienenfahrzeugen - Google Patents

Description

München, den 3o.3ο 1973 PT 11 mt/ke - 1102 -

KNORR - BREMSE Berlin und München 8 München 40, Moosacher Straße 80

Federglied für Zug- und Stoßvorrichtungen von Mittelpufferkupplungen in Schienenfahrzeugen

Die Erfindung betrifft ein Federglied für Zug- und Stoßvorrichtungen, insbesondere für Mittelpufferkupplungen von Schienenfahrzeugen, mit einem gegen die Kraft einer Feder und gegen Reibkraft in eine Hülse eindrückbaren Druckstößel, wobei am Druckstößel axial symmetrisch zum Druckstößel angeordnete Reibstücke anliegen, die bei Eindrücken des Druckstößels von diesem mitgenommen und dabei über ein Spreizgetriebe mit einer ihm zugehörenden, zur Eindrückrichtung geneigt verlaufenden Druckfläche an eine axial unverschiebliche, gleiche Neigung aufweisende Reibfläche angepreßt werden.

Bei derartigen, bekannten Federgliedern für Zug- und Stoßvorrichtungen in Mittelpufferkupplungen erfolgt bei Stoßbelastung die Arbeitsaufnahme bzw. der Stoßverzehr

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einerseits durch die bei der Einfederung der Feder erzeugte Gegenkraft, andererseits durch die Reibkraft der an den Reibflächen der Hülseninnenwand angepreßt verschobenen Reibstücke. Hierbei nimmt mit zunehmender Belastung die Reibkraft zwischen den Reibstücken und der Hülse und damit die aufzubringende Reibarbeit, d.h. die Dämpfung des Pedergliedes linear zu. Eine große Dämpfung und damit große Arbeitsaufnahme tritt somit bei diesen Federgliedern erst nach Erreichen hoher Belastungen ein.

Es ist wünschenswert, daß die aufzubringende Reibarbeit zunimmt, sofern die Aufstoßgeschwindigkeit größer wird, d.h. bei hoher Aufstoßgeschwindigkeit soll ein größerer Stoßverzehr erreicht werden als bei niedriger Aufstoßgeschwindigkeit.

Zusammenfassend kann also festgestellt werden, daß von den eingangs genannten Pedergliedern für Zug- und Stoßvorrichtungen zwei Forderungen erfüllt werden müssen. Zum einen die Forderung, daß bereits bei niedrigen Federbelastungen eine Dämpfung und^Arbeitsaufnähme erfolgt. Zum anderen muß die Dämpfung und Arbeitaufnahme des Federgliedes eine Abhängigkeit von der Belastungsgeschwindigkeit aufweisen, die mit zunehmender Aufstoßgeschwindigkeit ein Anwachsen der aufzubringenden Reibkraft zur Folge hat.

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Um bei Pedergliedern der eingangs genannten Art diese gewünschte Charakteristik zu erzielen, waren bisher mit hydraulischen Feder- bzw. Dampfungsmittten arbeitende Federglieder bekannt, die mit besonderen Steuerungsmittel ausgestattet sein mußten.

Bei einem weiteren bekannt gewordenen Federglied, welches ohne Fluide zu benötigen - eine hohe Dämpfung und Arbeitsaufnahme erzielen soll, ist das Spreizglied als Keilgetriebe mit in Eindruckrichtung gekrümmten Keilflächen ausgebildet, wobei zwischen die Keilflächen ein im Verhältnis zu deren Länge kurzes Zwischenstück verschieblich eingeordnet ist. Hierbei wird durch die von der Aufstoßgeschwindigkeit abhängige Einfederung des Druckstößels die Relativlage dieses Zwischenstückes zu den gekrümmten Reibstücken und damit dessen Reibwiderstand zu den gleichfalls gekrümmten Druckflächen gesteuert. Diese Anordnung ist sowohl im Aufbau als auch hinsichtlich der Funktion sehr kompliziert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein die vorgenannten Forderungen erfüllendes Federglied der eingangs genannten Art zu schaffen, welches trotz einer aufstoßgeschwindigkeitsabhängigen Charakteristik keiner besonderen Steuerungsmittel bedarf und einen sehr einfachen betriebssicheren, nur wenige Teile erfordernden Aufbau aufweist.

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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Reibstücke von diesen zugeordneten, einzelnen Reibbahnstücken axial symmetrisch umgeben sind, deren radial innere Flächen die Reibflächen bilden, und daß die Reibbahnstücke von einem gegen den Druck eines an seinem Umfang gegen die Hülseninnenwand abgestützten elastischen Druckkörper in radialer Richtung verschiebbar umfaßt werden.

In konstruktiver Ausgestaltung der Erfindung kann der Druckstößel über gegen die Längsachse geneigte, erste Keilflächen an gegenüber dem Druckstößel längsverschieblichen und radial beweglichen, keilförmigen Reibstücken anliegen, die andererseits über zur Längsachse gegenüber den ersten geringer geneigten, zweiten Keilflächen an den Reibflächen der radial nach außen verschieblichen Reibbahnstücke anliegen.

Gemäß der weiteren Erfindung kann es zur Fixierung der Reibbahnstücke und des diese mit nur geringer Vorspannung umfassenden elastischen Druckkörpers vorteilhaft sein, daß die Reibbahnstücke und der elastische Druckkörper in einer zylindrischen, in axialer Richtung der Länge der Reibbahnstücke angepaßten Ausweitung der Hülse angeordnet sind.

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Weitere Merkmale der Erfindung können den weiteren Unteransprüchen entnommen werden.

In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen :

Pig. 1 ein Federglied mit mantelförmigem elastischen,. Ring im Längsschnitt,

Pig. 2 einen Querschnitt längs der Linie II - II in Pig. 1,

Pig. 3 ein.Jiraft-Weg-Diagramm des Federgliedes,

Pig. 4 ein Pederglied gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel im Längsschnitt und

Pig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Federgliedes, ebenfalls im Längsschnitt.

Eine an ihrem einen Ende verschlossene Hülse 1 (Pig. 1) enthält eine am Hülsenende abgestüzte Pufferfeder 2. In ihrem vorderen Bereich hat die Hülse 1 eine topfförmige Ausweitung 3, deren stirnseitiger Abschluß eine öffnung für die Durchführung eines Druckstößels 4 aufweist. An einem konischen Abschnitt des längsverschieblichen Druckstößels 4, auf dessen Führung längs eines

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zylindrischen Abschnittes hier nicht näher eingegangen werden soll, liegen mit einer geneigten Innenfläche 5 mehrere mit ihren Stirnflächen 6 gegen die Feder 2 abgestützte, in die Hülse 1 eindrückbare Reibstücke 7 an.

An der Außenseite liegt jedes Reibstück 7 mit einer eine geringere Neigung zur Längsachse als dessen Innenfläche aufweisenden Druckfläche 8 an einer dieser zugeordneten Reibfläche 9 von einzelnen Reibbahnstücken 10 verschieb-Iich an.

Die Innenabmessung der topfförmigen Ausweitung 3 der Hülse 1 ist in axialer Richtung so gewählt, daß sie der Länge der Reibbahnstücke 10 entspricht und diese somit längsgerichtet fixiert, während die Innenabmessung in radialer Richtung eine Verschiebung der Reibbahnstück· zuläßt.

Die Reibbahnstücke 10 werden an ihrer Außenseite 11 von einem elastischen Druckkörper 12 unter geringer, radial nach innen gerichteter Vorspannung umfaßt. Der Druckkörper 12 besteht dabei aus elastischem, vorzugsweise Elastomer-Material, welches einen stoßgeschwindigkeitsabhängigen Verformungswiderstand aufweist und im Ausführungsbeispiel nach den figuren 1 und 4 als mantelförmiger Ring ausgebildet ist. An seinem Umfang 13 ist der manteiförmige elastische Ring 12 am Innenmantel der Wandung 14 der Ausweitung 3 der Hülse 1 abgestützt.

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In Pig. 2 ist die Anordnung der um den Druckstößel 4 gleichmäßig verteilten R_eibstücke 7» der diesen zugeordneten Reibbahnstücke 10 und des die letzteren umgreifenden mantelförmigen elastischen Ringes 12 dargestellt. Die Spalte 15 zwischen den R_eibbahnstücken 10 sind auf der dem mantelförmigen elastischen Ring 12 zugewandten Seite durch längliche Streifen 16 aus starrem Material abgedeckt, die in flachen, axial gerichteten, in der Innenfläche 17 des mantelförmigen elastischen Ringes 12 befindlichen Ausnehmungen 18 gegen Verschiebungen durch den Druck der Reibbahnstücke 10 gesichert liegen.

Im unbelasteten Zustand des Pedergliedes nehmen dessen Teile die in Fig. 1 dargestellte Lage ein. Durch nicht dargestellte Teile der Kupplungsstange der Zug- und Stoßvorrichtung ist der Druckstößel.4 gegen eine Verschiebung in sich von der Hülse 1 entfernender Richtung abgefangen, in entgegengesetzter Richtung jedoch über die Reibstücke 7 entgegen der Kraft der Feder 2, die eine bestimmte Vorspannung aufweist, eindrückbar. Wird der Druckstößel 4 in Richtung des Pfeiles 19 einer Stoßbelastung ausgesetzt, so wird er unter Mitnahme der anliegenden Reibstücke 7 in die Hülse 1 eingedrückt, sobald die durch die Stoßbelastung bedingte Kraft die Vorspannung der Pufferfeder 2 übersteigt. Die Reibstücke 7 werden hierbei unter Anpressung der Druckflächen 8 an den Reibflächen 9 der

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Reibbahnstücke 10 in Richtung der Feder 2 verschoben. Infolge der nach innen gerichteten Neigung der Reibflächen 9 werden sämtliche Reibbahnstücke 10 durch die eingedrückten Reibstücke 7 unter Beibehaltung ihrer axialen lage gegen den Druck des mantelförmigen elastischen Ring 12 nach außen gespreizt. Hierbei erfolgt der gewünschte Stoßverzehr, der, neben dem Arbeitsverzehr durch die Pufferfedern 2, einerseits von der Reibkraft der eingedrückten Reibstücke 7 auf den Reibflächen und andererseits von den Kräften, die der Verformungs-Widerstand des elastisch verformbaren Werkstoffes des elastischen Druckkörpers 12 bei der Spreizurig der Reibbahnstücke 10 aufnimmt, herrührt.

Bei Verringerung der das Federglied belastenden Kraft vermag anfänglich, infolge der Reibung der Reibbahnstücke 10, die Pufferfeder 2 die Reibstücke 7 und damit den Druckstößel 4 nicht aus der Hülse 1 herauszudrücken. Unterschreitet die das Federglied belastende Kraft einen bestimmten Grenzwert, nämlich die Kraft P_R gemäß dem Diagramm nach Fig. 3,· dann drückt die Pufferfeder 2 die Reibetücke 7 und den Druckstößel 4 aus der Hülse 1 in die auθ Fig. 1 ersichtliche Ausgangslage zurück.

Die bei einer größeren Aufstoßgeschwindigkeit während eines Kupplungevorganges gewünschte größere Anfangsdämpfung des Federgliedes ist durch dessen höheren

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Arbeitsverzehr aufgrund des "bei zunehmender Belastungsgeschwindigkeit anwachsenden Verformungswiderstandes des elastischen Druckkörpers 12 gewährleistet.

Aus dem in Fig. 3 dargestellten Kraft-Weg-Diagramm ist der Verlauf der Dämpfungskraft P in Abhängigkeit vom Einfederungshub S ersichtlich. Der Kurvenzug V„_ läßt den zu Beginn der Einfederung steil ansteigenden Dämpfungsverlauf bei hoher Aufstoßgeschwindigkeit erkennen. Im weiteren Verlauf des Einfederungshubea stellt sich dann eine Verflachung des Endkraftanstieges des Pedergliedes ein, wie sie bei Federgliedern in Zug- und Stoßvorrichtungen wünschenswert ist.

Nimmt die auf das Pederglied wirkende Eindrückkraft ab, so muß diese bis auf den Wert Pp absinken, bevor die Feder 2 die verbliebene Reibkraft übersteigt und die Reibstücke 7 und den Druckstößel 4 aus der Hülse 1 herausdrückt,

Bei einer besonderen nicht dargestellten Ausbildungsform der Reibflächen 9 weisen diese eine nicht auf ihrer ganzen Länge unveränderte Neigung auf, sondern können eine konkave Krümmung haben, wobei die Druckfläche 8 an den Reibstücken 7 dann entsprechend konvex geformt ist. Hierdurch kann der Verlauf der gegen Ende des Einfederungshubes entstehenden hohen Federsteifigkeit im Sinne eines weni ger steilen Anstiegs zusätzlich beeinflußt werden.

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Hinsichtlich der Ausbildung des mantelförmigen elastischen Ringes 12 sind zwei Ausführungen möglich. Bei einem ersten, in den Figuren 1 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der elastische Ring 12 vollständig aus Elastomeren, ohne daß Hohlräume weder im Ringmaterial noch in dem von der Ausweitung 3 der Hülse 1 gebildeten Unterbringungsräume .für den elastischen Ring 12 vorhanden sind. In diesem Pail erfolgt die Dämpfungsarbeit des elastischen Ringes durch Kompression seines Elastomer-Werkstoffes.

In einem zweiten, in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel/ sind am Außenumfang 13, d.h. im Abstützungsbereich des nanteiförmigen elastischen Ringes 12 nahe der Innenwandung der Hülsenausweitung 3 gleichmäßig verteilt Hohlräume 20 vorgesehen. Diese Hohlräume 20 können ring- oder taschenförmig ausgebildet sein und ihre Anordnung erfolgt am zweckmäßigsten auf der Außenfläche 13 des elastischen Druckkörpera 12. Als Werkstoff zur Abgrenzung dieser Hohlräume 20 eignet sich am vorteilhaftesten federnde? Metall, wobei bei einer ringförmigen, im Querschnitt im wesentlichen U-förmigen Ausbildung derselben wie es in Figur 4 dargestellt ist, wenigstens annähernd ein Optimum an verdrängbarem Volumen erreicht wird. In diesem Fall erfolgt die Dämpfungsarbeit durch den aufstoßgeschwindigkeltsabhängigen Verformung^swiderstand des Elastomers.

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Es ist auch möglich, den elastischen Druckkörper 12 statt aus einem einteiligen breiten mantelförmigen Ring aus mehreren einzelnen Ringen aus elastischem Werkstoff auszubilden. In Figur 5 ist ein derart ausgestaltetes Federglied dargestellt, bei welchem zwei einzelne Ringe 21 die Außenflächen von Reibbahnstiicken 22 umspannen. Um die Ringe 21 gesondert gegen unwillkürliche axiale Verschiebung zu sichern, sind diese in flache Ausnehmungen 23 in den Außenflächen der Reibbahi'istücke 22 eingebettet.

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Claims (8)

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1. J Federglied für Zug- und Stoßyorrichtungen, insbesondere

für Mittelpufferkupplungen von Schienenfahrzeugen, mit einem gegen die Kraft einer Feder und gegen Reibkraft in einer Hülse eindrückbaren Druckstößel, wobei am Druckstößel axial symmetrisch zum Druckstößel angeordnete Reibstücke anliegen, die bei Eindrücken des Druckstößels von diesem mitgenommen und dabei über ein Spreizgetriebe mit einer ihm zugehörenden,zur Eindruckrichtung geneigt verlaufenden Druckfläche an eine axial unverschiebliche, gleiche Neigung aufweisende Reibfläche angepreßt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibstücke (7) von diesen zugeordneten, einzelnen Reibbahnstücken (10) axial symmetrisch umgeben sind, deren radial innere Flächen die Reibflächen (9) bilden, und daß die Reibbahnstücke (10) von einem gegen den Druck eines an seinem Umfang gegen die Hülseninnenwand (13) abgestützten elastischen Druckkörperβ (12) in radialer Richtung verschiebbar umfaßt werden.

2. Federglied für Zug- und Stoßvorrichtungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucketößel (4) .über gegen die Längsachse geneigte, erste Keilflächen (5) an gegenüber dem Druckstößel (4) längs verschieblichen und radial beweglichen, keilförmigen Reibstücken (7) anliegt, die andererseits

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über zur Längsachse gegenüber den ersteren geringer geneigten, zweiten Keilflächen (8) an den Reibflächen (9) der radial nach außen verschieblichen Reibbahnstücke (10) anliegen.

3. Federglied für Zug- und Stoßvorrichtungen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibbahnstücke (10) und der elastische Druckkörper (12) in einer zylindrischen, in axialer Richtung der Länge der Reibbahnstücke (10) angepaßten Ausweitung (3) der Hülse (1) angeordnet sind.

4. Federglied für Zug- und Stoßvorrichtungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Druckkörper (12) als mantelförmiger elastischer Ring aus elastisch verformbarem Werkstoff ausgebildet ist.

9· Federglied für Zug- und Stoßvorriohtungen nach Anspruoh 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Druckkörper (12) als mantelförmiger Ring aus bei stoßartiger Belastung elastisch, bei langsam anwachsender Belastung plastisch verformbarem Material (Elastomer) besteht.

6. Federglied für Zug- und Stoßvorrichtungen nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß Spalte (15) zwischen den Reibbahnstücken (10) auf der dem mantelförmigen elastischen Ring zugewandten Seite von flachen Streifen (16)

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aus starrem Material überdeckt werden, die in flachen, den Spalten zugeordneten Ausnehmungen (18) mit einer den Spalten (15) entsprechenden Länge und gegen^ul&illkürliehe Verschiebungen gesichert an der Innenfläche (17) des mantelförmigen elastischen Ringes (12) liegen.

7. Federglied für Zug- und Stoßvorrichtungen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibfläche an den ReibbahnatU cken eine über ihre Länge sich ändernde Neigung aufweist, wobei die Reibfläche konkav ausgebildet und ihr eine konvex geformte Druckfläche der Reibstücke zugeordnet ist. i

8. federglied für Zug- und Stoßvorrichtungen nach Anspruch 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß der elastisch verformbare Werkstoff Hohlräume (20) enthält, die ringartig oder becherförmig ausgebildet sind, in Material gleichmäflig ▼erteilt angeordnet liegen, U-förmigen Querschnitt auf weisen und von dünnwandigem, federnden Material gegen den elastisch verformbaren Werkstoff abgegrenzt sind.

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