DE2336782A1

DE2336782A1 - Federvorrichtung

Info

Publication number: DE2336782A1
Application number: DE19732336782
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Dr Ing Lachmann; Peter Sperner
Original assignee: Clouth Gummiwerke AG
Current assignee: Clouth Gummiwerke AG
Priority date: 1973-07-19
Filing date: 1973-07-19
Publication date: 1975-02-06
Also published as: DE2336782C2

Description

Clouth Gummiwerke Aktiengesellschaft 2336782

5 Köln 60, -Fiehler Str. 92 - 116

Köln, den 17. Juli 1973 H/GE - St. A 237

Federvorrichtung

Die Erfindung "betrifft eine höhenverstellbare, progressiv wirkende Federvorrichtung für die Abfederung von Radachsen oder Drehgestellen gegenüber dem Fahrzeugrahmen oder Wagen-

1 j. /,Fahrzeugen. , ,. ,_ ." . kasten von belieoiger Art, die im wesentlichen aus einer sogenannten Rollringfeder "besteht, die ein Gehäuse und einen kegelförmigen Dorn aufweist, zwischen denen ein ringförmiger Körper (Rollring) aus Gummi oder einem anderen elastomeren Werkstoff angeordnet ist.

Besonders für schnellaufende Fahrzeuge benötigt man Federvorrichtungen, die lange Federwege und eine den jeweiligen Forderungen angepaßte progressive Charakteristik aufweisen. Zur Kompensation der Federwege bei wechselnden "Verkehrslasten sollten diese Federn darüberhinaus in weiten Grenzen höhenverstellbar sein und Achsen und Drehgestelle auch in Längsund Querrichtung gegen Massenkräfte abfedern und schließlich möglichst Wartungsfreiheit und einwandfreie Notlaufeigenschaften bieten»

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Es ist eine Vielzahl τοπ Federvorrichtungen bekannt, die meist einige, aber nie alle Forderungen erfüllen, wie z. 3. reine elastomere Federvorrichtungen (DOS 2 118 673), die progressive Charakteristik, Abfederung von Längs- und Querkräften bei entsprechender Anordnung und weitgehende Wartungsfreiheit bieten; ihnen ermangelt aber die Höhenverstellbarkeit, beispielsweise für die Einhaltung der Trittbretthöhe an Bahnsteigkanten. Bei reinen elastischen Federvorrichtungen sind die Federwege nicht ausreichend und die Federung ist dadurch zu hart.

Es werden auch Gasdruckfederungen angewendet, z. 3. in Form von gas- (meist luft-) gefüllten Bälgen, die an eine Druckquelle mit Regeleinrichtung angeschlossen sind und bei langen Federwegen eine last- oder we-geabhängige Höhenverstellung gestatten (DOS 1 455 101). Die Charakteristik von Gasdruckfedervorrichtungen kann aber nicht ideal den Forderungen nach Progressivität angepaßt werden. Gasdruckfederungen kennen ferner selbst keine Längs- und Querkräfte aufnehmen. Hierzu sind besondere, unter Umständen wieder mit elastoneren Federvorrichtungen kombinierte Lenker notwendig, welche die Längs- und Querkräfte des Fahrwerks gesondert auf das Fahrzeug übertragen. Die relativ dünnen, meist den Umwelteinflüssen ausgesetzten Bälge der Gasdruckfederungen sind überdies verletzungsempfindlich. Für den Fall des Ab- oder Ausfalls des Gasdrucks

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nüssen diese Federvorrichtungen noch zusätzlich das Gewicht erhöhende Notlauf-Federvorrichtungen erhalten, meist wieder in Form von elastomeren Federvorrichtungen, die die gesamte Yertikallast aufzunehmen gestatten.

Es sind auch Federvorrichtungen bekannt (DOS 1 816 208 und DOS 2 159 391), in denen eine elastomere Federvorrichtung mit einer Gasdruckfedervorrichtung über eine durch.eine Blende durchfließende Flüssigkeitsmenge kombiniert sind, wobei letzterer Dämpfungsaufgaben zukommen. Bei diesen Federvorrichtungen ist aber weder die erforderliche, in weiten Grenzen regelbare Höhenverstellung, noch die anpaßbare progressive Charakteristik verwirklicht, noch kann der durch die elastomere Federvorrichtung erreichbare Federweg groß und. weich sein. Deshalb müssen bei diesen Federvorrichtungen auch die Notlaufeigerischaften wegen der Verhärtung des Systems bei Fortfall des Gaskissens als schlecht bezeichnet werden.

Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, eine Federvorrichtung zu schaffen, die unter Verbindung einer elastomeren Federvorrichtung mit einer Gasdruckfedervorrichtung alle gestellten Forderungen erfüllt.

Diese Aufgabe wird in erster Linie dadurch gelöst, daß das Gehäuse der Federvorrichtung glockenförmig ausgebildet ist und dadurch der von dem Gehäuse, dem ringförmigen Körper und dem kegelförmigen Dorn begrenzter Innenraum gasdicht abgeschlossen ·■ ist* - .

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Somit ergibt sich durch eine geringfügige Änderung der bewährten Rollringfeder ein zusätzliches Federelement, nämlich ein'gasdicht abgeschlossener Raum, der als pneumatische Feder wirkt. Die Rollringfeder ermöglicht hierbei einerseits eine progressive, den jeweiligen Anforderungen weitgehend angepaßte Federung und andererseits durch den Abrollvorgang der Rollringfeder einen verhältnismäßig langen Federweg.

Durch die erfindungsgemäße Verwendung einer Rollringfeder als elastomere Komponente der Federvorrichtung, deren Rollringfeder den Innenraum wartungsfrei abdichtet, kann bei Fortfall des Gasdrucks die gesamte Vertikallast von der Rollringfeder allein nahezu mit der gleichen Federweichheit wie zuvor, allerdings bei größerer Einfederung, aufgenommen werden. Dadurch erhält man einwandfreie Notlaufeigenschaften, ohne daß zusätzliche Notlauffedern notwendig sind. Die Verwendung der Rollringfeder als integrierter Bauteil der Federvorrichtung macht es ferner möglich, über diese unmittelbar alle auftretenden längs- und Querkräfte unter Fortfall von Längs- und Querlenkern spielfrei vom Fahrwerk auf das Fahrzeug zu übertragen.

Um in dem Innenraum einen bestimmten Gasdruck hervorrufen und aufrechterhalten zu können, steht der Innenraum über eine Leitung mit einem Druckerzeuger in Verbindung.

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Zur Regelung der Höhe des Gasdrucks sind in der leitung, die , den Innenraum mit dem Druckerzeuger verbindet, an sich bekannte Mittel vorgesehen.

Durch Regelung der Höhe"des Gasdrucks in dem gasdicht abgeschlossenen Innenraum der Rollringfeder,ist diese in weiten Grenzen höhenverstellbar. Dabei kann die Regelung der Höhe des Gasdrucks mit den gleichen bekannten Mitteln wie bei der reinen Gasdruckfedervorrichtung last- oder wegeabhängig geregelt werden.

Bei Rollringfedern läßt sich durch entsprechende Formgebung der Abrollkontur eine wesentliche Beeinflussung der Federcharakteristik erreichen. Durch die erfindungsgemäße Beaufschlagung des Rollrings und des kegelförmigen Doms mit Gasdruck und die sich dadurch ergebende Höhenverstellbarkeit kann nun auch durch eine entsprechende Höheneinregelung willkürlich innerhalb der gegebenen Grenzen die Federcharakteristik des Systems während des Betriebs verändert werden.

Der elastomere Rollring ist darüberhinaus, wie im Einsatz bewiesen, praktisch wartungsfrei und verletzungsunempfindlich.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der kegelförmige Dorn mit einem Hohlraum versehen, der zum Innenraum hin eine Öffnung aufweist.

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Der hierdurch erzielte Vorteil liegt in der Vergrößerung des als pneumatische Feder wirkenden Raumes.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß das Gehäuse einen' Zapfen aufweist, der durch den kegelförmigen Dorn hindurchgeführt ist und mit einem Schwingungsdämpfer in Verbindung steht. Hiedurch wird die Konstruktion einer kompakten kombinierten Rollring-Gasdruckfedervorrichtung unter Einbeziehung eines Schwingungsdämpfers ermöglicht.

Zweckmäßigerweise 1st der Schwingungsdämpfer in einem in dem kegelförmigen Dorn oder unmittelbar darunter vorgesehenen Hohlraum angeordnet. In diesem Falle ist es nicht erforderlich, den Zapfen gasdicht durch den"kegelförmigen Dorn hindurchzuführen, da der Raum, in dem sich der Schwingungsdämpfer befindet, gasdicht ausgebildet werden kann. Hierdurch ergibt sich noch der Vorteil einer weiteren Vergrößerung des als pneumatische Feder wirkenden Raumes.

Gemäß einem weiteren Schritt der Erfindung ist der Zapfen im Bereich seiner Durchführung durch den kegelförmigen Dorn mit einer Umhüllung aus einem elastomeren Werkstoff versehen, " wodurch eine zusätzliche Beeinflussung der Querfedercharakteristik ermöglicht wird.

Der gleiche Effekt kann dadurch erzielt werden, daß die Durchführungsöffnung in dem kegelförmigen Dorn für den Zapfen mit

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einer Schicht aus elastomerem Werkstoff versehen ist.

Es kann aber auch in die Durchführungsöffnung des kegelförmigen Borns eine.Buchse aus einem elastomeren Werkstoff . eingesetzt sein, die an mindestens einem Ende einen Bund aufweist. -

Mehrere Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und im folgenden näher "beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine Federvorrichtung im Längsschnitt, wobei die linke Hälfte im unbelasteten Zustand und die rechte Hälfte im belasteten Zustand dargestellt ist;

Fig. 2 die Kennlinie einer Rollringfeder; ,

Fig. 3 die gemessene Kennlinie der erfindungsgemäßen'■ . Federvorrichtung;

Fig. 4 eine an einem Fahrzeug angeordnete Federvorrichtung

im Längsschnitt. j

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Die Federvorrichtung gemäß Fig. 1 weist einen kegelförmigen Dorn 1 auf, der mit einer Wulst 1a versehen und mit einem Fahrwerk 7 fest verbunden ist. Der kegelförmige Dorn 1 wird von einem ringförmigen Körper 3, dem Rollring, umschlossen. Das glockenförmige Gehäuse 2 der Federvorrichtung ist mit einem Wagenkasten 6 fest verbunden und umschließt den Rollring von außen. Unter einer bestimmten Vertikallast Pa ergibt sich ein Einfederungsweg fa. Bei Belastung der Federvorrichtung beschreibt der Rollring 3 einen Abrollweg 3a. In dem durch das glockenförmige Gehäuse 2, dem Rollring 3 und dem kegelförmigen Dorn 1 gebildeten gasdichten Innenraum 4 wird durch die Leitung 5 einjpneumatisches Federkissen aufgebaut. Der Druck in dem Innenraum 4 wird mittels nicht dargestellter, an sich bekannter Mittel geregelt, so daß dadurch auch eine Verstellung der Höhe zwischen Wagenkasten 6 und Fahrwerk 7. bewirkt werden kann. Bei Bedarf kann zur Vergrößerung des Innenraums in dem kegelförmigen Dorn 1 ein durch gestrichelte Linien

zusätzlicher
angedeuteter/Hohlraum 4a vorgesehen werden.

In Fig. 2 ist auf der Abszisse die Einfederung fa und auf der Ordinate die Vertikallast Pa aufgetragen. Beim statischen Druckversuch ergibt sich die Kennlinie 8.

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In Fig. 3 ist in gleicher Weise eine Kennlinie dargestellt, jedoch unter Abschluß de3 Innenraums 4 und des Hohlraums 4a bei verschiedenen Drücken. Beginnt man, wie bei dem gewählten Beispiel, ab 65 mm Einfederung den Innenraum 4 und den Hohlraum 4a abzuschließen und den Druck aufzubringen, so ergeben sich ohne weitere Veränderung der' Einfederung jeweils dem angegebenen Gasdruck entsprechende höhere tragbare Tertikailasten. Im Bereich f' kennzeichnen die Teile 9a bis 9c der Kennlinie den durch Gasdruckbeaufschlagung auf diese Einfederung "zurückgeholten" Teil der ursprünglichen Kennlinie 8', den man jeweils bei der entsprechenden Vertikallaststufe als Verkehrslastschwankung zulassen will, bevor der Regelmechanismus auf eine andere Laststufe umschaltet. Im Notfall, bei Ausfall des Gasdrucks, würde die Vertikallast wieder allein von der Rollringfeder, entsprechend seines liier gestrichelt angegebenen Kurventeils 8^f, getragen werden. Es würde allerdings eine höhere Einfederung fa auftreten. Die !Form der Kennlinie 8 bzw. 8* · ist in weiten Grenzen durch die Abrollkontur des Rollrings 3 auf dem kegelförmigen Dorn 1 und der Innenwand des Gehäuses 2 bestimmt. Die Kennlinie 8'a zeigt einen mehr progressiven, die Kennlinie 8'b einen weniger progressiven Verlauf. Entsprechend mehr oder weniger steil verlaufen dann auch die bei Gasdruckbeaufschlagung auf die gewünschte Einfederung "zurückgeholten" Teile 9a bis 9c der ursprünglichen Kennlinie 8'. Durch Wahl des Gasdrucks kann man also mehr oder weniger hart fahren.

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Fig. 4 zeigt eine Federvorrichtung wie in Fig. 1; das glockenförmige Gehäuse 2 weist jedoch einen zusätzlichen, langen Zapfen 10 auf, der'mit einem Schwingungsdämpfer 11 in Verbindung steht. Der Zapfen 10 ist gasdicht durch den kegelförmigen Dorn 1 hindurchgeführt.

In dem in der linken Hälfte der Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Zapfen 10 im Bereich der Durchführung durch den kegelförmigen Dorn 1 mit einer Umhüllung 12 aus einem elastomeren Werkstoff versehen. Dadurch werden Querbewegungen zwischen dem kegelförmigen Dorn 1 und dem Zapfen 10 elastisch und gleitend abgefedert, so daß eine zusätzliche Beeinflussung der Querfederhärte und damit der Querfedercharakteristik möglich ist.

Bei dem in der rechten Hälfte der Fig. 4 dargestellten Aus-Zapfen 10 in de führungsbeispiel ist in die Dur chf ührungs öffnung 13 für den/ kegelförmigen Dorn 1 eine Buchse 14 aus einem elastomeren Werkstoff eingesetzt, die an ihren Enden Bunde 15 aufweist. Bs ist nicht erforderlich, daß die Buchse 14 in der Durchführungsöffnung 13 fest angeordnet ist,· da die Bunde 15 der Buchse 14 einen ausreichenden Halt verschaffen.

Der Schwingungsdämpfer 11 ist in einem gasdichten Raum 4b angeordnet, der sich teilweise innerhalb des kegelförmigen Doms 1 und teilweise unmittelbar darunter befindet.

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Claims

Pat entans prüche '

Höhenverstellbare, progressiv wirkende Federvorrichtung für die Abfederung vonRadachsen oder Drehgestellen gegenüber dem Fahrzeugrahmen oder Wagenkasten von Fahrzeugen beliebiger Art, die im wesentlichen aus ■einer sogenannten Rollringfeder besteht, die ein Gehäuse und einen kegelförmigen Dorn aufweist, zwischen denen ein ringförmiger Körper (Rollring) aus Gummi oder einem anderen elastomeren Werkstoff angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) glockenförmig ausgebildet ist "und dadurch der von dem Gehäuse (2), dem ringförmigen Körper (3) und dem kegelförmigen Dorn (1) begrenzte Innenraum (4) gasdicht abgeschlossen ist.

Federvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum (4) über eine leitung (5) mit einem Druckerzeuger in Verbindung steht.

Federvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Leitung (5), die den Innenraum (4) mit dem Druckerzeuger verbindet, an sich bekannte Mittel zur Regelung des Gasdruckes vorgesehen sind.

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4. Federvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 "bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der kegelförmige Dorn (1) mit einem Hohlraum (4a) versehen ist, der zum Innenraum (4) hin eine Öffnung aufweist.

5'. Federvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 "bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) einen Zapfen (10) aufweist, der ; durch den kegelförmigen Dorn (1) hindurchgeführt ist und mit einem Schwingungsdämpfer (11) in Verbindung steht.

6. . Federvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

daß der Schwingungsdämpfer (11) in einem in dem kegelförmigen Dorn (1) oder unmittelbar darunter vorgesehenen Hohlraum (4b) angeordnet ist.

7. Federvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (10) im Bereich seiner Durchführung durch den kegelförmigen Dorn (1) mit einer Umhüllung (12) aus einem elastomeren Werkstoff versehen ist.

8. Federvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchführungsöffnung (13) in dem kegelförmigen Dorn (1) für den Zapfen (10) mit einer Schicht aus elastomeren Werkstoff versehen ist.

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9. federvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß in die Durchfuhrungsöffnung (13) des kegelförmigen Doms (1) eine Buchse (14) aus einem elastomeren Werkstoff eingesetzt ist, die an mindestens einem Ende einen Bund (15) aufweist. !

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