DE2403806A1

DE2403806A1 - Luftfederanordnung zum einbau zwischen zwei gegeneinander abzufedernden elementen

Info

Publication number: DE2403806A1
Application number: DE19742403806
Authority: DE
Inventors: Bo Roland Holm; Fredrik Schmiterloew
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1973-02-06
Filing date: 1974-01-26
Publication date: 1974-08-22
Also published as: IT1004816B; SE370209B; FR2216482A1; RO64328A; FR2216482B3

Description

Patentanwälte

Dipl.-Ing. Heimut MissIing 63 Giessen 25.1.1974

Dipl.-Ing. Richard Schlee Bismarckstrasse 43

Dr.-Ing. Joachim Boecker ^{Telefon: (0641) 71019}

Boe/He 11.888

Allmänna Svenska Elektriska Aktiebolaget Västeras / Schweden

Luftfederanordnung zum Einbau zwischen zwei gegeneinander abzufedernden Elementen

Die Erfindung betrifft eine Luftfederanordnung zum Einbau zwischen zwei gegeneinander abzufedernden Elementen.

Bei vielen Konstruktionen kommt eine transversale Seitenbewegung zwischen zwei im Verhältnis zueinander abgefederten Elementen vor, beispielsweise zwischen Karosserie und Fahrgestell eines Eisenbahnwagens. Die Ausnutzung von Luftfedern bedeutet dabei, daß eine gewisse Seitenbewegung zwischen den Befestigungspunkten der Federn in der Luftfederanordnung selbst aufgenommen wird. Die bekannten Konstruktionen solcher Luftfederanordnungen genügen nicht, die heute an Luftfedern für den genannten Zweck gestellten Anforderungen hinsichtlich des Bewegungsspiels in axialer und horizontaler Richtung zu erfüllen.

Diese hohen Anforderungen werden beispielsweise bei sogenannten Bogenneigungen der Höchstgeschwindigkeitszüge gestellt. Das bedeutet, daß Luftfedern zum Erreichen der Seitenneigung der Karos-

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serie im Verhältnis zu den Fahrgestellen ausgenutzt werden, wodurch die auf den Fahrgast ausgeübte Seitenkraft beim Passieren einer Kurve kompensiert wird.

Diese Kraft, d.h. die laterale Beschleunigung, darf nach geltenden Normen 0,04 g nicht übersteigen. Bei einer maximalen Dosierung auf 150 mm der Eisenbahnschienen erhält man 0,04 g bei einem Kurvenradius von 530 m und einer Geschwindigkeit von 100 km/h.

Diese Geschwindigkeit kann wesentlich erhöht werden, ohne daß die genannte Kraft 0,04 g übersteigt, wenn die Karosserie so angeordnet wird, daß sie sich stärker neigt, als man durch eine Kurvendosierung erreichen kann. Die Geschwindigkeitssteigerung ist hierbei direkt von der Neigung der Karosserie abhängig.

Wenn der Zug aus einer geraden Gleisstrecke kommt und in eine Kurvenstrecke geht, mißt eine Pendelanordnung die laterale Beschleunigung. Diese Pendelanordnung steuert die Neigung der Karosserie im Verhältnis zu den Fahrgestellen, so daß der Ausschlag der Pendelanordnung relativ zur Karosserie Null ist, was bedeutet, daß die Passagiere keine laterale Beschleunigung merken, d.h. diese kann bis zu dem genannten Wert von maximalen 0,04 g betragen.

Wenn man die an den Komfort der Passagiere gestellten Ansprüche berücksichtigt, kann man bei sogenannten Bogenneigungen die Geschwindigkeit in einer Kurve bis zu 35 % erhöhen, ohne daß die

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Eisenbahnschienen geändert zu werden brauchen. Dies bedeutet, daß die Durchschnittsgeschwindigkeit zunehmen kann, so daß die gesamte Reisezeit bei unveränderter Höchstgeschwindigkeit des Zuges reduziert wird. Auf Strecken mit vielen Kurven wird die Reisezeit wesentlich verkürzt werden.

Um die genannte Bogenneigung zu erreichen, werden hohe Ansprüche an die benutzten Luftfedern gestellt. Erstens wird ein bedeutendes Bewegungsvermögen in vertikaler Richtung gefordert, d.h. eine lange Hublänge der Feder, zweitens ist eine Steuerung der vertikalen Bewegung erforderlich, und drittens ist eine wählbare Seitenfederkonstante der Luftfedern zu deren Befestigungselement erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Luftfederanordnung zu entwickeln, die die eben genannten Bedingungen erfüllt. Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Luftfederanordnung vorgeschlagen, welche durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches genannten Merkmale und ergänzend die in den Unteransprüchen genannten Merkmale aufweist.

Die Luftfederanordnung nach der Erfindung erfüllt die Anforderungen hinsichtlich des Bewegungsspiels und gibt die Möglichkeit zur Einstellung der Größe der seitlichen Federkontakte.

* ihand der Figuren soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

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Fig. 1 und 2 eine bekannte Luftfederanordnung bei zwei verschiedenen Belastungsfällen,

Fig. 3, 4 und 5 eine Luftfederanordnung nach der Erfindung für drei verschiedene Belastungsfälle,

Fig. 6 und 7 alternative Ausführungsformen von Luftfederanordnungen nach der Erfindung.

Die Figuren 1 und 2 zeigen eine bekannte Luftfederanordnung, wobei Figur 1 eine Federeinheit mit Befestigungspunkten direkt übereinander zeigt und Figur 2 eine Federeinheit mit seitlich zueinander verschobenen Befestigungspunkten. Mit 1 und 2 sind zwei im Verhältnis zueinander abgefederte Elemente bezeichnet, z.B. eine Karosserie und ein Fahrgestell. Zwischen diesen Elementen 1 und 2 ist eine Luftfeder 3 angeordnet, die aus zwei luftgefüllten Zylindern 4 und 5 besteht, die mitteles einer elastischen Membrane 6 gasdicht verbunden sind, und zwei elastischen Elementen 7 und 8, die zwischen dem äußeren Zylinder 4 und dem Element 1 bzw. zwischen dem inneren Zylinder 5 und dem Element 2 angeordnet sind. Bei einer Seitenverschiebung der Elemente 1 und 2 im Verhältnis zueinander, so wie es in Fig. 2 gezeigt ist, drehen sich die Zylinder 4 und 5 gegenüber der Senkrechten um den WinkelO^ bzw.β . Die Größe der Winkel hängt dabei vom Verformungswiderstand der elastischen Elemente 7 bzw. 8 ab. Das Drehen der Zylinder 4 und 5 erhöht damit die mögliche Seitenverschiebung zwischen den Elementen 1 und 2 um den Wert χ + y.

Die in den Figuren 1 und 2 gezeigte Federanordnung besitzt jedoch

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keinen ausreichenden Bewegungsspielraum und begründet die Gefahr starken Verschleisses. Bei einer maximalen axialen Entfernung der Elemente 1 und 2 voneinander nimmt die Krafttoleranz in horizontaler Richtung gefährlich ab, und dabei wird die Membrane 6 freigelegt, die dann leicht direkten Beeinflussungen ausgesetzt ist. Wenn die Zylinder 4 und 5 sich in einer solchen eingeschobenen Lage zueinander befinden, daß sie einander "überlappen", kann ein direkter mechanischer Kontakt zwischen den Zylindern nicht verhindert werden, wobei ein Verschleiß auftritt und die Membrane 6 einer Klemmbeanspruchung und Abnutzung ausgesetzt ist. Durch die Erfindung werden diese Nachteile völlig beseitigt. In den Figuren 3, 4 und 5 wird gezeigt, wie eine Anordnung nach der Erfindung mit einer Luftfederanordnung nach den Figuren 1 und 2 angeordnet ist, und zwar für drei verschiedene Belastungsfälle.

In dem äußeren Zylinder 4 ist ein zentral fixierter Führungsbolzen 9 angebracht. In dem inneren Zylinder 5 ist eine für den Führungsbolzen 9 passende Lagerbuchse 10 angeordnet.

Durch das Einführen des Führungsbolzens 9 und der hierfür vorgesehenen Lagerbuchse 10 werden die Zylinder 4 und 5 gezwungen, sich bei einer Seitenverschiebung zwischen den Elementen 1 und 2 um die betreffenden elastischen Elemente 7 und 8 zu drehen, wobei der winkelrechte Abstand zwischen den beiden Zylindern 4 und 5 für alle Belastungsfälle gleich ist, so daß eine Seitenverschiebung, wie sie Figur .2 zeigt, nicht auftreten kann.

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Eine Beeinflussung und ein Verschleiß der Membrane 6 oder der Zylinder 4 und 5 aufgrund mechanischen Kontakts zwischen den Zylindern 4 und 5 kann somit nicht auftreten.

Der äußere Zylinder 4 hat außerdem eine solche Ausdehnung, daß die Membrane 6, unabhängig von der relativen Lage der Zylinder und 5» immer gegen direkte Seitenbeeinflussungen geschützt ist.

Die Membrane 6 hat ihre Befestigungspunkte vorzugsweise an den in Fig. 3 durch Pfeile angedeuteten Stellen, um das Bewegungsspiel für die Anordnung in vertikaler Richtung möglichst groß zu machen.

In dem mit der Buchse 10 versehenen Element 2 ist eine Aussparung 11 vorgesehen, so daß die Buchse 10 so lang gemacht werden kann, wie es für die gewünschte Anwendung erforderlich ist, wobei das Bewegungsspiel der Anordnung in axialer Richtung weiter erhöht wird. Eine geeignete Länge der Hülse 10 ist der dreifache Wert der "Hublänge¹¹ des Führungsbolzen 9.

Durch das zwischen dem Führungsbolzen 9 und dem Boden der Buchse 10 eingeschlossene Luftvolumen erhält man eine axiale Dämpfung der Bewegung zwischen den Elementen 1 und 2. Am besten wird die Buchse 10 oder der Führungsbolzen 9 mit Drosselventilen für dieses Luftvolumen versehen, wodurch man einen gewünschten Dämpfungsverlauf erhalten kann.

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Der Führungsbolzen in dem vorgenannten Ausführungsbeispiel besteht zweckmäßigerweise aus Stahl, und die erwähnte Buchse hat vorzugsweise eine teflonbekleidete Innenfläche.

Eine Anordnung gemäß der Erfindung steigert wesentlich die Lebensdauer der bekannten Luftfeder und deren Fähigkeit, axiale und horizontale Bewegungen aufzunehmen, sowie derselben eine gewünschte Seitenfederkonstante zu geben.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Anordnung gemäß der Erfindung. Hier liegt die in Fig. 1 und 2 gezeigte, bereits bekannte Ausführungsform vor, bei der zwei luftgefüllte Zylinder, hier 22 bzw. 24, mittels einer elastischen Membrane, hier 26, gasdicht verbunden sind. Die Anordnung gemäß der Erfindung besteht hierbei aus dem äußeren Zylinder 22, der der Führungsbuchse 9 in Fig. 3, 4 und 5 entspricht, und aus einem weiteren Zylinder 23» der mit dem unteren abgefederten Element 2 über das gleiche elastische Element 28 wie der innere Zylinder 24 verbunden ist und außerhalb des Zylinders 22 liegt, welcher der Buchse 10 in Fig. 3, 4 und 5 entspricht und in dem der Zylinder 23 verläuft.

Die Zylinder 23 und 24 sind über eine ringförmige Befestigungsanordnung 25 miteinander verbunden.

^TTm die Bewegung zwischen den Zylindern 22 und 23 zu begrenzen, damit sie immer ineinander verlaufen, sind auf den betreffenden Zylindern 22 und 23 mechanische Anschläge 30 bzw. 30' angebracht.

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Auf den abgefederten Elementen 1 und 2 sind schalenförmige Befestigungsflächen 32 vorgesehen, auf denen die elastischen Elemente 27 und 28 angebracht sind.

Die elastischen Elemente 27 und 28 sind beispielsweise - wie in den Figuren gezeigt - bogenförmig, um die Beweglichkeit in seitlicher Richtung zu verbessern und die Belastung der Elemente 27 und 28 zu verringern.

Um die Zylinder 22, 23 und 24 diesen Elementen 27 und 28 anzupassen, und um eine gute Dichtung zu erhalten, ruhen die Zylinder auf dementsprechend geformten Stützelementen 29.

Für die Luftverbindung zu dem gasdichten Raum, der von den Zylindern 22 und 23 sowie der Membrane 26 begrenzt wird, sind von den abgefederten Elementen 1 und 2 und durch die Elemente 27 und 29 bzw. 28 und 29 alternativ Kanäle 31 angeordnet. Ein Kanal ist für die gewünschte Funktion der Luftfeder ausreichend.

Innerhalb des inneren Zylinders 24 ist eine konische Stütze 33 zentral angeordnet, die verhindern soll, daß das Element 29, wenn der gasdichte Raum für die Luftfeder evakuiert wird, in Kontakt mit der Membrane 26 kommt, die dann auf dem Zylinder 24 ruht. Welche der Ausführungsformen gemäß Fig. 3, 4 und 5 bzw. 6 benutzt wird, hängt von der vorhandenen Einbauhöhe zwischen Karosserie und Fahrgestell sowie von der erwarteten Höhe der Seitenkräfte ab.

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Die Anordnung ist auch für Luftfedern ohne Seitenfedernkonstante, aber mit großem Seitenbewegungsvermögen, geeignet. Hierfür ist in Fig. 7 ein Beispiel veranschaulicht, bei dem eine Anordnung gemäß der Erfindung an einer balgenförmigen Luftfeder angebracht ist.

Diese Federanordnung besteht aus einem zwischen zwei gegeneinander abgefederten Elementen 12 und 13 angebrachten Federbalg 14, in dessen Befestigungspunkten für die Elemente 12 und 13 elastische Elemente 15 bzw. 16 angeordnet sind. Für das eine elastische Element 15 ist ein Führungsbolzen 17, und für das andere elastische Element 16 ist eine dem Führungsbolzen 17 angepaßte Lagerbuchse 18 vorgesehen. In dem mit der Buchse 18 versehenen Element 13 befindet sich eine der Bewegung der Buchse 18 dienende Aussparung 19. Der Führungsbolzen 17 und die Buchse 18 sind mittels senkrecht an diesen angeordneten Befestigungsscheiben 20 bzw. 21 an den elastischen Elementen 15 bzw. 16 fixiert.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Seitenbewegungen einer Luftfederanordnung durch eine äußere Anordnung zu begrenzen, wobei die Form des Führungsbolzens gemäß der Erfindung nach Belieben gestaltet werden kann, und wodurch die Lebensdauer des Führungsbolzens verlängert wird.

Ein Paar parallel arbeitender Luftfedern gemäß der Erfindung wird zweckmäßigerweise zwischen der Karosserie und dem Fahrgestell auf jeder Seite des Zentrums der Karosserie angebracht.

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Wenn die Karosserie in die Kurve gehen soll, wird auf der Seite der Karosserie, die angehoben werden soll, Luft in die Luftfedern gepreßt, und von den Luftfedern, die sich auf der entgegengesetzten Seite der Karosserie befinden, wird Luft von den Luftfedern abgelassen.

Sämtliche Federn gehen in ihre Normallage zurück, wenn die Luftmenge in ihnen gleich ist.

Die Anordnung nach der Erfindung ist nicht auf die gezeigten speziellen AusfUhrungsbeispiele beschränkt. Sie kann im Rahmen des offenbarten allgemeinen Erfindungsgedankens in vielfacher Weise variiert werden.

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Claims

Patentansprüche;

Iy Luftfederanordnung zum Einbau zwischen zwei gegeneinander abzufedernden Elementen, dadurch gekennzeichnet, daß an dem ersten abzufedernden Element (l) über ein erstes elastisches Element (7) ein auf das zweite abzufedernde Element (2) gerichtetes erstes Führungsorgan (5) angeordnet ist, daß an dem zweiten abzufedernden Element (2) über ein zweites elastisches Element (8) ein auf das erste abzufedernde Element gerichtetes zweites Führungsorgan (10) angeordnet ist und daß das erste Führungsorgan bei jedem Belastungsfall der Luftfederanordnung so angeordnet ist, daß es innerhalb des zweiten Führungsorgans läuft.
2. Luftfederanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Führungsorgan aus einem ersten Zylinder und das zweite Führungsorgan aus einem an den ersten Zylinder dicht anschließenden zweiten Zylinder besteht.
3. Luftfederanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder auf den gegeneinander gerichteten Flächen mechanische Anschläge enthalten, die die gegenseitigen vertikalen Bewegungen begrenzen.
4. Luftfederanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein gasdichter Raum in der Luftfederanordnung vom ersten Zylinder, einem in dem zweiten Zylinder und in die gleiche Richtung wie dieser gerichteten dritten Zylinder und einer zwischen dem ersten und dritten Zylinder angeordneten Membrane gebildet ist (Fig. 6). 409834/0732
5. Luftfederanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Organ vorhanden ist, welches in evakuiertem Zustand der Luftfederanordnung das erste abzufedernde Element trägt.
6. Luftfederanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einem der elastischen Elemente (7» 8, 27, 28) eine Durchführung für das Druckmittel angeordnet ist.
7. Luftfederanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element aus auf Erhöhungen des betreffenden abzufedernden Elements angeordneten Gummielementen besteht.
8. Luftfederanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Führungsorgan aus einem Führungsbolzen und das andere Führungsorgan aus einem dicht an den Führungsbolzen anschließenden vierten Zylinder besteht.
9. Luftfederanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der vierte Zylinder in einem durch das zweite elastische Element hindurchgehenden Loch angeordnet ist.
10. Luftfederanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zweiten abzufedernden Element eine für den vierten Zylinder bestimmte Aussparung vorgesehen ist.

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