EP1511950A1 - Elastomerfeder, insbesondere für schienenfahrzeuge - Google Patents
Elastomerfeder, insbesondere für schienenfahrzeugeInfo
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- EP1511950A1 EP1511950A1 EP03740032A EP03740032A EP1511950A1 EP 1511950 A1 EP1511950 A1 EP 1511950A1 EP 03740032 A EP03740032 A EP 03740032A EP 03740032 A EP03740032 A EP 03740032A EP 1511950 A1 EP1511950 A1 EP 1511950A1
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Definitions
- the invention relates to an elastomer spring, in particular for rail vehicles, comprising at least:
- a core made of metal or plastic e.g. based on polyphenylene ether
- An outer sleeve which is also made of metal or plastic;
- a bottom chamber which is formed under a core offset.
- An elastomer spring of the generic type which is described, for example, in the document DE 295 20 881 U1, is preferably used in rail vehicle technology, which will now be described in more detail below.
- An essential aspect is the guidance of the wheel set of a rail vehicle by means of an elastic, play-free elastomer spring linear in the three spatial directions, the elastomer spring being fastened between the frame of the rail vehicle and the axle bearing.
- the longitudinal and transverse axes of the vehicle lie in the radial direction of the guide element, and the vertical axis of the vehicle in its axial direction.
- the main requirement is to optimize the spring characteristic in the vertical direction in order to guarantee derailment safety when the rail vehicle is unloaded and still meet the suspension requirements when it is loaded.
- the desired ratio of the vertical stiffness in the unloaded state to that in the loaded state is usually around 0.2: 1 to 0.8: 1.
- the vertical spring characteristic curve is linear between the unloaded and the loaded state, so the stiffness ratio is 1: 1, which in the unloaded state can mean that safety against derailment is not guaranteed.
- a compromise must therefore be made between the vertical stiffnesses of both loading conditions.
- the object of the invention is to provide an elastomer spring that fulfills the entire complex of requirements mentioned above.
- the elastomer spring is constructed in several stages in the vertical direction, namely consisting of at least a first spring and a second spring, a chamber being present between two springs.
- Fig. 1 shows a two-stage elastomer spring with an elastomer cushion
- Fig. 2 shows a two-stage elastomer spring with a cushion in the form of a Layer spring and a system of compensating holes.
- first spring I and second spring II each comprising a core 2, an outer sleeve 3 and a cushion 3 made of elastomeric material.
- the cushion usually has a sloping shoulder construction.
- the core and the outer sleeve have conical surfaces 5 and 6, respectively, which correspond with the poster.
- Each spring is assembled as an individual component, specifically by means of a plug-groove system 8 or 9 of the core and outer sleeve components. When the core components are joined together, a compensating hole A ensures ventilation.
- the elastomer spring is provided with a bottom chamber 11, which is formed with a core offset H in relation to the outer sleeve bottom and has a sealing plate 10 on the bottom.
- the chamber 7 and bottom chamber 11 are designed as an air chamber, the two compensating bores B and C ensuring that the individual air volumes can compensate. If necessary, the compensating bore B can be combined with a control or regulable throttle.
- the chamber 7 and bottom chamber 11 are filled with a damping liquid, which is especially glycol.
- the compensating bore B is combined here with a control or regulable throttle, while the compensating bore C within the core 2 of the spring I has the function of an overflow channel between the chamber 7 and the bottom chamber 11.
- Fig. 2 shows an elastomer spring 12, the cushion 13 is a layer spring in the form of a metal-elastomer composite.
- the metal parts can also be replaced by an appropriate plastic, for example based on polyphenylene ether.
- the plug-groove system 14 of the core components is here provided with a sliding system 15, for example in the form of sliding bushes.
- the core 2 of the spring I has two compensating holes D and F. In the case of a chamber 7 and bottom chamber 11 filled with air, the compensating bore D takes over the venting of the groove of the plug-and-groove system when the springs I and II are joined together. Both the chambers 7 and 11 and the groove of the plug-and-groove system are included filled with a damping fluid, the compensating bore D has the function of an overflow channel.
- the core and sleeve components as well as the layer components of the cushion 13 have concave or convex surfaces.
- the core component of the spring II is also usually provided with a fastening system 16.
- the principle of the two-stage speed shown in FIGS. 1 and 2 is also applicable to a three or multi-stage system with the formation of corresponding additional chambers, the measures of claims 2 to 13 being applicable. Usually, however, the two-stage speed of the elastomer spring is sufficient with regard to the task.
- the sealing plate 10 can be omitted, to form a floor chamber 11 which is then open at the bottom and does not communicate with the chamber 7.
- the document DE 295 20 881 U1 mentioned at the beginning LIST OF REFERENCE NUMBERS
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Elastomerfeder (1), insbesondere für Schienenfahrzeuge, umfassend wenigstens: einen Kern (2) aus Metall oder Kunststoff; eine Außenhülse (3), die ebenfalls aus Metall oder Kunststoff besteht; ein Polster (4) aus elastomerem Werkstoff oder in Form einer Schichtfeder, das zwischen dem Kern (2) und der Außenhülse (3) angeordnet ist; sowie eine Bodenkammer (11), die unter einem Kernversatz (H) ausgebildet ist. Die erfindungsgemäße Elastomerfeder (1) ist in vertikaler Richtung X mehrstufig ausgebildet, und zwar bestehend aus wenigstens einer ersten Feder (I) und zweiten Feder (II), wobei jeweils zwischen zwei Federn eine Kammer (7) vorhanden ist.
Description
Elastomerfeder, insbesondere für Schienenfahrzeuge
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Elastomerfeder, insbesondere für Schienenfahrzeuge, umfassend wenigstens:
- einen Kern aus Metall oder Kunststoff (z.B. auf Basis von Polyphenylenether);
- eine Außenhülse, die ebenfalls aus Metall oder Kunststoff besteht;
- ein Polster aus elastomerem Werkstoff oder in Form einer Schichtfeder
(z.B. Metall-Elastomer-Verbund), das zwischen dem Kern und der Außenhülse angeordnet ist; sowie
- eine Bodenkammer, die unter einem Kernversatz ausgebildet ist.
Eine Elastomerfeder der gattungsgemäßen Art, die beispielsweise in der Druckschrift DE 295 20 881 U1 beschrieben ist, werden vorzugsweise in der Schienenfahrzeugtechnik eingesetzt, die nun im Folgenden näher beschrieben wird.
Ein wesentlicher Gesichtspunkt ist die Führung des Radsatzes eines Schienenfahrzeuges mittels elastischer, spielfreier Elastomerfeder linear in den drei Raumrichtungen, wobei die Elastomerfeder zwischen dem Rahmen des Schienenfahrzeuges und dem Achslager befestigt ist. Die Fahrzeuglängs- und querachse liegen hierbei in Radialrichtung des Führungselementes, die Fahrzeughochachse in dessen Axialrichtung.
Die Hauptforderung besteht in der Optimierung der Federkennlinie in Vertikalrichtung, um bei unbeladenem Schienenfahrzeug die Entgleisungssicherheit zu gewährleisten und bei Zuladung dennoch die Federungsansprüche zu erfüllen. Das gewünschte Verhältnis der Vertikalsteif ig keit im unbeladenen Zustand zu der im beladenen Zustand liegt üblicherweise bei etwa 0,2:1 bis 0,8:1.
Die Vertikalfederkennlinie verläuft im Falle einer herkömmlichen Elastomerfeder zwischen dem unbeladenen und dem beladenen Zustand linear, das Steifigkeitsverhältnis beträgt also 1 :1, was im unbeladenen Zustand dazu führen kann, dass die Entgleisungssicherheit nicht gewährleistet ist. Es muss also ein Kompromiss zwischen den Vertikalsteifigkeiten beider Beladungszustände eingegangen werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, eine Elastomerfeder bereitzustellen, die den gesamten oben genannten Anforderungskomplex erfüllt.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß Kennzeichen des Patentanspruches 1 dadurch, dass die Elastomerfeder in vertikaler Richtung mehrstufig ausgebildet ist, und zwar bestehend aus wenigstens einer ersten Feder und zweiten Feder, wobei jeweils zwischen zwei Federn eine Kammer vorhanden ist.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 13 genannt.
Durch die Gestaltung der Ausgleichsbohrungen nach Patentanspruch 5 oder 6 und dem Einsatz von Steuer- oder regelbaren Drosseln nach Patentanspruch 7 kann zusätzlich eine definierte Dämpfung erreicht werden. Es ist des Weiteren denkbar, diese Dämpfung zu erhöhen, indem man die eingeschlossenen Luftvolumina durch eine geeignete Dämpfungsflüssigkeit ersetzt.
Durch die aktive Beaufschlagung der Innenseite der Feder mit Druckluft oder einer unter Druck stehenden Flüssigkeit, kann eine aktive Unterstützung der Elastomerfeder erreicht werden. Hierdurch sind zusätzlich eine Niveauregulierung, sowie die beladungsabhängige Anpassung der vertikalen Federkennlinie möglich.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine zweistufige Elastomerfeder mit einem Polster aus elastomerem
Werkstoff sowie einem System von Ausgleichsbohrungen;
Fig. 2 eine zweistufige Elastomerfeder mit einem Polster in Form einer
Schichtfeder sowie einem System von Ausgleichsbohrungen.
Die Elastomerfeder 1 nach Fig. 1 besteht in vertikaler Richtung X aus einer ersten Feder I und zweiten Feder II, die jeweils einen Kern 2, eine Außenhülse 3 und ein Polster 3 aus elastomerem Werkstoff umfassen. Das Polster besitzt üblicherweise eine Schrägschulterkonstruktion. Der Kern und die Außenhülse weisen dabei Konusflächen 5 bzw. 6 auf, die mit dem Poster haftend korrespondieren. Jede Feder ist als Einzelbauteil zusammengefügt, und zwar mittels eines Steck-Nuten-Systems 8 bzw. 9 der Kern- und Außenhülsenbauteile. Beim Zusammenfügen der Kernbauteile sorgt eine Ausgleichsbohrung A für die Entlüftung.
Zwischen den beiden Federn I und II ist bei einem Abstand L der vertikalen Losen von 15 bis 45 mm eine Kammer 7 vorhanden, die sich durchgehend vom Kern zur Außenhülse erstreckt. Zudem ist die Elastomerfeder mit einer Bodenkammer 11 versehen, die in Bezug auf den Außenhülsenboden unter einem Kernversatz H ausgebildet ist und bodenseitig eine Dichtplatte 10 aufweist.
Im Folgenden werden nun zwei Kammer-Varianten vorgestellt:
- Die Kammer 7 und Bodenkammer 11 sind als Luftkammer ausgebildet, wobei die beiden Ausgleichsbohrungen B und C dafür sorgen, dass sich die einzelnen Luftvolumina ausgleichen können. Gegebenenfalls kann die Ausgleichsbohrung B mit einer Steuer- oder regelbaren Drossel kombiniert sein.
- Die Kammer 7 und Bodenkammer 11 sind mit einer Dämpfungsflüssigkeit gefüllt, die insbesondere Glykol ist. Die Ausgleichsbohrung B ist hier mit einer Steuer- oder regelbaren Drossel kombiniert, während die Ausgleichsbohrung C innerhalb des Kerns 2 der Feder I die Funktion eines Überströmkanals zwischen der Kammer 7 und der Bodenkammer 11 hat.
Fig. 2 zeigt eine Elastomerfeder 12, dessen Polster 13 eine Schichtfeder in Form eines Metall-Elastomer-Verbundes ist. Die Metallteile können auch durch einen entsprechenden Kunststoff, beispielsweise auf Basis von Polyphenylenether, ersetzt sein.
Das Steck-Nuten-System 14 der Kernbauteile ist hier mit einem Gleitsystem 15, beispielsweise in Form von Gleitbuchsen, versehen. Der Kern 2 der Feder I weist zwei Ausgleichsbohrungen D und F auf. Dabei übernimmt die Ausgleichsbohrung D bei einer mit Luft gefüllten Kammer 7 und Bodenkammer 11 die Entlüftung der Nut des Steck-Nuten-Systems beim Zusammenfügen der Federn I und II. Sind die beiden Kammern 7 und 11 sowie die Nut des Steck-Nuten-Systems mit einer Dämpfungsflüssigkeit gefüllt, so hat die Ausgleichsbohrung D die Funktion eines Überströmkanals.
Hinsichtlich der Ausgleichsbohrungen E und F gelten die gleichen Gesichtspunkte, wie sie im Rahmen der Fig. 1 beschrieben sind.
Die Kern- und Hülsenbauteile sowie die Schichtbauteile des Polsters 13 weisen konkave bzw. konvexe Flächen auf.
Das Kernbauteil der Feder II ist ferner üblicherweise mit einem Befestigungssystem 16 versehen.
Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Prinzip der Zweistufig keit ist auch auf eine Dreioder Mehrstufigkeit unter Bildung entsprechender Zusatzkammern anwendbar, wobei die Maßnahmen der Patentansprüche 2 bis 13 heranziehbar sind. Zumeist ist jedoch im Hinblick auf die Aufgabenstellung die Zweistufig keit der Elastomerfeder ausreichend.
Auch wenn die Maßnahme gemäß Patentanspruch 12 eine vorteilhafte Gestaltung der mehrstufigen Elastomerfeder ist, so kann die Dichtplatte 10 entfallen, und zwar unter Ausbildung einer dann bodenseitig offenen Bodenkammer 11, die nicht mit der Kammer 7 kommuniziert. Diesbezüglich wird auf die eingangs genannte Druckschrift DE 295 20 881 U1 verwiesen.
Bezugszeichenliste
1 Elastomerfeder
2 Kern
3 Außenhülse
4 Polster
5 Konusflächen des Kerns
6 Konusflächen der Außenhülse
7 Kammer
8 Steck-Nuten-System des Kerns
9 Steck-Nuten-System der Außenhülse
10 Dichtplatte
11 Bodenkammer
12 Elastomerfeder
13 Polster (Schichtfeder)
14 Steck-Nuten-System des Kerns
15 Gleitsystem
16 Befestigungssystem
I erste Feder (Lager)
II zweite Feder (Lager)
X vertikale Richtung
L Abstand der vertikalen Losen
A Ausgleichsbohrung
B Ausgleichsbohrung
C Ausgleichsbohrung
D Ausgleichsbohrung
E Ausgleichsbohrung
F Ausgleichsbohrung
H Kernversatz
Claims
1. Elastomerfeder (1 , 12), insbesondere für Schienenfahrzeuge, umfassend wenigstens:
- einen Kern (2) aus Metall oder Kunststoff;
- eine Außenhülse (3), die ebenfalls aus Metall oder Kunststoff besteht;
- ein Polster (4, 13) aus elastomerem Werkstoff oder in Form einer Schichtfeder, das zwischen dem Kern (2) und der Außenhülse (3) angeordnet ist; sowie
- eine Bodenkammer (11), die unter einem Kernversatz (H) ausgebildet ist;
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Elastomerfeder (1, 12) in vertikaler Richtung X mehrstufig ausgebildet ist, und zwar bestehend aus wenigstens einer ersten Feder (I) und zweiten Feder (II), wobei jeweils zwischen zwei Federn eine Kammer (7) vorhanden ist.
2. Elastomerfeder nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass jede Feder (I, II) als Einzelbauteile zusammengefügt sind, wobei insbesondere die Kammer (7) zwischen zwei Federn sich durchgehend vom Kern (2) zur Außenhülse (3) erstreckt.
3. Elastomerfeder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelbauteile mittels eines Steck-Nuten-Systems (8, 9, 14) der Kern- und Außenhülsenbauteile zusammengefügt sind.
4. Elastomerfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand L der vertikalen Losen zwischen der ersten und zweiten Feder (I, II) 15 bis 45 mm beträgt.
5. Elastomerfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (7) zwischen zwei Federn (I, II) mit wenigstens einer Ausgleichsbohrung (A, B, C, D, E, F) versehen ist.
6. Elastomerfeder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsbohrung (A, B, C, D, E, F) innerhalb des Kerns (2) und/oder der Außenhülse (3) verläuft.
7. Elastomerfeder nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsbohrung (B, E) mit einer Steuer- oder regelbaren Drossel kombiniert ist.
8. Elastomerfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (7) zwischen zwei Federn (I, II) als Luftkammer ausgebildet ist.
9. Elastomerfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (7) zwischen zwei Federn (I, II) mit einer Dämpfungsflüssigkeit gefüllt ist.
10. Elastomerfeder nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsflüssigkeit ein mehrwertiger Alkohol, insbesondere Glykol, ist.
11. Elastomerfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (2) und/oder die Außenhülse (3) Konusflächen (5, 6), konkave und/oder konvexe Flächen aufweisen, die mit dem Polster (4, 13) korrespondieren.
12. Elastomerfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenkammer (11) bodenseitig mit einer Dichtplatte (10) versehen ist, wobei insbesondere die Bodenkammer mit der Kammer (7) zwischen zwei Federn (I, II) kommuniziert. Elastomerfeder nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Steck-Nuten-System (14) der Kernbauteile mit einem Gleitsystem (15) versehen ist.
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