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Dokumentenidentifikation DE10037050A1 28.02.2002
Titel Hülsenpuffer
Anmelder Schneider, Sieghard, 81245 München, DE
Erfinder Schneider, Sieghard, 81245 München, DE
Vertreter Konle, T., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 81247 München
DE-Anmeldedatum 29.07.2000
DE-Aktenzeichen 10037050
Offenlegungstag 28.02.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.02.2002
IPC-Hauptklasse B61G 11/16
Zusammenfassung Ein Hülsenpuffer für bewegliche Tragstrukturen (2), insbesondere Schienenfahrzeuge, umfaßt ein Puffergehäuse (10), das eine ortsfest an der Tragstruktur (2) befestigbare Bodenplatte (11), eine an der Bodenplatte (11) angebrachte Führungshülse (12) und ein relativ zur Führungshülse (12) verschiebbares Bewegungsglied (13) aufweist. Das Bewegungsglied wird bei seiner Verschiebebewegung von der Führungshülse (12) geführt. Zum nachgiebigen Koppeln des Bewegungsgliedes (13) mit der Tragstruktur (2) ist im Inneren des Gehäuses (10) ein Kraftübertragungsglied (20) angeordnet. Um zu gewährleisten, daß der Hülsenpuffer (1) Energie durch Deformation aufnehmen und dabei mit den gleichen Abmessungen und Befestigungen wie bekannte Hülsenpuffer ausgebildet werden kann, so daß ein Austausch der Hülsenpuffer bei vorhandenen Schienenfahrzeugen möglich ist, wird vorgeschlagen, daß das Puffergehäuse (10) und/oder das Kraftübertragungsglied (20) so ausgebildet sind, daß oberhalb eines Grenzwertes für die Verschiebung des Bewegungsgliedes (13) oder für die zu übertragenden Kräfte eine kontrollierte Deformation der Führungshülse (12) und/oder des Bewegungsgliedes (13) ohne Deformation oder Lageveränderung der Bodenplatte (13) stattfindet, derart, daß bei der kontrollierten Deformation die weitere Verschiebung des Bewegungsgliedes (13) auf einem im wesentlichen gleichbleibenden Kraftniveau erfolgt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hülsenpuffer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein derartiger Hülsenpuffer ist aus dem Buch "Elektrische Triebfahrzeuge" von K. Sachs, Band 1 "Allgemeine grundlagen und mechanischer Teil", Springer-Verlag Wien, New-York, 1973, S. 656 ff. bekannt.

Die bekannten Hülsenpuffer werden für Güterwagen oder Lokomotiven als sogenannte Seitenpuffer verwendet, welche nicht nur Stoßkräfte in Fahrzeuglängsrichtung, sondern auch Seitenkräfte in Fahrzeugquerrichtung aufnehmen können. Die bekannten Hülsenpuffer weisen ein Puffergehäuse auf, welches eine am Fahrzeugrahmen befestigbare Bodenplatte (Pufferboden) und eine einstückig daran angebrachte Führungshülse als unbeweglichen Bestandteil und einen relativ zur Führungshülse verschiebbaren Stößel mit stirnseitigem Pufferteller als beweglichen Bestandteil aufweist. Der Stößel gleitet auf der Außen- oder Innefläche der Führungshülse und wird von dieser geführt. Zwischen dem Pufferteller und der Pufferboden ist im Inneren des Puffergehäuses entweder ein Federelement oder ein Feder-Dämpferelement angeordnet. Der Federweg von typischen Hülsenpuffern beträgt 100 bis 105 mm, in Ausnahmefällen 150 mm. Die Gehäuselänge beträgt üblicherweise zwischen 620 und 650 mm. Es ist also nur ein kleiner Teil der gesamten Baulänge als Federweg zur Verkürzung des Puffers nutzbar. Bei einer starken Stoßbelastung, die das Energieaufnahmevermögen des Puffers überschreitet, kann es zum Durchschlagen des Puffers mit anschließender Überlastung und Deformation der Tragstruktur des Schienenfahrzeugs kommen.

Um Deformationen der Tragstruktur auch bei hohen Stoßbelastungen von Hülsenpuffern weitgehend zu vermeiden, ist es aus der EP 0826569 A2 bekannt, zwischen dem Fahrzeugrahmen und jedem Hülsenpuffer eine Prallbox zur Energieverzehrung vorzusehen, welche bei Überschreitung eines zulässigen Grenzwertes für die Stoßbelastung deformiert wird. Der Nachteil dieser bekannten Aufprallschutzvorrichtung besteht darin, daß sie zur Nachrüstung vorhandener Güterwagen und Lokomotiven nicht geeignet ist, da die Gesamtlänge von Prallbox und Puffer die Einbaulänge und die Größe der Befestigungsplatte vorhandener Hülsenpuffer überschreitet.

Aus der DE 196 16 944 A1 ist bereits ein Aufpralldämpfer bekannt, welcher am Stoßfänger eines Kraftfahrzeuges angebracht wird. Der bekannte Aufpralldämpfer weist ein ortsfestes Gleit- und Führungsrohr auf, welches ein doppelwandiges Rohr führt. Mit dem beweglichen Rohr ist ein Befestigungselement des Aufpralldämpfers gekoppelt, welches Deformationskräfte auf das bewegliche Rohr übertragen kann. Bei der Deformation wird die Außenwand des doppelwandigen beweglichen Rohr umgestülpt, wodurch Stoßenergie in mechanische Arbeit umgewandelt und damit verzehrt wird. Für Hülsenpuffer ist der bekannte Aufpralldämpfer ungeeignet, da eine Deformation durch Umstülpen nur bei dünnwandigen Deformations-Rohren, nicht aber bei dem dickwandigen Stößel eines Hülsenpuffers möglich ist. Ferner beansprucht auch der bekannte Aufpralldämpfer zusätzlichen Bauraum in Fahrzeuglängsrichtung, so daß dort entsprechende Freiräume freigehalten werden müssen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber darin, einen Hülsenpuffer der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welcher Energie durch Deformation aufnehmen und dabei mit den gleichen Abmessungen und Befestigungen wie bekannte Hülsenpuffer ausgebildet werden kann, so daß ein Austausch der Hülsenpuffer bei vorhandenen Schienenfahrzeugen möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Hülsenpuffers ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der erfindungsgemäße Hülsenpuffer beruht auf der Überlegung, innerhalb des Bau- und Funktionsraums eines Hülsenpuffers zusätzlich zum normalen Federweg (Hub) die Möglichkeit einer weiteren Verkürzung des Puffers bei deutlich gesteigerter Energieaufnahme zu schaffen. Die zusätzliche Verkürzung liegt in der Größenordnung des Doppelten des betrieblichen Federwegs. Und zwar erfolgt bei Überschreitung eines Grenzwertes für den Hub des Puffergehäuses eine kontrollierte Deformation von Teilen des Puffergehäuses, bei welcher das Puffergehäuse bei praktisch gleichbleibender Stoßkraft auf eine minimale Länge verkürzt wird, ohne daß die Tragstruktur (Fahrzeugrahmen) des Hülsenpuffers beschädigt wird.

Die Erfindung wird an Hand eines in den Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hülsenpuffers in seiner ausgefederten Grundstellung;

Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch das Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hülsenpuffers nach Fig. 1 im Zustand maximaler Verschiebung ohne Deformation;

Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt durch das Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hülsenpuffers nach Fig. 1 eines im Zustand maximaler Verschiebung bei Deformation;

Fig. 4 ein Kraft-Weg-Diagramm für die an Hand der Fig. 1 bis 3 veranschaulichten Zustände eines erfindungsgemäßen Hülsenpuffers;

Fig. 5 bis 7 schematische Längsschnitte durch weitere Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Hülsenpuffers, und

Fig. 8 ein schematischer Längsschnitt durch ein alternatives Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hülsenpuffers im Zustand beginnender Deformation des Bewegungsgliedes,

Die in den Fig. 1 bis 3 veranschaulichte erste Ausführungsform eines Hülsenpuffers 1 nach der Erfindung besteht aus einem Puffergehäuse 10, das einen feststehenden Teil und einen beweglichen Teil aufweist. Dabei zeigt Fig. 1 den Hülsenpuffer 1 in seiner ausgefederten Grundstellung (Position A in Fig. 4).

Der unbewegliche Teil des Puffergehäuses 10 umfaßt eine Bodenplatte 11 (Pufferboden), welche an einer Tragstruktur 2, insbesondere dem Fahrzeugrahmen eines nicht gezeigten Schienenfahrzeugs befestigt, beispielsweise angeschraubt ist. Die Bodenplatte 11 trägt eine rohrförmige Führungshülse 12 und ist vorzugsweise mit der einen Stirnseite der Führungshülse 12 einstückig verbunden, beispielsweise verschweißt. Der bewegliche Teil des Puffergehäuses 10 besteht aus einem Bewegungsglied 13 in Form eines Stößels, welcher innerhalb der Führungshülse 12 an deren Innenwand gleitend verschiebbar ist. Die Innenwand der Führungshülse 12 nimmt dabei die Führungskräfte zur Gleitführung des Bewegungsgliedes 13 in radialer Richtung auf. Die aus der Führungshülse 12 hervorragende Stirnseite des Bewegungsgliedes 13 ist mit einem Pufferteller 14 abgeschlossen, an welchen Stoßkräfte insbesondere beim Rangieren des Schienenfahrzeugs angelegt werden.

Das Bewegungsglied 13 und die Führungshülse 12 benötigen zur Begrenzung der Reibung und zum Schutz vor Selbsthemmung durch Verkanten eine bestimmte minimale Überdeckungslänge, um die Führung auch bei seitlichen, durch Reibung am Pufferteller 13 erzeugten Betriebslasten oder bei exzentrischen oder schrägen Betriebslasten (z. B. bei Kurven/S-Kurven-Fahrt von Schienenfahrzeugen) gewährleisten zu können. Gleichzeitig benötigen beide Teile 12, 13 bei gegenseitiger Verschiebung jeweils den erforderlichen Freiraum für Freigängigkeit. Die Forderung nach einer möglichst großen Überdeckungslänge von Führungshülse 12 und Bewegungsglied 13 kämpft mit der gegenläufigen Forderung, daß sich bei einer Deformation die Teile 12, 13 über den normalen Federweg (Hub) deutlich hinausgehend verschieben können, ohne daß sich dadurch die gesamte Baulänge des Puffers vergrößert. Dies bedeutet, daß der erfindungsgemäße Hülsenpuffers 1 von außen gesehen die Gestalt und die Abmessungen eines bekannten Hülsenpuffers aufweist.

Zur Erfüllung beider gegenläufiger Forderungen werden Teile des Puffergehäuses nach Überschreitung des normalen Federweges über ihre normale Führungsfunktion hinaus zur Energieaufnahme durch Deformation herangezogen. Dies kann die Führungshülse 12 oder das Bewegungsglied 13 sein oder auch beide Bauteile 12, 13, und zwar gleichzeitig oder zeitlich versetzt. Die Deformation findet hierbei in einer solchen Art statt, daß Längenanteile dieser Bauteile 12, 13, die im Normalbetrieb zur Überdeckung und damit zur Führung beitragen, verkürzt werden.

Eine weitere Bedingung für die erweiterte Verschieblichkeit bei begrenztem Kraftniveau besteht darin, daß ein Kraftübertragungsglied 20, welches zwischen Bewegungsglied 13 und Führungshülse 12 angeordnet ist und im Normalbetrieb zur Übertragung der Längskraft dient, die zusätzliche Verkürzung zuläßt und hierbei kein unzulässig hohes Kraftniveau erzeugt.

Bei bekannten Schienenfahrzeugpuffern lassen jedoch die üblicherweise verwendeten Kraftübertragungsglieder, beispielsweise Ringfedern, Elastomerfedern, Gummifedern mit oder ohne parallel angeordnete hydraulische Dämpfungselemente, infolge Blockbildung keine Verkürzung in der angestrebten Größenordnung zu.

Bei dem erfindungsgemäßen Puffer 1 sind demgegenüber im Inneren des Gehäuses 10 als Kraftübertragungsglied 20 zwischen den Teilen 12, 13 zwei Federelemente 21, 22 verschiedenen Durchmessers hintereinander angeordnet und durch ein Koppelglied 23miteinander gekoppelt. Das Koppelglied 23 ist so gestaltet, daß es bei Überschreitung einer Grenzbelastung z. B. an einer Sollbruchstelle abschert und so zuläßt, daß die beiden Federelemente 21, 22 teleskopartig ineinandergleiten ohne Längskräfte zu übertragen.

Das Koppelglied 23 besitzt im dargestellten Beispielsfall (Fig. 1 bis 3) die Form einer Scheibe mit ebenem Profil. Anstelle eines ebenen Profils kann in nicht gezeigter Weise auch ein topf- oder hutförmiges Profil für die Scheibe des Koppelgliedes 23 vorgesehen werden. Das linke Ende des ersten Federelementes 21 stützt sich gegen die Innenfläche des Puffertellers 14 ab, während das rechte Ende des zweiten Federelementes 22 sich gegen die Innenfläche der Bodenplatte 11 abstützt. Das Koppelglied 23 weist in der Nähe seines Außenrandes eine Sollbruchstelle 24 in Form von gegenüberliegenden Ringnuten auf. Die Lage dieser Ringnuten ist so gewählt, daß sich das erste Federelement 21 radial gesehen jenseits der Ringnuten und das zweite Federelement 22 diesseits der Ringnuten auf dem Koppelglied 23 abstützen. Das Koppelglied 23 reißt bei Überschreiten einer maximalen Belastung oder bei Erreichen eines maximalen Verschiebungsweges innerhalb des Puffergehäuses 10 an der Sollbruchstelle 24 ab, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist. Der Bruch des Koppelgliedes 23 bedeutet, daß die koppelnde Wirkung auf die Federelemente 21 und 22 ausgeschaltet wird. Das Federelement 22 mit dem kleineren Durchmesser kann sich dann in das Federelement 21 mit dem größeren Durchmesser schieben.

Die Fig. 2 zeigt den Hülsenpuffer 1 in seiner maximal eingefederten Stellung (Pos. B. in Fig. 4). Das Bewegungsglied 13 stößt an den Pufferboden 11 an. Ab dieser Position des Bewegungsglieds 13 kann eine weitere Verschiebung nur unter Deformation der Führungshülse 12 stattfinden, wie in Fig. 3 veranschaulicht ist. Die am Pufferteller 14 am Übergang zur Führungshülse angeformte Ausrundung 14a begünstigt den Eintritt der Führungshülse 12 in eine Versagensart, die diese zunächst bis an die Bruchgrenze aufweitet, dann in Längsrichtung kontinuierlich weiterlaufende Risse induziert und die dadurch entstehenden einzelnen Segmente 12a der Hülse 12 nach außen umstülpt. Diese Versagensaxt hat mehrere Vorteile. Zum einen beginnt die Deformation progressiv und ohne Kraftspitze. Die Führungshülse 12, welche infolge ihrer Dimensionierung auf Betriebslasten eine relativ große Wandstärke aufweist, kann dann unter nicht zu hohem, gleichmäßigen Kraftniveau deformiert werden (durchgezogene Linie zwischen Pos. B und Pos. C in Fig. 4). Außerdem kann die Führungshülse 12 so praktisch ohne bleibende Restlänge vollständig aufgezehrt werden. Die verbleibenden abstehenden Segmente 12a beanspruchen keine Baulänge, und sie behindern auch nicht den fortschreitenden Deformationsvorgang. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die seitliche Führung gegenüber schrägen oder exzentrischen Kräften über den gesamten Deformationsweg unvermindert oder sogar gesteigert, erhalten bleibt.

Die verschiedenen Zustände des erfindungsgemäßen Hülsenpuffers 1 gemäß Fig. 1 und 3 sind an Hand der in Fig. 4 gezeigten Kraft-Verschiebungs-Charakteristik erläutert. Im Anschluß an den Bereich des Normalbetriebs zwischen den Positionen A und B (Federweg 100 . . . 105 mm) findet im Deformationsbereich (zwischen den Positionen B und C) eine weitere Verkürzung des Bewegungsgliedes 13 um etwa 200 mm bei gleichmäßig hohem Kraftniveau statt. Dabei wird die volle, durch Normen vorgegebene Funktionalität des Hülsenpuffers aufrechterhalten. Wie das Diagramm nach Fig. 4 im einzelnen zeigt, erfolgt im Bereich des Normalbetriebs die Verschiebung des Bewegungsgliedes 13 entsprechend der Kennlinie der seriengeschalteten Federelemente 21 und 22 längs der durchgezogenen, geknickten Kurve. Der Kurvenknick ergibt sich dadurch, daß der flachere Kurvenast einer weicheren Federkennlinie der Serienschaltung der beiden Federelemente 21 und 22 folgt und daß bei weiterer Verschiebung des Bewegungsgliedes 13 die weichere der beiden Federelemente 21, 22 auf Anschlag geht und dann das steifere der beiden Federelemente mit seiner steileren Kennlinie für den Kraft-Weg- Kurvenverlauf wirksam wird. Mit der gestrichelten Kurve im Bereich des Normalbetriebs ist die zusätzliche Dämpfungswirkung des optional vorgesehenen hydraulischen Dämpfers 30 angedeutet. Am Ende des Verschiebungsweges von 100 mm (Position B) bricht das Koppelglied 23 zwischen beiden Federelementen 21 und 22, wodurch die Federwirkung der Federelemente 21, 22 schlagartig aufhört, wie durch den geringfügigen, steilen Kurvenabfall bei 100 mm Verschiebungsweg ersichtlich ist. Da mit dem Bruch des Koppelgliedes 23 die Deformation der Führungshülse 12 durch Aufspaltung in Segmente 12a beginnt, wird der steile Kurvenabfall bei 100 mm sofort wieder aufgefangen und es steigt der Kraft-Weg-Kurvenverlauf bis zu einem Verschiebungsweg von 200 mm (Position C) auf ein praktisch gleichbleibendes Kraftniveau an. Dieses gleichbleibende Kraftniveau entspricht dem Zustand kontrollierter Deformation durch Aufspaltung der Führungshülse 12. Das Ende des Verschiebungsweges bei 200 mm entspricht dem in Fig. 3 dargestellten Zustand, wenn das Bewegungsglied 13 auf die Bodenplatte 11 aufschlägt. Die Kurve des Diagramms nach Fig. 4 geht dann in Richtung der Position D steil nach oben.

Zur Gewährleistung der Verkürzung des Kraftübertragungsgliedes 20 sind bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 bis 7 folgende Maßnahmen vorgesehen. Es werden zwei Federelemente 21, 22 (z. B. Ringfedern) mit unterschiedlichen Durchmessern verwendet. Ein scheibenförmiges Koppelglied 23 mit Sollbruchstelle 24 stellt die kraftschlüssige Verbindung im Normalbetrieb her. Es können zwei Federelemente 21, 22 unterschiedlicher Länge und/oder unterschiedlicher Steifigkeit und/oder unterschiedlicher Werkstoffe (Stahl/Elastomer/Gummi) verwendet werden, wodurch eine progressive Federkennlinie im Normalbetrieb erreicht werden kann. Dies kann fahrdynamische Vorteile für gekuppelte Schienenfahrzeuge haben (durchgezogene Linie zwischen Pos. A und Pos. B in Fig. 4).

Eine weitere Möglichkeit zur Erzielung günstiger betrieblicher Eigenschaften ist die Parallelschaltung eines gestrichelt eingezeichneten hydraulischen Dämpfers 40, z. B. innerhalb des Federelements 22 mit dem kleinerem Durchmesser. Hierdurch kann eine höhere Energieaufnahme im Normalbetrieb erzielt werden (gestrichelte Linie zwischen Pos. A und Pos. B in Fig. 4). Im Unterschied zu den bekannten Puffern mit hydraulischen Dämpfern wird durch die Zuschaltung des zweiten Federelementes 21 mit dem größeren Durchmessers der Anstieg des Kraftverlaufs bei schnellen Stoßvorgängen durch die Steifigkeit dieses Federelementes begrenzt. Dies kann sich insbesondere beim Zusammenprall von Puffern unterschiedlicher Bauart (mit und ohne Hydraulikdämpfer) ausgleichend auf den Kraft-Weg-Verlauf auswirken.

In Fig. 1 erkennt man, daß das Koppelglied 23 an einem Anschlag 30 oder an dem Gehäuse des Dämpfers 40 anliegt. Ferner liegt das Bewegungsglied 13 an zwei oder mehrerem, am Außenumfang des Koppelgliedes 23 radial vorspringenden Zapfen 23a an. Der Anschlag 30 und die Zapfen 23a besitzen die Funktion einer Auslösehilfe für das Koppelglied 23 dar. Durch geeignet gewählte Anlagstellen, die z. B. paarweise diagonal gegenüberliegen, kann genau bei Erreichen einer bestimmten Verschiebeposition des Bewegungsgliedes 13 eine plötzliche Spannungskonzentration innerhalb des Koppelgliedes 23 erzeugt werden, die zu unmittelbarem Auslösen (Versagen und Abscherung) des Koppelgliedes 23 führt. Diese Auslösung findet dadurch weggesteuert statt. Eine sinnvolle Wahl der Bautoleranzen stellt sicher, daß dies kurz vor dem Aufschlagen des Bewegungsgliedes 13 auf die Führungshülse 12 stattfindet. Dies ist in Fig. 4 erkennbar an einem kurzen Einbruch des Kraftniveaus. Eine solche Auslegung ist deshalb günstig, weil dadurch die additive Überlagerung der Kraftübertragung über das Koppelglied 23 (typisch für Normalbetrieb) und der Kraftübertragung über die im formschlüssigen Eingriff befindlichen Gehäuseteile (typisch für den Deformationsbereich) vermieden wird, wodurch eine unerwünscht hohe Kraftspitze verursacht werden könnte. Diese Absicherungsfunktion des Koppelglieds 23 erleichtert die konstruktive Auslegung des hydraulischen Dämpfers 30. Er kann vorrangig auf niedrige und mittlere Beanspruchungsgeschwindigkeiten hin optimiert werden und dadurch einfacher ausgebildet werden.

Auf eine oder beide der geometrischen Auslösehilfen kann verzichtet werden. In diesem Falle versagt das Koppelglied 23 kraftgesteuert durch Erreichen seiner Belastungsgrenze. Diese Versagensart kann, unabhängig vom Vorhandensein von Auslöechilfen, z. B. des hydraulischen Dämpfers 30, auch vor Erreichen des vollen Einfederweges der federelemente 21, 22 erfolgen. Auch wenn dieser Vorgang einen vorübergehenden Einbruch in der Kraft-Weg-Kennlinie nach sich zieht, ist dies durchaus erwünscht, um das Entstehen unzulässig hoher Kraftspitzen zu verhindern.

Fig. 3 zeigt den Hülsenpuffer 1 in seiner Endposition am Ende des Deformationsbereichs (Pos. C in Fig. 4). Große Teile der Führungshülse 12 sind deformiert worden und stehen als einzelne Segmente 12a ab. Man erkennt das abgescherte Koppelglied 23 und die teleskopartig ineinandergeschobenen Federelemente 21, 22. Der Hülsenpuffer 1 hat seine maximal mögliche Verkürzung erreicht. Weitere Deformation wird nur unter extremem Kraftaufwand unter Totalzerstörung und steil ansteigendem Kraftverlauf möglich sein (Fig. 4, Pos. D).

Eine Hinauszögerung des steilen Kraftanstiegs läßt sich dadurch erzielen, daß das Bewegungsglied stauchbar gemacht wird, beispielsweise durch lokale Querschnittsschwächung. Dadurch erfolgt in der letzten Phase des Deformationsbereichs zusätzlich noch eine Deformation des - bis dahin noch nicht deformierten - Bewegungsgliedes 13, wodurch eine weitere Verschiebungsreserve auf erhöhtem Kraftniveau ermöglicht wird (Fig. 4., strichpunktierte Linie C-D').

Fig. 5 zeigt eine Variante des in Fig. 1 gezeigten Hülsenpuffers 1, bei dem die Anordnung der beiden Federelemente 21, 22 vertauscht ist und auf die Auslösehilfe durch Zapfen 23a am Koppelglied 23 verzichtet wird. Der Anschlag 30 als Auslösehilfe ist hier am Bewegungsglied 13 angebracht. Die Funktion dieser Variante ändert sich durch die vertauschte Anordnung der Federelemente 21, 22 nicht.

In Fig. 6 ist ein Hülsenpuffer 1 abgebildet, bei dem das Bewegungsglied 13 die Führungshülse 12 außen umgreift. Der Übergang zwischen Führungshülse 12 und Bodenplatte 11 kann abgerundet sein, um ein Versagensverhalten des Bewegungsgliedes 13 zu begünstigen. Bei Überschreiten der maximalen Verschiebung des Normalbetriebsbereichs (Fig. 4) liegt das Bewegungsglied 13 an dieser Verrundung an und beginnt zu deformieren. Die aufreißenden und abstehenden Segmente bilden sich in der Nähe der Bodenplatte 11. Diese Anordnung kann für besondere Einbauverhältnisse geometrische Vorteile haben. Die Führungshülse 12 kann ein zusätzliches Stauchungsvermögen haben.

Fig. 7 zeigt einen Hülsenpuffer 1, bei dem gegenüber der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform die beiden Federelemente 21, 22 vertauscht sind. Die Funktion wird dadurch nicht verändert.

Bei den beiden in Fig. 6 und 7 gezeigten Ausführungsbeispielen kann durch Weglassen der Verrundung am Übergang von der Führungshülse 12 zur Bodenplatte 11 eine Versagensform durch Stauchung induziert werden. Analog zur Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 1 und 5 besteht hier ebenfalls eine Unsicherheit darin, ob die Deformation in dem Teil des Bewegungsgliedes 13, welches sich mit der Führungshülse 12 in Überdeckung befindet, oder im anderen, freien Teil beginnt.

Eine in Fig. 8 gezeigte alternative Versagensart ist die axiale Stauchung, z. B. in Form einer regelmäßigen Faltung des Bewegungsgliedes 13. Diese weist allerdings auch einige ungünstige Eigenschaften auf. Beim Beginn der Verformung muß eine sehr hohe Kraftspitze durch geeignete spezielle Maßnahmen begrenzt werden; ferner ist der Kraftverlauf weniger gleichmäßig und es verbleibt eine gewisse Blocklänge im völlig gestauchten Zustand, welche die weitere Verschiebung begrenzt. Eine Unsicherheit besteht darin, ob die Deformation in dem Teil des Bewegungsgliedes 13 beginnt, die sich mit der Fühungshülse 12 in Überdeckung befindet oder im anderen, freien Teil des Bewegungsgliedes 13. Wenn für das zu stauchende Bewegungsglied 13 anstelle eines metallischen Werkstoffs ein faserverstärkter Kunststoff oder aus verschiedenen Werkstoffen gebildeter Verbund eingesetzt wird, sind vorteilhaftere, in ihrer Geometrie unregelmäßige, im Kraftverlauf aber gleichmäßigere Versagensformen der Stauchung zu erwarten.

Gegenüber bekannten Hülsenpuffern ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Hülsenpuffer praktisch eine Verdreifachung des Verschiebungsweges von 100 auf 300 mm, ohne daß die Tragstruktur 2 (Fahrzeugrahmen) des Schienenfahrzeugs beschädigt wird. Zusätzlich zur elastischen, reversiblen Energieaufnahme eines bekannten Hülsenpuffers, die je nach Feder- Dämpferelement im Bereich zwischen 30 und 70 kJ liegt, kann eine Bewegungsenergie von etwa 200 kJ durch Deformation absorbiert werden. Der deformierte Hülsenpuffer braucht im Falle einer Deformation lediglich durch einen neuen Hülsenpuffer ausgetauscht zu werden. Da die erfindungsgemäßen Hülsenpuffer dieselben Abmessungen und Befestigungen wie bekannte, im Einsatz befindliche Hülsenpuffer aufweisen, lassen sich vorhandene Schienenfahrzeuge ohne weiteres mit den erfindungsgemäßen Hülsenpuffern nachrüsten.


Anspruch[de]
  1. 1. Hülsenpuffer (1) für bewegliche Tragstrukturen (2), insbesondere von Schienenfahrzeugen, mit einem Puffergehäuse (10) bestehend aus einem ortsfest an der Tragstruktur (2) befestigbaren Bodenplatte (11), einer an der Bodenplatte (11) angebrachten Führungshülse (12) und einem relativ zur Führungshülse (12) verschiebbaren Bewegungsglied (13), welches bei seiner Verschiebebewegung von der Führungshülse (12) geführt wird, und mit einem Kraftübertragungsglied (20) zum nachgiebigen Koppeln des Bewegungsgliedes (13) mit der Tragstruktur (2), dadurch gekennzeichnet, daß das Puffergehäuse (10) und/oder das Kraftübertragungsglied (20) so ausgebildet sind, daß oberhalb eines Grenzwertes für die Verschiebung des Bewegungsgliedes (13) oder für die zu übertragenden Kräfte eine kontrollierte Deformation der Führungshülse (12) und/oder des Bewegungsgliedes (13) ohne Deformation oder Lageveränderung der Bodenplatte (13) stattfindet, derart, daß bei der kontrollierten Deformation die weitere Verschiebung des Bewegungsgliedes (13) auf einem im wesentlichen gleichbleibenden Kraftniveau erfolgt.
  2. 2. Hülsenpuffer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der kontrollierten Deformation die Wandung der Führungshülse (12) bzw. des Bewegungsgliedes (13) an einem axialen Ende über die Bruchgrenze hinaus aufgeweitet wird und in Segmente (12a) aufreißt.
  3. 3. Hülsenpuffer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der kontrollierten Deformation die Wandung der Führungshülse (12) bzw. des Bewegungsgliedes (13) axial gestaucht wird.
  4. 4. Hülsenpuffer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftübertragungsglied (20) zwei in Serie geschaltete Federelemente (21, 22) aufweist welche über ein Koppelglied (23) miteinander verbunden sind, und das das Koppelglied (23) derart ausgebildet ist, daß oberhalb des Grenzwertes für die Verschiebung des Bewegungsgliedes (13) oder für die zu übertragende Kraft die Federelemente (21, 22) entkoppelt werden.
  5. 5. Hülsenpuffer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Koppelglied (23) eine Scheibe mit wenigstens einer Sollbruchstelle (24) vorgesehen ist.
  6. 6. Hülsenpuffer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe ein ebenes oder topfförmiges Profil aufweist.
  7. 7. Hülsenpuffer nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelglied (23) im Verschiebeweg des Bewegungsgliedes (13) angeordnet ist und daß beim Auftreffen des Bewegungsgliedes (13) auf das Koppelglied (23) letzteres zerstört und damit ausgeschaltet wird.
  8. 8. Hülsenpuffer nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschlag (30) für das Koppelglied (23) vorhanden ist, derart, daß beim Auftreffen des Koppelgliedes (23) auf den Anschlag (30) ersteres ausgeschaltet wird.
  9. 9. Hülsenpuffer nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß Kontaktstellen des Koppelgliedes (23) für den Aufprall mit dem Bewegungsglied (13) bzw. dem Endanschlag (30) so ausgebildet sind, daß lokale Spannungskonzentrationen beim Aufprall erzeugt werden.
  10. 10. Hülsenpuffer nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu einem Federelement (22, 23) des Kraftübertragungsgliedes (20) oder ein hydraulischer Dämpfer (40) angeordnet ist.
  11. 11. Hülsenpuffer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das an der Deformation nicht beteiligte Teil der beiden Teile Führungshülse (12) und Bewegungsglied (13) so ausgestaltet ist, daß es beim Auftreffen auf ein Hindernis am Ende des Verschiebeweges in sich stauchbar ist.






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