-
Die Erfindung betrifft Energieaufnehmer einer Art, die einen
Zylinder und einen in dem Zylinder verschiebbaren Hohlkolben
umfaßt, wobei der Innenraum des Kolbens durch eine bewegliche
Wand in einen gasgefüllten Raum und ein Flüssigkeitsreservoir
unterteilt ist und mit Mitteln versehen ist, durch welche das
Flüssigkeitsreservoir mit einer in dem Zylinder außerhalb des
Kolbens ausgebildeten Flüssigkeitskompressionskammer
kommuniziert, wobei Flüssigkeit aus der Kompressionskammer in das
Reservoir verdrängt wird durch die in Längsrichtung
erfolgende Kompression des Energieaufnehmers, der auf die
bewegliche Wand wirkt und sie verschiebt, wodurch eine Kompression
von Gas in dem gasgefüllten Raum derart bewirkt wird, daß das
komprimierte Gas in dem gasgefüllten Raum der in
Längsrichtung erfolgenden Kompression des Energieaufnehmers einen
Widerstand entgegenbringt, wodurch auch für eine
Rückstoßkraft gesorgt wird, wobei Flüssigkeitsdämpfungsmittel
vorgesehen sind, die der Kompression des Energieaufnehmers einen
weiteren Widerstand entgegenbringen und die Rückstoßkraft
unter bestimmten Betriebsbedingungen dämpfen. Ein derartiger
Energieaufnehmer wird in der nachfolgenden Beschreibung stets
als "Energieaufnehmer der in Rede stehenden Art" bezeichnet.
-
Das Dokument DE-B-1109206 beschreibt die Anwendung eines
Energieaufnehmers der in Rede stehenden Art auf ein durch
eine Feder geschlossenes Druckentlastungsventil, das derart
betätigbar ist, daß es gegen den Federdruck öffnet, um eine
Verdrängung der Flüssigkeit aus der Kompressionskammer in das
Flüssigkeitsreservoir durch eine Öffnung zu ermöglichen, die
als Flüssigkeitsdämpfungsmittel dient, wenn der Flüssigkeits
druck, der zum Öffnen des Druckentlastungsventils auf dessen
Verschlußelement wirkt, einen bestimmten Schwellendruck
erreicht, welcher vielfach höher ist als der Gasdruck in dem
gasgefüllten Raum. Der Federdruck des Verschlußelements des
Druckentlastungsventils wird durch ein Paket von
Federscheiben ausgeübt und ist beachtlich. Der auf das Verschlußelement
wirkende Flüssigkeitsdruck ist unbedeutend im Vergleich zu
dem durch diese übereinandergeschichteten Federdämpfer, das
heißt durch dieses Federscheibenpaket ausgeübten Druck. Dies
verhält sich ebenso bei dem Energieaufnehmer der in Rede
stehenden Art, der in dem Dokument DE-A-3613677 beschrieben
ist und ebenfalls ein durch eine Feder geschlossenes Ventil
aufweist, das durch Flüssigkeitsdruck in der
Kompressionkammer geöffnet wird, um eine Verdrängung der Flüssigkeit aus
der Kompressionskammer in das Flüssigkeitsreservoir zu
ermöglichen, wobei das Mittel, durch welches das
Flüssigkeitsreservoir mit der Flüssigkeitskompressionskammer kommuniziert,
eine in dem Kolben ausgebildete Öffnung umfaßt und wobei die
Flüssigkeitsdämpfungsmittel allein in dieser Öffnung und dem
durch eine Feder geschlossenen Ventil bestehen, welches
derart betätigbar ist, daß es, wenn eine unter einer
vorbestimmten Schwelle liegende Kraft ausgeübt wird, den
Durchtritt von Flüssigkeit aus der Kompressionskammer durch die
Öffnung in die Reservoirkammer sperrt, um den Kolben axial in
den Zylinder zu drücken, und welches durch den
Flüssigkeitsdruck in der Kompressionskammer geöffnet wird, wenn eine über
der vorbestimmten Schwelle liegende Kraft ausgeübt wird, um
eine Verdrängung von Flüssigkeit aus der Kompressionskammer
durch die Öffnung in das Flüssigkeitsreservoir zu
ermöglichen, um den Kolben in die Zylinderkammer zu drücken. Die
Dämpfungscharakteristiken dieses zuletzt genannten
Energieaufnehmers werden durch die Größe der Vorspannung der Federn
bestimmt.
-
Um für die gewünschten geschwindigkeitsabhängigen
Charakteristiken zu sorgen, hat man es stets als notwendig erachtet,
daß die Flüssigkeitsdämpfungsmittel eine Öffnungsanordnung
mit durchflußbegrenzenden Abmessungen aufweist, deren
Durchflußöffnung mit der relativen teleskopartigen Bewegung
zwischen dem Hohlkolben und dem Zylinder variiert, wobei sich
der wirksame Bereich bei der Kontraktion des
Energieaufnehmers verkleinert und bei dessen Expansion vergrößert.
-
Die Dokumente GB-A-982641 und GB-A-1266596 beschreiben
Beispiele eines Energieaufnehmers der in Rede stehenden Art, der
einen Teil eines Seitenpuffers zur Verwendung an
Schienenfahrzeugen bildet, um Stöße zu dämpfen, die während der
Beschleunigung und Verzögerung eines Zugs von einem Wagon zu
dem anderen übertragen werden oder die entstehen, wenn Wagons
auf dem Rangierbahnhof verschoben werden. Diese
Energieaufnehmer haben üblicherweise einen profilierten Bolzen, der bei
der nach innen gerichteten Bewegung des Kolbens für eine
zunehmende Begrenzung einer Öffnung sorgt, durch welche das
Flüssigkeitsreservoir mit der Flüssigkeitskompressionskammer
kommuniziert.
-
Eine Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines
Energieaufnehmers der in Rede stehenden Art, der in der
Herstellung weniger teuer ist, der jedoch, wenn er als
Seitenpuffer verwendet wird, im wesentlichen die gleichen
sogenannten statischen und dynamischen Leistungscharakteristiken
besitzt wie ein Energieaufnehmer, der jenen ähnlich ist, die
in den Dokumenten GB-A-982641 und GB-A-1266596 beschrieben
sind.
-
Anstelle einer üblichen Öffnungsanordnung mit variabler
Durchflußbegrenzung wird erfindungsgemäß eine Öffnung mit
fester Durchflußbegrenzung als Flüssigkeitsdämpfungsmittel
des Energieaufnehmers der in Rede stehenden Art in
Kombination mit einem Verfielfacherventil verwendet, das mit der
Öffnung zusammenwirkt, wodurch der Widerstand des
komprimierten Gases in dem das Gas enthaltenden Raum auf die in
Längsrichtung erfolgenden Kompression des Energieaufnehmers
vervielfacht wird.
-
Erfindungsgemäß wird ein Energieaufnehmer der in Rede
stehenden Art geschaffen, bei welchem das Mittel, durch welches das
Flüssigkeitsreservoir mit der Flüssigkeitskompressionskammer
kommuniziert, eine in dem Kolben gebildete Öffnung umfaßt und
die Flüssigkeitsdämpfungsmittel alleine in dieser Öffnung und
einem Ventil bestehen, welches derart betätigbar ist, daß es
den Durchtritt von Flüssigkeit aus der Kompressionskammer
durch die Öffnung in das Reservoir sperrt, wenn eine
geringere Kraft als eine vorbestimmte Schwellenkraft ausgeübt
wird, um den Kolben axial in den Zylinder zu drücken, und daß
es zur Ermöglichung einer Verdrängung von Flüssigkeit aus der
Kompressionskammer durch die Öffnung in die Reservoirkammer
öffnet, wenn eine höhere Kraft als die vorbestimmte
Schwellenkraft ausgeübt wird, um den Kolben in die Zylinderkammer
zu drücken, wobei das Ventil ein Verschlußelement in Form
eines Kolbens mit unterschiedlichen Kolbenflächen ist, dessen
Bereich mit größerer Fläche der Flüssigkeit in der
Reservoirkammer ausgesetzt ist und dessen Endbereich mit kleinerem
Durchmesser derart angepaßt ist, daß er am Öffnungsumfang
sitzt, wenn das Ventil diese Öffnung verschließt.
-
Theoretisch müßte gelten, daß eine Öffnung mit fester
Durchflußbegrenzung als Flüssigkeitsdämpfungsmittel eines
Energieaufnehmers nicht zufriedenstellend ist, da sie wie ein
Stoßdämpfer mit einer einzigen Öffnung arbeitet und als solche
nicht für eine effektive Dosierung der aus der
Kompressionskammer in das Flüssigkeitsreservoir verdrängten
Durchflußmenge sorgt. Wenn sie aber in Kombination mit Gas in dem Gasraum
eines Energieaufnehmers der in Rede stehenden Art und mit dem
Kolben mit unterschiedlichen Kolbenflächen verwendet wird,
der als ein Verfielfacherventil, das die Wirkung des Gases in
dem Gasraum vervielfacht, mit der Öffnung mit fester
Durchflußbegrenzung in Wechselwirkung steht, ist die
Ergebniswirkung dieser Kombination eine Leistungscharakteristik, die
überraschend gut an die Leistungscharakteristiken eines
typischen Energieaufnehmers der in Rede stehenden Art
heranreicht, der die übliche Anordnung eines profilierten Bolzens
aufweist, der mit der nach innen gerichteten Bewegung des
Kolbens für eine zunehmende Begrenzung der Öffnung sorgt,
durch welche Flüssigkeit aus der Kompressionskammer in das
Flüssigkeitsreservoir verdrängt wird.
-
Ein Eisenbahn-Seitenpuffer, an dem die vorliegender Erfindung
verwirklicht ist, wird nachstehend anhand eines Beispiels
unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben.
Darin zeigt:
-
Figur 1 einen quergeführten Schnitt durch den Puffer;
Figur 2 ein vergrößertes Querschnittsdetail an der Linie
II-II von Figur 1 und
-
Figur 3 eine Endansicht des in Figur 2 gezeigten Ventils
in Pfeilrichtung A in Figur 2 gesehen.
-
Figur 1 zeigt eine Eisenbahn-Pufferkapsel mit einem
hohlzylindrischen Kolben 10, der verschiebbar in einem Zylinder 11
gelagert ist. Der Zylinder 11 ist an einem Ende 12
geschlossen. Der Kolben 10 ist an seinem äußeren Ende 13 geschlossen,
an welchem eine Pufferplatte 14 befestigt ist, und er hat an
seinem inneren Ende eine Endwand 15, in der eine zentrale
Öffnung 16 gebildet ist.
-
Ein schwimmend gelagerter Kolben 17 gleitet in der Bohrung
des Hohlkolbens 10 und trennt ein Flüssigkeitsreservoir 18,
das angrenzend an die innere Endwand 15 in dem Hohlkolben 10
gebildet ist, von dem übrigen Innenraum des Hohlkolbens 10.
Der Innenraum des Hohlkolbens zwischen dem schwimmend
gelagerten Kolben 17 und der äußeren Endwand 13 umfaßt einen
Gasraum 19, der im Zuge des Zusammenbaus des Puffers mit
komprimierten Gas, z.B. Stickstoff, gefüllt wird.
-
Figur 2 zeigt, daß die zentrale Öffnung 16 gestuft ist und an
ihrem dem schwimmend gelagerten Kolben 17 näher gelegenen
Ende einen mit einem Gewinde versehenen inneren
Bohrungsabschnitt 17 und an ihrem der geschlossenen äußeren Endwand 12
des Zylinders 11 näher gelegenen Ende einen Bohrungsabschnitt
21 mit kleinerem Durchmesser hat, wobei der Bohrungsabschnitt
21 mit kleinerem Durchmesser eine Öffnung mit
durchflußbegrenzenden Abmessungen bildet. Ein ringförmiger Ventilkörper
22 ist derart in den mit einem Gewinde versehenen
Bohrungsabschnitt
20 geschraubt, daß seine Endfläche an die Endwand der
Bohrung 20 stößt. Die Bohrung des ringförmigen Ventilkörpers
22 ist gestuft. Ein mit kleinerem Durchmesser ausgebildeter
Abschnitt 23 der gestuften Bohrung liegt näher an dem
Bohrungsabschnitt 21 mit kleinerem Durchmesser als der größere,
24, der beiden Bohrungsabschnitte der gestuften Bohrung des
Ventilkörpers 22.
-
Ein massiver Kolben 25, der gestuft ist bzw. unterschiedliche
Kolbenflächen hat, ist unter Gleitpassung in der gestuften
Bohrung des ringförmigen Ventilkörpers 22 angeordnet, wobei
sein Ende 26 mit kleinerem Durchmesser derart angepaßt ist,
daß es in der Öffnung 21 sitzt und als Verschlußelement
dient. Der massive gestufte Kolben 25 ist an seinem Ende mit
kleinerem Durchmesser von einer Ringkammer 28 umschlossen,
die zwischen dem Ventilkörper 22 und der zwischen der Öffnung
21 und dem mit dem Gewinde versehenen Bohrungsabschnitt 20
liegenden Stufe gebildet ist. Ein Kommunikationsmittel für
den Durchtritt von Flüssigkeit aus der Kompressionkammer 32
über die Ringkammer 28 in die Reservoirkammer 18 ist durch
Durchlässe 27 in dem Ventilkörper 22 gebildet. Der massive
gestufte Kolben 25 gleitet in der gestuften Durchgangsbohrung
in dem Ventilkörper 22. Der ringförmige Oberflächenbereich
des den größeren Durchmesser aufweisenden Endes des gestuften
Kolbens 25 ist mehrfach größer als der Querschnittsbereich
der Öffnung 21. Das äußere Ende des Abschnitts 24 mit
größerem Ende ist durch einen Endstopfen 29 verschlossen. In dem
Endstopfen 29 vorgesehene Dämpfungsöffnungen 30 verhindern
eine Beschädigung des gestuften Kolbens 25.
-
Figur 1 zeigt ein Einwegventil 31, das einen Durchfluß von
der Reservoirkammer 18 in eine in dem Zylinder 11 zwischen
der geschlossenen Endwand 12 und dem Hohlkolben 10 gebildete
Kompressionkammer 32 in einer Richtung erlaubt.
-
In der Praxis wird der Zylinder 11 an einer Konstruktion
eines Eisenbahnwagens montiert. Bei Entlastung des Puffers
hat das komprimierte Gas bewirkt, daß der Kolben 10 in dem
Zylinder 11 die Position eingenommen hat, in der der über
seine Endwand 15 wirkende Flüssigkeitsdruck ausgeglichen ist,
und daß der schwimmend gelagerte Kolben 17 in dem Hohlkolben
10 die Position eingenommen hat, in der der über ihn wirkende
Flüssigkeitsdruck ausgeglichen ist. Dabei befindet sich der
mit unterschiedlichen Kolbenflächen ausgebildete Kolben 25 in
der die Öffnung 21 in der Endwand verschließenden Lage.
-
Falls der Puffer während seines stationären Zustands durch
eine auf die Pufferplatte 14 wirkende Stoßkraft
zusammengedrückt wird, kommt es zu einem momentanen Druckanstieg in der
Kompressionskammer 32, da der Hohlkolben 10 durch den sich in
seiner Schließlage befindenden Kolben mit unterschiedlichen
Kolbenflächen dicht verschlossen ist. Wenn die einwirkende
Stoßkraft eine bestimmte vorgegebene Größe erreicht
(angenommen 10 KN), steigt der Druck in der
Kompressionskammer 32 so weit über den Druck in der Reservoirkammer 18 an,
daß der unterschiedliche Kolbenflächen aufweisende Kolben 25
aus seinem Sitz herausbewegt wird. Daher wird Flüssigkeit aus
der Kompressionskammer 32 in die Reservoirkammer 18
verdrängt, so daß der schwimmend gelagerte Kolben 17 verschoben
wird und das Volumen des gasgefüllten Raums 19 verringert und
den Gasdruck in diesem Raum erhöht und dadurch die
Rückstoßkraft vergrößert.
-
Die Energieaufnahme erfolgt durch die Verdrängung der
Flüssigkeit durch den Kolben 25 mit unterschiedlichen
Kolbenflächen abhängig von der Geschwindigkeit der weiteren
Kompression des Puffers. Entweder bleibt der Kolben 25 außer
Schließlage, so daß die durch ihn erfolgende Verdrängung von
Flüssigkeit aus der Kompressionskammer 32 in die
Reservoirkammer 18 fortdauert, oder es kann der Kolben 25, wenn die
weitere Kompression langsam erfolgt, als Sperrventil wirken,
das abwechselnd in oder außer Schließlage bewegt wird, wobei
eine solche Verdrängung von Flüssigkeit weiter stattfindet,
wenn sich das Sperrventil nicht in seinem Sitz befindet.
-
Die Kompression des Puffers endet, wenn die Energie der
Stoßkraft aufgenommen ist. Wenn die Belastung aufgehoben
wird, so daß sich der Puffer ausdehnen kann, dehnt sich das
Gas in dem gasgefüllten Raum 19 aus, um den schwimmend
gelagerten Kolben 17 in der üblichen Weise in Richtung auf die
Endwand 15 zu drücken. Flüssigkeit aus der Reservoirkammer 18
wird über das Einwegventil 31 in die Kompressionkammer 32
verdrängt, wodurch der Kolben 10 in der üblichen Weise aus
dem Zylinder 11 geschoben wird.
-
Die grundlegende Energieaufnehmerkapsel, die den Hohlkolben
10 und den Zylinder 11 umfaßt, kann in anderen Formen des
Energieaufnehmers verwendet werden. Gemäß einem Beispiel kann
er in einem Eisenbahn-Kupplungskopf vorgesehen sein, der ein
Ende eines Wagenanlenkers aufweisen kann.
-
Eine Folge des Einbaus des Vervielfacherventils, das die
Kombination des Kolbens 25 mit unterschiedlichen
Kolbenflächen und die Öffnung 21 mit festem Öffnungsbereich umfaßt,
ist, daß der Fülldruck des das Gas enthaltenden Raums 19,
nicht so hoch sein muß, wie das sonst erforderlich wäre, was
vom Aspekt der Sicherheit vorteilhaft ist.