Puffer, insbesondere für Schienenfahrzeuge

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen gefederten Puffer, insbesondere für Schienenfahrzeuge, mit ineinander gleitenden Gehäuseteilen (Pufferhülse und Stößel), einer Grundplatte zur Befestigung am Rahmen eines Fahrzeuges und andererseits einem Pufferteller. Beide Gehäuseteile werden durch eine in einer Führungsnut (6) geführter Passfeder gegen verdrehen gesichert. Die Pufferhülse besteht aus einem Hülsenrohr (1), einem Boden (2) und einem Flansch (3).
Durch die Zusammenfügung aus drei einfachen Bauteilen mit einer Kombination von Presssitzen, bzw. Formschluss und Schweißung in gering belasteten Bereichen werden eine leichte und dauerfeste Pufferhülse geschaffen. Des weiteren ist die Führungsnut (6) an einem Ende durch die Rohrwandung gehend erweitert, um eine Rissbildung am Schlitzende zu vermeiden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen gefederten Puffer, insbesondere für Schienenfahrzeuge, mit ineinander gleitenden Gehäuseteilen (Pufferhülse und Stößel), einer Grundplatte zur Befestigung am Rahmen eines Fahrzeuges und andererseits einem Pufferteller. Beide Gehäuseteile werden durch eine in einer Führungsnut geführter Passfeder gegen verdrehen gesichert. Im inneren Gehäuseteil befindet sich eine vorgespannte Feder zur Dämpfung der Stößelbewegung.

[Stand der Technik]

[0002] Die Gehäuseteile werden zum einen aus Guss gefertigt. Für größere Stückzahlen ist das fertigungstechnisch günstig. Um die hohen Beanspruchungen (Stoß- und Dauerbeanspruchung) im Bahnbetrieb zu genügen, sind die Teile starkwandig, wodurch ein Puffer sehr schwer ist. Die Fahrzeugmasse und damit die Betriebskosten steigen.
Bekannt ist auch die Fertigung der Gehäuseteile als Gesenkschmiedeteil, wobei das Hülsenrohr mit der Grundplatte und der Stößel mit dem Pufferteller jeweils als ein Stück ausgeführt ist. Die Herstellung ist sehr aufwendig, da teure Gesenke und Schmiedetechnik erforderlich sind, sowie mehrstufig eine große Tiefe ausgeschmiedet werden muss.
Zur Kostensenkung ist es jetzt üblich, die Grundplatte bzw. den Pufferteller jeweils mit dem Hülsenrohr zu verschweißen.
Hier besteht nur die Grundplatte/ der Pufferteller aus einem Stück und ist mit dem Hülsenrohr durch eine umlaufende Schweißung verbunden. Eine derartige Lösung ist z. B. für den Pufferstößel aus der DE PS 4337257 bekannt. Es hat sich jetzt gezeigt, dass bei längerer Führungsnutzung Risse im Schweißnahtbereich auftreten können. Ursache sind unter anderem subjektive Schweißfehler, die niemals vollständig vermieden werden können. Die Schweißnaht an der Pufferhülse ist besonders belastet, da sie am Ende der Hülse, also unmittelbar vor der Pufferbefestigung angeordnet ist. Die Querkräfte in
Kurvenfahrten wirken somit über einen großen Hebel (annähernd Pufferlänge) auf die Schweißnaht.
Die Führung der ineinander gleitenden Gehäuseteile erfolgt durch eine Passfeder und Führungsnut ist ebenfalls seit einigen Jahren üblich. Damit soll ein Verdrehen des Stößels gegenüber der Pufferhülse bei Belastung verhindert werden, so dass der Pufferteller seine horizontale Lage beibehält. Am äußeren Umfang des inneren Gehäuseteiles, überwiegend die am Pufferträger angeschraubte Pufferhülse, ist längs eine Führungsnut eingearbeitet. In dieser ist eine Passfeder mit etwa der halben Dicke geführt. Mit der verbleibenden Dicke minus Spiel ist sie in einer Ausnehmung an der Innenwandung des äußeren Gehäuseteiles befestigt.
Bei längerem Gebrauch der Puffer können Risse im Führungsnutbereich auftreten. Diese beginnen sehr häufig am Führungsnutgrund am offenen Ende der Führungsnut, die sich am Rohrende befindet. Das führt letztlich zu einer Zerstörung der Führung. Mit dem dadurch möglichen Verdrehen des Puffertellers wird die Funktion gefährdet.
Naheliegend ist eine Verstärkung der Wandungsdicke. Dieses ist aber bei dem inneren Rohr durch die vorgegebenen Normen für z. B. Eisenbahnpuffer nicht möglich. Es werden deshalb auch durch die gesamte Wandstärke gehende Schlitze als Führungen gefertigt. In dieser Ausführung muss die Passfeder am äußeren Gehäuseteil innen sicher befestigt sein. Die Passfederführung ist damit ein einseitig offener Schlitz. Bei der auftretenden seitlichen Belastung wird durch den Druck der Passfeder der Schlitz am offenen Ende aufgeweitet und es beginnt eine Rissbildungen am Schlitzende.

[0003] Diese Gefahrenpotentiale erfordern zur Vermeidung von Betriebsstörungen eine häufige Überwachung und gegebenenfalls den Austausch von Pufferteilen oder Puffern. Damit steigen die Kosten zur Gewährleistung der Betriebssicherheit. Trotzdem verbleibt ein Restrisiko mit möglichen Unfällen.

[Aufgabe der Erfindung]

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, aus relativ einfachen Elementen ein Gehäuseteil bzw. eine Pufferhülse mit hoher Dauerfestigkeit und einem geringen Gewicht zu schaffen. Der Einfluss von Schweißfehlern auf die Festigkeit soll dabei vermindert werden. Weiterhin sollen die spezifischen Flächenpresskräfte zwischen den Elementen des Gehäuseteiles niedrig gehalten, eine Korrosion zwischen diesen und Risse im Führungsnutbereich der Passfederführung verhindert werden.

[0005] Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs eins gelöst. Durch die Zusammenfügung aus drei einfachen Bauteilen mit einer Kombination von Presssitzen, bzw. Formschluss und Schweißung in gering belasteten Bereichen wird eine leichte und dauerfeste Pufferhülse geschaffen. Die Lösung ist überraschend einfach, da von dem bisherigen Grundprinzip, dass die Grundplatte aus einem Stück besteht, abgewichen wird.

[0006] Die vorgeschlagene Erweiterung am Ende der Führungsnut verkürzt deren tragende Seitenwand, trotzdem ist die maximale Spannung in diesem Bereich des Gehäuseteiles/Hülsenrohres erheblich vermindert. Mit diesem einfach zu realisierendem Merkmal werden Rissbildungen am Ende des Führungsnutgrundes sicher vermieden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung nach Anspruch 2 sind die Pressverbindungen durch Aufschrumpfen, also Erwärmung bzw. Kühlung jeweils eines Bauteils der Paarung hergestellt. Durch die großen Schrumpfkräfte sind nur noch kleine Schweißverbindungen zur Sicherung des Sitzes bzw. der Fuge erforderlich.
In der Ausführung nach Anspruch 3 wird die Pressverbindung durch Aufpressen der Teile bei entsprechenden Übermaßen realisiert. In dieser Ausführung kann durch eine stärkere Verschweißung die geringere Haltekraft des Presssitzes ausgeglichen werden.
Die Schweißung erfolgt im Stirnbereich der Teile, bzw. der Grundplatte in entsprechend vorbereitete Nahtfugen. Mit dieser konstruktiv günstigen Schweißnahtanordnung wird die Belastung der Schweißnähte erheblich gesenkt. Die Hauptkräfte werden durch die Presssitze, bzw. einem Formschluss gemäß Anspruch 6 übertragen. Die Schweißungen haben im wesentlichen nur noch die Funktion, die Fugen der Sitze abzudichten und eine durchgängige Oberfläche der Grundplatte zu ermöglichen. Vereinzelt auftretende Qualitätsminderungen der Schweißung beeinflussen die Gesamtfestigkeit der Pufferhülse deshalb nicht mehr.
Die Abmaße der Bauteile bzw. für den Puffer selbst können nicht beliebig gewählt werden. Es sind entsprechende Normen für den Puffer einzuhalten. Der UIC - Kodex des internationalen Eisenbahnverbandes - schreibt z. B. für Puffer mit 105 mm Hub für Güterwagen eine Vielzahl von Maßen und möglichen Grenzbelastungen vor. Bei dünnwandigen Teilen, also kleinen Pressflächen, sind große Presskräfte im Presssitz erforderlich, um die auf den Puffer einwirkenden Kräfte abzuleiten.

[0007] Es entstehen starke Flächenpressungen, die bei Dauerbelastungen Risse bewirken könnten.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird deshalb gemäß Anspruch 5 der Flansch im Bereich des Presssitzes mit einer größeren Dicke mit einem Übergang zur allgemeinen Flanschdicke ausgeführt. Gemäß Anspruch 6 ist der Sitz zwischen dem Hülsenrohr und dem Boden formschlüssig ausgebildet. Eine einseitige Schweißnaht verhindert ein Loslösen. Die eingeleiteten Hauptkräfte werden von den gegenüber der Wanddicke vergrößerten Flächen der Teile übertragen. Dadurch wird die spezifische Flächenpressung vermindert.
Im Bereich der Schweißnähte wird durch die Schweißwärme die Pressvorspannung vermindert bzw. aufgehoben. Deshalb sollten die Schweißnähte möglichst klein sein oder ganz entfallen. Andererseits hat sich gezeigt, dass bei starken Belastungen im Presssitz ohne Fugenverschweißung sich vorübergehend die Fuge in der Größenordnung von Mikrometern öffnet. Bei der üblichen Langzeitnutzung der Puffer im Freien kann dieses eine Spaltkorrosion bewirken. In dem Bereich, in dem der Sitz besonders stark "arbeitet", wird die Ringfuge nicht verschweißt, sondern gemäß den Ansprüchen 9 und 10 nur elastisch abgedichtet. Mit dieser Maßnahme werden Haarrisse und Spaltkorrosion auch bei Dauerbelastung vermieden.
In den Ansprüchen 11 bis 15 werden vorteilhafte Ausgestaltungen der Führungsnut offenbart.
Bei einer Führungsnut mit Nutgrund nach Anspruch 11 ist eine Erweiterung im Bereich des Endes des Hülsenrohres durch die gesamte Materialstärke geführt und die maximale Erweiterung entspricht 1 bis 3 mal der Breite der Führungsnutbreite.
Wenn es die räumlichen Verhältnisse gestatten, wird gemäß Anspruch 12 die Führungsnut etwa um die Länge der Erweiterung verlängert bzw. der Passfedersitz verschoben. Bei maximaler Einfederung ist dadurch die Passfeder über die gesamte Länge in der Führungsnut geführt, was eine weitere Spannungsminderung bewirkt.
Der Anspruch 15 enthält eine Lösung für eine Führungsnut ohne Führungsnutgrund.
Die Erfindung ist selbstverständlich auch bei anderen Ausführungsformen von Puffern, als in dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel anwendbar.

[Beispiele]

[0008] Nachfolgend soll die Erfindung an zwei Ausführungsbeispielen erläutert werden.
Die Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein Puffergehäuse, die Fig. 2 eine Seitenansicht, vom offenen Ende des Hülsenrohres aus gesehen und Fig. 3 einen Längsschnitt des Endes mit der Grundplatte in einer zweiten Ausführung. Die Fig. 4 zeigt das Puffergehäuse (Pufferhülse) in der Draufsicht und die Fig. 5 eine vergrößerte, räumliche Darstellung der Erweiterung der Führungsnut.

[0009] Das Hülsenrohr 1 ist aus einem Rohrstück gefertigt. An einem Rohrende ist außen und innen ein Sitz für eine Presspassung gedreht. Zusätzlich sind an den Kanten Fasen ausgebildet. Am entgegengesetztem Ende ist eine Führungsnut 6 eingefräst. Der Boden 2 ist aus einem Starkblech ausgeschnitten oder als Schmiedestück gefertigt. Der äußere Durchmesser ist mit passendem Übermaß zum Innendurchmesser des Hülsenrohres 1 überdreht und mit Fasen versehen. Der Flansch 3 bildet den Hauptkörper der Grundplatte und besitzt eine zentrale Bohrung mit Passung für das Hülsenrohr 1. Am Umfang der Bohrung ist der Flansch 3 dicker ausgeführt, um die Flächendrücke zu senken und die Kräfte besser abzuleiten. Weiterhin sind vier Durchgangsbohrungen für die Befestigungsschrauben zum Pufferträger vorgefertigt.
Zur Fertigstellung der Pufferhülse wird z. B. das Hülsenrohr 1 erwärmt und der kalte Boden 2 in das Hülsenrohr 1 eingeschoben. Nach der Abkühlung wird der erwärmte Flansch 3 auf das Hülsenrohr 1 aufgesetzt. Abschließend werden die vorbereiteten Fugen an der Stirnseite verschweißt und die Nahtoberflächen geglättet. Die Verschweißung 4 ist in der Fig. 1 überproportional dargestellt. Der entgegengesetzte Fugenbereich wird durch Auftragen einer gummihaltigen Dichtungsmasse 5 abgedichtet.
Nach der Montage der Feder, Passfeder, weiterer Einzelteile und des Stößels auf die Pufferhülse ist der Puffer komplett. Jetzt wird der Flansch 3 der Pufferhülse mit dem Pufferträger des Fahrzeuges verschraubt.

[0010] In einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist die Rohrwandung des Hülsenrohres 1 zum Rohrende innen ansteigend ausgeführt, so dass ein kegelstumpfförmiger Sitz entsteht. In der Fig. 3 ist das zur Darstellung stark überhöht abgebildet. Zusätzlich sind an den Kanten Fasen für die Schweißnähte gefertigt. Der Boden 2 ist aus einem Starkblech ausgeschnitten oder ein Schmiedestück. Der äußere Durchmesser ist so kegelstumpfförmig ausgebildet, dass der Boden 2 durch das Hülsenrohr 1 bis zum Sitz eingebracht werden kann.
Zur Fertigstellung der Pufferhülse wird der Boden 2 in den inneren Sitz des Hülsenrohres 1 gepresst und außen in der Fase verschweißt. Die später in das Hülsenrohr 1 eingebrachte Pufferfeder drückt auf den Boden 2 und dieser leitet die Kräfte auf den Pufferträger des Waggons. Danach wird der erwärmte Flansch 3 auf das Hülsenrohr 1 aufgesetzt. Abschließend wird die vorbereitete äußere Fuge 4 verschweißt und der entgegengesetzte Fugenbereich durch Auftragen einer handelsüblichen elastischen Dichtungsmasse 5 abgedichtet. Dieses erfolgt in einem Streifen über der Fuge, so dass im unmittelbaren Fugenbereich eine Bewegung der Teile 1 und 3 gegeneinander möglich ist, ohne die Abdichtung insgesamt abzulösen.

[0011] Wie aus Fig. 4 ersichtlich, ist am äußeren Umfang des Hülsenrohres 1, parallel zur Längsachse, eine Führungsnut 6 eingefräst. Diese durchdringt nicht die ganze Wanddicke, so dass ein mehrere Millimeter dicker Nutgrund verbleibt. Das Ende der Führungsnut 6 im Bereich des Hülsenrohrendes besitzt eine Erweiterung 7. Diese hat die Form eines Zylinderabschnittes mit einer maximalen Erweiterung am Hülsenrohrende. Die Erweiterung 7 durchdringt die gesamte Wandstärke. Dadurch ist der Anfang des Nutgrundes zurückgesetzt und die Seitenwandung der Erweiterung 7 verläuft bogenförmig. Die Seitenwandung kann auch einen abgewandelten Kurvenverlauf besitzen.
Im nicht dargestellten äußeren Gehäuseteil ist eine der Führungsnut 6 entsprechende Gleitfeder befestigt. Zur Montage wird erst die Feder in das Hülsenrohr 1 geführt. Danach wird das äußere Gehäuseteil mit der Gleitfeder aufgeschoben, so dass die Gleitfeder in der Führungsnut (6) geführt wird. Ein um das Hülsenrohr 1 umlaufender Sicherungsring verhindert ein Auseinandergleiten der Gehäuseteile.
Im ausgefederten Zustand, also bei fehlender Krafteinwirkung auf den Puffer, trägt die Gleitfeder nur auf einem Teil ihrer Länge. Unter Belastung federt das äußere Gehäuseteil (Stößel) ein, so dass die Gleitfeder in annähernd Gesamtlänge trägt. Die Erweiterung 7 ist dabei nicht direkt belastet.

Verzeichnis der Bezugszeichen

[0012] 

1

Hülsenrohr

2

Boden

3

Flansch

4

Schweißung

5

dauerelastisches Medium

6

Führungsnut

7

Erweiterung

Ansprüche

1. Puffer, insbesondere für Schienenfahrzeuge, bestehend aus zwei ineinander geführten zylindrischen Gehäuseteilen mit Passfederführung und einer im Inneren vorgespannter Feder, dessen eines Gehäuseteil am Ende als Grundplatte zur Befestigung des Puffers ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet,
dass das Gehäuseteil (die Pufferhülse) aus einem Hülsenrohr (1), einem Boden (2) und einem Flansch (3) besteht,
die miteinander durch Presssitze oder Formschluss und Schweißung (4) an mindestens einer Stirnseite verbunden sind, so dass Boden (2) und Flansch (3) eine Grundplatte bilden und
dass im Hülsenrohr (1) die Führungsnut (6) zumindest an einem Ende durch die Rohrwandung gehend erweitert ist.

2. Puffer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Presssitze zwischen dem Boden (2) und Hülsenrohr (1), sowie Flansch (3) und Hülsenrohr (1) nacheinander durch Erwärmung bzw. Abkühlung eines Teiles der Paarung (Aufschrumpfung) hergestellt sind.

3. Puffer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Presssitze zwischen dem Boden (2) und Hülsenrohr (1), sowie Flansch (3) und Hülsenrohr (1) nacheinander durch Einpressung hergestellt sind.

4. Puffer nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
dass die Teile (1, 2, 3) zusätzlich zum Presssitz durch eine Schweißung (4) im Stirnbereich der Grundplatte verbunden sind.

5. Puffer nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
dass der Flansch (3) im Bereich des Presssitzes eine größere Dicke mit einem Übergang zur allgemeinen Flanschdicke besitzt.

6. Puffer nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,
dass das Hülsenrohr (1) und der Boden (2) des Gehäuseteiles formschlüssig und durch Schweißung (4) an mindestens einer Stirnseite verbunden ist

7. Puffer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
dass die formschlüssige Verbindung kegelstumpfförmig ausgebildet ist.

8. Puffer nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet,
dass das Hülsenrohr (1) im Endbereich zur Grundplatte im Innendurchmesser verjüngt ist, so das eine kegelstumpfförmige Sitzfläche für den Boden (2) gebildet wird.

9. Puffer nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
dass die nicht durch Schweißung verschlossenen Fugen der Presssitze mit einem dauerelastischen Medium (5) dichtend beschichtet sind.

10. Puffer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
dass das dauerelastische Medium (5) eine Kunstharzverbindung, Gummimischung oder handelsübliche dauerelastische Fugendichtungsmasse ist.

11. Puffer nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
dass bei einer Führungsnutausführung mit Nutgrund das Ende der Führungsnut (6) im Bereich des Endes des Hülsenrohres (1) in eine durch die gesamte Materialstärke gehende Erweiterung (7) endet und die maximale Erweiterung (7) 1 bis 3 mal der Breite der Führungsnutbreite entspricht

12. Puffer nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
dass die Führungsnut (6) etwa um die Länge der Erweiterung (7) verlängert bzw. der Passfedersitz verschoben ist, so dass bei maximaler Einfederung die Passfeder über die gesamte Länge in der Führungsnut (6) geführt ist.

13. Puffer nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
dass die Erweiterung (7) die Form eines Zylinderabschnittes besitzt, der symmetrisch zur Mittelachse der Führungsnut (6) und dessen maximale Breite am Ende des Hülsenrohres(1) liegt.

14. Puffer nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
dass die Erweiterung (7) ellipsenförmig verläuft und der Scheitelpunkt auf der Mittelachse der Führungsnut (6) liegt.

15. Puffer nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
dass bei einer Führungsnutausführung ohne Führungsnutgrund das geschlossene Ende der Führungsnut (6) in einer Erweiterung (7) endet, deren maximale Erweiterung (7) 1,1 bis 3 mal der Breite der Führungsnutbreite entspricht

Zeichnung