DE69911414T2

DE69911414T2 - Elastomerische befestigungsschelle

Info

Publication number: DE69911414T2
Application number: DE69911414T
Authority: DE
Inventors: Matthew James WHELAN
Original assignee: Trelleborg AB
Current assignee: Trelleborg AB
Priority date: 1998-07-08
Filing date: 1999-07-08
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2019-07-09
Also published as: AU747961B2; AU4631599A; GB9915973D0; DE69911414D1; PT1093548E; EP1093548B1; ZA200100183B; CZ293285B6; GB2339264A; ES2207241T3; ATE250189T1; GB2339264B; EP1093548A1; CZ200141A3; GB9814749D0; WO2000003153A1; PL346243A1

Description

Diese Erfindung betrifft eine elastomere Befestigung und insbesondere, obwohl nicht ausschließlich, eine elastomere Befestigung, die zur Verwendung in einer Eisenbahn-Fahrzeugaufhängung geeignet ist und eine verschachtelte Anordnung von Metallplatten und einer oder mehrere Schichten aus Elastomermaterial aufweist.
Die Endung betrifft auch aber nicht ausschließlich eine elastomere Befestigung des Sparrentyps, die eine verschachtelte Anordnung von winkelingen Metallplatten aufweist, die im wesentlichen übereinanderliegend angeordnet sind und wobei das oder jedes nachfolgende Paar von Platten durch eine Schicht aus Elastomermaterial beabstandet ist.
Bei der Gestaltung einer elastomeren Befestigung, die zur Verwendung in einer Fahrzeugaufhängung geeignet ist, ist es notwendig, dass die Befestigung eine große Druckbelastung über einen großen Durchbiegungsbereich in einer vertikale Richtung tragen kann. Ein Beispiel einer bekannten elastomeren Befestigung, die in der Lage ist, Stoßbelastungen aufzunehmen, wird in der Beschreibung von GB-A-793666 beschrieben.
Wenn sie als Teil einer Wiegenaufhängung zwischen einen Fahrzeugfahrgestell und einem Fahrzeugkörper angeordnet ist, muß die Befestigung eine adäquate Steifigkeit in eine Querrichtung bereitstellen, so dass der Fahrzeugkörper adäquat mit dem Schienengleis ausgerichtet gehalten wird, muß jedoch in die Bewegungsrichtung verhältnismäßig nachgiebig sein, um sich an eine Bewegung des Fahrgestells relativ zum Fahrzeugkörper anzupassen und hohe Schienengleiskräfte zu vermeiden, wenn er einem gekrümmten Schienengleis folgt.
Eine weitere Überlegung bei der Gestaltung einer elastomeren Befestigung kann ein Erfordernis sein, eine zunehmende Steifigkeitsrate in eine vertikale Richtung vorzusehen, vorzugsweise eine Steiftgkeitsrate, die allmählich mit zunehmender Last zunimmt.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine elastomere Befestigung zur Kompressions- und Scherbelastung mehrere Metallglieder auf, wobei das oder jedes nachfolgende Paar der Metallglieder durch eine Schicht aus Elastomermaterial beabstandet ist und an sie gebunden ist, wobei die Metallglieder und die oder jede elastomere Schicht ein Paar von im wesentlichen parallelen und gegenüberliegenden Kantenbereichen aufweist, und das Material jeder elastomeren Schicht, wenn es sich in einem unbelasteten Zustand befindet, einen schlitzförmigen Hohlraum aufweist, der sich im wesentlichen parallel zu und beabstandet von den Kantenbereichen der Schicht erstreckt, und die Höhe des schlitzförmigen Hohlraums von einem Endbereich der oder jeder Schicht des Elastomermaterials zur einer zentralen Position auf halbem Wege zwischen longitudinalen Enden der Schicht allmählich spitz zuläuft.
Der schlitzförmige Hohlraum weist vorzugsweise eine maximale Dicke in die Richtung der vertikalen (normalen) Kompressionsbelastung der Befestigung auf, die in eine Querrichtung zwischen den gegenüberliegenden Kantenbereichen betrachtet kleiner als ein Viertel, oder vorzugsweise kleiner als ein Sechstel der maximalen Breite des Schlitzes ist.
Der Bezug auf den schlitzförmigen Hohlraum, der sich im wesentlichen parallel mit den Endbereichen der Schicht des Elastomermaterials erstreckt, bezieht sich auf den Hohlraum, der sich in eine Längsrichtung zwischen den Endbereichen erstreckt.
Vorzugsweise läuft auch die Breite des Schlitzbereiches von einer maximalen Breite an einem Endbereich zu einer minimalen Breite an einer zentralen Position auf halbem Wege zwischen den Endbereichen allmählich spitz zu.
In einer Ebene betrachtet liegt die Verjüngung der Breite des Schlitzes vorzugsweise im Bereich von 4° bis 20°. Ein geeigneter Verjüngungswinkel beträgt 6° ± 2°. In jedem Fall wird der Verjüngungswinkel relativ zu einer zentralen Längsachse gemessen, so dass der relative Winkel zwischen den Seiten des Schlitzes das doppelte des Verjüngungswinkel ist. Jeder Schlitz kann in irgendeiner transversalen Ebene betrachtet eine konstante Höhe aufweisen, ist jedoch bevorzugter so profiliert, dass er eine maximale Höhe an der zentralen Position und eine minimale an den transversalen Kantenbereichen aufweist, die die Bereiche des Schlitzes sind, die den jeweiligen gegenüberliegenden Kantenbereiche der zugehörigen elastomeren Schicht am nächsten liegen.
Vorzugsweise weisen die Metallglieder und die elastomere Schicht eine im wesentlichen quadratische oder rechteckige Form auf.
Die Metallglieder können aus Metallplatten bestehen. Die Endmetallglieder eines Stapels von Paaren der Metallglieder können Metallplatten oder Metallgußteile sein. Ein dazwischenliegendes Metallglied kann ebenfalls ein Gußteil sein.
Die Metallglieder können ebene Oberflächen aufweisen, an die die elastomeren Schichten gebunden sind. Alternativ kann die elastomere Befestigung aus dem Sparrentyp bestehen, der V- förmige Metallplatten und/oder Gußteile und V-förmige elastomere Schichten aufweist, wobei sich der schlitzförmige Hohlraum in eine Längsrichtung erstreckt, die im wesentlichen parallel mit der Scheitellinie der V-Form verläuft.
Endmetallglieder der Sparrenbefestigung können Außenseiten, die eine V-Form aufweisen, so dass sie zwei ebene Abschnitte aufweisen, die relativ zueinander geneigt sind, oder flache Außenseiten aufweisen.
Jeder Schlitz kann auf halbem Wege zwischen einem Paar nachfolgender Metallglieder angeordnet sein oder er kann versetzt sein, so dass er näher zu einem Metallglieder des Paares liegt.
Die Schlitzform kann im wesentlichen gänzlich durch das Elastomermaterial definiert werden, insbesondere im Fall eines Schlitzes, der im wesentlichen auf halbem Wege zwischen einem Paar nachfolgender Metallglieder angeordnet ist. Alternativ kann ein Teil der Schlitzform teilweise durch das Elastomermaterial und teilweise durch eine der sich gegenüberliegenden Oberflächen eines Paars Metallglieder definiert sein. Ein Schlitz kann eine Form aufweisen, die im transversalen Querschnitt betrachtet, einen zentralen Abschnitt aufweist, der zwischen einem Paar Abschnitten des Elastomermaterials und einem Paar Seitenabschnitten liegt, die sich jeweils vom zentralen Abschnitt zu einer Position erstrecken, die näher zu einer Oberfläche eines der Metallglieder liegt, als der Abstand des zentralen Abschnitts von jener Oberfläche des Metallglieds. Typischerweise werden sich die Seitenabschnitte zur selben Metallgliedoberfläche hin erstrecken. Die Seitenabschnitte können sich gänzlich zur Oberfläche eines Metallglieds erstrecken, wobei das Elastomermaterial zwischen einem Paar von Platten dann im Querschnitt zwei getrennte Abschnitte aufweist, einen Hauptabschnitt, der sich zu jedem der Kantenbereiche der elastomeren Schicht erstreckt und dazwischen einen Leerbereich definiert, und einen Hilfsabschnitt, der so an einem der Metallglieder befestigt ist, dass er in dem Leerbereich liegt und teilweise die Form des schlitzförmigen Hohlraums definiert, der die zentralen und Seitenabschnitte aufweist. Während diese transversale Querschnittform längs der Gesamtheit der Länge des Hohlraums vorhanden sein kann, faßt die Erfindung in Auge, dass die Abschnitte lokal miteinander verbunden sein können, und es an einer zentralen Position zwischen, typischerweise auf halbem Wege zwischen den Enden der elastomeren Schicht keine Schlitzform geben kann.
In einer elastomeren Sparrenbefestigung kann die zentrale, transversale Position eines Schlitzes näher zu äußeren, stumpfwinkligen Oberfläche einer der V-förmigen Komponenten als relativ zur Innenfläche des anderen Metallgliedes des Paares liegen, zwischen dem er angeordnet ist. Äußere transversale Kantenbereiche eines Schlitzes können näher zur Innenfläche eines der Metallglieder als die äußere stumpfe Oberfläche des anderen Paares der Metallglieder liegen, zwischen denen die elastomere Schicht angeordnet ist. Wenn der Schlitz die obenerwähnte Art aufweist, die im transversalen Querschnitt einen zentralen Abschnitt und ein Paar Seitenabschnitte aufweist, erstrecken sich die Seitenabschnitte vorzugsweise in eine Richtung zur stumpfen Oberfläche des Paares sich gegenüberliegender stumpfer und interner Oberflächen hin.
Vorzugsweise ist der Schlitz relativ zur transversalen Breite der Befestigung symmetrisch angeordnet.
Das Elastomermaterial der oder jeder elastomeren Schicht weist vorzugsweise eine Steifigkeit im Bereich von 30 bis 80 Shore A auf, bevorzugter zwischen 45 und 65 Shore A.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Fahrzeugaufhängungssystem einen Tragachsenaufbau auf, der an einem Fahrzeugkörper durch mindestens eine erfindungsgemäße elastomere Befestigung befestigt ist.
Der Körper und Tragachsenaufbau können aneinander durch ein Paar der elastomeren Befestigungen befestigt sein, die in die Richtung der Länge der Rotationsachse oder Achsen der Fahrzeugräder beabstandet angeordnet sind.
Der Tragachsenaufbau kann Teil eines Fahrzeugfahrgestells sein und die oder jede elastomere Befestigung kann angeordnet sein, um das Fahrgestell an einem Fahrzeugkörper zu befestigen. Die oder jede Befestigung kann im wesentlichen auf halbem Wege zwischen dem Tragachsenaufbaupositionen eines Fahrgestells angeordnet sein, das zwei Tragachsenpositionen aufweist, die longitudinal in die normale Bewegungsrichtung beabstandet sind.
In einem Fahrzeugaufhängungssystem kann die oder jede elastomere Befestigung so angeordnet sein, dass die Fahrzeuglast in die Dickenrichtung der oder jeder elastomeren Schicht wirkt, und wobei die gegenüberliegenden Kantenbereiche in eine Querrichtung senkrecht zur normalen Richtung der Fahrzeugbewegung beabstandet sind. Folglich ist die Längsrichtung jeder Schlitzausbildung parallel mit der normalen Richtung der Fahrzeugbewegung. In einer alternativen Konstruktion kann die Längsrichtung jedes Schlitzes transversal zur normalen Richtung der Fahrzeugbewegung angeordnet sein.
Das Fahrzeugaufhängungssystem der vorliegenden Erfindung ist für spurgebundene Fahrzeuge, wie Eisenbahnfahrzeuge besonders geeignet, und ist auch für nicht spurgebundene Fahrzeuge geeignet.
Es werden nun Ausführungsformen der Erfindung lediglich beispeilhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 einen Schnitt auf der Linie 1-1 der 2 einer elastomeren Sparrenbefestigung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung;
2 einen Schnitt auf der Linie 2-2 der 1;
3 eine Ansicht, die ähnlich zu jener der 1 ist, mit gezeigten zusätzliche Details;
4 einen Schnitt auf der Linie X-X der 3;
S einen Schnitt auf der Linie 5-5 der 6 einer anderen Sparrenbefestigung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 einen longitudinalen Schnitt auf der Linie 6-6 der 5;
7 einen Schnitt der zweiten Ausführungsform auf der Linie 7-7 der 8, und
8 einen Schnitt auf der Linie 8-8 der 7.
Eine Sparrenbefestigung 10 weist drei winkelige Metallplatten 11 mit einem V-Abschnitt im Querschnitt auf, zwei Metallendgußteile 12, die die jeweils eine flache Außenseite 13 und eine V-förmige Innenseite 14 aufweisen, die der Neigung einer jeweiligen gegenüberliegenden Seite einer Metallplatte 11 entsprechen.
Zwischen den V-förmigen Seiten und daran gebunden sind vier elastomere dazwischenliegende Schichten 15 angeordnet, wobei eine Schicht 15 zwischen jedem nachfolgenden Paar V-förmiger Flächen in einer Anordnung angeordnet ist, in der die Metallplatten und Gußteile übereinanderliegen, wobei die Scheitellinien 16 der jeweiligen V-förmigen ausgerichtet sind. Jedes der Metallglieder und elastomeren Schichten weist ein rechteckiges Außenprofil auf und ist in die in 2 gezeigte Scheitellinienrichtung Z länger als in die in 1 gezeigte Querrichtung Y.
Jede elastomere Schicht weist ein Paar longitudinaler Außenkanten 17 auf. Auf halbem Wege zwischen diesen Außenkanten weist jede elastomere Schicht in einem unbelasteten Zustand einen zentralen Schlitz 18 auf, der sich longitudinal in die Z- Richtung erstreckt, und ein doppeltes Verjüngungsmerkmal aufweist.
Der Schlitz 18 läuft in der Draufsicht spitz zu, die in 4 gezeigt wird, so dass er von einem Endbereich 19 zu einem zentralen Bereich 20 eine abnehmende Breite aufweist, wobei die Verjüngung 6° relativ zur Längsachse 21 beträgt. Jeder Schlitz läuft auch in seiner Dicke spitz zu, wie in 2 gezeigt, mit einem eingeschlossenen Verjüngungswinkel von 5°. Jeder Schlitz weist an einer transversalen zentralen Position 22, die mit der Längsachse 21 ausgerichtet ist, eine größere Höhe als an einem äußeren transversalen Kantenbereich 23 auf.
Nun wird auf die Ausführungsform der 5 bis 8 bezug genommen, die eine Sparrenbefestigung 50 betrifft, die im allgemeinen ähnlich zu jener der 1 bis 4 ist, jedoch Schlitze 51 aufweist, die sich von den Schlitzen 18 unterscheiden.
Jeder Schlitz 51 weist einen zentralen Abschnitt 52, der im wesentlichen ähnlich zu einem Schlitz 18 ist, und ein Paar Seitenabschnitte 53 auf, die sich zu (siehe 5) der stumpfen Oberfläche 54 eines Paares von Metallplatten erstrecken, zwischen dem die Schicht 55 mit Schlitz 51 angeordnet ist.
Wie in den 6 und 8 gezeigt, läuft der zentrale Abschnitt 52 und auch jeder Seitenabschnitt 53 spitz zu, so dass seine Breite in eine Richtung zu den Enden 56 von einer Position 57 auf halbem Wege dazwischen abnimmt. An der Position 57 auf dem halbem Wege erstreckt sich zu RHerstellungszwecken ein kleiner, dünner Steg 58 aus Gummi quer zum Schlitz und teilt dadurch die Gesamtlänge des Schlitzes in zwei Bereiche, die auf jeweiligen Seiten des Steges liegen.
Im Gebrauch sorgen die Seitenabschnitte für eine verhältnismäßig niedrige Anfangssteifigkeit in die Querrichtung der 5 und 7, und für eine Zunahme mit höherer transversaler Durchbiegung, wenn sich einer der Seitenabschnitte schließt.

Claims

Elastomeres Lager (10) für Druck- und Scherbeanspruchung, das mehrere Metallglieder (11,12) aufweist, wobei das oder jedes nachfolgende Paar der Metallglieder durch eine Schicht (15) aus einem elastomeren Material beabstandet ist und mit dieser verbunden ist, wobei die Metallglieder und die oder jede elastomere Schicht ein Paar von im wesentlichen parallelen und gegenüberliegenden Kantenbereichen (17) aufweist, und wobei das Material jeder elastomeren Schicht, wenn es sich in einem unbelasteten Zustand befindet, einen schlitzförmigen Hohlraum (18) aufweist, der sich im wesentlichen parallel zu und beabstandet von den Kantenbereichen (17) der Schicht erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des schlitzförmigen Hohlraums von einem Endbereich (19) der oder jeder Schicht des elastomeren Materials zu einer zentralen Position (20) auf halbem Wege zwischen longitudinalen Enden der Schicht allmählich spitz zuläuft.
Elastomeres Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der schlitzförmige Hohlraum (18) in der Richtung der normalen Druckbeanspruchung des Lagers eine maximale Dicke (22) aufweist, die in einer Querrichtung zwischen den gegenüberliegenden Kantenbereichen betrachtet kleiner als ein Viertel der maximalen Breite des Schlitzes ist.
Elastomeres Lager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Dicke kleiner als ein Sechstel der maximalen Breite ist.
Elastomeres Lager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Schlitzbereiches von einer maximalen Breite an einem Endbereich (19) zu einer minimalen Breite an einer zentralen Position (20) auf halbem Wege zwischen den Endbereichen allmählich spitz zuläuft.
Elastomeres Lager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verjüngung der Breite des Schlitzes, relativ zu einer zentralen Längsachse gemessen, im Bereich von 4° bis 20° liegt.
Elastomeres Lager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verjüngung im Bereich von 4° bis 8° liegt.
Elastomeres Lager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer transversalen Ebene betrachtet ein Schlitz eine nicht konstante Höhe aufweist, die an einer zentralen Position (22) maximal ist und an transversalen Kantenbereichen (23) minimal ist.
Elastomeres Lager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder schlitzförmige Hohlraum (18) so versetzt angeordnet ist, dass er näher zu einem der Metallglieder (11,12) eines Paars nachfolgender Metallglieder liegt.
Elastomeres Lager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz im transversalen Querschnitt einen zentralen Abschnitt (52) und ein Paar Seitenabschnitte (53) aufweist, die sich jeweils vom zentralen Abschnitt zu einer Oberfläche eines der Metallglieder erstrecken.
Elastomeres Lager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Seitenabschnitte (52) zur selben Metallgliedoberfläche hin erstrecken.
Elastomeres Lager nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Seitenabschnitte (53) jeweils gänzlich zu einer Metallgliedoberfläche erstrecken.
Elastomeres Lager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es aus dem Chevrontyp besteht, bei dem die Metallglieder (10, 11) und elastomeren Schichten (15) sich gegenüberliegende gebundene Oberflächen mit einer V-Form im Querschnitt aufweisen, wobei der zentrale, transversale Abschnitt (22) jedes schlitzförmigen Hohlraums näher zur äußeren, stumpfwinkligen Oberfläche einer der V-förmigen Bauteile als in Bezug zur Innenfläche des anderen Metallgliedes des Paares liegt, zwischen dem er angeordnet ist.
Elastomeres Lager nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass äußere transversale Bereiche (22) eines Schlitzes näher zur Innenfläche eines Paares der Metallglieder als in Bezug zur äußeren stumpfen Oberfläche des anderen Metallgliedes des Paares liegen.
Elastomeres Lager nach Anspruch 12 oder 13, falls abhängig von einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Seitenabschnitte (53) jeweils zur stumpfen Oberfläche des Paares sich gegenüberliegender stumpfer und innerer Oberflächen erstrecken.
Elastomeres Lager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder jeder schlitzförmige Hohlraum (18) in Bezug zur transversalen Breite des Lagers symmetrisch angeordnet ist.
Elastomeres Lager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede elastomere Schicht (15) eine Steifigkeit im Bereich 45 bis 65 Shore A aufweist.
Fahrzeugaufhängungssystem, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Achsenaufbau aufweist, der an einer Fahrzeugkarosserie durch mindestens ein elastomeres Lager (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche angeordnet ist.
Fahrzeugaufhängungssystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Karosserie und der Achsenaufbau durch ein Paar der elastomeren Lager (10) aneinander befestigt sind, die in Richtung der Länge der Rotationsachse der Achsen der Fahrzeugräder beabstandet angeordnet sind.
Fahrzeugaufhängungssystem nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Achsenaufbau Teil eines Fahrzeugfahrgestells ist und das oder jedes elastomere Lager (10) angeordnet ist, um das Fahrgestell an einer Fahrzeugkarosserie zu befestigen.
Fahrzeugaufhängungssystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das oder jedes Lager (10) im wesentlichen auf halbem Wege zwischen den Achsenaufbaupositionen des Fahrgestells angeordnet ist, das zwei Achsenpositionen aufweist, die longitudinal in der normalen Bewegungsrichtung angeordnet sind.
Fahrzeugaufhängungssystem nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das oder jedes elastomere Lager (10) so angeordnet ist, dass die Fahrzeuglast in der Dickenrichtung der oder jeder elastomeren Schicht (15) wirkt und die gegenüberliegenden Kantenbereiche (17) in einer Querrichtung senkrecht zur normalen Richtung der Fahrzeugbewegung beabstandet sind.