V2356 EP Tittel: Torsjonsstangenhet og fremgangsmåte spesielt for en krengningsstabilisatorstang for skinnegående kjøretøy

Transkript

1 V236 EP 198 Tittel: Torsjonsstangenhet og fremgangsmåte spesielt for en krengningsstabilisatorstang for skinnegående kjøretøy

2 1 Beskrivelse [0001] Denne oppfinnelse vedrører demonterbar torsjonsstangenhet, og spesielt til krengningsstabilisatorstangenheter for bruk i skinnegående kjøretøyer og andre anvendelser med tunge belastninger. 1 [0002] En torsjonsstang, slik som en krengningsstabilisator (heretter Anti Roll Bar - "ARB"), er en stang som er montert for rotasjon gjennom et lite vinkelområde, for å overføre dreiemoment mellom, vanligvis, et par momentoverføringselementer (heretter omtalt som "hevarmer") som typisk, men ikke nødvendigvis er korte armer som strekker seg radialt utover fra de respektive ender av stangen. Slike monteringer er typisk utsatt for ofte og hurtig reversering av laster, noe som i ARB for passasjerbæreskinnegående kjøretøyer kan gi opphav til et moment i størrelsesorden omkring knm, der stangen er typisk rundt 6 mm i diameter. [0003] Siden torsjonsstangen må gå gjennom de strukturelle komponentene til boggien, er det nødvendig å montere minst én av hevarmene in-situ etter montering av stangen i boggien. ARB monteringen må passe innenfor en begrenset plass, der den aksiale lengde av stangen blir begrenset av sporvidden. Mye arbeid har derfor blitt utført i utformingen av et middel for å koble hevarmen til stangen som gjør at koblingen kan utføres og løsnes med ARB in-situ i boggien, og som kan utføre en pålitelig overføring av slike tunge belastninger uten uakseptabelt å øke størrelsen og kostnaden for enheten. 2 3 [0004] En vanlig løsning på dette problemet omfatter et sylindrisk kileledd, som vist for eksempel i WO 04/ A1. Sporene tillater at armen kan settes sammen ved å presse den på stangen; uheldigvis er imidlertid kileleddet gjenstand for dødgang ved reversible belastninger. Videre krever spenningskonsentrasjoner i rillene at endepartiene til stangen må forstørres diametralt for å unngå tretthetsbrudd, noe som er uønsket, siden det i betydelig grad øker kostnaden til stangen. [000] For å redusere disse problemer, har koniske kilefuger blitt utviklet, noe som imidlertid er betydelig mer kostbart å fremstille. Videre er det funnet at kilene slites under drift, noe som krever at ARB-enheten må skiftes ut flere ganger under levetiden til boggien. [0006] Det er også kjent å montere hevarmene til en kraftig ARB ved hjelp av en krympet eller presset sylindrisk presstilpasning, noe som er fordelaktig fri for dødgang, avhengig av den friksjonskraft som utvikles av trykket og friksjonskoeffisienten

3 2 1 2 mellom de tilpassede tørre stålflatene for å overføre dreiemoment mellom de respektive deler. Slike ARB enheter er med fordel kompakte, lave i pris, og stort sett fri for stresskonsentrasjoner. Men monteringen av skjøten krever enten at hevarmene er oppvarmet til en høy temperatur, noe som er farlig og uhensiktsmessig ved jernbanens vedlikeholds-stasjoner, eller anvendelse av en meget tung pressekraft som det er upraktisk å utføre mot en ARB in- situ i en boggi. [0007] GB beskriver en ARB enhet for en boggi til et skinnegående kjøretøy der hevarmen er splittet for å danne en kileklemme som griper enden av ARB. Klemte, kileformede sylindriske skjøter av denne generelle type er brukt med hell på lettere, underjordiske skinnegående kjøretøy, og med fordel kan klemmen strammes in-situ for å redusere eller fjerne dødgang etter hvert som rillene slites i tjenesten. Men slike skjøter ikke testet for bruk i tyngre applikasjoner som standard overgrunn passasjerførende skinnegående kjøretøyer, og det hersker tvil om deres bæreevne. [0008] En alternativ tilnærming er å tilveiebringe en låsekrage som en separat komponent som er innkoplet mellom hevarmen og ARB. Kjente skjøter av denne type har blitt funnet egnet for in-situ montering og demontering, men med en ufordelaktig tendens til å være kompliserte og plasskrevende. [0009] Det er et formål med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en demonterbar torsjonsstangenhet som er mer egnet for bruk i tunge belastninger som krever in-situ-montering, og særlig for anvendelse på ARB enheten til et skinnegående kjøretøy. Det er videre et formål å tilveiebringe en korresponderende fremgangsmåte for enhet. [00] I samsvar med den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt henholdsvis en demonterbar torsjonsstangenhet og en fremgangsmåte for montering, slik det er definert i kravene. [0011] En illustrerende utførelsesform som omfatter en ARB enhet for et skinnegående kjøretøy vil nå bli beskrevet, utelukkende som eksempel, og uten begrensning for omfanget av kravene, og med henvisning til de medfølgende tegninger, der: 3 Fig. 1 viser monteringen in-situ i en boggiramme til kjøretøyet; Fig. 2 er et lengdesnitt av et endeparti av enheten; Fig. 3 viser den ytre rotasjonsoverflate til torsjonsstangen i den monterte posisjon på fig. 2;

4 3 Fig. 4 viser hevarmen og stangen i utgangsposisjonen under monteringen; og Fig. viser hevarmen og stangen i den endelige (monterte) posisjon under montering. [0012] Tilsvarende henvisningstall viser til de samme deler i hver av figurene. 1 [0013] Med henvisning til fig. 1, en kraftig, omfatter en demonterbar torsjonsstangenhet et torsjonsstang av strekkfast stål som har en diameter på minst omtrent 0 mm, vanligvis fra omtrent 0 mm til omtrent 80 mm, og et par hevarmer, som strekker seg radialt utover fra endepartiene 11 til stangen. Under bruk er torsjonsstangen først satt inn gjennom åpninger i rammen 1 til en boggi for skinnegående kjøretøy, der den er støttet i lagre 2 av kjent type, slik at dens endepartier 11 strekker seg til en liten avstand fra sidene av rammen. Hevarmene blir deretter montert på stangen som nærmere beskrevet nedenfor, og er koplet til det skinnegående kjøretøys karosseri (ikke vist) via respektive forbindelser 3. Lagrene gjør at stangen kan rotere om sin lengdeakse Y i et lite vinkelområde som er tilstrekkelig til å overføre dreiemoment mellom de to hevarmene i respons til rullende bevegelser i karroseriet. 2 3 [0014] Idet det henvises til fig. 2-, er en glatt, konisk, avkortet kjegleformet ytre overflate av rotasjons 12 utformet rundt lengdeaksen av torsjonsstangen på hver av sine endepartier 11. Hver hevarm er forsynt med en fatning 21 som definerer en tilsvarende konisk innvendig rotasjonsoverflate 22. [001] Siden den totale lengde av ARB enheten må holde seg innenfor sporvidden, er det upraktisk å tilveiebringe et gjenget nav eller lignende del som strekker seg utover gjennom uttaket i hevarmen for å lette monteringen. Hvert av endepartiene 11 er derfor også forsynt med en gjenget boring 1 som åpner i den aksiale endeflate 14 til stangen og som letter reaksjonen av jekkestyrken ved spenning mot stangen som beskrevet nedenfor. [0016] En innvendig gjenget trykkfluidinjeksjonsport 23 er dannet i hevarmen og kommuniserer ved sin indre ende med et trykkfluiddreneringsspor dannet i den innvendige rotasjonsoverflaten 22 og omfatter et første, ringformet parti 24, som strekker seg rundt omkretsen til fatningen, og to grunnere, spiralformede deler 13. De spiralformede deler 13 kommuniserer med sporet 24 og strekker seg i motsatte retninger i fortrinnsvis minst 6 %, mer foretrukket omtrent 7 % av den totale aksiale lengde L av friksjonsgrenseflaten 12 ' som er definert mellom de samvirkende flater 12 og 22 i den endelige ( monterte) posisjon som vist i fig. 1, 2, 3 og.

5 [0017] Etter montering av torsjonsstangen i boggirammen 1, er de respektive kontaktflater 12, 22 belagt med et tynt lag ikke-korroderende trykkfluidum, fortrinnsvis en anti-korrosiv oljebasert monterings fluid slik som LHMF 0, som har en viskositet på 0mm 2/ S ved C og er kommersielt tilgjengelig fra SKF (RTM) vedlikeholdsprodukter fra Nieuwegein, Nederland. Hevarmen er arrangert i riktig vinkelposisjon ved hjelp av justeringsverktøy og deretter drevet på stangen så langt som mulig ved håndkraft ved bruk av en myk klubbe, slik at endepartiet 11 til stangen har inngrep i sokkelen 21 ved hjelp av konisk friksjons, og definerer en utgangsposisjon til hevarmen, som vist i fig. 4. [0018] En måler 3 blir så anbrakt i en hvilken som helst passende posisjon for å måle posisjonen til hevarmen i forhold til stangen, og nullet i utgangsposisjonen, vist på fig. 4 ved den første avstand d1 mellom den aksiale endeflate 14 av stangen og den tilstøtende aksiale endeflate 2 av hevarmen. [0019] Et gjenget spennelement, fortrinnsvis en mm diameter skrue, blir så satt inn i boringen 1 og en hul hydraulisk jekk 31 er arrangert mellom en ytre plate 33 som går i inngrep med lagerflaten av skruehodet, og en indre plate 34 som ligger an mot hevarmen. [00] Den hydrauliske pumpen 32 til jekken blir aktivert, for derved å forlenge jekken, trykke hevarmen på stangen gjennom en første aksiell avstand på for fra den første posisjon, og fortrinnsvis omtrent 2, mm, slik at det utvikles tilstrekkelig overflatetrykk mellom kontaktflatene 12, 22 for å skape en tilstrekkelig kant trykk for å gi en tetning for å injisere en trykksatt smørefilm mellom kontaktflatene. En høytrykkshånddrevet hydraulisk pumpe 36, fortrinnsvis modell TMJE-400 som er tilgjengelig fra SKF (RTM) (ovenfor) som er forbundet med injeksjonsåpningen 23 og drives til å tvinge trykkfluid 37 inn i grenseflaten mellom flatene 12, 22 typisk med et innledende trykk på ca. 70N / mm 2, Og samtidig opprettholde trykket i jekken. Jekken og pumpen 36 blir deretter operert samtidig for å trykke hevarmen videre inn på stangen, der trykket av fluidet 37 gradvis økes opp til, typisk omtrent 0N / mm 2 inntil hevarmen har nådd sin endelige monterte posisjon, som er definert av en forhåndsbestemt aksial avstand (for eksempel mm) fra den første posisjon, som angitt med måler og representert i figurene av forskjellen mellom d1 (Fig 4) og den tilsvarende avstand d2 (Fig. 3). Den forhåndsdefinerte aksiale avstand bestemmes ved beregning og testing for å gi det ønskede interferenstrykk mellom de to komponentene. I praksis kan skiver av kjent tykkelse med fordel brukes i stedet for en måler for å bestemme den relative aksiale forskyvning av de to delene.

6 [0021] Pumpen 36 blir deretter trykkavlastet, og tillater trykkfluid å unnslippe mellom de respektive rotasjonsflater via dreneringsspor 13, 24 og injeksjonsåpningen6 23 for en periode på omtrent minutter, hvoretter jekken 31 er fjernet og en tilsvarende bolt 'er fortrinnsvis gjeninnsatt med en spennplate 38 som et sikkerhetstiltak [0022] Oljeinnsprøytingens koniske monteringsmetode beskrevet ovenfor er lik en vanlig oljeinnsprøytnings koniske monteringsmetode som vanligvis brukes for montering av roterende komponenter som toghjul og lagrene til aksler. Tilstedeværelsen av smørende trykkfluid mellom jevne koniske kontaktflater gjør slike skjøter ute av stand til å overføre relativt mye tyngre, raskt skiftende og vendende dreiemoment som genereres på torsjonsstangenheter og spesielt ARB enheter. Imidlertid har søkeren overraskende funnet at ved å forme de samvirkende koniske flater med meget små toleranser slik at man får så nær som mulig ensartet innblanding trykket mellom dem, ved å tilveiebringe et trykkfluiddreneringsspor mellom de tilpassede overflater, og ved å anvende en monteringsprosedyre hvori den endelige posisjon er definert med en forutbestemt avstand fra den første posisjonen til de koniske kontaktflater, er tilstrekkelig friksjonskraft utviklet i løpet av et tilstrekkelig kontaktområde mellom de to komponenter til å overføre det store dreiemoment (opp til omtrent - 2 knm for en aksel med 7mm diameter) spesielt påtruffet i ARB enheter uten å skli. [0023] Fortrinnsvis strekker dreneringssporet seg minst 6 %, mer foretrukket omtrent 7 % av den aksiale lengden av grenseflaten 12 ', og er arrangert som en flerhet av innbyrdes atskilte deler, som er fordelt over grenseflaten, for å ligge i nærhet til alle punkter på grenseflaten over den aksiale utstrekningen av sporet. Dette kan fortrinnsvis oppnås ved å utforme sporet i spiralform rundt omkretsen av sokkelen slik at det dannes en flerhet av innbyrdes atskilte skrueformede omdreininger som vist. Alternativt kan for eksempel, en flerhet av parallelle aksiale spor være koblet sammen og være i avstand fra hverandre rundt omkretsen av fatningen, eller en flerhet av parallelle ringformede spor kan være forbundet med hverandre og i avstand fra hverandre langs den aksiale lengde av sporet. Søkeren har funnet at dette med fordel muliggjør at en trykkfluid kan renne bort hurtig og fullstendig nok til at tilstrekkelig friksjonskraft blir utviklet mellom de to flater 12, 22 for å tillate at jekken fjernes sikkert bare minutter etter at trykket fjernes fra injeksjonspumpen uten risiko for at hevarmen spretter av stangen. Skjøten kan da bli tatt i bruk, men i praksis er en ytterligere forsinkelse på ikke mer enn 3 timer forsvarlig for å sikre at full friksjonskraft på grenseflaten oppnås.

7 [0024] De respektive rotasjonsflater er fortrinnsvis utformet med en avsmalning mellom 1: og 1:80, mest foretrukket omtrent 01:0, som med fordel muliggjør at det nødvendige interferenstrykket blir generert av en lett tilgjengelig, håndbetjent hul jekk innenfor et praktisk område av relativ aksial forskyvning mellom de to komponenter under høytrykk smøring. Dette gir en meget fordelaktig fremgangsmåte for montering som er egnet til bruk i skinnevedlikeholds depoter med torsjonsstangen in-situ i boggien. [002] De respektive rotasjonsflater er produsert til et diametralt avvik på ikke mer enn 0. 0mm (ISO-toleranseklasse IT7). I praksis er det funnet å være ekstremt vanskelig å forme disse overflater til en diametral avvik på mindre enn mm (ISOtoleranseklasse IT6). [0026] Søkeren har funnet at ved å sette sammen de to delene i samsvar med den ovenfor nevnte konvensjonelle metode for olje-injeksjon ved konisk montering, der den monterte posisjon er definert ved den relative posisjon av de to delene (bestemt for eksempel ved justering av, eller forhåndsdefinert avstand mellom to tilsvarende referanseflater på en aksling og henholdsvis et hjul eller lager), oppnås en upålitelig enhet der hevarmen kan gli under kraftig dreiemoment som følge av variasjoner i interferenstrykket mellom de respektive komponenter av forskjellige enheter innenfor toleranseområdet. [0027] I henhold til den nye fremgangsmåte, er den endelige (monterte) relative posisjon av hevarmen og stangen derfor bestemt som beskrevet ovenfor med henvisning til en utgangsposisjon, der utgangsposisjonen er definert ved manuell innkobling av de to deler til en relativ posisjon som avhenger av den faktiske diameter, koniske vinkel og aksiell plassering oppnådd i hver av de to respektive kontaktflater og følgelig er variabel mellom forskjellige enheter. De foretrukne avsmalnings- og toleranse-områder er funnet å gi opphav til en variasjon mellom forskjellige enheter i posisjonen til hevarmen på lengdeakse Y til stangen, fortrinnsvis målt som en variasjon i avstanden d1 i den første posisjon eller d2 i den monterte posisjon, på minst +/ mm i d1 og (inkludert en ytterligere toleranse i den forhåndsdefinerte aksiale avstand for utvidelse på) minst +/- 2. mm i d2. I praksis, der den ene overflate er formet til IT6 og den andre til IT7, en toleranse på +/- 4 mm oppnås i avstanden d2, Noe som resulterer i et avvik på typisk +/- 8 mm på hele den aksiale lengden av ARB enheten som omfatter et par hevarmer, som opptas av lenkene 3 og andre konvensjonelle komponenter som samarbeider med ARB enheten.

8 7 1 2 [0028] Enheten kan demonteres ved først å re-installere jekken 31 og pumpen 36 som beskrevet ovenfor. Pumpen blir deretter operert for å injisere trykkfluid, eventuelt en mer viskøs demonteringsfluid slik som LHDF 900 som er tilgjengelig fra SKF (RTM) (ovenfor), mellom de sammenpassende flater, der rammestress i hevarmen forårsaker at de to komponenter springer fra hverandre, men der bevegelsen er trygt kontrollert av jekken. [0029] Søkeren har også funnet at, der boringen 1 strekker seg vesentlig mindre enn den aksiale lengde L (figur. 3) til grenseflaten 12 ', er separasjon av de to komponentene overraskende vanskelig å oppnå. Dette antas å skyldes forskjellen i elastisitet mellom de hule og massive deler av endepartiet 11 til stangen og dermed i interferenstrykket som oppnås ved grenseflaten 12 'mellom de sammenpassende flater, der trykket er uforholdsmessig høyt i det faste parti av stangen nær enden av boringen i forhold til det hule parti av stangen. Boringen 1 (som ikke behøver å være gjenget i hele dens lengde) strekker seg derfor fortrinnsvis som vist i minst den aksiale lengde L av grenseflaten 12 '(dvs. at den fortrinnsvis strekker seg helt gjennom det partiet til stangen der overflaten som definerer grensesnittet er formet), noe som antas å gi, så vidt mulig, et ensartet interferenstrykk over hele grenseflaten mellom de samvirkende flater 12, 22 og med fordel funnet å muliggjøre enkel demontering. [00] I sammendrag, omfatter en foretrukket kraftig torsjonsstangenhet, særlig en krengningsstabilisatorenhet for et skinnegående kjøretøy, en hevarm som er montert på stangen ved hjelp av en konisk tilpasning med oljeinjeksjon, de samvirkende flater som har et dreneringsspor og fortrinn formes til en toleranse på IT7 eller bedre, karakterisert ved at den endelige sammensatte posisjon bestemmes av en forhåndsdefinert aksial forskyvning av hevarmen fra en første posisjon som er definert ved manuell sammensetning av de to deler. [0031] Det nye enheten kan være egnet for andre anvendelser der tunge, varierende belastninger må overføres fra en torsjonsstang til en hevarm eller mellom et par hevarmer anordnet ved de respektive ender av stangen. 3 [0032] I alternative utførelsesformer behøver hevarmen ikke være en kort, rett arm, men kan være hvilket som helst element som overfører dreiemomentet til stangen. Trykkfluiddreneringsspor kan være anbrakt i både den indre og ytre rotasjonsflaten, og kan være arrangert for å kommunisere i alle posisjoner av armen mellom den første

9 8 posisjon og den monterte posisjon, slik at i tillegg til drenering av trykkfluid etter montering, bidrar de også (som sporet i den illustrerte utførelsesform også gjør) for å fordele trykkvæsken under montering og demontering. I en mindre foretrukket utførelsesform, kan trykkfluidinjeksjonsporet tilveiebringes i stangen i stedet for hevarmen. [0033] De som er fagkyndige på området vil sette pris på at mange andre tilpasninger kan foretas innenfor rammen av patentkravene.

10 9 Patentkrav En demonterbar torsjonsstangenhet omfattende en torsjonsstang () og minst en hevarm (), der torsjonsstangen har et endeparti (11), der hevarmen () har en holder (21) der holderen (21) er tilpasset til å motta endepartiet (11) til stangen i en montert posisjon karakterisert ved at torsjonsstangen () har en konisk ytre rotasjonsflate (12) som er formet ved endepartiet (11) derav, og at holderen (21) definerer en konisk indre rotasjonsflate (22), i den monterte posisjon, samvirker de respektive rotasjonsflater (12, 22) ved friksjon i den koniske tilpasning for å definere et grensesnitt derimellom, endedelen (11) av stangen har en gjenget boring (1) som åpner ut mot en aksial endeflate (14) derav, og monteringen omfatter en trykkfluidinjeksjonsspor (23) som er innrettet til å levere en tilførsel av trykkfluid til grensesnittet i den monterte posisjon, i det minste én av de respektive rotasjonsflater (12, 22) har et trykkfluiddreneringsspor som kommuniserer med injeksjonsåpningen (23) i den monterte posisjon. 2. Demonterbar torsjonsstangsenhet ifølge krav 1, der dreneringssporet strekker seg i minst 6 % av en aksial lengde av grenseflaten i den monterte posisjon, og er arrangert som en flerhet av innbyrdes atskilte deler, som er fordelt over grenseflaten. 3. Demonterbar torsjonsstangsenhet ifølge krav 1, der den gjengede boring (1) strekker seg i minst en aksial lengde av grenseflaten. 4. Demonterbar torsjonsstangsenhet ifølge krav 1, der de respektive rotasjonsflater har en konus mellom 1: og 1:80, og de respektive rotasjonsflater har en diametral toleranse på ikke mindre enn mm og ikke mer enn 0. 0 mm, og en toleranse på i det minste 2, mm +/- er tilveiebrakt i den monterte posisjonen til hevarmen på en langsgående akse av stangen.. Demonterbar torsjonsstangsenhet ifølge ethvert foregående krav, der enheten er arrangert som en krengningsstabilisatorenhet til et skinnegående kjøretøy En fremgangsmåte for montering av en torsjonsstangenhet, omfattende trinnene: a) å tilveiebringe en torsjonsstang () og minst én hevarm (),

11 karakterisert ved at den ytterligere omfatter trinnene: 1 2 b) å forme en konisk ytre rotasjonsflate (12) på et endeparti (11) av stangen, c) å tilveiebringe hevarmen () med en holder (21) som definerer en konisk indre rotasjonsflate (22), d) å danne en gjenget boring (1) med åpning i en aksial endeflate (14) av endepartiet (11) til stangen, e) å tilveiebringe en trykkfluidinjeksjonsport (23) som kommuniserer med en av de respektive rotasjonsflater (12, 22), f) å tilveiebringe minst ett av de respektive rotasjonsflater (12, 22) med et trykkfluiddreneringsspor (24, 13), der sporet kommuniserer med injeksjonsåpningen (23) i en montert posisjon av enheten, g) å sette hevarmen () på stangen, slik at endepartiet (11) til stangen griper inn i holderen (21) ved friksjon i den koniske tilpasning for å definere en innledende posisjon av hevarmen () i forhold til stangen (), h) å sette et strekkelement () inn i boringen (1), og å arrangere en jekk (31) mellom strekkelementet () og hevarmen (), i) å forlenge jekken (), for å presse hevarmen () på stangen () gjennom en første aksiell avstand, j) å tvinge trykkfluid gjennom injeksjonsåpningen (23) mellom de respektive rotasjonsflater (12, 22), k) å forlenge jekken (), for å presse på hevarmen () på stangen () gjennom en andre aksiell avstand til en montert posisjon, der den monterte posisjon er en forhåndsdefinert aksial avstand fra den første posisjon, l) å tillate trykkfluid å unnslippe fra mellom de respektive rotasjonsflater (12, 22) via dreneringsspor (24, 13), og injeksjonsåpningen (23), og m) å fjerne jekken (). 7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, der torsjonsstangenheten er arrangert som en krengningsstabilisatorenhet i et skinnegående kjøretøy, og en torsjonsstang () er innsatt gjennom åpninger i en boggi (1) til det skinnegående kjøretøy før hevarmen () er satt på hevarmen ().