AT207890B

AT207890B - Hydraulisch-pneumatische Federung für Fahrzeuge, insbesondere Eisenbahnfahrzeuge

Info

Publication number: AT207890B
Application number: AT202557A
Authority: AT
Original assignee: Rheinstahl Siegener Eisenbahnb
Filing date: 1957-03-27
Publication date: 1960-03-10

Description


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  Hydraulisch-pneumatische Federung für Fahrzeuge, insbesondere
Eisenbahnfahrzeuge 
Die Erfindung betrifft eine hydraulisch-pneumatische Federung für Fahrzeuge, insbesondere Eisen- bahnfahrzeuge. 



   Es ist bekannt, zweiachsige Schienenfahrzeuge mit Hilfe von Blattfedern und Federschaken gegen
Vertikal- und Horizontalstösse abzufedern und mehrachsige Schienenfahrzeuge auf Drehgestellen zu lagern, die entsprechend gefedert sind. Bei horizontalen Auslenkungen des gefederten Teiles des
Schienenfahrzeuges werden durch die Art der Aufhängung in den Federschaken Rückstellkräfte erzeugt und wirksam. Die Schwingungsdauer des gefederten Teiles des Fahrzeuges ist annähernd unabhängig von der Masse des Fahrzeuges und fast nur eine Funktion der Länge der Federschaken. Es sind weiterhin Luftfedern für Fahrzeuge bekanntgeworden, bei denen Luftpolster in Ringform angeordnet sind, die durch ihre Form   Vertikalkräfte   und in gewissem Masse Horizontalkräfte abfedern, um Horizontalstösse abzufedern und Querbewegungen des gefederten Teiles zu beschränken. 



   Schliesslich ist es auch bekanntgeworden, bei Schienenfahrzeugen zusätzlich zur mechanischen Federung getrennte Luftfederkissen für Horizontal- und Vertikalfederung anzuordnen und dabei zur Kompensation der Fahrzeugneigung durch die Fliehkraft in der Vertikalen einen Hubeffekt für den aussenliegenden Fahrzeugteil dadurch zu erzielen, dass die Federkissen für die Horizontal- und Vertikalfederung durch Schläuche miteinander verbunden sind. 



   Die Beeinflussung einer reinen Luftfederung durch eine andere senkrecht zur erstgenannten Luftfederung arbeitende Luftfederung durch Verbindung beider Federungen mittels Schläuchen zur Erzielung einer konstanten lastunabhängigen Eigenschwingungszahl ist jedoch nicht möglich. 



   Der Raum, den die bekannten Federungen einnehmen, ist erheblich. Die Anlenkpunkte derselben liegen oftmals weit voneinander entfernt. Besonders bei Laufrädern kleinen Durchmessers, wie sie heute insbesondere bei Plattformgliederzügen erstrebt werden, ist es jedoch wesentlich, dass kein grosser Raum für die Federungen in Anspruch genommen wird. Sollen zur Erhöhung des Fahrkomforts bei mechanischen Federn weiche Federcharakteristiken erstrebt werden, so ist der Federweg erheblich grösser als der maximal zulässige Höhenverstellbereich. 



   Bei den modernen Schienenfahrzeugen kommt zusätzlich noch die Tatsache hinzu, dass durch die Leichtbauweise die Gewichtsunterschiede zwischen leeren und beladenen Fahrzeugen im Verhältnis zum Gesamtgewicht immer grösser werden, so dass bei massenabhängigen Schwingungen dieselben in den beiden genannten Zuständen sehr stark unterschiedliche Frequenzen besitzen. 
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4F- der Vertikal- und Horizontal-federung den gefederten Massen möglichst weitgehend proportional zu machen, um optimale Federwirkung bei jeder Belastung, insbesondere auch in bezug auf die bisher oft vernachlässigt Horizontalfederung, und maximalen Fahrkomfort bei an sich kleinem Federweg zu erreichen. 



   Die Federung soll ferner in möglichst geschlossener, gedrungener Bauweise robust und betriebssicher . ausgebildet sein. Sie soll als Einbaueinheit sowohl am Achslager als auch am Fahrgestell selbst untergebracht werden können, wobei die erstgenannte Anordnung den Vorteil besitzt, dass das Achslager selbst 

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 alle zugehörigen Federelemente aufnimmt, wogegen die zweite Anordnung den Vorteil hat, dass die
Elemente der Federung selbst zu den gefederten Massen gehören. 



   Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass bei einer hydraulisch-pneumatischen Federung für Fahrzeuge, insbesondere Eisenbahnfahrzeuge, für jedes Achslager getrennt, mindestens eine die Hori- zontal-und mindestens eine die Vertikalkräfte aufnehmende Verdrängerzelle vorhanden sind, welche die
Druckkräfte in   Flüssigkeitsdruck   umsetzen, der den je Achslager vorgesehenen Federelementen zugeführt wird, von denen mindestens eines hyperbolische Federcharakteristik besitzt, und dass die horizontalen mit den vertikalen Verdrängerzellen durch Leitungen gekoppelt sind, die Drosseln enthalten. 



   Die Kopplung der Druckkreise ist dabei durch die Drosseln so ausgelegt, dass nur aus Dauerlasten resultierende Drücke aus einem Druckkreis in den andern übertragen   werden, dass   also Fahrzeug- schwingungen nicht übertragen werden. 



   Die Verdrängerzellen, die Federelemente, die Leitungen und die Drosseln jedes Achslagers sind zu einer geschlossenen Einbaueinheit vereinigt, wodurch Raum erspart und die Montage und Demontage wesentlich erleichtert wird. 



   Vorzugsweise sind je Achslager besondere Federelemente zur Aufnahme der aus den Vertikalstössen resultierenden Drücke und solche zur Aufnahme der aus den Horizontalstössen resultierenden Drücke vor- gesehen. 



   Als Verdrängerzellen werden mit Vorzug Zylinder mit Kolben angeordnet und mit Federspeichern mit progressiver Federkennlinie so verbunden, dass die Federsteifigkeit im Bereich kleiner Schwingungen von der Last abhängig und infolgedessen die Schwingungsdauer von der Masse annähernd unabhängig ist und Dämpfungseinrichtungen vorgesehen sind, die bei grösseren Schwingungsweiten stark wirksam werden. 



  Als Dämpfung können Drosseln mit regelbarem Querschnitt angeordnet sein. Es kann eine zusätzliche
Dämpfung in der vom Vertikalzylinder zum Horizontalzylinder führenden Leitung in Form eines
Differentialkolbens vorgesehen sein, der an der grösseren Seite vom Druck der Vertikal- und an der kleineren Seite vom Druck der Horizontalfeder beaufschlagt wird. Der Differentialkolben wird durch geeignete Mittel in Mittelstellung gehalten. Über Längsbohrungen relativ kleinen Durchmessers ist ein langsamer Druckausgleich möglich, solange der Differentialkolben nicht durch   überstarken   Druck in einem der beiden Druckkreise an der Ober- oder Unterseite des ihn umgebenden Zylinders aufliegt. Mit Vorteil werden die Bewegungen des Differentialkolbens durch an sich beliebige Mittel gedämpft sein, um ein Flattern zu verhindern.

   Die Horizontal- und Vertikalzylinder können auf gemeinsame oder getrennte Federspeicher arbeiten, wobei jedoch stets Verbindungen zwischen den Leitungen vorhanden und mit Dämpfungsmitteln versehen sein müssen. Infolge der geringeren auftretenden Kräfte werden die Horizontalzylinder mit kleinerem Durchmesser, jedoch die Kolben, die darin arbeiten, zur schnelleren Steigerung der Federsteifigkeit als Stufenkolben ausgebildet sein. 



   Als Federelemente können Luftpolster vorgesehen sein. Zusätzlich können Festkörperfedern etwa in Form von Druckfedern oder Ringfedern angeordnet werden, wobei Sorge zu tragen ist, dass die Kennlinie der gemeinsam wirkenden Federungen den gestellten Forderungen entspricht. Im Hinblick auf eine möglichst gedrängte Bauweise kann mit Vorteil die Festkörperfeder, beispielsweise in Form einer Ringfedersäule, um die Vertikalzylinder herum angeordnet sein. 



   Um den Federweg trotz weicher Federung gering zu halten und Leckverluste zu kompensieren, wird eine Pumpe angeordnet, die vorzugsweise über einen Exzenter von der Achse angetrieben ist, jedoch auch einen unabhängigen Antrieb besitzen kann. Ist die Pumpe von der Achse aus angetrieben, so können zusätzlich Druckbehälter vorgesehen sein, um bei steigender Zuladung während des Haltens, beispielsweise im Personenverkehr, die Absinkbewegung des Fahrzeuges gegenüber der Schienenoberkante zu kompensieren. Im Güterverkehr wird eine derartige Anordnung im allgemeinen nicht notwendig sein, insbesondere wenn die Pumpe so ausgelegt ist, dass sie schon nach kurzer Fahrstrecke den Fahrzeugrahmen um den relativ geringen Betrag der   Höhenverstellbarkeit   hebt, selbst wenn er nach Beladung zunächst aufliegen sollte.

   Die Pumpe wird über einen Schieber gesteuert, der durch die Relativbewegung Achse-Rahmen bewegt wird. Vorzugsweise wird zur Vermeidung schneller Umkehr der Steuerung bei gelegentlichen Stössen der Steuerschieber im Verhältnis zur Rahmenbewegung gedämpft. 



   Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe von Zeichnungen näher erläutert. 



   Die Zeichnungen stellen dar : Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemässe Anordnung, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit die Federspeicher nach aussen gezogen und der Horizontalkolben um 900 verschwenkt sind ; Fig. 2 einen Horizontalschnitt durch die erfindungsgemässe Anordnung oberhalb des Achshalter ; Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie   III-III   der Fig. 4 ; Fig. 4 einen 

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Anlage kommt, wodurch auch die kleinen Öffnungen 69 geschlossen werden und jede Verbindung zwischen den beiden Federsystemen aufhört. 



   Es können eine Reihe von Änderungen untergeordneter Merkmale der   erfindungsgemässen   Anordnung durchgeführt werden, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen. Beispielsweise kann die Zahl der Feder- speicher und Kolben variiert werden. Die Anordnung derselben kann sich ändern. Es können noch zusätz- lich Druckbehälter vorgesehen sein und die Anordnung kann zum Teil am Achslager und zum Teil am
Wagenkasten vorgesehen sein. 



    PATENTANSPRÜCHE :    
1. Hydraulisch-pneumatische Federung für Fahrzeuge, insbesondere Eisenbahnfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Achslager (75) getrennt mindestens eine die Horizontal- und mindestens eine die Vertikalkräfte aufnehmende Verdrängerzelle (24 bzw. 6) vorhanden sind, welche die Druckkräfte in Flüssigkeitsdruck umsetzen, der den je Achslager (75) vorgesehenen Federelementen (14,17, 58,60) zugeführt wird, von denen mindestens eines (14,58, 60) eine lineare und mindestens eines (17) eine hyperbolische Federcharakteristik besitzt, und dass die horizontalen (6) mit den vertikalen Verdränger- zellen (24) durch Leitungen (10, 25,70) gekoppelt sind, die Drosseln (26,64) enthalten.

Claims

2. Federung nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrängerzellen (6,24), Federelemente (14,16, 58,60), Leitungen (10, 25,70) und Drosseln (9, 26,62, 63) jedes Achslagers zu einer geschlossenen Einbaueinheit vereinigt sind.

3. Federung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass je Achslager (75) besondere Federelemente (56,57, 58,17) zur Aufnahme der aus den Vertikalstössen resultierenden Drücke und solche (59,60, 61,17) zur Aufnahme der aus den Horizontalstössen resultierenden Drücke vorgesehen sind.

4. Federung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Dämpfung Drosseln (9,26, 62,63) mit regulierbare Querschnitt angeordnet sind.

5. Federung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Dämpfung zwischen den Druckkreisen ein Differentialkolben (64) angeordnet ist, der an der grösseren Seite (67) vom Druck der vertikalen und an der kleineren Seite (68) vom Druck der horizontalen Feder beaufschlagt, durch eine doppelt wirkende Feder (66) in Mittelstellung gehalten wird und über Längsbohrungen (69) relativ geringen Durchmessers einen langsamen Druckausgleich gestattet, solange er nicht durch überstarken Druck in einem der Räume (67 oder 68) an Unter- oder Oberseite des Zylinders (65) aufliegt.

6. Federung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Differentialkolben (64) mit Hilfe einer Kolbenscheibe (72) gedämpft wird, die gegen ein Druckmedium im Zylinder (74) arbeitet, durch Längsbohrungen (73) durchbrochen und über einen Stössel (71) mit dem Differentialkolben (64) verbunden ist.

7. Federung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Horizontalzylinder mit geringerem Durchmesser ausgebildet sind als die Vertikalzylinder (6), die Horizontalkolben jedoch als Stufenkolben (21,22, 23) ausgeführt sind.

8. Federung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine mechanische Festkörperfeder (14) um den Vertikalzylinder (6) angeordnet ist.

9. Federung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Festkörperfeder (58,60) in dem Federspeicher (56,59) angeordnet ist.

10. Federung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine hydraulische Pumpe im Achslagergehäuse angeordnet ist.

11. Federung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Pumpe von der Achse getrieben wird.

12. Federung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche, von der hydraulischen Pumpe beschickte Druckspeicher angeordnet und als hydraulische Akkumulatoren ausgebildet sind.

13. Federung nach den Ansprüchen 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Pumpe über Steuerschieber (41,53) durch die Relativbewegung zwischen Achse und Rahmen gesteuert wird.

14. Federung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des Steuerschiebers (41) der Bewegung des Rahmens (1) gegenüber gedämpft ist.