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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Regelung einer Querfederung zwischen Drehgestell und Wagenkasten eines Schienenfahrzeuges, umfassend zumindest zwei in Querrichtung wirkende, auf Fluiddruck basierende Federelemente, die über Regelventile zur Einstellung des Druckes ihre Betriebsmediums mit einer Druckluftquelle verbunden sind.
Die Querfederung von Schienenfahrzeugen war im Allgemeinen nur über die Quersteifigkeit der Sekundärfederung sowie einen progressiven Endanschlag gegeben. Bei gerader Fahrt bietet die Quersteifigkeit der Sekundärfederung eine sehr weiche Federkennlinie. Deswegen sind auch die Rad-Schiene-Kräfte zufolge von Schienenstörungen sehr klein. Bei Kurvenfahrten jedoch wird der Wagenkasten durch die Fliehkraft so weit ausgelenkt, dass er schliesslich gegen den Endanschlag gedrückt wird. Die Federkennlinie steigt in diesem Fall steil an, was zur Folge hat, dass höhere Beschleunigungen (Stösse) in den Wagenkasten übertragen werden können. Auch die RadSchiene-Kräfte und die damit zusammenhängenden mechanischen Belastungen der Fahrzeuge sowie der Schienen selbst sind dadurch grösser.
Aus diesem Grund wurden Querfederungen für Schienenfahrzeuge geschaffen, deren Federrate auch bei hohen, freien Seitenbeschleunigungen klein ist, sodass auch bei Kurvenfahrten die Massenträgheit ausgenutzt werden kann, um die durch die hohe Masse des Wagenkastens und die kleine Federkonstante eine niederfrequente Schwingung zu erzielen.
Beispielsweise ist in der EP 128 126 A2 eine Konstruktion beschrieben, bei welcher der Drehgestellrahmen mit dem Wagenkasten über zwei horizontal wirkende regelbare Federelemente verbunden ist. Überschreitet dabei die Auslenkung zwischen Wagenkasten und Drehgestellrahmen ein gewisses Grenzmass, wird die vorher offene Verbindung der komprimierten Luftfeder mit der Umgebung abgeschlossen und bei weiterer Auslenkung wird die komprimierte Luftfeder mit einer Druckluftquelle verbunden. Dadurch wird der Druck im Federelement so weit angehoben, bis die resultierenden Kraft den Wagenkasten wieder in die Mittenstellung zurückgeführt hat. Kleine Auslenkungen aufgrund von Schienenstörungen bleiben ungeregelt und werden von der Querfederung mit einer flachen Federkennlinie abgefangen, sodass auch bei Kurvenfahrten die charakteristische Frequenz der Querfederung konstant bleibt.
Da die Zeiten, die zum Aufbauen der die Querbeschleunigung ausgleichenden Kräfte in der Federung sehr gering sind, setzt die Nachregelung des Luftdruckes relativ schnell und hart ein.
Darüber hinaus ist durch die Rückführung in die Mittenstellung ein relativ hoher Luftverbrauch gegeben, sodass die Anlage aufwändiger ausgeführt sein muss. Der letztgenannte Nachteil tritt noch deutlicher zutage, wenn gemäss der bekannten Konstruktion durch ein mit den Federelementen verbundenes Zusatzvolumen die Kennlinie flacher gemacht werden soll, um den Komfort zu erhöhen, da hierbei auch dieses Volumen mit unter Druck stehender Luft aufgefüllt werden muss und diese nach Beendigung der Ausregelung von Querkräften abgeblasen wird.
Die GB 2 176 162 A beschreibt eine Vorrichtung zur Regelung der Vibrationen von Fahrzeugen mit einem auf Fluiddruck basierenden Federelement zwischen Wagenaufbau und Fahrgestell. Ein Wegmesssystem erfasst die Querauslenkung des Wagenkastens gegenüber dem Fahrwerk und ein Beschleunigungsaufnehmer misst die Schwingungen des Wagenkastens. Eine Steuereinheit regelt eine Federung aufgrund der Signale des Wegmesssystems und des Beschleunigungsaufnehmers. Während der Geradeausfahrt beträgt die Querauslenkung im wesentlichen Null. Entsprechend den vom Beschleunigungsaufnehmer erfassten Vibrationen wird die Federung geregelt und die Schwingungen kompensiert. Da bei Geradeausfahrt im Wesentlichen keine Querverschiebung auftritt, wird keine Korrektur der Drift vorgenommen.
Während der Kurvenfahrt tritt eine zusätzliche Beschleunigung des Wagenaufbaus in Querrichtung auf, welche diesen gegenüber dem Chassis versetzt. Zu dem Signal zur Unterdrückung der Schwingungen des Fahrzeuges entsprechend dem Signal des Beschleunigungsaufnehmers wird dabei auch eine Komponente entsprechend dem gemessenen Querweg zur Unterdrückung der Querdrift hinzugefügt und somit immer eine optimale Unterdrückung der Vibrationen im Fahrzeug erreicht.
In der GB 489 073 A wird eine Querfederung für Schienenfahrzeuge beschrieben, bei der die Dämpfung mit grösser werdender Verschiebung aus der Mittellage grösser wird. Die Federung wird durch z. B. elastische Muffen bewerkstelligt. Dabei wird die Federkraft der Querfederung proportional zur Auslenkung des Wagenkastens gegenüber dem Drehgestell erhöht, wodurch die Steifigkeit der Feder mit der Auslenkung zunimmt. Bei zu hoher Steifigkeit der Feder lässt deren Federwirkung nach und es werden z. B. Schienenstösse in den Wagenkasten übertragen und nicht abgefe-
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dert, wodurch der Fahrkomfort reduziert wird.
Die DD 25 570 B1 zeigt einen pneumatischen Stoss- und Schwingungsdämpfer zur Dämpfung von beispielsweise beim Sinuslauf auftretenden horizontalen Schwingungen des Wagenkastens eines Schienenfahrzeuges gegenüber dem Fahrgestell. Die Steuerung des Ventils erfolgt dabei mit einem Schieber oder einer Membran. Die Dämpfungskraft steigt hyperbolisch zum Hub an, wodurch eine progressive Dämpfung erzielt wird, welche eine Rückführung des Wagenkastens bewirkt.
Nachteilig an den bekannten Anordnungen ist vor allem ihr aufwändiger Aufbau und die damit verbundenen hohen Herstellungskosten.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer einfachen und kostengünstigen Anordnung zur Regelung einer Querfederung, welche Querkräfte weicher aussteuert und damit den Komfort deutlich erhöht, wobei gleichzeitig der Luftverbrauch deutlich verringert werden soll. Kleine Querbewegungen aufgrund von Schienenstörungen sollen dabei mit einer flachen Federkennlinie und der charakteristischen Frequenz der Geradeausfahrt abgefangen werden.
Diese Aufgabe wird mit einer Anordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass ein an sich bekanntes Wegmesssystem für die Ermittlung der Auslenkung in Querrichtung zwischen Drehgestell und Wagenkasten und eine mit dem Wegmesssystem und den Regelventilen verbundene an sich bekannte Steuereinheit mit der zumindest das dem komprimierten Federelement zugehörige Regelventil bis zum Erreichen des Druckes im Federelement entsprechend einer vorgegebenen Funktion des Druckes in Abhängigkeit ausschliesslich der Auslenkung betätigbar ist.
Gemäss der Erfindung wird als Steuereingang die Relativbewegung des Wagenkastens zum Drehgestell in Querrichtung genommen. Dieser Wert wird mit einem Wegaufnehmer gemessen und an die Steuerung weitergeleitet. Diese gibt nun entsprechend einer vorgegebenen Funktion den Sollwert für die einzuleitende Kraft und damit den Solldruck vor. In den Federelementen wird nun dieser Druck durch eine entsprechende Ansteuerung der Ventile ausgeregelt. Die beschriebene Druckregelung betrifft jedoch nur Querbewegungen aufgrund von statischen bzw. quasi statischen Kräften, wie sie beispielsweise bei der Kurvendurchfahrt durch die Fliehkraft gegeben sind.
Da die Querbewegungen zufolge von auszugleichenden Störungen wesentlich kleiner sind als die maximalen Querbewegungen zwischen Drehgestell und Wagenkasten aufgrund der statischen oder quasi statischen Kräfte, werden diese kleinen Bewegungen aufgrund von Schienenstörungen nicht ausgesteuert und von der Querfederung mit der flachen Kennlinie der Sekundärfederstufe abgefangen. Für diese Auslenkungen ist somit eine niedrige Steifigkeit der Querfederung realisiert, sodass eine weiche Schwingung und damit hoher Komfort zu erzielen ist. Die Abhängigkeit des Solldruckwertes in den Federelementen von der vom Wegmesssystem ermittelten Auslenkung bewirkt, dass der Wagenkasten gegenüber dem Drehgestell ausgelenkt bleibt und seine Auslenk- bewegung durch die Druckerhöhung lediglich gebremst und schliesslich gestoppt wird.
Da eine
Rückführung in die Mittelführung fehlt, muss der Druck nur auf das zum Kompensieren der Quer- kraft nötige Mass erhöht werden, sodass sich schon dadurch ein geringerer Luftverbrauch bei der
Kurveneinfahrt gegenüber den herkömmlichen Anordnungen ergibt. Überdies reagiert dadurch die erfindungsgemässe Anordnung wesentlich weicher auf Querauslenkungen des Wagenkastens bei der Kurvendurchfahrt, was eine zusätzliche Komforterhöhung darstellt.
Das Wegmesssystem kann auf mechanischer Basis beruhen, beispielsweise über ein Hebel- system die relativ grossen Querbewegungen zwischen Wagenkasten und Drehgestell proportional verkleinern und einer kompakten Steuereinheit zuleiten. Diese Steuereinheit kann ebenfalls ein mechanisches System sein, beispielsweise eine Steuerscheibe mit entsprechend der vorgegebe- nen Funktion geformten Steuerschlitzen oder Steuernocken. Von dieser Steuerscheibe kann eine weitere Hebelanordnung zu den Regelventilen für die Federelemente führen und diese entspre- chend der auf der Steuerscheibe realisierten Funktion betätigen.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung ist als Kombination aus Wegmesssystem und
Steuereinheit zwischen einem das jeweilige Regelventil betätigenden Element ein Pneumatikzylin- der eingesetzt bzw. das Element selbst als Pneumatikzylinder ausgeführt, welcher am Drehgestell- rahmen, vorzugsweise an dessen Anschlagzapfen befestigt ist, und dessen Kolben gegen die
Wirkung einer Feder verschiebbar ist, wobei das aktive Volumen des Zylinders mit dem über das zugehörige Regelventil angesteuerten Federelement über eine Leitung pneumatisch in Verbindung
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steht, sodass ein Gleichgewicht zwischen dem Luftdruck im Federelement und der Kraft der Feder bei einer Position des Kolbens einstellbar ist, bei welcher das Regelventil wieder in Schliessstellung ist.
Durch die Wahl der Charakteristik der besagten Feder ist bereits im weiten Rahmen eine Vorgabe des Solldruckes als Funktion der Auslenkung des Wagenkastens gegenüber dem Drehgestell möglich, wobei ein einfacher mechanisch-pneumatischer Aufbau, der robust und betriebssicher ist, die gewünschte Regelung der Querfeder durchführt.
Vorteilhafterweise ist in der Verbindungsleitung zwischen Federelement und Pneumatikkolben eine Drossel eingebaut. Diese Massnahme verhindert den Druckausgleich bei kurzfristigen und geringen Druckunterschieden, sodass kleine und kurzzeitige Auslenkungen durch Schienenstörungen od. dgl. ohne Ausregelung über den Druck von den Federelementen aufgenommen werden können. Überdies werden unerwünschte Schwingungen dadurch gedämpft.
Vorteilhafterweise ist als Steuereinheit eine elektronische Schaltung vorgesehen, in der ein Programm abgelegt ist, mit dem zumindest das dem komprimierten Federelement zugehörige Regelventil entsprechend einer vorgegebenen Funktion des Druckes in Abhängigkeit ausschliesslich der vom vorzugsweise elektrischen Wegmesssystem ermittelten Auslenkung des Wagenkastens gegenüber dem Drehgestell steuerbar ist.
Das elektrische Wegmesssystem ist deutlich genauer als mechanische Anordnungen, die bei jeder Gelenkanordnung ein Spiel aufweisen. Eine elektronische Steuereinheit mit einem Programm, welches die oben beschriebene Druckregelung in den Federelementen bewirkt, ist viel leichter und kompakter als eine mechanische Anordnung und ist daher beispielsweise auch für die Nachrüstung bestehender Fahrzeuge bestens geeignet. Die Regelcharakteristik kann durch einfache Änderungen des Programmes bzw. durch Austausch des das Programm beinhaltenden Bauteiles geändert und den jeweiligen Bedürfnissen angepasst werden.
Schliesslich sind auch die Reparatur- und Wartungsarbeiten durch den modularen Aufbau der elektronischen Schaltungen deutlich einfacher und unter geringerem Aufwand durchzuführen als bei mechanischen Varianten Auch die Störungsanfälligkeit ist bei Verwendung moderner Bauteile zumindest ebenso gering wie bei bewährten mechanischen Konstruktionen, meist sogar geringer.
Weitere Vorteile lassen sich dadurch erzielen, dass die Steuereinheit so ausgelegt ist, dass unterhalb eines vorbestimmten Grenzwertes für die Auslenkung die Regelventile nicht angesteuert sind und oberhalb dieses Grenzwertes für die Auslenkung die Regelventile entsprechend einem Solldruck direkt proportional zur Auslenkung angesteuert sind. Überschreiten also die Auslenkungen ein gewisses Grenzmass, wird der Druck in den Federelementen langsam nachgesteuert, d. h. dass der Solldruck eine Funktion der Zeit ist. Dadurch wird auch das Kraftniveau der Querfederung erhöht oder gesenkt.
Die Querbewegungen zufolge von auszugleichenden Störungen werden etwa bei der Geradeausfahrt auf ebener Trasse nicht angesteuert, werden aber beispielsweise bei der Kurvendurchfahrt von der Querfederung mit der flachen Kennlinie der Sekundärfederstufe, jedoch auf einem entsprechend der Querauslenkung des Wagenkastens gegenüber dem Drehgestell erhöhten Kraftniveaus abgefangen. Für diese Störungen ist bei jeder Auslenkung somit eine niedrige Steifigkeit realisiert und damit der Komfort deutlich erhöht. Überdies wird durch das langsame Nachsteuern des Solldruckes erneut Regelzeit gewonnen, sodass die erfindungsgemässe Anordnung wesentlich weicher auf Querauslenkungen des Wagenkastens reagiert, was eine zusätzliche
Komforterhöhung darstellt.
Eine deutlich flachere Kennlinie für die Querfederung kann, ausser in an sich bekannter Weise durch ein entsprechend grosses Zusatzvolumen für das Druckfluid dadurch erzielt werden, dass durch die Steuereinheit der Druck zumindest in dem komprimierten Federelement in Abhängigkeit der Differenz des Solldruckes und des ermittelten Druckes konstant ausregelbar ist.
Dadurch wird lediglich - beispielsweise bei der Kurvenfahrt - die Fliehkraft ausgeglichen, während die kleinen
Bewegungen aufgrund der Schienenstörungen mit einer wesentlich flacheren Federkennlinie abgefangen werden als bei herkömmlichen Anordnungen, wobei zusätzlich der Luftverbrauch deutlich geringer ist, da nur diese kleinen Bewegungen durch geringe Veränderungen des Luftdruckes ausgeglichen werden müssen und kein Zusatzvolumen unter hohem Druck aufrecht erhalten werden muss, um trotz Druckerhöhung eine annehmbar flache Kennlinie zu garantieren.
Wenn die Regelventile so ausgelegt sind, dass der Solldruck in den Federelementen vollstän- dig ausgeregelt wird, ist eine fast horizontale Federkennlinie realisierbar, wobei die geringst mögli-
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che Federsteifigkeit und damit das optimale Abfangen der kleinen durch Schienenstörungen hervorgerufenen Bewegungen möglich ist.
Es ist jedoch möglich den Luftverbrauch weiter zu minimieren bzw. bei Luftmangel eine Notfunktion zu gewährleisten, wenn gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung die Regelventile so ausgelegt sind, dass der Solldruck in den Federelementen nicht vollständig ausgeregelt wird. Durch diese Senkung der Regelverstärkung des Druckreglers wird daher während einer Kurvenfahrt weniger bis fast gar keine Luft verbraucht. Die Zylinder arbeiten für kleiner, schnellere Bewegungen wie eine Luftfeder mit abgeschlossenem Luftvolumen. Damit kann zwar nicht der volle Komfort geboten werden, da zu der flachen Sekundärfeder nun die Steifigkeit der Luftzylinder addiert wird, jedoch liegt der Wagenkasten weiter nicht am Anschlagpuffer zur Begrenzung der seitlichen Auslenkung gegenüber dem Drehgestell.
Eine vorrichtungsmässig einfache Konstruktion der Anordnung ergibt sich dadurch, dass als Federelemente Pneumatikzylinder verwendet sind und mit einer Druckregeleinheit verbundene Drucksensoren zur Ermittlung des Drucks in den Federelementen vorgesehen sind, und dass die Druckregeleinheit mit den Regelventilen zur Ausregelung des Solldrucks durch zumindest das dem komprimierten Federelement zugehörige Regelventil verbunden ist.
Eine besonders robuste, steuerungstechnisch einfache und sichere Konstruktion ist möglich, wird die Ventile elektrisch betätigte Wegeventile sind.
Vorzugsweise sind dabei doppelt wirkende Pneumatikzylinder vorgesehen und die Zylinderbodenseite jedes Zylinders ist mit der Zylinderstangenseite des jeweils anderen Zylinders verbunden.
Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass die Federelemente Hydraulikzylinder sind. Diese gestatten eine sehr genaue und schnelle Einstellung des gewünschten Druckniveaus im Federelement
Wenn die Hydraulikzylinder über separate Ölpumpen mit einem Tank für die Hydraulikflüssigkeit verbunden sind, sind die beiden Regelkreise vollständig voneinander getrennt und besser an die jeweils in ihnen auftretenden Bedingungen anzupassen. Auch ist bei Ausfall einer Pumpe die Regelfunktion des anderen Kreises nicht beeinträchtigt, sodass zumindest einseitig die gewünschte Funktion aufrecht erhalten werden kann.
Steuerbare Proportional-Druckbegrenzungsventile sind bewährte und billige Bauteile, welche in Betrieb und Wartung einfach und sicher sind. Dies gilt ebenso für die alternativ dazu verwendbaren Druckreduzierventile als steuerbare Ventile für die erfindungsgemässe Regelungsanordnung.
Servoventile haben gegenüber den beiden erstgenannten Ventilarten den Vorteil, dass sie schneller sind und sensibler auf die Steuereinflüsse reagieren.
Bei der hydraulischen Variante der erfindungsgemässen Anordnung ist es vorteilhafterweise möglich, dass diese mit einer geringen Änderung der Software zusätzlich die Querdämpfung übernehmen kann. Dazu ist gemäss einem weiteren Merkmal erfindungsgemäss vorgesehen, dass die elektronische Steuereinheit ein Programm zur Ableitung eines Wertes für die Geschwindigkeit der Auslenkung enthält, dass für jeden Wert der Geschwindigkeit ein einer vorbestimmten Dämpferkennlinie entsprechendes Steuersignal an zumindest das dem komprimierten Federelement zugehörige Regelventil angibt. Damit wird die einer Dämpferkennlinie entsprechende Kraft der zum Ausgleich, beispielsweise der Fliehkraft, während einer Kurvenfahrt einzuleitende Querkraft addiert und als Sollwert für den Druck im Federelement vorgegeben.
Die Erfindung wird im folgenden anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 ein Einbauschema einer pneumatischen Variante eines Schnittes durch die Drehgestellmitte, wobei eine mechanische Steuereinrichtung unter Verwendung von Pneumatikzylindern vorgesehen ist, die Fig. 2 ein Einbauschema einer pneumatischen und Fig. 3 ein Einbauschema einer hydraulischen Variante mit elektronischer Steuerung anhand eines Schnittes durch die Drehgestellmitte, die Fig. 4 zeigt ein Diagramm des Kraftsollwertes (Solldruck) über dem Querweg, die Fig. 5 ein Querfederdiagramm (Querkraft über Querweg), die Fig. 6 zeigt schematisch den Regelkreis für die pneumatische Variante und Fig. 7 den Regelkreis für die hydraulische Variante.
In Fig. 1 bezeichnet 1 den unteren Teil des Wagenkastenrahmens. Der Wagenkasten liegt auf zumeist zwei, oftmals auch mehreren Drehgestellen auf, und der Drehgestellrahmen ist mit 2 bezeichnet. Unter dem Begriff Drehgestell sind sowohl Triebdrehgestelle als auch Laufdrehgestelle zu verstehen. Um die Querbewegung des Wagenkastenrahmens 1 gegenüber dem Drehgestell-
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rahmen 2 zu begrenzen, ist beispielsweise in der Mitte des Drehgestelles ein Anschlagzapfen 3 vorgesehen, welcher mit dem Drehgestell fest verbunden ist.
Der Drehgestellrahmen 2 ist mit dem Wagenkasten 1 über zwei horizontal wirkende, pneumatische Elemente 4 verbunden. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich bei den besagten pneumatischen Elementen 4 um Luftfederbälge. Diese Luftfederbälge 4 ergeben die gewünschte flache Federkennlinie für die Querbewegungen aufgrund von Schienenstörungen, sodass diese Störungen weich abgefedert werden.
Vorteilhafterweise ist ein (nicht dargestellter) progressiver Endanschlag, vorzugsweise ein Gummipuffer, auf beiden Seiten der Federung vorgesehen. Dieser dämpft allzu grosse seitliche Bewegungen des Wagenkastens 1 gegenüber dem Drehgestell 2, wie sie beispielsweise bei einem Defekt der Luftfederung oder bei zu grossen Querbeschleunigungen auftreten können. In einem solchen Fall kommt der Endanschlag mit dem mittig gelegenen Anschlagzapfen 3 des Drehgestelles 2 in Kontakt und somit beginnt die progressive Federkennlinie des Anschlages zu wirken. Der Endanschlag ist vorteilhafterweise im Inneren der pneumatischen Elemente 4 angeordnet, wodurch Platz eingespart wird, und er gegenüber äusseren Einflüssen geschützt ist.
Sobald der Wagenkasten 1 gegenüber dem Drehgestell 2 über ein gewisses frei wählbares Mass in Querrichtung ausgelenkt wird, beginnt über das Regelventil 6 die Zufuhr von Druckluft aus der Druckluftquelle 7 in den jeweils belasteten Luftfederbalg 4. Die Ansteuerung der Regelventile 6 erfolgt dabei mittels zumindest je eines Hebels 61, dessen Auslenkung in einer Richtung der Verbindung zur Druckluftquelle 7 und dessen Auslenkung in die Gegenrichtung eine Verbindung des Luftfederbalges 4 zur Aussenluft freigibt. In einem bestimmten Bereich dazwischen verschliesst das Regelventil 6 beide Verbindungsleitungen. Da bei Kurvenfahrten nur eine einseitige Belastung der Konstruktion stattfindet, wird auch immer nur der entsprechende Luftbalg 4 geregelt.
Durch die Druckerhöhung im jeweiligen Luftbalg 4 wird die Fliehbeschleunigung ausgeglichen, sodass auch bei Kurvenfahrt kleinere Störungen im flachen Kennlinienbereich der Luftfederung aufgefangen werden
In der Fig. 1 ist nun ein besonders einfaches und robustes System zur Druckniveauregelung dargestellt. Hierbei ist zwischen dem besagten Hebel 61 ein Pneumatikzylinder 8 eingesetzt.
Andererseits wären aber auch Konstruktionen denkbar, bei welchen der Hebel zur Betätigung des Regelventils selbst als Pneumatikzylinder ausgebildet ist. Je nach konstruktiven Anforderungen sind aber auch anders ausgelegte Hebelanordnungen, jedoch immer unter Einbeziehung eines Pneumatikzylinders, möglich. Dabei geht vom Regelventil 6 ein Hebel 61 aus, welcher rechtwinkelig mit dem besagten Pneumatikzylinder 8 verbunden ist. Je nach dem zur Verfügung stehenden Raumangebot oder anderer konstruktiver Erfordernisse können aber auch andere Hebelverbindungen vorgesehen sein, oder kann sogar der Pneumatikzylinder 8 direkt, d. h. ohne Zwischenschaltung eines weiteren Hebels, beispielsweise 61, das Regelventil 6 betätigen.
Während der Pneumatikzylinder 8 mit einem Ende mit dem Regelventil 6 oder einem diesen betätigenden Hebel 61 verbunden ist, ist das andere Ende dieses Zylinders 8 am Drehgestellrahmen 2, vorzugsweise an dessen Anschlagzapfen 3, befestigt. Der Einfachheit halber wird die Funktion nur bei Ausfederung auf eine Seite beschrieben. Beide Seiten wirken jedoch analog. Bei einer Auslenkung des Drehgestellrahmens 2 und des damit verbundenen Anschlagzapfens 3 nach links in Richtung des Pfeiles s wird das linke Federelement 4 zusammengedrückt. Dadurch wird der rechte Pneumatikzylinder ebenfalls in Richtung des Pfeiles s bewegt, und durch diese Auslenkung wird das rechte Regelventil 6 zur Druckluftzufuhr in das linke Federelement 4 geöffnet.
Der Kolben 81 des Pneumatikzylinders 6 ist entgegen der Wirkung einer Feder 82 verschiebbar, und das aktive Volumen 83 des Zylinders 8 steht mit dem besagten linken Federelement 4 pneumatisch in Verbindung. Daher kann sich zwischen dem Luftdruck im Federelement 4 und der Wirkung der Feder 82 ein Gleichgewicht einstellen, wodurch der Kolben 81 unter Vergrösserung des Volumens 83 gegen die Wirkung der Feder 82 verschoben wird Durch diese Verschiebung des Kolbens 81 wird auch das entsprechende Regelventil 6 wieder geschlossen.
Bei aufeinander abgestimmter Auslegung von Kolbenfläche zu Federkonstante des Pneumatikzylinders 8 kann erreicht werden, dass sich das besagte Gleichgewicht genau dann einstellt, wenn der Luftdruck im Federelement 4 genau die die Auslenkung verursachende Beschleunigung neutralisiert
Mit der beschriebenen erfindungsgemässen Anordnung zur Druckniveauregelung kann in einfacher und funktionssicherer Weise das Federkennliniendiagramm gemäss Fig. 5 realisiert werden
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Nach dem Ende der die Auslenkung bewirkenden Beschleunigung wird der Wagenkasten 1 durch die Wirkung des Luftdruckes im linken Luftfederbalg 4 wieder zur Mitte des Drehgestellrahmens 2 hin gedrückt. Der Pneumatikzylinder 8 bewegt sich wieder in seine Ausgangsposition zurück.
Da aber sein Kolben 81 noch in der verschobenen Position verbleibt, weil der Luftdruck im Federbalg 4 sowie im aktiven Volumen 83 des Zylinders 8 noch auf höherem Niveau ist, wird das rechte Regelventil 6 in eine Stellung gebracht, in der die Luft aus dem linken, bisher belasteten Federbalg 4 entweichen kann. Sobald dies geschieht, wird auch der Kolben 81 unter Verkleinerung des Volumens 83 durch die Feder 82 in seine Ausgangsposition gebracht. Dadurch wird schliesslich das Regelventil 6 wieder geschlossen. Der Wagenkasten 1 befindet sich wieder mittig über dem Drehgestellrahmen 2, der Luftdruck in den Luftfederbälgen 4 ist auf beiden Seiten gleich und beide Regelventile 6 sind geschlossen. Die Federkennlinie ist nunmehr wieder auf das anfängliche Niveau abgesenkt.
Um Schwingungen in der Querfederung zu dämpfen, ist gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung in der Verbindungsleitung 41 zwischen Federelement 4 und Pneumatikkolben 8 eine Drossel 9 eingebaut. Diese Drossel 9 gestattet ein Ausgleichen des Luftdruckes bei länger anhaltendem Druckunterschied, verhindert aber den Druckausgleich bei kurzfristigen und geringeren Druckunterschieden, sodass kleine und kurzfristige Auslenkungen, wie sie durch die auszugleichenden Schienenstörungen od. dgl. verursacht werden, ohne Ausregelung über den Luftdruck von den Luftfederelementen aufgenommen werden können.
In der in Fig. 2 dargestellten pneumatischen Variante der Querfederung werden als Federelemente zwei doppelt wirkende Pneumatikzylinder 4,4' verwendet. Sie wirken zwischen Wagenkasten 1 und Drehgestell 2 in Querrichtung. Weiters ist zwischen Wagenkasten und Drehgestell ein vorzugsweise elektrisches Wegmesssystem 8 angeordnet. Die Zylinderbodenseite des einen Zylinders ist jeweils mit der Zylinderstangenseite des anderen Zylinders über eine Pneumatikleitung verbunden. Die Belüftung der Zylinder erfolgt von der Druckluftquelle 7 über elektrisch betätigte Wegeventile 6,6', die von einer vorzugsweise elektronischen Steuereinheit 12 angesteuert sind.
Lediglich die Vorgabe des Zylindersolldruckes erfolgt in der Steuerung 12, wobei zur konstanten Ausregelung des Druckes ein eigener Regelkreis in der Druckregeleinheit 13 realisiert ist. Das zugehörige Schema der Regelung der pneumatischen Variante ist in Fig. 6 dargestellt. Der Zylinderdruck wird mittels Drucksensoren 14,14' gemessen und in ein elektrisches Signal umgewandelt, das in der Druckregeleinheit 13 getrennt von der Steuereinheit 12 verarbeitet wird.
Fig. 4 zeigt das zu steuernde Kraftniveau in Abhängigkeit vom Querweg. In dem mit I bezeichneten Bereich wird das Sollkraftniveau und damit der Solldruck der Zylinder konstant gehalten.
Steigt der Querweg an und man verlässt den Bereich I, so wird der Drucksollwert mit einer definierten Geschwindigkeit erhöht. Beim Verlassen des Bereiches in Richtung Mitte wird der Drucksollwert mit einer definierten Geschwindigkeit gesenkt. Der Bereich, in dem sich der Sollwert nicht ändert, wird so gross gewählt, dass die Dynamik des Drehgestells zum Wagenkasten, jedoch nicht die Verschiebung zufolge der Fliehkräfte, keine Änderung des Sollwertes zur Folge hat. Da der Zylinderdruck in diesem Bereich konstant ist, wird eine konstante Kraft eingeleitet. Man erreicht die geforderte flache Kennlinie bei höherem Kraftniveau.
Fig. 5 zeigt ein Querfederdiagramm, in dem mit A die Kennlinie der Sekundärfedern, mit B die
Kennlinie Sekundärfedern plus einem Anschlagpuffer, mit B' die Kennlinie wie B, jedoch mit maxi- maler vom aktiven Querfedersystem eingeleiteter Zusatzquerkraft, und mit C der Bereich, in dem die Kennlinie B zufolge der Steuerung je nach statischer Querlast parallel verschoben wird, bezeichnet ist.
Die in Fig. 3 gezeigte hydraulische Variante löst die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe so, dass eine Versorgungseinheit 10, mit für jeden Zylinder je einer Ölpumpe 11, 11',zwei zwi- schen Wagenkasten 1 und Drehgestell 2 horizontal eingebaute Hydraulikzylinder 15,15' mit Druck- öl versorgt. Vorzugsweise werden einfach wirkende Plungerzylinder verwendet. In der Rückleitung in den Tank ist je ein Proportional-Druckbegrenzungsventil 5,5' geschaltet, die den Solldruck in den Zylindern ausregeln. Die elektrischen Signale für die Proportional-Druckbegrenzungsventile 5,
5' werden von der vorzugsweise elektronischen Steuerung berechnet. Als Eingangssignal wird wie bei der pneumatischen Lösung der Querweg genommen. Der Solldruck der Zylinder wird nach der selben Logik, wie bei der pneumatischen Variante beschrieben, berechnet.
Die Ausregelung des Solldruckes der Zylinder erfolgt bereits hydraulisch in den Ventilen,
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sodass sich der in Fig. 7 schematisch dargestellte Regelkreis für die hydraulische Variante ergibt.
Daher ist es nicht notwendig, den Zylinderdruck zu messen und in die Steuerung zurückzuführen.
Mit dieser vorteilhaften Regelanordnung kann in einfacher Weise die verlangte Anhebung des Kraftniveaus der Sekundärfeder durchgeführt werden. Bei Integration des Wegmesssystems 8 in die Hydraulikzylinder 15,15' reduziert sich die Anzahl der Bauteile auf ein Minimum : eineDrucköl- versorgungseinheit, zwei Hydraulikzylinder mit aufgesetzten Ventilen und integriertem Wegmesssystem und eine Elektronikeinheit.
Die beschriebene Querfederung ist mittels der erfindungsgemässen Anordnung zur Druckniveauregulierung derart ausgelegt, dass für kleine Auslenkungen eine weiche Federkennlinie vorgesehen ist, welche mittels der aktiven Regelung auf ein der freien Fliehbeschleunigung entsprechendes Kraftniveau gehoben werden kann. Die Regelung ist dabei so ausgelegt, dass sie erst grössere Auslenkungen nachregelt, und kleinere Bewegungen auf der flachen Federkennlinie arbeiten lässt. Damit ergibt sich eine gewisse Toleranzbreite um einen definierten Sollwert als Arbeitsbereich, wobei der Sollwert des Kraftniveaus mit dem Querweg ansteigt.
PATENTANSPRÜCHE:
1. Anordnung zur Regelung einer Querfederung zwischen Drehgestell (2) und Wagenkasten (1) eines Schienenfahrzeuges, umfassend zumindest zwei in Querrichtung wirkende, auf
Fluiddruck basierende Federelemente (4,4', 15,15'), die über Regelventile (5,5', 6,6') zur
Einstellung des Druckes (p) ihres Betriebsmediums mit einer Druckluftquelle (7) verbunden sind, gekennzeichnet durch ein an sich bekanntes Wegmesssystem (8,8') für die Ermitt- lung der Auslenkung (s) in Querrichtung zwischen Drehgestell (2) und Wagenkasten (1) und eine mit dem Wegmesssystem (8,8') und den Regelventilen (5,5', 6,6') verbundene an sich bekannte Steuereinheit (12) mit der zumindest das dem komprimierten Federele- ment (4,4', 15,15') zugehörige Regelventil (5,5', 6,6') bis zum Erreichen des Druckes (p) im Federelement (4, 4', 15,15') entsprechend einer vorgegebenen Funktion des Druckes (p)
in Abhängigkeit ausschliesslich der Auslenkung (s) betätigbar ist.