CN1291854C - 带有高度传感器的空气弹簧 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铁路车辆的带有高度传感器的空气弹簧。采用本发明的空气弹簧将避免为了提供高度传感器(6)的安装空间对诸如车厢(4)的托架和/或由摇台(5)构成的辅助压力容器进行钻孔或以其它方式改变其结构。本发明的空气弹簧的特征在于，由上托板(1)向侧面引出一上悬臂(1.1)并由下固定板(2.1)向侧面引出一下悬臂(2.2)，其中高度传感器(6)设置在两个悬臂之间。

Description

带有高度传感器的空气弹簧
技术领域
本发明涉及一种空气弹簧，至少由下述部件构成：一个上托板；一个下部分，该部分可以是活塞、叠板弹簧等并包括一个下面的固定板；一个由弹性材料构成的加有压力的膜盒，该膜盒利用固定件(例如卡圈)将上托板和下面的部分连接在一起；以及一个高度传感器。
背景技术
在现代化的铁路车辆上，为了改善乘行的舒适度并提高安全度越来越多地采用用于水平调整、车辆的高度适配、故障诊断和对某些车况的连续监视等的系统。作为副簧经常采用的是空气弹簧，分别视加载和/或车况通过充注或排出压缩空气改变空气弹簧的高度。为此空气弹簧或者与直接检测空气弹簧的高度的系统耦合或者与检测两个相对移动部分(例如车厢与在转向架上的一相应的固定的铰接点)之间的距离的系统耦合。最简单的方式是，采用一机械杠杆，该杠杆在一侧铰接设置在转向架的一个固定的铰接点上并且在另一侧与一杠杆机构连接，该杠杆机构位于车厢的调节阀上。当出现转向架与车厢之间的相对移动时，通过此杠杆的调整启动调节阀进行反应，或者对空气弹簧充注压缩空气或者将空气排出。这类系统的缺点在于，它们只具有一个一次固定调整的动作精度。虽然高的动作精度可以实现在停靠时的充分良好和快速的水平调整(例如在对车厢高度进行首次校准时)，但将导致在车辆运行时所不希望出现的调节阀的持续的反应。虽然采用较低的动作精度可以避免对压缩空气持续的充注或排出(例如在通过道岔时出现的瞬间的轨道撞击)，但这将明显地造成在停靠时对水平调整，尤其是对车辆高度的首次校准的困难。
出于此原因越来越多地采用那些用高度传感器测量转向架与车厢之间的高度变化的系统，其中所述的测量值在一控制单元中被处理，然后该控制单元产生对调节阀的控制信号，其中可以将瞬间的测量值的变化滤出。已知例如安装在空气弹簧内的高度传感器利用感应的方式(DE 3446 411 A1、DE 40 35 784 A1、DE 44 13 559 A1)或利用超声波(DE 36 20957A1、DE34 23 602A1、US 4 798 369)测出高度的变化。而且还已知一种压力传感器，该压力传感器设置在开卷活塞的外壁上并且通过该活塞在高度发生变化时对在开卷活塞上开卷的空气弹簧膜盒进行控制(DE42 43 530 A2)。但所有这些方案的应用仅限于那些空气弹簧膜盒为所谓的螺旋卷膜盒并且这类膜盒基本上只能在其纵轴方向进行垂直移动的情况。这类空气弹簧主要用于汽车。
在铁路车辆上会出现局部明显的水平向偏移，即在垂直于空气弹簧的工作方向上的偏移，该偏移只能由作为所谓的半螺旋膜盒的空气弹簧膜盒加以吸收。在DE 296 20 721 U1中披露了一种将高度传感器安装到这类空气弹簧的方法。其中一机械高度传感器以如下方式安装在由一下构件(通常为叠板弹簧)和一上构件(上托板)构成的空气弹簧内，使一个由弹簧力控制的探杆顶住上托板，同时传感器机壳固定安装在下构件上。探杆的路径变化被转换成一个电信号并且该电信号被输送给控制单元。在日本专利说明书4-266 632中公开了一种类似的解决方案。但在这种设计的高度传感器的机械和电器件的条件下，势必造成由结构决定的最小结构长度，该结构长度尤其是在扁平的空气弹簧中将导致高度传感器的部分突出于空气弹簧。此点将造成安装上的难题，尤其是，当空气弹簧的下构件安装在转向架的横梁上时，该横梁必须具有透孔，以便为高度传感器的由空气弹簧中伸出的部分提供安装空间。其它已知的安装情况是，空气弹簧直接通过下构件与辅助压力容器连接。在这种情况下，安装在空气弹簧内的高度传感器将阻碍空气弹簧与辅助压力容器之间的空气交换，此问题只有在采取昂贵的下构件的结构方式的情况下才能得以解决，即在下构件上必须具有相应的用于空气交换的管路。
例如在专利说明书DE 196 48 112 C1和DE 197 01 713 C1中提出了针对这种复杂的安装条件的可能的解决方案。在专利说明书DE 196 48112 C1中提出了一种设置在车辆托梁旁侧面的超声波传感器，该传感器的反射器件具有一透镜形凸起的表面，该表面的平面垂线对准发送/接收器件。除了这些反射器件的制造过于昂贵外，而且这种解决方案不能应用于诸如铁路车辆上出现的空气弹簧大的水平偏移的情况。同样在专利说明书DE 197 01 713 C1中提出的解决方案中也存在上述问题，其中超声波传感器安装在压缩空气馈送管路上。在上述两种情况下空气弹簧的水平偏移将不能保证在超声波传感器的发送和接收单元之间的连续稳定的信号路径。
发明内容
所以本发明的目的在于克服上述已知的技术方案中存在的缺点并提出一种费用低廉的制造方案。在该方案中，由于空气弹簧的上方和/或下方没有为安装高度传感器的由空气弹簧内伸出的部分的安装空间因而不可能将高度传感器安装在空气弹簧内部或者当空气弹簧直接与辅助压力容器连接将因安装在空气弹簧内的高度传感器而使空气交换中断或受阻的情况下，将以简单的方式在考虑到水平偏移的情况下测出空气弹簧的高度变化。
实现本发明目的的技术方案如下：
一种空气弹簧，至少由下述部件构成：一个上托板；一个下部分，该部分可以是活塞、叠板弹簧等并包括一个下面的固定板；一个由弹性材料构成的加有压缩空气的膜盒，该膜盒利用固定件将上托板和下部分连接在一起；以及一个高度传感器，其特征在于由上托板向侧面引出一上悬臂并由下固定板向侧面引出一下悬臂，其中高度传感器设置在两个悬臂之间，在一个由四个空气弹簧构成的副减振系统中，应用一个采用机械检测原理工作的高度传感器时，由高度传感器的探杆与上悬臂的滑板的接触点构成的虚拟的测量平面，所述测量平面具有一平行于车辆行驶方向的对称轴和一垂直于车辆的行驶方向的对称轴，所述的两个对称轴与车辆相应的对称轴吻合。
一种空气弹簧，至少由下述部件构成：一个上托板；一个下部分，该部分可以是活塞、叠板弹簧等并包括一个下面的固定板；一个由弹性材料构成的加有压缩空气的膜盒，该膜盒利用固定件将上托板和下部分连接在一起；以及一个高度传感器，其特征在于，由上托板向侧面引出一上悬臂并由下固定板向侧面引出一下悬臂，其中高度传感器设置在两个悬臂之间，在一个由四个空气弹簧构成的副减振系统中，应用一个采用非接触检测原理工作的高度传感器时，由高度传感器发送的探测信号的反射点在上悬臂上构成的虚拟的测量平面，所述测量平面具有一平行车辆行驶方向的对称轴和一垂直于车辆行驶方向的对称轴，所述的两个对称轴与车辆相应的对称轴吻合。
附图说明
下面将对照实施例并结合附图对本发明加以说明。图中示出：
图1示出一在标准状态下的空气弹簧/高度传感器-设备，其中在空气弹簧上既未出现垂直偏移，又未出现水平偏移；和
图2示出相同的空气弹簧/高度传感器-设备，其中空气弹簧既有垂直偏移，又有水平偏移。
具体实施方式
通常一个空气弹簧由一个上托板1；一个下部分2，该部分可以是活塞、叠板弹簧等；和一个由弹性材料构成的加有压缩空气的膜盒3构成，该膜盒3利用相应的固定件将上托板1和下部分2连接在一起。上托板1例如通过一根连续的梁4与车厢固定连接。同样下部分2通过一下固定板2.1与一个转向架的组件固定连接，例如该组件可以是一个起着辅助压力容器作用的摇台5。在如图1中所示的本发明的实施例中，上托板1的设计是，向侧面引出一个上悬臂1.1。同样也从下固定板2.1上向侧面引出一下悬臂2.2。在两者之间借助一固定件设置一高度传感器6，传感器的探杆6.1利用弹簧力顶压在设置在上悬臂1.1上的滑板1.2上。
例如当由于车厢的卸载使如图2所示空气弹簧的高度变化为h时，利用弹簧力继续顶压在设置在上悬臂1.1上的滑板1.2的探杆6.1的路径变化在高度传感器6上被转换成一个电信号。所述的电信号在控制单元中被处理，所述控制单元将产生一个控制调节阀的信号，在本举例中示出的是压缩空气被排放的情况。
在图2中同时还示出，当同时在空气弹簧上出现水平偏移时，探杆6.1将在被固定在上悬臂1.1上的滑板1.2上滑动，而不会因此造成误测。在此，所述滑板1.2的直径d必须大于在车辆上出现的最大水平偏移s值的两倍。
对本发明的方案的应用并不仅限于在图1和2中示出的以机械检测原理工作的高度传感器的设备。同样也可以采用其它的，例如以无接触检测原理工作的高度传感器。
就实现车厢的高度不受车辆的承载和/或运行状况影响始终恒定的保持在预定的容限范围内或在空车时被调整到一预定值的目的而言，不管高度传感器设置在空气弹簧内，还是设置在空气弹簧外基本上都是无关紧要的。关键的一点仅是，在采用机械检测原理工作的高度传感器6时，由探杆6.1与滑板1.2的接触点展开形成一虚拟测量平面或在采用无接触检测原理工作的高度传感器时，由发送出的测量信号的反射点在上悬臂1.1上展开形成一虚拟测量平面，其中所述的测量平面具有一平行于车辆行驶方向的对称轴和一垂直于车辆的行驶方向的对称轴，所述的两个对称轴与车辆相应的对称轴吻合。
无论是采用机械原理检测还是采用非接触原理检测，高度传感器6都设置在两个悬臂之间，并设置有一个由四个空气弹簧构成的副减振系统。
所以在考虑到上述的先决条件下在本发明方案的进一步设计中可以联想到，为了避开在空气弹簧附近的障碍物，例如避开车厢的其它托架，上悬臂1.1或下悬臂2.2，或下悬臂或上悬臂或所有两个悬臂弯曲有角度。所获得的测量结果的正常的可处理性的前提仅是必须保证所述的对称条件。
高度传感器6宜具有一个机械保护构件，该保护构件可以是一个保护膜盒(波纹管)。保护构件或保护膜盒由一种聚合物材料，优选由一种弹性体、一种热塑弹性体(TPE)或一种热塑塑料构成。
除了所需的构件制作简单和制造费用低廉外，本发明的优点还在于，采用该系统方案不必进行诸如钻孔等对车辆的部件/组件的结构的改变，即可实现高度传感器的安装空间。甚至可以完全省去为了旋固传感器的部件对车辆部件/组件上的钻孔(或甚至省去对固定件的焊接)。
本发明的另外一个优点在于，空气弹簧/传感器-系统已由制造厂家预先组装好，因而在将其安装在车辆上时除了设置在转向架上并将车体置放在其上外再也不需要做其它的工作。
最后，通过本发明对所有部件的设置，便于在安装、拆卸和维护时人员对所有部件的接触。
附图标记对照表
1      上托板
1.1    上悬臂
1.2    滑板
2      下部分
2.1    下固定板
2.2    下悬臂
3      膜盒
4      托梁
5      摇台
6      高度传感器
6.1    探杆
h      空气弹簧的垂直偏移
s      空气弹簧的水平偏移
d      滑板的直径

Claims (14)

1.一种空气弹簧，至少由下述部件构成：一个上托板(1)；一个下部分(2)，该部分可以是活塞、叠板弹簧等并包括一个下面的固定板(2.1)；一个由弹性材料构成的加有压缩空气的膜盒(3)，该膜盒利用固定件将上托板(1)和下部分(2)连接在一起；以及一个高度传感器，其特征在于，由上托板(1)向侧面引出一上悬臂(1.1)并由下固定板(2.1)向侧面引出一下悬臂(2.2)，其中高度传感器(6)设置在两个悬臂之间，在一个由四个空气弹簧构成的副减振系统中，应用一个采用机械检测原理工作的高度传感器时，由高度传感器(6)的探杆(6.1)与上悬臂(1.1)的滑板(1.2)的接触点构成虚拟的测量平面，所述测量平面具有一平行于车辆行驶方向的对称轴和一垂直于车辆行驶方向的对称轴，所述的两个对称轴与车辆相应的对称轴吻合。
2.按照权利要求1所述的空气弹簧，其特征在于，上悬臂(1.1)和/或下悬臂(2.2)为弯曲结构。
3.按照权利要求1所述的空气弹簧，其特征在于，高度传感器具有一个机械保护构件。
4.按照权利要求3的空气弹簧，其特征在于，保护构件是一个保护膜盒。
5.按照权利要求4的空气弹簧，其特征在于，保护构件是是一个波纹管。
6.按照权利要求3、4或5所述的空气弹簧，其特征在于，保护构件或保护膜盒由一种聚合物料构成。
7.按照权利要求6所述的空气弹簧，其特征在于，保护构件或保护膜盒由一种弹性体、一种热塑弹性体或一种热塑塑料构成。
8.一种空气弹簧，至少由下述部件构成：一个上托板(1)；一个下部分(2)，该部分可以是活塞、叠板弹簧等并包括一个下面的固定板(2.1)；一个由弹性材料构成的加有压缩空气的膜盒(3)，该膜盒利用固定件将上托板(1)和下部分(2)连接在一起；以及一个高度传感器，其特征在于，由上托板(1)向侧面引出一上悬臂(1.1)并由下固定板(2.1)向侧面引出一下悬臂(2.2)，其中高度传感器(6)设置在两个悬臂之间，在一个由四个空气弹簧构成的副减振系统中，应用一个采用非接触检测原理工作的高度传感器时，高度传感器(6)发送的探测信号的反射点在上悬臂(1.1)上构成虚拟的测量平面，所述测量平面具有一平行于车辆行驶方向的对称轴和一垂直于车辆行驶方向的对称轴，所述的两个对称轴与车辆相应的对称轴吻合。
9.按照权利要求8所述的空气弹簧，其特征在于，上悬臂(1.1)和/或下悬臂(2.2)为弯曲结构。
10.按照权利要求6所述的空气弹簧，其特征在于，高度传感器具有一个机械保护构件。
11.按照权利要求10的空气弹簧，其特征在于，保护构件是一个保护膜盒。
12.按照权利要求11的空气弹簧，其特征在于，保护构件是一个波纹管。
13.按照权利要求10、11或12所述的空气弹簧，其特征在于，保护构件或保护膜盒由一种聚合物料构成。
14.按照权利要求13所述的空气弹簧，其特征在于，保护构件或保护膜盒由一种弹性体、一种热塑弹性体或一种热塑塑料构成。
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