DE102005024190A1

DE102005024190A1 - Schaltbare Federstufe

Info

Publication number: DE102005024190A1
Application number: DE200510024190
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr. Six; Martin Teichmann; Herwig Waltensdorfer; Gerhard Weilguni
Original assignee: Siemens Transportation Systems GmbH and Co KG
Current assignee: Siemens AG Oesterreich
Priority date: 2004-06-24
Filing date: 2005-05-25
Publication date: 2006-01-26
Also published as: AT505315A1

Abstract

Ein Federsystem zur Niveauregulierung eines Schienenfahrzeuges, wobei Mittel zum Umschalten des Federsystems zwischen zwei Zuständen unterschiedlicher Steifigkeit vorgesehen sind. Und ein geschlossenes Luftfedersystem ohne Luftaufbereitungsanlage zur Niveauregulierung eines Schienenfahrzeuges, wobei Mittel zum Umschalten des Federsystems zwischen zwei Zuständen unterschiedlicher Steifigkeit vorgesehen sein können.

Description

Die Erfindung betrifft ein Federsystem zur Niveauregulierung eines Schienenfahrzeuges.
Weiters betrifft die Erfindung ein Schienenfahrzeug mit einem niveauregulierbarem Federsystem.

Bei dem Betrieb von Schienenfahrzeugen ergibt sich oftmals das Problem, dass das Fußbodenniveau eines Wagenkastens auf dem Niveau einer Station gehalten werden muss, um einen gefahrlosen Fahrgastwechsel zu ermöglichen. Zur Einhaltung des Wagenkastenniveaus sind üblicherweise niveauregulierbare Federsysteme vorgesehen. Derartige Federsysteme sind in großer Zahl bekannt geworden.

Niveauregulierbare Federsysteme weisen üblicherweise mindestens eine zwischen einem Untergestell eines Schienenfahrzeuges und einem Wagenkasten angeordnete Federung sowie Mittel zum Einstellen des Wagenkastenniveaus auf. Oftmals kommen hierbei Luftfedern bzw. hydropneumatische Federungen zum Einsatz. Bei Luftfedern kann ein Absenken des Wagenkastens auf Stationsniveau beispielsweise durch ein Ablassen von Luft aus einem zwischen dem Untergestell und dem Wagenkasten angeordneten Luftbalg bewirkt werden. Um bei allen Beladungszuständen die Fußbodenhöhe des Wagenkastens konstant zu halten ist üblicherweise eine Steuerung vorgesehen, die den Luftdruck in dem -Luftbalg und einem mit diesem verbundenen Zusatzbehälter erhöht, bzw. verringert.

Aus der DE 102 36 245 A1 ist eine niveauregulierbare Federungsvorrichtung für Schienenfahrzeuge mit einem Federelement und einem in Reihe geschalteten, mechanischen Stellglied zur Niveauregulierung bekannt geworden. Das Stellglied wird hierbei über einen Elektromotor betrieben, wobei das Stellglied Verlängerungen oder Verkürzungen des Federelements aufgrund geänderter Lastverhältnisse ausgleichen und somit das Fahrzeugniveau konstant halten kann.

Herkömmliche niveauregulierbare Federsysteme halten, wie bereits oben erwähnt, bei der Be- und Entladung in einer Station ein konstantes Niveau. Dies erfordert insbesondere bei einer weichen Federung, beispielsweise bei Luftfedern, einen hohen Leistungsbedarf, welcher im Fahrzeug zur Verfügung gestellt werden muss. Hierfür erforderliche Aggregate benötigen viel Platz, haben große Massen und werden meist in Form zentraler Leistungsversorgung in einem Fahrzeug realisiert. Federsysteme mit einer dezentralen Versorgung sind hingegen meist nicht wirtschaftlich.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Niveauregulierung für ein Schienenfahrzeug zu schaffen, welche nur einen geringen Leistungsbedarf aufweist und somit mit kleinen Versorgungsaggregaten das Auslangen findet.

Diese Aufgabe wird mit einem Federsystem der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass Mittel zum Umschalten des Federsystems zwischen zwei Zuständen unterschiedlicher Steifigkeit vorgesehen sind.

Es ist ein Verdienst der Erfindung, eine Federstufe zu schaffen, die zwei völlig unterschiedliche Aufgaben erfüllt.

Zum einen kann durch das Umschalten der Federstufe zwischen zwei vordefinierten Zuständen unterschiedlicher Steifigkeit die Federstufe ohne großen Energiebedarf an Bedingungen wie Sie in der Station bzw. auf einer freien Strecke gefordert sind angepasst werden. So kann die Federstufe auf der Strecke in einen Zustand geringerer Steifigkeit geschaltet werden, wodurch sich eine sehr weiche Federung und somit ein hoher Fahrkomfort erzielen lässt. Die exakte Einhaltung eines bestimmten Fahrniveaus ist hierbei meist nicht erforderlich solange das zulässige Profil nicht verletzt wird.

In der Station, wo ausschließlich die Einhaltung des Niveaus von Bedeutung ist, um Passagieren den Ein-/Ausstieg zu erleichtern kann die Federstufe in einen Zustand sehr hoher Steifigkeit versetzt werden – im Idealfall in einen Zustand unendlich hoher Steifigkeit. Da der zur Ausregelung des Niveaus bei Be- und Entladen des Schienenfahrzeuges in der Station erforderliche Energiebedarf mit zunehmender Steifigkeit der Feder abnimmt, kann die Steifigkeit der Feder in dem Zustand höherer Steifigkeit so gewählt werden, dass der zur Ausregelung in der Station erforderliche Energiebedarf minimiert wird. Insbesondere wenn die Anzahl der ausgestiegenen Personen ca. gleich der wieder eingestiegenen Personen ist, der absolute Beladungswechsel im Stationsaufenthalt also sehr klein ist, muss nach Umschalten auf die weiche Steifigkeit für den Fahrbetrieb, nur sehr geringe Niveauregulierungsenergie aufgewendet werden.

Um einen sanften Übergang zwischen den zwei Zuständen unterschiedlicher Steifigkeit zu gewährleisten, kann das zumindest eine Schaltmittel eine Zwischenstellung aufweisen, in welcher das Federsystem gedämpft ist (4).

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann das Federsystem eine hydropneumatische Feder aufweisen, bei welcher ein Schalter zum Öffnen und Verschließen einer ein Federbein mit einem Speicher verbindenden Leitung vorgesehen ist.

In einer anderen Variante der Erfindung kann das Federsystem eine Luftfeder mit einer Hauptfeder und einem mit der Hauptfeder verbundenen Zusatzbehälter aufweisen, wobei zwischen der Hauptfeder und dem Zusatzbehälter ein Schalter zum Öffnen und Verschließen einer den Zusatzbehälter mit der Hauptfeder verbindenden Leitung vorgesehen ist.

Eine weitere Ausführungsform besteht aus einer Stahl- oder Gummifeder mit Fußpunktverstellung und einem dazu parallel angebrachten Aktuator, welcher in der Station auf einen Zustand sehr hoher Steifigkeit geschalten wird und somit die Kräfte infolge Beladungsänderung aufnimmt. Im Fahrbetrieb wird diese Sperrung aufgehoben, vorteilhafter Weise wirkt dieser Aktuator dann als Dämpfer.

Die oben genannte Aufgabe kann auch mit einem Federsystem der eingangs genannten Art gelöst werden, welches als geschlossenes Luftfedersystem ausgebildet ist, welches einen Federbalg und einen mit dem Federbalg in Verbindung stehenden Lufttank aufweist, wobei zwischen dem Federbalg und dem Lufttank eine Pumpe angeordnet ist, um Luft zwischen dem Federbalg und dem Lufttank zu befördern (6). Bei diesem geschlossenem Luftfedersystem ist keine aufwändige Luftaufbereitungsanlage erforderlich.

Bei der zuletzt genannten Ausführungsform kann der Federbalg auch mit einem Zusatzbehälter für ein Zusatzluftvolumen verbunden sein, wobei zwischen dem Federbalg und dem Zusatzbehälter ein Schaltmittel zum Öffnen und Verschließen einer den Zusatzbehälter mit dem Federbalg verbindenden Leitung vorgesehen ist, um die Luftfederung zwischen zwei Zuständen unterschiedlicher Steifigkeit umzuschalten (7). Hierbei kann das Schaltmittel eine Zwischenstellung aufweisen, in welcher die Luftfederung gedämpft ist, um einen sanften Übergang zwischen den zwei Zuständen unterschiedlicher Steifigkeit zu gewährleisten (7).

Die oben genannte Aufgabe kann auch mit einem Schienenfahrzeug der eingangs genannten Art gelöst werden, welches ein niveauregulierbares Federsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12 aufweist.

Die Erfindung samt weiterer Vorteile ist im Folgenden anhand einiger nicht einschränkender Ausführungsbeispiele näher erläutert, welche in der Zeichnung dargestellt sind. In dieser zeigen:
1 ein erfindungsgemäßes Schienenfahrzeug,
2 eine erste Variante (HP-Feder) eines erfindungsgemäßen Federsystems,
3 eine zweite Variante (Luftfeder) eines erfindungsgemäßen Federsystem,
4 eine dritte Variante (Luftfeder mit gedämpfter Zwischenstellung eines Schaltventils) eines erfindungsgemäßen Federsystems,
5 eine vierte Variante (Stahl- bzw. Gummifeder) eines erfindungsgemäßen Federsystems,
6 eine erfindungsgemäße Luftfeder mit einem Lufttank, welche ein geschlossenes Luftsystem bilden und
7 eine Variante der Luftfeder nach 6 mit einem wegschaltbaren Zusatzvolumen
Gemäß 1 weist ein erfindungsgemäßes Schienenfahrzeug SCH einen Unterbau UBA, einen Wagenkasten WKA sowie ein zwischen dem Unterbau und dem Wagenkasten WKA angeordnetes Federsystem FED, mit welchem das Fußbodenniveau FUN des Wagenkastens WKA verändert werden kann, auf.
Das Federsystem kann, wie in 2, 3 und 4 dargestellt, eine hydropneumatische HPF bzw. eine Luft- Feder LUF, die mittels eines schaltbaren Ventils VEN mit einer Druckquelle DRQ verbindbar sind, oder, wie in 5 gezeigt, eine Schraubenfeder SFE aus Stahl aufweisen.
Das erfindungsgemäße Federsystem FED weist Mittel SA1, SA2, SA3, SA4 und SA5 zum Umschalten der Steifigkeit des Federsystems FED zwischen zwei Zuständen vordefinierter Steifigkeit auf. Diese Mittel SA1, SA2, SA3, SA4 und SA5 können je nach Ausführungsart des Federsystems FED unterschiedlich ausgebildet sein, wie in den 2–5 und 7 dargestellt.
Gemäß 2 kann das erfindungsgemäße Federsystem FED eine hydropneumatische Feder HPF aufweisen, bei welcher ein Schalter SA2 zum Öffnen und Verschließen einer ein Federbein FEB mit einem Speicher SPE verbindenden Leitung LEI vorgesehen ist. Zwischen dem Federbein FEB und dem Speicher SPE ist bei einem geöffneten Schalter SA2, der beispielsweise als Ventil ausgeführt sein kann, ein Verschieben des Arbeitsvolumens ermöglicht, wodurch sich eine weiche Federung erzielen lässt. Durch Unterbrechung der Leitung LEI zwischen dem Speicher SPE und dem Federbein FEB wird hingegen eine hohe Steifigkeit der Federung FED erzielt.
Nach 3 kann das Federsystem FED eine Luftfeder LUF mit einer Hauptfeder HAF und einem mit der Hauptfeder HAF verbundenen Zusatzbehälter ZUB aufweisen. Das Innere der Hauptfeder HAF steht mit dem Inneren des Zusatzbehälters ZUB über eine Leitung LEI' in Verbindung, wobei zwischen der Hauptfeder HAF und dem Zusatzbehälter ZUB ein Schalter SA3 zum Öffnen und Verschließen der Leitung LEI' vorgesehen ist. Durch Betätigen des Schalters SA3, beispielsweise eines Ventils, kann ein Fluidumstrom zwischen der Hauptfeder HAF und dem Zusatzbehälter ZUF unterbrochen werden.
Befindet sich das Schienenfahrzeug auf der Strecke, so kann der Schalter SA3 geöffnet werden, wodurch die Hauptfeder HAF mit dem Zusatzvolumen ZUB in Verbindung gebracht werden kann. Bei einem Zuschalten des Zusatzvolumens ZUB wird eine weiche Federung FED erzielt, während durch Absperren des Zusatzvolumens ZUB die Steifigkeit der Federung FED wesentlich erhöht wird. Die Federung FED ist somit zwischen zwei Betriebszuständen einem mit geringerer Steifigkeit und einem mit höherer Steifigkeit umschaltbar.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die beiden Zustände unterschiedlicher Steifigkeit vordefinierbar sind. So können beispielsweise durch die Dimensionierung der Hauptfeder HAF und des Zusatzvolumens ZUB bzw. des Speichers SPE und des Federbeins FED die Steifigkeiten der Federung FED auf der Strecke und in der Station festgelegt werden. Somit weist die Federung FED zwei Betriebszustände auf: einen mit hoher Steifigkeit für den stationären Betrieb und einen mit geringerer Steifigkeit für die Fahrt auf der Strecke.
Wie in 4 dargestellt kann das Federsystem ein Schaltmittel SA4 aufweisen, welches neben den beiden einer hohen bzw. niedrigen Steifigkeit des Federsystems entsprechenden Schaltzuständen einen dämpfenden Zwischenzustand aufweisen kann, durch welchen ein sanfter Übergang vom einen zum anderen Zustand ermöglicht wird.
Nach der in 5 dargestellten Ausführungsform kann im Fall einer Schraubenfeder SFE oder einer Gummifeder bzw. Gummi/Metallfeder ein parallel dazu angeordneter Aktuator AKT vorgesehen sein, dessen Eigenschaften mittels eines steuerbaren Absperrorgans bzw. Schaltventils SA1 („Sperrgliedes") verändert werden können. Derartige Sperrglieder können beispielsweise auch in Vertikaldämpfer bzw. Wankstabilisatoren integriert sein.
Weiters kann unter der Schraubenfeder SFE bzw. der Gummifeder eine Fußpunktverstellung FPV angeordnet sein, beispielswiese in Form eines Hydraulikzylinders. Durch diese Fußpunktverstellung FPV kann die Lage der Unterkannte der Schraubenfeder SFE in einem belasteten und unbelasteten Zustand geregelt werden.
Ferner kann der Schalter SA1, SA2, SA3 bzw. das steuerbare Absperrorgan mit einer hier nicht dargestellten elektronischen Steuerung verbunden sein, welche den Schalter SA1, SA2, SA3 betätigt, sobald sie von einem mit einer Tür des Schienenfahrzeuges verbundenen Signalgeber ein Türöffnungssignal empfängt, sodass die Steifigkeit der Federstufe FED durch Wegschalten des Zusatzvolumens ZUB bzw. Speichers SPE oder durch Zuschalten des Dämpfers AKT erhöht wird. Somit kann das Umschalten der Steifigkeit der Federstufe FED auch automatisiert erfolgen.
In der Ausführungsform nach 6 ist das Federsystem als Luftfedersystem ausgebildet, welches ein in sich abgeschlossenes System in Bezug auf die in ihm enthaltene Luftmasse bildet. Der Federbalg FBG der Luftfeder ist hierbei über eine Leitung LEI''' mit einem Lufttank LTA verbunden, in welchem trockene Luft enthalten ist. Über eine zwischen dem Lufttank LTA und dem Federbalg FBG angeordnete Pumpe PUM kann Luft von dem Lufttank LTA in den Federbalg FBG und umgekehrt befördert werden. Da die Luftfeder, wie sie in 6 dargestellt ist, eher steif ist, benötigt sie nur eine sehr geringe Pumpenleistung, weshalb dieses Federsystem als dezentrales System in einem Drehgestell des Schienenfahrzeuges realisiert werden kann. Da das dargestellte System geschlossen ist, ist keine Luftaufbereitung notwendig – die Pumpe entnimmt dem Tank LTA die trockene Luft.
Bei der in 7 dargestellten Variante der Erfindung ist neben der autarken Luftversorgung, wie sie in 6 gezeigt ist, auch ein mit dem Federbalg FBG über eine Leitung LEI'' verbundener Zusatzbehälter ZVB' mit einem Zusatzluftvolumen vorgesehen. Wie bei den in 3 und 4 dargestellten Ausführungsformen kann das Zusatzvolumen mittels geeigneter Schaltmittel SA5 beispielsweise eines Ventils zu dem Federbalg FBG zu- bzw. weggeschaltet werden. Auch hier kann das Schaltmittel SA5 neben den zwei unterschiedlichen Steifigkeiten des Federsystems zugeordneten Schaltzuständen eine Zwischenstellung bzw. einen Zwischenzustand aufweisen, in welchem der Luftstrom zwischen dem Federbalg FBG und dem Zusatzbehälter ZVB' gedämpft ist.

Claims

Federsystem (FED) zur Niveauregulierung eines Schienenfahrzeuges (SCH), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Schaltmittel (SA1, SA2, SA3, SA4, SA5) zum Umschalten des Federsystems (FED) zwischen zwei Zuständen unterschiedlicher Steifigkeit vorgesehen ist.
Federsystem (FED') zur Niveauregulierung eines Schienenfahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, dass das Federsystem als geschlossenes Luftfedersystem (LUF') ausgebildet ist, welche einen Federbalg (FBG) und einen mit dem Federbalg (FBG) in Verbindung stehenden Lufttank (LTA) aufweist, wobei zwischen dem Federbalg und dem Lufttank (LTA) eine Pumpe (PUM) angeordnet ist, um Luft zwischen dem Federbalg (FBG) und dem Lufttank (LTA) zu befördern (6).
Federsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Schaltmittel (SA1, SA2, SA3, SA4, SA5) eine Zwischenstellung aufweist, in welcher das Federsystem gedämpft ist, um einen sanften Übergang zwischen den zwei Zuständen unterschiedlicher Steifigkeit zu gewährleisten (4).
Federsystem nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Federsystem (FED) eine hydropneumatische Feder (HPF) aufweist, bei welcher ein Schalter (SA2) zum Öffnen und Verschließen einer ein Federbein (FEB) mit einem Speicher (SPE) verbindenden Leitung (LEI) vorgesehen ist (2).
Federsystem nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Federsystem (FED) eine Luftfeder (LUF) mit einer Hauptfeder (HAF, FBG) und einem mit der Hauptfeder verbundenen Zusatzbehälter (ZUB, ZVB') aufweist, wobei zwischen der Hauptfeder (HAF, FBG) und dem Zusatzbehälter (ZUB, ZVB') ein Schalter (SA3, SA5) zum Öffnen und Verschließen einer den Zusatzbehälter (ZUB, ZVB') mit der Hauptfeder (HAF, FBG) verbindenden Leitung (LEI') vorgesehen ist (3, 4 und 7).
Federsystem nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein parallel zu einem Federelement (SFE) des Federsystems (FED) angeordneter Aktuator (AKT) vorgesehen ist, welcher in der Station in eine Sperrstellung schaltbar ist (5).
Federsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Aktuator (AKT) in einem Fahrbetrieb als Dämpfer vorgesehen ist (5).
Federsystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (SFE) eine Stahl- und/oder Gummifeder ist.
Federsystem nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fußpunktverstellung (FPV) für das Federelement (SFE) vorgesehen ist.
Federsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fußpunktverstellung (FPV) einen Hydraulikzylinder aufweist.
Federsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Federbalg (FBG) mit einem Zusatzbehälter (ZUB') für ein Zusatzluftvolumen verbunden ist, wobei zwischen dem Federbalg und dem Zusatzbehälter (ZUB') ein Schaltmittel (SA5) zum Öffnen und Verschließen einer den Zusatzbehälter (ZUB') mit dem Federbalg (FBG) verbindenden Leitung (LEI'') vorgesehen ist, um die Luftfederung (LUF') zwischen zwei Zuständen unterschiedlicher Steifigkeit umzuschalten (7).
Federsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltmittel (SA5) eine Zwischenstellung aufweist, in welcher die Luftfederung (LUF') gedämpft ist, um einen sanften Übergang zwischen den zwei Zuständen unterschiedlicher Steifigkeit zu gewährleisten (7).
Schienenfahrzeug (SCH) dadurch gekennzeichnet, dass es ein niveauregulierbares Federsystem (FED) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 aufweist.