DE102011055399A1

DE102011055399A1 - Federsystem für ein Schienenfahrzeug

Info

Publication number: DE102011055399A1
Application number: DE102011055399A
Authority: DE
Inventors: Olaf Korduan; Harald Kranz
Original assignee: ContiTech Luftfedersysteme GmbH
Current assignee: ContiTech Luftfedersysteme GmbH
Priority date: 2011-11-16
Filing date: 2011-11-16
Publication date: 2013-05-16
Also published as: WO2013072122A1; DE202011110308U1

Abstract

Federsystem für ein Schienenfahrzeug, angeordnet als Sekundärfedersystem zwischen einem Wagenkasten und einem Fahrwerksteil, mit einer Luftfeder, einem Zusatzvolumen, einer parallel zur Luftfeder angeordneten Zusatzfeder aus elastomerem Werkstoff und einer ebenfalls aus elastomerem Werkstoff ausgebildete Notfeder wobei dass das Zusatzvolumen im Luftfederdeckel ausgeformt ist und die Notfeder an der Innenseite des karosserieseitigen Luftfederdeckels und zur fahrzeugseitigen Felge weisend angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Federsystem für ein Schienenfahrzeug, angeordnet als Sekundärfedersystem zwischen einem gefederten Wagenkasten und einem als Fahrwerk dienenden Drehgestell oder Fahrwerksschemel. Das Federsystem weist eine Luftfeder mit einem Luftfedervolumen in einem Arbeits- oder Druckraum auf, welcher in einem zwischen Luftfederdeckel, der so genannten Oberplatte, und fahrwerkseitiger Felge angeordnetem Luftfederbalg ausgebildet ist. Der Luftfederdeckel bzw. die Oberplatte steht mit dem Wagenkasten in Verbindung. Weiterhin weist das Federsystem ein mit dem Arbeits- oder Druckraum zusammenwirkendes Zusatzvolumen auf, sowie eine unterhalb der Luftfeder angeordnete und mit letzterer in einer Reihenschaltung zusammenwirkende Zusatzfeder aus elastomerem Werkstoff, vorzugsweise aus Gummi, und eine in Form eines Anschlagpuffers und ebenfalls aus elastomerem Werkstoff ausgebildete Notfeder innerhalb des Arbeits- oder Druckraums. Die Notfeder ist zwischen karosserieseitigem Luftfederdeckel und fahrwerkseitigem Felge wirkend vorgesehen. Als Felge wird bei einem Luftfedersystem für ein Schienenfahrzeug üblicherweise die fahrwerksseitige Unterplatte der Luftfederung angesehen.
Im normalen Betriebszustand eines solchen Luftfedersystems wird das Zusatzvolumen verwenden, um die Kennung der Federung zu verändern und damit eine komfortable „weichere“ Federung einzustellen.
Solche Federsysteme sind für Schienenfahrzeuge bekannt. Die Luftfederung wirkt im Betriebszustand zusammen mit einer Zusatzfeder aus elastomerem Werkstoff. Darüberhinaus ist oft noch eine Notfeder vorgesehen, ebenfalls aus elastomerem Werkstoff, welche zwischen Karosserie bzw. Wagenkasten und Fahrwerk bzw. Fahrgestell oder Fahrschemel des Fahrzeuges so angeordnet ist, dass bei einem Ausfall der Luftfeder die Karosserie am Fahrwerk durch die Notfeder und die Zusatzfeder abgestützt wird. Bei den bekannten Systemen ist die Notfeder üblicherweise fahrwerksseitig an oder auf der Felge angebracht, die wiederum auf der Zusatzfeder befestigt ist. Es gibt auch Konstruktionen, bei denen keine separate Notfeder vorhanden ist und die Zusatzfeder die Funktion der Notfeder aufnimmt. In diesen Fällen setzt bei Luftausfall dann die Oberplatte bzw. der Luftfederdeckel direkt auf der Felge auf.
Die gelegentlich mit einer gewissen Unschärfe verwendeten Begriffe „Primärfederung/Primärfedersystem“ und „Sekundärfederung/Sekundärfedersystem“ sind im Grunde sehr einfach wie folgt zu definieren:

– Unter einer „Primärfederung“ versteht man bei heutigen Fahrzeugen die erste und grundlegende Federung zwischen der ungefederten Radmasse und dem Fahrgestell bzw. dem Achsträger eines Fahrzeugs. Bei einem PKW oder LKW wird diese Primärfederung durch die federnden Eigenschaften eines Luftreifens bereitgestellt, d.h. der Luftreifen ist die „Primärfeder“. Bei einem Schienenfahrzeug mit Rädern aus Metall ist es demgegenüber erforderlich, die die Radachse mit dem Radsatz aufnehmenden Achsgehäuse gegenüber dem Drehgestell/Fahrgestell mit einer Primärfederung abzufedern. Diese Primärfederung besteht üblicherweise aus material- oder formelastischen Bauteilen, wie etwa Schraubenfedern, Blattfedern, Gummi-Metall-Federn etc. und ist in der Regel zur Federung hochfrequenter Belastungen ausgelegt. Dies ist auch bei modernen Rädern üblich, die zur Reduzierung der Geräuschentwicklung aus einer inneren Radscheibe, einem umgebenden Gummielement und schließlich einem äußeren Radkranz aufgebaut sind.
– Unter einer „Sekundärfederung“ versteht man bei Fahrzeugen die Federung zwischen dem Fahrgestell bzw. dem Achsträger eines Fahrzeugs und seiner Karosserie oder seinem Aufbau. Bei PKW und LKW wird diese Sekundärfederung durch gedämpfte Stahlfedern, Luftfedern oder Federbeine zwischen Fahrwerk und Karosserie erreicht.

Neben Konstruktionen mit Hydrofedern besteht eine Bauart einer solchen Sekundärfederung für Schienenfahrzeuge in der auch hier beanspruchten besonders komfortabler Ausführung aus einer Luftfeder und einer Gummi-Metall-Feder als Zusatzfeder, welche in Reihe geschaltet sind. Die Luftfeder mit Zusatzvolumen dient dabei auch z.B. der beladungsabhängigen Höhenregulierung und ist auf niederfrequente Belastungen ausgelegt.
Die Regelung des Fahrniveaus erfolgt üblicherweise durch die Sekundärfederung unter Berücksichtigung der Gesamthöhe bzw. des gesamtem Federweges des Sekundärfederungssystems, wobei sich der Federweg aus den Federwegen/Federhöhen der beiden Komponenten, d.h. Luftfeder und der Zusatzfeder ergibt. Im Allgemeinen erfolgt die Regelung so, dass bei unterschiedlichen Beladungszuständen eine konstante Höhe eingestellt wird.
Die US 3,826,507 offenbart eine Luftfeder für ein Schienenfahrzeug, welche mit einer Zusatzfeder versehen ist. Die Zusatzfeder ist dabei als Blockfeder aus Gummi ausgebildet und größtenteils von der Luftfeder umgeben. Die Zusatzfeder ist zudem so angeordnet, dass der Wagenkasten bei einem Luftverlust in der Luftfeder auf der gleichzeitig als Notfeder ausgebildeten Zusatzfeder aufsetzen kann.
Im Notfederbetrieb, bei dem die die Oberplatte auf der Notfeder oder auf der Zusatzfeder aufsetzt, zeigen sich jedoch einige Nachteile der bisher bekannten Systeme. So kann es vorkommen, dass durch Berührung zwischen zusätzlichem Federelement oder Notfeder und Balg bei horizontalen Auslenkungen und hoher Vertikaleinfederung unter großen Lasten die Bewegungsspielräume eingeschränkt werden.
Andererseits wird während des normalen Luftfederbetriebs durch die eine auf der Zusatzfeder angebrachte Notfeder die Federmasse erheblich erhöht wird. Dabei werden Schraubenverbindungen zwischen Notfeder und Zusatzfeder durch Beschleunigungskräfte und Vibrationen, die auf das Drehgestell wirken, einer hohen Belastung ausgesetzt.
Für die Erfindung bestand daher die Aufgabe, ein Federsystem für Schienenfahrzeuge als Luftfedersystem bereitzustellen, welches Notfeder und Zusatzfeder sowie ein für eine komfortable Federung erforderliches Zusatzvolumen aufweist, welches auch im Notfederbetrieb, bei dem die die Oberplatte auf der Notfeder aufsetzt, unter großen Lasten große horizontale Bewegungsspielräume z. B. bei engen Kurvendurchfahrten aufweist und trotzdem eine einfache Montage und eine kostengünstige Herstellung erlaubt.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs. Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind in den Unteransprüchen offenbart.
Dabei ist das Zusatzvolumen im Luftfederdeckel ausgeformt und die Notfeder ist an der Innenseite des Luftfederdeckels und zur fahrwerkseitigen Felge weisend angeordnet. Bei dieser erfindungsgemäßen Ausbildung, bei der die Notfeder an der Unterseite der Oberplatte montiert wird, kommt die Notfeder nur zum Einsatz, wenn der Luftfederbalg drucklos ist und den Wagenkasten nicht mehr trägt. Dann liegt die Oberplatte mit der Notfeder auf der Felge der Zusatzfeder auf. Die Notfeder übernimmt dann zusammen mit der Zusatzfeder die Tragfunktion und beeinflusst somit die Vertikalcharakteristik. Durch die Montageposition an der Unterseite der Oberplatte können größere horizontale Auslenkung der Oberplatte zur unteren Zusatzfeder ohne Berührung von Balginnwand und vorgespannten Federelement im Notfeder- und Luftfederbetrieb ermöglicht werden. Enge Kurvendurchfahrten des Schienenfahrzeugs, auch bei höheren Belastungen, können somit realisiert werden.
Eine vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass die Notfeder an der Innenseite des Luftfederdeckels mit einer Vorspannung versehen ist. Die Vorspannung ermöglicht eine reduzierte Einbauhöhe der Notfeder und damit eine oft erwünschte reduzierte Bauhöhe des Luftfedersystems.
Dadurch, dass die Oberplatte mit dem Wagenkasten verbunden ist, wird zudem die Notfeder nur geringen Vibrationen und Beschleunigungen ausgesetzt im Gegensatz zu der im Stand der Technik üblichen Montage der Notfeder an der Felge/an der Zusatzfeder. Die Schraubenverbindungen unterliegen bei der erfindungsgemäßen Konstruktion somit geringeren Krafteinflüssen. Dabei ist nur dass Gewicht der Zusatzfeder mit dem Fahrwerk bzw. mit dem Drehgestell verbunden, wodurch die ungefederte Masse reduziert wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass die Notfeder mit einem in den Luftfederdeckel eingreifenden Spannelement vorgespannt ist, vorzugsweise mit einer über eine Scheibe auf die Notfeder wirkenden Spannschraube. Eine solche Ausführung ist einfach und kostengünstig zu realisieren und erfordert keinen großen Montageaufwand.
Zur Vereinfachung der Befestigung der Notfeder an der Oberplatte bzw. am Luftfederdeckel besteht eine weitere vorteilhafte Ausbildung darin, dass die Notfeder eine anvulkanisierte Grundplatte aufweist, die mit dem Luftfederdeckel lösbar, etwa über einfache Schraubverbindungen, verbunden ist.
Vorteilhafterweise wird ein solches Federsystem bei einem Schienenfahrzeug eingesetzt.
Anhand eines Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen
1 eine erfindungsgemäßes Federsystem
2 den vorderen Teil eines schienengebundenen Kurzstreckentriebwagens mit einem erfindungsgemäßen Federsystem
3 ein Federsystem aus dem Stand der Technik
1 zeigt eine erfindungsgemäßes Federsystem 1 für ein Schienenfahrzeug, angeordnet zwischen einem Wagenkasten bzw. einer Karosserie und einem ungefedertem Fahrwerksteil, beide hier nicht näher dargestellt. Das Federsystem stellt hier das Sekundärfedersystem dar. Das Federsystem 1 weist eine Luftfeder mit einem Luftfedervolumen in einem Arbeits- oder Druckraum 2 auf, welcher in einem zwischen Luftfederdeckel 3 und fahrwerkseitiger Felge 4 angeordnetem Luftfederbalg 5 ausgebildet ist. Das mit dem Arbeits- oder Druckraum 2 zusammenwirkendes Zusatzvolumen 6 ist im Luftfederdeckel 3 ausgeformt.
Unterhalb der Luftfeder bzw. des Luftfederbalges 5 ist eine mit der Luftfeder in einer Reihenschaltung zusammenwirkende Zusatzfeder 7 aus Gummi angeordnet.
An der Innenseite des karosserieseitigen Luftfederdeckels 3 ist eine zur fahrwerkseitigen Felge 4 weisende aus Gummi ausgebildete Notfeder 8 angeordnet, die in Form eines Anschlagpuffers zwischen Luftfederdeckel 3 und fahrwerkseitiger Felge 4 als Abstützung wirkt.
Die Notfeder 8 an der Innenseite des Luftfederdeckels 3 ist mit einer Vorspannung versehen, bei der die Notfeder 8 mit einem in den Luftfederdeckel 3 eingreifenden und über eine Scheibe 9 auf die Notfeder 8 wirkende Spannschraube 10 verspannt wird.
Die Notfeder 8 weist eine anvulkanisierte Grundplatte 11 auf, die mit dem Luftfederdeckel 3 lösbar über Schrauben 12 verbunden ist.
2 zeigt den vorderen Teil eines schienengebundenen Kurzstreckentriebwagens 13 mit dem erfindungsgemäßen Federsystem, d.h. Luftfedersystem. Der Fahrschemel bzw. das Fahrgestell 14, ist über das erfindungsgemäße Federsystem 1 mit Dem Wagenkasten 15 des Triebwagens 16 verbunden ist.
3 zeigt kursorisch ein Luftfedersystem 17 aus dem Stand der Technik, bei dem die Notfeder 18 fahrwerksseitig auf der Felge 19 angebracht ist, unter der sich wiederum die Zusatzfeder 20 befindet. Bei diesem System kann es vorkommen, dass durch Berührung zwischen Notfeder und Balg bei horizontalen Auslenkungen und hoher Vertikaleinfederung unter großen Lasten die Bewegungsspielräume eingeschränkt werden.
Bezugszeichenliste

1: Federsystem
2: Arbeits- oder Druckraum
3: Luftfederdeckel
4: Felge
5: Luftfederbalg
6: Zusatzvolumen
7: Zusatzfeder
8: Notfeder
9: Scheibe
10: Spannschraube
11: Grundplatte
12: Schraube
13: Kurzstreckentriebwagen
14: Fahrwerk bzw. Drehgestell
15: Wagenkasten, bzw. Karosserie
16: Luftfedersystem
17: Notfeder
18: Felge
19: Zusatzfeder

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 3826507 [0007]

Claims

Federsystem (1) für ein Schienenfahrzeug (13), angeordnet als Sekundärfedersystem zwischen einem Wagenkasten (15) und einem als Fahrwerk dienenden Drehgestell (14), wobei das Federsystem folgende Einrichtungen aufweist: – eine Luftfeder mit einem Luftfedervolumen in einem Arbeits- oder Druckraum (2), welcher in einem zwischen Luftfederdeckel (3) und fahrwerkseitiger Felge (4) angeordnetem Luftfederbalg (5) ausgebildet ist, – ein mit dem Arbeits- oder Druckraum zusammenwirkendes Zusatzvolumen (6), – eine unterhalb der Luftfeder angeordnete und mit letzterer in einer Reihenschaltung zusammenwirkende Zusatzfeder (7) aus elastomerem Werkstoff, vorzugsweise aus Gummi, – eine in Form eines Anschlagpuffers und ebenfalls aus elastomerem Werkstoff ausgebildete Notfeder (8) innerhalb des Arbeits- oder Druckraums (2), wobei die Notfeder (8) zwischen Luftfederdeckel (3) und fahrwerkseitiger Felge (4) wirkend vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, – dass das Zusatzvolumen (6) im Luftfederdeckel (3) ausgeformt ist und – dass die Notfeder (8) an der Innenseite des Luftfederdeckels (3) und zur fahrwerkseitigen Felge (4) weisend angeordnet ist.
Federsystem nach Anspruch 1, bei dem die Notfeder (8) an der Innenseite des Luftfederdeckels mit einer Vorspannung versehen ist.
Federsystem nach Anspruch 2, bei dem die Notfeder (8) mit einem in den Luftfederdeckel eingreifenden Spannelement vorgespannt ist, vorzugsweise mit einer über eine Scheibe (9) auf die Notfeder (8) wirkenden Spannschraube (10).
Federsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Notfeder eine anvulkanisierte Grundplatte (11) aufweist, die mit dem Luftfederdeckel (3) lösbar verbunden ist.
Schienenfahrzeug mit einem Federsystem nach Anspruch 1 bis 4.