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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Sicherstellung eines Abstands eines Sensors, der an einem primär-gefederten Drehgestell eines Schienenfahrzeugs befestigt ist, zu einer Schienenoberseite, die vom Schienenfahrzeug befahren werden soll.
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3 zeigt beispielhaft ein einfach ausgestaltetes, primär-gefedertes Drehgestell DG in einer prinzipiellen Darstellung gemäß dem Stand der Technik.
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Ein Radsatz RS weist ein Radsatzlager RSL auf, das über eine Primärfeder PF mit dem Drehgestell DG bzw. mit einem zugehörigen Drehgestellrahmen DGR verbunden ist.
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Als Primärfeder PF wird üblicherweise eine Schraubenfeder mit einem Primärfederdämpfer verwendet.
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Das Radsatzlager RSL selbst ist mit einer Radsatzlagerführung RSLF derart gekoppelt, dass die Radsatzlagerführung RSLF das Radsatzlager RSL führt und eine Bewegung in vertikaler Richtung ermöglicht.
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Die hier beispielhaft gezeigte Radsatzlagerführung RSLF ist in der hier gezeigten Form als Führungsgabel ausgebildet und umfasst zumindest teilweise die Primärfeder PF.
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In einer ersten Position befindet sich das Radsatzlager RSL in einem unteren bis mittleren Bereich der Radsatzlagerführung RSLF.
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Die vertikale Bewegung des Radsatzlager RSL wird über einen Anschlag ANS der Radsatzlagerführung RSLF nach unten begrenzt.
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In der ersten Position ist die Primärfeder PF mit einer statischen Fahrzeuglast beaufschlagt und weist eine vorbestimmte Grund- bzw. Vorspannung auf.
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Bei einem stoßförmigen Übergang im Gleisbereich wirkt ein entsprechender mechanischer Stoß vom Radsatz RS auf das Radsatzlager RSL, der eine Vertikalbewegung des Radsatzlagers RSL innerhalb der Radsatzlagerführung RSLF nach oben bewirkt. Diese Bewegung wird als „Einfedern“ bezeichnet.
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Das Radsatzlager RSL nähert sich einer zweiten Position an, die im oberen Bereich der Radsatzlagerführung RSLF liegt, die Primärfeder PF wird mit einer zusätzlichen Spannung beaufschlagt.
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Im Übergang von der ersten Position zur zweiten Position wird die Primärfeder PF also gespannt und der vom Gleisbereich verursachte Stoß auf den Radsatz RS wird entsprechend gedämpft bzw. ausgeglichen.
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Nach Beendigung des zeitlich begrenzten Stoßes bewegt sich das Radsatzlager RSL von der zweiten Position zurück in die erste Position, die Primärfeder PF wird entspannt. Diese Bewegung wird als „Ausfedern“ bezeichnet.
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Darüber hinaus existieren Schwingungsvorgänge im Bereich der Primärfederung, die weitere Folgen von „Einfedern“ und „Ausfedern“ bewirken.
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Am Drehgestell DG bzw. am Drehgestellrahmen DGR ist üblicherweise ein Sensor SEN befestigt, der als Teil einer Zugsicherungsanlage bzw. eines Zugsicherungssystems verwendet wird.
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Um den Sensor SEN vor Beschädigungen beim oben beschriebenen „Einfedern“ zu schützen, muss der Sensor SEN einen vorbestimmten Mindestabstand zu einer Schienenoberseite SO aufweisen. Dieser Mindestabstand ist derart bemessen, dass für den Sensor SEN ein zulässiger Arbeitsbereich in Bezug auf die Schienenoberkante SO eingehalten wird.
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Der zugehörige Abstand wird so eingestellt, dass die Funktionsweise des Sensors im Normalbetrieb des Schienenfahrzeugs, beim „Einfedern“ und auch beim „Ausfedern“ stets aufrechterhalten wird.
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Dieser Mindestabstand muss außerdem groß genug gewählt sein, dass in einem vorbestimmten Betriebszeitraum des Drehgestells eine Abstandsänderung des Sensors SEN zur Schienenoberseite SO, die durch Radverschleiß verursacht wird, sicher kompensiert wird.
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Dieser Mindestabstand wird basierend auf Erfahrungswerten bei durchzuführenden Wartungsarbeiten am Drehgestell DG manuell und fest eingestellt und ggf. von Zeit zu Zeit manuell nachjustiert.
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4 zeigt mit teilweisem Bezug auf 3 ein weiteres primär-gefedertes Drehgestell DG bzw. Drehgestellrahmen DGR gemäß dem Stand der Technik.
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Hier ist das Radsatzlager RSL zusätzlich über einen hydraulischen Dämpfer HD mit dem Drehgestell DG bzw. mit dem Drehgestellrahmen DGR verbunden.
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Der hydraulische Dämpfer HD ist bevorzugt als hydraulischer (Zweirohr-) Teleskopstoßdämpfer ausgeführt, dessen Funktion in 5 kurz erläutert wird.
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Der hydraulische Dämpfer HD besteht aus einem inneren Zylinder ZYLIN und aus einem äußeren Zylinder ZYLOUT, der den inneren Zylinder ZYLIN umfasst.
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Beide Zylinder ZYLIN, ZYLOUT sind miteinander über eine Ventilanordnung VA, die einen Fluid-Widerstand FW aufweist, miteinander verbunden, so dass ein Fluid FL, da sich in beiden Zylindern ZYLIN, ZYLOUT befindet, über die Ventilanordnung VA zwischen den beiden Zylindern ZYLIN, ZYLOUT übertragbar ist.
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Als Fluid FL wird Hydrauliköl verwendet.
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Bei einer vertikalen Stoßbelastung des hydraulische Dämpfers HD taucht ein Kolben KOL in den inneren Zylinder ZYLIN ein. In Folge drückt der Kolben KOL das Fluid FL vom inneren Zylinder ZYLIN in den äußeren Zylinder ZYLOUT. Diese Fluid-Bewegung erfolgt gegen den Widerstand FW der Ventilanordnung VA.
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Der Kolben KOL teilt außerdem den inneren Zylinder ZYLIN in einen oberen und in einen unteren Arbeitsraum, die beide das Fluid FL beinhalten.
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Fährt bei Druckeinwirkung der Kolben KOL in den inneren Zylinder ZYLIN ein, strömt über Kolbenventile KV ein Teil des Fluids FL vom unteren Arbeitsraum in den oberen Arbeitsraum. Diese Fluid-Bewegung erfolgt gegen den Widerstand der Kolbenventile KV.
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Durch die beiden Widerstände bei der Fluid-Bewegung wird eine Dämpfung des Stoßes realisiert.
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Wie vorstehend zu 3 ausgeführt, beruht die Einstellung des Mindestabstands des Sensors zur Schienenoberseite auf Erfahrungswerten und ist damit unabhängig von Stoßbelastungen, die im operativen Betrieb tatsächlich auf das Drehgestell bzw. auf den Drehgestellrahmen wirken.
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Es ist denkbar, dass im operativen Betrieb der eingestellte Mindestabstand unterschritten wird, so dass eine Beschädigung des Sensors und damit ein Ausfall der zugehörigen Zugsicherung droht.
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Um diesem Problem zu begegnen, wurden bislang nachteilige Einschränkungen im Betrieb des Schienenfahrzeugs vorgenommen: beispielsweise wurden technisch mögliche Höchstgeschwindigkeiten für den operativen Betreib reduziert oder es wurden die damit zusammenhängenden Wartungsarbeiten bei einem hohen Aufwand an Personal, Zeit und Kosten entsprechend häufig durchgeführt.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Anordnung eines Sensors an einem primär-gefederten Drehgestell eines Schienenfahrzeugs anzugeben, mit der die oben genannten Nachteile zumindest reduziert oder vermieden werden und mit der gleichzeitig die Funktionssicherheit des Sensors im operativen Betrieb sichergestellt wird.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Sicherstellung eines Abstands eines Sensors zu einer Schienenoberseite.
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Die Anordnung weist ein primär-gefedertes Drehgestell eines Schienenfahrzeugs auf, das einen Radsatz, ein Radsatzlager, eine Primärfeder und eine Radsatzlagerführung aufweist. Ein Sensor ist am Drehgestell derart befestigt, dass ein Abstand des Sensors zu einer vom Drehgestell zu befahrenden Schienenoberseite einstellbar ist.
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Der Radsatz ist über das Radsatzlager mit der Radsatzlagerführung gekoppelt, wobei bei einem durch die Schienenoberseite verursachten Stoß auf den Radsatz für diesen durch die Radsatzlagerführung eine geführte Bewegung in vertikaler Richtung durchführbar ist. Das Radsatzlager ist über die vertikal ausgerichtete Primärfeder mit dem Drehgestell verbunden, um den verursachten Stoß auf den Radsatz durch eine Änderung des Federwegs in vertikaler Richtung abzufedern.
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Erfindungsgemäß ist zwischen dem Radsatzlager und dem Drehgestell eine Einrichtung zur Federweg-Erfassung angeordnet, die zur kontinuierlichen Erfassung von Änderungen des Federwegs der Primärfeder ausgebildet ist. Zusätzlich ist zwischen dem Sensor und dem Drehgestell eine Einrichtung zur Abstandsänderung angeordnet, die zur kontinuierlichen Änderung des Abstands des Sensors zur Schienenoberseite ausgebildet ist. Diese beiden Einrichtungen sind miteinander gekoppelt, so dass eine erfasste Änderung des Federwegs eine Änderung des Abstands bewirkt.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Einrichtung zur Federweg-Erfassung ein hydraulischer Zylinder, der mit einer veränderlichen Länge zwischen dem Radsatzlager und dem Drehgestell angeordnet und mit diesen verbunden ist. Über eine Längenänderung des Zylinders wird eine Änderung des Federwegs der Primärfeder erfasst.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Einrichtung zur Abstandsänderung ein hydraulischer Zylinder, der mit einer veränderlichen Länge zwischen dem Sensor und dem Drehgestell angeordnet und mit diesen verbunden ist. Über eine Längenänderung des Zylinders ist eine Änderung des Abstands einstellbar.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung sind die beiden hydraulischen Zylinder über eine Hydraulikleitung derart miteinander verbunden, dass eine Längenverkürzung des Zylinders (die beim „Einfedern“ erfolgt) der Einrichtung zur Federweg-Erfassung eine Längenverkürzung des Zylinders der Einrichtung zur Abstandsänderung bewirkt. Dadurch wird der Abstand des Sensors zur Schienenoberseite vergrößert.
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Entsprechend bewirkt eine Längenvergrößerung des Zylinders (die beim „Ausfedern“ erfolgt) der Einrichtung zur Federweg-Erfassung eine Längenvergrößerung des Zylinders der Einrichtung zur Abstandsänderung, um den Abstand des Sensors zur Schienenoberseite zu verkleinern.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Zylinder der Einrichtung zur Federweg-Erfassung als hydraulischer Dämpfer ausgebildet, der das Radsatzlager mit dem Drehgestell verbindet. Die Hydraulikleitung weist eine Ventilanordnung mit einem Fluid-Widerstand auf, um die Funktionalität des hydraulischen Dämpfers als Stoßdämpfer zu gewährleisten.
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In einer dazu alternativen, weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist die Einrichtung zur Federweg-Erfassung eine vertikal ausgerichtete Stange und einen Hebelarm auf. Ein erstes Ende der Stange ist mit dem Radsatzlager und ein zweites Ende der Stange ist mit dem Hebelarm verbunden. Der Hebelarm ist um ein am Drehgestell angeordnetes Festlager herum drehbar gelagert, so dass eine Änderung des Federwegs der Primärfeder einer Teildrehung des Hebelarms um das Festlager entspricht.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Einrichtung zur Abstandsänderung eine vertikal ausgerichtete Stange und einen Hebelarm auf. Ein erstes Ende der Stange ist mit dem Sensor und ein zweites Ende der Stange ist mit dem Hebelarm verbunden. Der Hebelarm ist um ein am Drehgestell angeordnetes Festlager herum drehbar gelagert, so dass durch eine Teildrehung des Hebelarms um das Festlager einer Änderung des Abstands des Sensors zur Schienenoberseite einstellbar ist.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung sind die beiden Hebelarme derart miteinander verbunden, dass eine Teildrehung des Hebelarms der Einrichtung zur Federweg-Erfassung eine Teildrehung des Hebelarms der Einrichtung zur Abstandsänderung bewirkt, so dass:
- - dass bei einer Vergrößerung des Federwegs der Primärfeder („Ausfedern“) eine Verkleinerung des Abstands des Sensors zur Schienenoberseite erfolgt, und
- - so dass bei einer Verkleinerung des Federwegs der Primärfeder („Einfedern“) eine Vergrößerung des Abstands des Sensors zur Schienenoberseite erfolgt.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Primärfeder eine Schraubenfeder.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Radsatzlagerführung als Führungsgabel ausgebildet.
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Durch die vorliegende Erfindung wird eine „dynamische Höhenkompensation“ für die Position des Sensors bei einem primär-gefederte Drehgestell realisiert.
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Durch die vorliegende Erfindung wird der Abstand des Sensors zur Schienenoberseite innerhalb eines vorgegebenen Bereichs konstant gehalten - sowohl im Normalbetrieb des Drehgestells als auch bei einer Stoß-Belastung des Drehgestells, wobei die Stoß-Belastung durch die Primärfeder kompensiert wird.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, technisch mögliche Höchstgeschwindigkeiten für den operativen Betrieb von Schienenfahrzeugen optimiert auszunutzen.
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Durch die vorliegende Erfindung werden bislang notwendige Wartungsarbeiten reduziert bzw. vereinfacht, Aufwand an Personal, Zeit und Kosten wird eingespart.
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Nachfolgend wird die Erfindung mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 eine erste Ausgestaltung der Erfindung,
- 2 eine zweite Ausgestaltung der Erfindung, und
- 3 bis 5 den in der Einleitung beschriebenen Stand der Technik.
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1 zeigt eine erste Ausgestaltung der Erfindung an einem primär-gefederten Drehgestell DG.
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Ein Radsatz RS weist ein Radsatzlager RSL auf, das über eine Primärfeder PF mit dem Drehgestell DG bzw. mit einem zugehörigen Drehgestellrahmen DGR verbunden ist.
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Als Primärfeder PF wird üblicherweise eine Schraubenfeder verwendet.
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Das Radsatzlager RSL selbst ist mit einer Radsatzlagerführung RSLF derart gekoppelt, dass die Radsatzlagerführung RSLF das Radsatzlager RSL führt und eine Bewegung des Radsatzes RS in vertikaler Richtung ermöglicht.
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Die hier beispielhaft gezeigte Radsatzlagerführung RSLF ist in Form einer Führungsgabel ausgebildet und umfasst zumindest teilweise die Primärfeder PF.
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Dabei ist zu beachten, dass die Erfindung auch bei Anordnungen, die nach dem gleichen Prinzip arbeiten, anwendbar ist (z.B. bei Drehgestellen mit Schwingen oder mit Dreieckslenkern, etc.).
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In einer ersten Position befindet sich das Radsatzlager RSL in einem unteren bis mittleren Bereich der Radsatzlagerführung RSLF.
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Die vertikale Bewegung des Radsatzlager RSL wird über einen Anschlag ANS der Radsatzlagerführung RSLF nach unten begrenzt.
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In der ersten Position ist die Primärfeder PF mit einer statischen Fahrzeuglast beaufschlagt und weist eine vorbestimmte Grund- bzw. Vorspannung auf.
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Bei einem stoßförmigen Übergang im Gleisbereich wirkt ein entsprechender mechanischer Stoß vom Radsatz RS auf das Radsatzlager RSL, der eine Vertikalbewegung des Radsatzlagers RSL innerhalb der Radsatzlagerführung RSLF nach oben bewirkt. Diese Bewegung wird als „Einfedern“ bezeichnet.
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Das Radsatzlager RSL nähert sich aus der ersten Position einer zweiten Position an, die im oberen Bereich der Radsatzlagerführung RSLF liegt, die Primärfeder PF wird mit einer zusätzlichen Spannung beaufschlagt.
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Im Übergang von der ersten Position zur zweiten Position wird die Primärfeder PF gespannt und der vom Gleisbereich auf den Radsatz RS verursachte Stoß wird entsprechend gedämpft bzw. ausgeglichen.
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In einer verkürzten Beschreibung der Vorgänge bewegt sich nach Beendigung des zeitlich begrenzten Stoßes das Radsatzlager RSL von der zweiten Position zurück in die erste Position, die Primärfeder PF wird entspannt. Diese Bewegung wird als „Ausfedern“ bezeichnet.
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Ausführlicher betrachtet handelt es sich um eine Abfolge an gedämpften Bewegungen zwischen den beiden Positionen. Diese Bewegungen werden über Dämpfer ausgeglichen, bis der Stoß kompensiert wurde.
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Zu beachten ist, dass auch Gleislagefehler in umgekehrter Richtung vorliegen können, so dass der Radsatz RS erst „ausfedert“ um nachfolgend „einzufedern“.
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Am Drehgestell DG bzw. am Drehgestellrahmen DGR ist ein Sensor SEN befestigt, der als Teil einer Zugsicherungsanlage bzw. eines Zugsicherungssystems verwendet wird.
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Um den Sensor SEN vor Beschädigungen beim oben beschriebenen „Einfedern“ zu schützen, muss der Sensor SEN einen vorbestimmten Abstand d innerhalb eines zulässigen Wirkungsbereichs zur Schienenoberseite SO bzw. zu einer entsprechend zugeordneten, kontaktierenden Lauffläche des Radsatzes RS aufweisen.
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Zwischen dem Radsatzlager RSL und dem Drehgestell DG ist eine Einrichtung zur Federweg-Erfassung EFED angeordnet, die im operativen Betrieb des Drehgestells DG Änderungen eines Federwegs dFW der Primärfeder PF kontinuierlich erfasst.
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Bei einem durch die Schienenoberseite SO auf den Radsatz RS wirkenden Stoß wird sich der Federweg dFW verkleinern („Einfedern“), die Primärfeder PF wird durch die Stoßbelastung zusammengedrückt.
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Zwischen dem Sensor SEN und dem Drehgestell DG ist eine Einrichtung zur Abstandsänderung EAB angeordnet, die im operativen Betrieb des Drehgestells DG zur kontinuierlichen Änderung des Abstands d zwischen Sensor SEN und Lauffläche des Radsatzes RS und damit zur Schienenoberseite SO ausgebildet ist.
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Die Einrichtung zur Federweg-Erfassung EFED ist mit der Einrichtung zur Abstandsänderung EAB derart gekoppelt, dass eine erfasste Änderung des Federwegs dFW eine Änderung des Abstands d des Sensors SEN zur Schienenoberseite SO bewirkt.
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In diesem Beispiel ist die Einrichtung zur Federweg-Erfassung EFED ein hydraulischer Zylinder, der mit einer veränderlichen Länge zwischen dem Radsatzlager RSL und dem Drehgestell DG angeordnet und mit diesen verbunden ist. Über eine Längenänderung des Zylinders ist eine Änderung des Federwegs dFW der Primärfeder PF erfassbar.
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Die Einrichtung zur Abstandsänderung EAB ist in diesem Beispiel ein hydraulischer Zylinder, der mit einer veränderlichen Länge zwischen dem Sensor SEN und dem Drehgestell (DG) angeordnet und mit diesen verbunden ist. Über eine Längenänderung des Zylinders ist eine Änderung des Abstands des Sensors SEN zur Schienenoberseite SO einstellbar.
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Diese beiden hydraulischen Zylinder sind über eine Hydraulikleitung HYDL miteinander verbunden.
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Eine beim „Einfedern“ des Drehgestells DG erfolgende Längenverkürzung des Zylinders der Einrichtung zur Federweg-Erfassung EFED bewirkt über einen (Hydraulik-) Fluidaustausch über die Hydraulikleitung HYDL eine Längenverkürzung des Zylinders der Einrichtung zur Abstandsänderung EAB. Entsprechend wird der Abstand d des Sensors SEN zur Schienenoberseite SO vergrößert.
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Eine beim „Ausfedern“ des Drehgestells DG erfolgende Längenvergrößerung des Zylinders der Einrichtung zur Federweg-Erfassung EFED bewirkt eine Längenvergrößerung des Zylinders der Einrichtung zur Abstandsänderung EAB. Entsprechend wird der Abstand d des Sensors SEN zur Schienenoberseite SO verkleinert.
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Der Zylinder der Einrichtung zur Federweg-Erfassung EFED ist mit Verweis auf die Erläuterungen zu 4 als hydraulischer Dämpfer HD ausgebildet, der das Radsatzlager RSL mit dem Drehgestell DG verbindet. Entsprechend weist die Hydraulikleitung HYDL eine Ventilanordnung mit einem Fluid-Widerstand FW auf, um die Funktionalität des hydraulischen Dämpfers HD als Stoßdämpfer zu gewährleisten.
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2 zeigt eine zweite Ausgestaltung der Erfindung an einem primär-gefederten Drehgestell DG.
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Mit Bezug auf 1 weisen gleiche Bezugszeichen gleiche Funktionalitäten und Verbindungen auf.
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In dieser Ausgestaltung weist die Einrichtung zur Federweg-Erfassung EFED eine vertikal ausgerichtete Stange S1 und einen Hebelarm H1 auf.
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Ein erstes Ende der Stange S1 ist mit dem Radsatzlager RSL und ein zweites Ende der Stange S1 ist mit einem Hebelarm H1 verbunden.
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Der Hebelarm H1 ist um ein am Drehgestell DG angeordnetes Festlager herum drehbar gelagert. Eine Änderung des Federwegs dFW der Primärfeder PF entspricht einer Teildrehung des Hebelarms H1 um das Festlager.
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Die Einrichtung zur Abstandsänderung EAB weist eine vertikal ausgerichtete Stange S2 und einen Hebelarm H2 auf.
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Ein erstes Ende der Stange S2 ist mit dem Sensor SEN und ein zweites Ende der Stange S2 ist mit dem Hebelarm H2 verbunden.
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Der Hebelarm H2 ist um ein am Drehgestell DG angeordnetes Festlager herum drehbar gelagert. Durch eine Teildrehung des Hebelarms um das Festlager ist eine Änderung des Abstands des Sensors SEN zur Schienenoberseite SO einstellbar.
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Die beiden Hebelarme H1 und H2 sind derart miteinander verbunden, dass eine Teildrehung des Hebelarms H1 eine Teildrehung des Hebelarms H2 erfolgt, um folgendes zu bewirken:
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Bei einer Vergrößerung des Federwegs dFW der Primärfeder PF („Ausfedern“) erfolgt eine Verkleinerung des Abstands d des Sensors SEN zur Schienenoberseite SO.
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Bei einer Verkleinerung des Federwegs dFW der Primärfeder PF („Einfedern“) erfolgt eine Vergrößerung des Abstands d des Sensors SEN zur Schienenoberseite SO.
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Zwischen dem zweiten Ende der Stange S2 und dem Drehgestell DG bzw. dem Drehgestellrahmen DGR ist zusätzlich ein Dämpfer DAE angeordnet, der das zweite Ende der Stange S2 mit dem Drehgestell DG bzw. mit dem Drehgestellrahmen DGR verbindet.
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Mit Hilfe des Dämpfers DAE wird ein Aufschaukeln der Bewegungen des Sensors SEN bzw. ein Aufschaukeln bei der Einstellung des Abstands d verhindert, die durch Radsatzbewegungen entstehen könnte.
