DE10236245A1

DE10236245A1 - Niveauregulierbare Federungsvorrichtung für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE10236245A1
Application number: DE2002136245
Authority: DE
Inventors: Manfred Vohla
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH; Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH; Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date: 2002-08-07
Filing date: 2002-08-07
Publication date: 2004-02-19

Abstract

Die Erfindung betrifft eine niveauregulierbare Federungsvorrichtung (1) für Fahrzeuge, insbesondere für Schienenfahrzeuge, beinhaltend wenigstens ein Federelement (8) und wenigstens ein hierzu mechanisch in Reihe geschaltetes separates Stellglied (6) zur Niveauregulierung.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine niveauregulierbare Federungsvorrichtung für Fahrzeuge, insbesondere für Schienenfahrzeuge gemäß Patentanspruch 1.
Eine solche ist aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus dem „Kraftfahrtechnischen Handbuch", Robert Bosch GmbH, 22. Auflage, Springer-Verlag 1998, Seiten 581 bis 583 bekannt. Die dort beschriebene niveauregulierbare Luftfederungsvorrichtung beinhaltet außer dem Luftbalg eine Druckluftversorgungsanlage zur Lieferung von Druckluft in den Luftbalg mittels einer Luftfederventile beinhaltenden Ventileinrichtung. Die Luftfederventile werden angesteuert, um die Luftmenge in den Luftbälgen derart zu regeln, daß ein Fahrzeugaufbau des Fahrzeugs im wesentlichen stets den gleichen vertikalen Abstand zu den Fahrzeugachsen hat oder um bestimmte Niveaulagen des Fahrzeugausbaus zu erzielen, wie beispielsweise ein Absenken eines Busaufbaus an Haltestellen als Einstiegserleichterung. Darüber hinaus bilden die Luftbälge Federungselemente der Fahrzeugfedening.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine niveauregulierbare Federungsvorrichtung der eingangs erwähnten Art derart weiterzubilden, daß sie einfacher aufgebaut und kostengünstiger herstellbar ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst.
Vorteile der Erfindung
Zur Niveauregulierung dient ein bezogen auf das Federungselement separates Stellglied, welches beispielsweise durch einen kostengünstigen Elektromotor-Mutter-Spindel-Trieb gebildet wird. Da die beiden Elemente zueinander in Reihe geschaltet sind, kann das Stellglied Verlängerungen oder Verkürzungen des Federelements aufgrund geänderter Lastverhältnisse ausgleichen und somit das Fahrzeugniveau konstant halten. Die erfindungsgemäße Federungsvorrichtung kann folglich die eingangs geschilderte Luftfederung mit einer Vielzahl von Ventilen und Luftleitungen ersetzen, wobei als Federungselemente insbesondere kostengünstige und versorgungs- und wartungsfreie Schraubenfedern möglich sind, welche aus Komfortgründen in Gummi gelagert werden können. Die Federungsvonichtung eignet sich insbesondere als aktive Sekundärfederung von Schienenfahrzeugen.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung möglich.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Stellglied ein elektromechanisches Stellglied und wird beispielsweise durch einen Elektromotor-Mutter-Spindel-Trieb gebildet, wodurch ein elektromechanisches Federbein verwirklicht wird. Vorzugsweise wird die Federungsvorrichtung bei einem Fahrzeug mit elektrischer Energieversorgung eingesetzt, welches zumindest teilweise und/oder zeitweise mit elektrischem Strom angetrieben und/oder gebremst wird, wie beispielsweise einer modernen S- oder U-Bahn. Dann müssen in vorteilhafter Weise keine weiteren Energiequellen wie etwa eine Druckluftversorgung oder eine Hydraulikpumpe zur Realisierung der Niveauregulierung vorgesehen werden. Außerdem ist ein solcher Elektromotor-Mutter-Spindeltrieb äußerst kostengünstig zu verwirklichen.
Vorzugsweise ist eine Steuer- oder Regelungseinrichtung vorgesehen, welche das Stellglied derart steuert oder regelt, daß das Niveau des Fahrzeugaufbaus im wesentlichen unabhängig vom Beladungszustand stets gleich bleibt oder bestimmte gewünschte Lagen einnimmt. Hierzu ist ein mit der Steuer- oder Regelungseinrichtung zusammenwirkender Sensor zur Erfassung des Niveaus des Fahrzeugausbaus vorhanden. Dieser Sensor kann gleichzeitig zur Erfassung der Fahrzeuglast vorgesehen und zu diesem Zweck bereits vorhanden sein, wodurch sich eine vorteilhafte Funktionsvereinigung in einem einzigen Bauteil ergibt.
Zeichnungen
Ein Ausführungsbeispiel der Endung ist in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt
1 eine schematische Darstellung einer niveauregulierbaren Federungsvonichtung einer S-Bahn gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
2 die Federungsvonichtung von l bei hoch belastetem Wagenkasten; 3 die Federungsvonichtung von l bei niedrig belastetem Wagenkasten; 4 die Federungsvonichtung von l mit auf eine Höhenlage eines Bahnsteigs eingestelltem Wagenkasten.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die in l mit 1 bezeichnete, niveauregulierbare Federungsvonichtung dient gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zur Federung und Niveauregulierung eines Wagenkastens 2 einer S-Bahn bezüglich eines am Wagenkasten 2 angelenkten Drehgestells 4 oder Fahrwerks. Hierzu ist die Federungsvonichtung dem Wagenkasten 2 und dem Drehgestell 4 vertikal zwischengeordnet. Die S-Bahn weist eine elektrische Energieversorgung auf und wird elektrisch angetrieben und mittels elektromechanischer Bremsen gebremst, wie etwa in der DE 199 45 701 A1 beschrieben.
Die Federungsvonichtung 1 umfaßt wenigstens ein mit einem Stellglied 6 mechanisch in Reihe geschaltetes Federelement, welches vorzugsweise durch eine Schraubenfeder 8 gebildet wird. Die Schraubenfeder 8 ist vorzugsweise koaxial zum Stellglied angeordnet und kann eine von mehreren zwischen dem Wagenkasten 2 und dem Drehgestell 4 angeordneten Federelementen sein. Alternativ kann jedes beliebige andere Federelement verwendet werden, insbesondere eine Gummifeder in Form einer sog. Megi-Feder als kombinierte Metall-Gummi-Feder. Weiterhin können anstatt eines einzigen Federelements auch mehrere in Reihe oder parallel angeordnete Federelemente verwendet werden, beispielsweise Flexi-Coil-Federn. Vorzugsweise werden im wesentlichen versorgungsfreie Federelemente verwendet, d.h. solche, die nicht ständig mit Fremdenergie oder mit Druckmittel wie beispielsweise Druckluft oder Hydraulikflüssigkeit versorgt werden müssen. Denkbar ist beispielsweise auch ein im wesentlichen hermetisch dichter Luftbalg als Federelement, welcher einmalig mit Druckluft gefüllt und lediglich in größeren Zeitabständen zum Ausgleich von diffusionsbedingtem Druckverlust über ein Ventil nachgefüllt wird.
Das Stellglied 6 kann elektrochemisch, piezoelektrisch, elektromechanisch, hydraulisch oder auf jegliche andere Weise betätigt sein, solange es nur angesteuert werden kann, um seine Länge zu ändern. Besonders bevorzugt wird ein Elektromotor-Mutter-Spindeltrieb verwendet, bei welchem sich eine durch den Elektromotor getriebene Spindel in eine Mutter einschraubt und dadurch die Länge des Stellglieds 6 verändert, wobei die Mutter beispielsweise mit dem Wagenkasten verbunden ist und die Spindel sich an der Schraubenfeder 8 abstützt oder umgekehrk Solche Elektromotor-Mutter-Spindeltriebe sind bekannt, beispielsweise aus der DE 199 45 701 A1 , deren diesbezüglicher Offenbarungsgehalt in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird. Anstatt eines Stellglieds können auch mehrere in Reihe oder parallel zueinander geschaltete Stellglieder vorhanden sein.
In zu bevorzugender Weise ist die Schraubenfeder 8 am Drehgestell 4 und das Stellglied 6 am Wagenkasten 2 abgestützt bzw. befestigt. Hierzu greift das Stellglied 6 in eine wagenseitige, auf der zur Schraubenfeder 8 weisenden Fläche des Wagenkastens 2 angeordnete Aufnahme 10 ein, außerdem kontaktiert es mit seiner vom Wagenkasten 2 weg weisenden Stirnfläche eine Lagerplatte 12, an deren gegenüberliegender Fläche die Schraubenfeder 8 einendseitig abgestützt ist, welche anderendseitig in eine Aufnahme 14 am Drehgestell 4 eingreift. Die Lagerplatte ist somit dem Stellglied 6 und der Schraubenfeder 8 zwischengeordnet.
Das Stellglied 6 überträgt die auf dem Wagenkasten 2 lastende Last auf die diesbezüglich in Reihe geschaltete Schraubenfeder 8, welche lastabhängig mehr oder weniger komprimiert wird und kompensiert die lastbedingten Längenänderungen der Schraubenfeder B. Das Stellglied 6 ist beispielsweise von einem Faltenbalg 18 ummantelt, um es vor Schmutz-, Steinschlag- und Wassereinwirkung zu schützen. Beim Einsatz in einem S-Bahnwagen ist beispielsweise eine Maximalkraft des Stellglieds 8 von ca. 100 kN ausreichend.
Eine Längenänderung des Stellglieds 6 kann beispielsweise notwendig sein, um bei veränderter Last das Niveau des Wagenkastens 2 auf einem konstanten Wert H zu halten oder beim Halt an einem Bahnsteig auf die dortige Bahnsteighöhe anzupassen. Hierzu ist eine Regelungseinrichtung 20 zur Ansteuerung des Stellglieds 6 sowie ein mit dieser zusammenwirkender Sensor 22 zur Erfassung des Niveaus H des Wagenkastens 2 vorhanden. Der Sensor 22 kann außerdem gleichzeitig zur Erfassung der Last des Fahrzeugs vorgesehen sein. In diesem Fall kann beispielsweise auch ein bereits vorhandener Lastsensor einer lastabhängig betätigten, elektromechanischen Bremsanlage der S-Bahn verwendet werden. Darüber hinaus kann zur Kommunikation zwischen dem Stellglied 6 und der Regelungseinrichtung 20 ein bereits vorhandener, globaler oder lokaler Datenbus der elektromechanischen Bremsanlage der S-Bahn benutzt werden. Dann kann auch die Regelungseinrichtung 20 der Federungsvomchtung 1 und ein Bremssteuergerät in einem einzigen Steuer- und Regelgerät integriert sein.
Weiterhin ist eine Einrichtung 24 zur Diagnose und Erfassung der Betriebsdaten der Federungsvorrichtung 1 vorgesehen, welche beispielsweise in die Regelungseinrichtung 20 integriert ist. Eine Betriebsdatenerfassung kann beispielsweise derart erfolgen, um beispielsweise die Wartungszeitpunkte des Stellglieds 6 zu ermitteln.
2 zeigt einen Zustand, in welchem die Schraubenfeder 8 aufgrund einer relativ hohen Last des Wagenkastens 2, beispielsweise nach dem Zusteigen vieler Fahrgäste, eine geringere vertikale Höhe aufweist als in der in 1 gezeigten Neutralstellung. Zum Niveauausgleich steuert die Regelungseinrichtung 20 das Stellglied 6 an, damit sich dieses um gerade die Weglänge verlängert, um welches sich die Länge der Schraubenfeder 8 lastbedingt verringert hat, um das Niveau des Wagenkastens auf dem konstanten Wert H zu halten.
Demgegenüber ist in 3 eine Stellung gezeigt, in welcher die Schraubenfeder 8 aufgrund einer relativ geringen Last, beispielsweise nach dem Aussteigen vieler Fahrgäste, eine größere vertikale Höhe einnimmt als in der Stellung gemäß l. Zum Niveauausgleich steuert dann die Regelungseinrichtung 20 das Stellglied 6 an, daß sich dieses um gerade die Weglänge verkürzt, um welche sich die Schraubenfeder 8 wegen der geringeren Last gelängt hat, um das Niveau des Wagenkastens 2 auf dem konstanten Wert H zu halten.
Weiterhin kann die Länge des Stellglieds 6 durch die Regelungseinrichtung 20 eingestellt werden, damit der Wagenkasten 2 eine gewünschte, vom Wert H abweichende Höhenlage einnimmt, beispielsweise einen einem Bahnsteig entsprechenden Wert B, um das Ein- und Aussteigen der Fahrgäste zu erleichtern. Eine solche Situation ist in 4 dargestellt.
Die Anwendung der erfindungsgemäßen Luftfederungsvorrichtung 1 ist nicht auf Schienenfahrzeuge beschränkt. Sie kann vielmehr bei jeglicher Art von gefederten Fahrzeugen, insbesondere bei Niederflurbussen eingesetzt werden. Vorzugsweise wird die Federungsvomchtung bei einem Fahrzeug mit elektrischer Energieversorgung eingesetzt, beispielsweise bei einem Fahrzeug, welches zumindest teilweise und/oder zeitweise mit elektrischem Strom angetrieben wird, wie ein Fahrzeug mit kombiniertem Brennkraftmaschinen-Elektroantrieb, und/oder bei einem Fahrzeug, welches elektrisch gebremst wird.

1: Federungsvomchtung
2: Wagenkasten

4: Drehgestell
6: Stellglied
8: Federelement
10: Aufnahme
12: Lagerplatte
14: Aufnahme
18: Faltenbalg
20: Regelungseinrichtung
22: Sensor
24: Diagnosevonichtung

Claims

Niveauregulierbare Federungsvorrichtung (1) für Fahrzeuge, insbesondere für Schienenfahrzeuge, beinhaltend wenigstens ein Federelement (8) und wenigstens ein separates Stellglied (6) zur Niveauregulierung.
Federungsvomchtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (6) und das Federelement (8) mechanisch in Reihe geschaltet, koaxial zueinander angeordnet und einem Fahrzeugaufbau (2) und einer Achse oder einem Drehgestell (4) des Fahrzeugs zwischengeordnet sind.
Federungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (6) elektrochemisch, piezoelektrisch, elektromechanisch oder hydraulisch betätigt ist.
Federungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied ein elektromechanisches Stellglied (6) ist, vorzugsweise ein Elektromotor-Mutter-Spindel-Trieb.
Federungsvomchtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement im wesentlichen versorgungsfrei ist und eine Schraubenfeder (8), eine Gummifeder oder einen hermetisch dichten Luftbalg umfaßt.
Federungsvomchtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuer- oder Regelungseinrichtung (20) zur Ansteuerung oder Regelung des Stellglieds (6) vorgesehen ist.
Federungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steueroder Regelungseinrichtung (20) das Stellglied (6) derart steuert oder regelt, daß das Niveau des Fahrzeugaufbaus (2) im wesentlichen unabhängig vom Beladungszustand auf einem konstanten Wert (H) gehalten wird oder gewünschte Lagen (B) einnimmt.
Federungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit der Steuer- oder Regelungseinrichtung (20) zusammenwirkender Sensor (22) zur Erfassung des Niveaus (H) des Fahrzeugaufbaus (2) vorgesehen ist.
Federungsvomchtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (22) gleichzeitig zur Erfassung der Fahrzeuglast vorgesehen ist.
Federungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kommunikation zwischen dem Stellglied (6) und der Steuer- oder Regelungseinrichtung (20) ein für eine Bremsanlage des Fahrzeugs dienender Datenbus vorgesehen ist.
Federungsvorrichtung nach Anspruch l0, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (24) zur Diagnose und Erfassung der Betriebsdaten wenigstens einiger Elemente der Federungsvorrichtung vorgesehen ist.
Zumindest zeitweise und/oder teilweise elektrisch angetriebenes und/oder elektrisch gebremstes Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug, umfassend eine niveauregulierbare Federungsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche.