DE10360518B4

DE10360518B4 - Vorrichtung zur Sekundärfederung eines Wagenkastens bei einem Schienenfahrzeug mit einem passiven Federelement

Info

Publication number: DE10360518B4
Application number: DE10360518A
Authority: DE
Inventors: Winfried Hommen; Henry Kirsch; Martin Lehmair; Reinhard Loebner; Martin Waldstein; Ralf OBERTHÜR
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date: 2003-12-22
Filing date: 2003-12-22
Publication date: 2007-08-23
Anticipated expiration: 2023-12-23
Also published as: AT500278A3; US20050183624A1; US7185592B2; AT500278A2; AT500278B1; DE10360518A1

Abstract

Vorrichtung zur Sekundärfederung eines Wagenkastens (1) bei einem Schienenfahrzeug, mit einer zwischen dem Wagenkasten (1) und einem Drehgestell (2) angeordneten Stahlfeder (3) als passives Federelement, welche während der Fahrt des Schienenfahrzeuges zumindest ein angehobenes Fahrtniveau (N_F) für den Wagenkasten (1) sicherstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlfeder (3) im Stillstand des Schienenfahrzeuges mittels eines Zugzylinders (4) zusammendrückbar ist, um ein unterhalb des Fahrtniveau (N_F) liegendes, abgesenktes Bahnsteigniveaus (N_B) für den Wagenkasten (1) einzustellen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Sekundärfederung eines Wagenkastens bei einem Schienenfahrzeug mit einer zwischen dem Wagenkasten und einem Drehgestell angeordneten Stahlfeder als passives Federelement, welche während der Fahrt des Schienenfahrzeuges zumindest ein angehobenes Fahrtniveau N_F für den Wagenkasten sicherstellt.
Eine Sekundärfederung zwischen einem Wagenkasten und einem spurgebundenen Drehgestell eines Schienenfahrzeuges kommt insbesondere zur zusätzlichen Schwingungsisolierung des Wagenkastens zum Einsatz, um im Personenverkehr eine komfortable Fahrt zu ermöglichen. In vielen Fällen wirkt die Sekundärfederung auch mit einer Wanksteuerung für den Wagenkasten zusammen. Neben der Sekundärfederung zur Komfortsteigerung weist ein Schienenfahrzeug der hier interessierenden Art auch eine Primärfederung auf. Die Primärfederung wirkt zwischen den Radachsen des Schienenfahrzeugs und dem Drehgestell und dient vornehmlich der Absorption harter Stöße, welchen das Schienenfahrzeug während der Fahrt aufgrund ungleichmäßiger Schienenführung und dergleichen ausgesetzt ist.

Es ist allgemein bekannt, neben einer Luftfederung oder einer hydropneumatischen Federung im einfachsten Fall herkömmliche Stahlfedern für die Sekundärfederung zu verwenden. Gewöhnlich ist der Wagenkasten über zwei solcher passiver Federelemente gegenüber dem Drehgestell abgefedert, wobei das Drehgestell gewöhnlich ein paar von Radachsen trägt, die den Kontakt zur Schiene herstellen.

Bei der Ausführung einer Sekundärfederung mittels Stahlfedern als passive Federelemente tritt jedoch das Problem auf, dass das Wagenkasten-Niveau sich beladungsabhängig ändern kann. Unter Wagenkasten-Niveau wird im Sinne der vorliegenden Patentanmeldung das Höhenniveau des Wagenkastens relativ zum Drehgestell oder zum Erdboden verstanden.

Aus der EP 0 663 877 B1 geht eine Vorrichtung zur Sekundärfederung hervor, die dieses Problem dadurch vermeidet, indem nicht Stahlfedern zur Sekundärfederung verwendet werden; die Sekundärfederung wird vielmehr über eine hydropneumatische Federeinheit realisiert. Die hydropneumatische Federeinheit besteht aus einem Federbein und einem hydropneumatischen Druckspeicher. Diese Baugruppen erfüllen die Funktion der Abfederung des Wagenkastens und ebenso die Funktion der Dämpfung der Federbewegungen. Das Federbein ist am Wagenkasten und am Drehgestell befestigt. Bei einer Federbewegung verdrängt der Kolben im Federbein ein bestimmtes Ölvolumen. Diese Ölvolumen arbeitet in dem mit dem Federbein verbundenen hydropneumatischen Druckspeicher gegen ein Gaspolster, das durch eine Membran vom Ölvolumen getrennt wird und somit als federndes Element dient. Damit übernimmt die Hydraulikflüssigkeit als Flüssigkeitssäule die Funktion der Kraftübertragung. Die Fahrzeugschwingungen während der Fahrt werden mit Hilfe der in einem Düsenblock untergebrachten Düsen gedämpft. Bei einer Lastzunahme des Wagenkastens wird das Gasvolumen in den hydropneumatischen Speichern komprimiert. Ohne eine Niveauregelung hätte dies ein Absenken des Wagenkastens – wie beim vorstehend beschriebenen passiven Federelement – zur Folge. Um dieses Absenken jedoch zu vermeiden, muss die Verkleinerung des Gasvolumens durch die Einspeisung einer entsprechenden Menge an Hydraulikflüssigkeit kompensiert werden. Hierfür ist die Niveauregelung vorgesehen, welche diesen Ausgleich in Abhängigkeit der über einen Niveausensor gemessenen Distanz zwischen Wagenkasten und Drehgestell vornimmt. Das Ausregeln von Niveauänderungen geschieht bei Stillstand des Fahrzeugs ständig und unter geringer Zeitverzögerung. Während der Fahrt wird das mittlere Fahrzeugniveau ebenfalls ständig überwacht und ausgeglichen.

In bestimmten Einsatzfällen wird vorgegeben, dass der Wagenkasten neben einem angehobenen Fahrtniveau N_F auch ein darunterliegendes Bahnsteigniveau N_B einzunehmen hat, welches in einer abgesenkten Stellung des Wagenkastens die Türschwellen der Schienenfahrzeuge mit der Höhe des Bahnsteigs in Übereinstimmung bringt, so dass ein stufenfreies Ein- und Aussteigen möglich ist. Weiterhin verlangen sicherheitstechnische Vorschriften, dass das Schienenfahrzeug trotz eines solchen abgesenkten Bahnsteigniveaus N_B auch in der Lage ist, bei Systemausfall selbständig ein knapp darüber liegendes sogenanntes Notfallniveau N_N einzunehmen. Dieses zwischen dem abgesenkten Bahnsteigniveau N_B und dem angehobenen Fahrtniveau N_F liegende Notfallniveau in N_N ermöglicht trotz Systemausfall eine zumindest langsame Weiterfahrt des Schienenfahrzeuges.

Bei der bekannten Vorrichtung zur Sekundärfederung mit aktiver Niveauregelung lässt sich ein Notfallniveau N_N ausgehend von einem Fahrniveau N_F jedoch nur dann einstellen, wenn im Versorgungsspeicher noch ein genügender Vorratsdruck herrscht und das zugeordnete Ventil manuelle betätigt wird. Somit ist ein Notfallniveau N_N nicht unter allen Umständen sicherzustellen.

Darüber hinaus ist die bekannte Vorrichtung zur Sekundärfederung auch recht aufwendig aufgebaut, was insbesondere für die Konstruktion des nach Art eines Hubzylinders ausgeführten Federbeins gilt.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Sekundärfederung zu schaffen, die einfach aufgebaut ist und mit welcher trotz Systemausfall der Wagenkasten unter allen Umständen aus einem abgesenkten Bahnsteigniveau N_B ein Notfallniveau N_N einnehmen kann.

Die Aufgabe wird ausgehend von einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass eine Stahlfeder als passives Federelement einer Sekundärfederung im Stillstand des Schienenfahrzeuges mittels eines Zugzylinders zusammendrückbar ist, um ein unterhalb des Fahrtniveaus N_F liegendes abgesenktes Bahnsteigniveau für den Wagenkasten einzustellen. Das passive Federelement ist dabei parallel zum Zugzylinder geschaltet.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt darin, dass bei Systemausfall der Zugzylinder automatisch drucklos geschalten wird, so dass die parallele Stahlfeder ausfedert. Im Stillstand, d.h. im Bereich der Haltestelle bewirkt dies, dass der Wagenkasten vom abgesenkten Bahnsteigniveau N_B in ein höheres Niveau – was hier dem Fahrtniveau N_F entspricht – gelangt, so dass eine Weiterfahrt des Schienenfahrzeuges möglich ist. Die Realisierung der erfindungsgemäßen Lösung erfordert lediglich einfache Konstruktionselemente, wie eine herkömmliche Stahlfeder sowie ein auch als genormtes Bauteil erhältlicher hydraulischer Zugzylinder.

Vorzugsweise sollte der Zugzylinder örtlich neben der Stahlfeder zwischen dem Wagenkasten und dem Drehgestell wirkend angeordnet sein. Durch diese Anordnung wird eine gute Zugänglichkeit des Zugzylinders sowie der Stahlfeder von außen her gewährleistet, was insbesondere im Wartungs- oder Reparaturfall von Vorteil ist. Alternativ hierzu ist es auch möglich, den Zugzylinder innerhalb der als Schraubenfeder ausgebildeten Stahlfeder zwischen dem Wagenkasten und dem Drehgestell wirkend anzuordnen. Diese Lösung bietet gegenüber der erstgenannten Anordnung den Vorteil einer besonders platzsparenden Unterbringung, welche dann gewählt werden sollte, wenn es eine beengte Bauraumsituation erfordert.

Da der Zugzylinder nicht nur die Vertikal- sondern auch die Quer- und Längsbewegungen des Wagenkastens relativ zum Drehgestell nachvollziehen muss, sollte dieser drehgestellseitig und wagenkastenseitig mit einem Kugelgelenk ausgestattet sein, worüber die Anskopplung erfolgt. Das Kugelgelenk kann entweder als herkömmliches Kugelgelenk oder besonders platzsparend als Kugelschale ausgebildet sein, wobei der Drehpunkt abhängig vom Durchmesser der Kugelschale gewählt werden kann.

Gemäß einer die Erfindung verbessernden Maßnahme ist ein Niveausensor zur Messung des Abstandes zwischen dem Wagenkasten und dem Drehgestell vorgesehen, der als Ist-Wertgeber ein Bestandteil einer aktiven Niveauregelung zur Einstellung eines gewünschten Wagenkastenniveau ist. Somit lassen sich Fahrniveau N_F sowie Bahnsteigniveau N_B präzise per elektronischer Sollwertvorgabe einstellen. Als Niveausensor ist vorzugsweise ein linearer Wegaufnehmer geeignet. Eine besonders bausparende Anordnung ergibt sich, wenn der Niveausensor direkt in den Zugzylinder integriert ist.

Alternativ zu dieser Niveauregelung ist es auch möglich, eine Niveaueinstellung des Zugzylinders dadurch zu erreichen, indem dieser gegen einen Endanschlag fahrbar ist, um das abgesenkte Bahnsteigniveau N_B zu erreichen. Hierfür ist jedoch zu beachten, dass das Hydrauliksystem der Sekundärfederung dann so zu dimensionieren, dass ein Speicherdruck vorhanden ist, welcher für ein vollständiges Absenken des Wagenkastens mit Hilfe des Zugzylinders ausreichend ist.

Vorteilhafterweise sollte für die Druckbeaufschlagung des Zugzylinders ein Hydrogerät zum Einsatz kommen, dessen zum Zugzylinder führender Arbeitsleitung wechselnd entweder mittels eines mit einer Druckquelle in Verbindung stehenden Befüllungsventils beaufschlagbar ist oder mittels eines mit einem Tank in Verbindung stehenden Entlastungsventils entlastbar ist, wobei Befüllungsventil und Entlastungsventil über eine elektronische Steuereinheit wechselseitig ansteuerbar sind. Im Falle einer aktiven Niveauregelung bilden Befüllungsventile und Entlastungsventil die Stellglieder des Regelkreises.

Um ein Ansaugen von Hydrauliköl aus dem Tank beim Einfedern der Stahlfeder in Folge Schwingungsbewegungen während der Fahrt zu verhindern, wird vorgeschlagen, dass der Zugzylinder einen Kolben aufweist, der eine hiervon abgehende Kolbenstange nur in Einfahrrichtung mitnimmt, wogegen die Kolbenstange in Ausfahrrichtung hiervon entkoppelt ist. Mit Hilfe dieser einfachen mechanischen Entkopplung wird zuverlässig das störende Ansaugen vermieden.

Alternativ hierzu ist es auch möglich, einen Hydrospeicher an die zum Zugzylinder führende Arbeitsleitung anzuschließen. Dieser insoweit in den Niveaukreis eingesetzten Hydrospeicher macht es möglich, das Niveau auch während der Fahrt zu regeln. Der Hydrospeicher nimmt dann das aus dem Zugzylinder verdrängte Hydrauliköl beim Ausfedern auf. Befüllungsventil und Entlastungsventil des Hydrogerätes können während der Fahrt geschlossen bleiben. Der besagte Hydrospeicher ist vorzugsweise nach Art eines Membranspeichers ausgeführt.

Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der einzigen Figur näher dargestellt.
Die Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Sekundärfederung eines Wagenkastens unter Verwendung eines passiven Federelements.
Gemäß Figur ist zwischen einem oberen Wagenkasten 1 – eines nicht weiter dargestellten – Schienenfahrzeuges und einem unteren Drehgestell 2 eine Stahlfeder 3 als passives Federelement angeordnet. Die Stahlfeder 3 gewährleistet während der Fahrt des Schienenfahrzeuges ein angehobenes Fahrtniveau N_F für den Wagenkasten 1, so dass dieser von fahrtbedingt störenden Schwingungen unbeeinflusst bleibt. Die Stahlfeder 3 übernimmt gleichzeitig auch die Querfederung des Wagenkastens 1. Zur Stahlfeder 3 ist ein Zugzylinder 4 parallel geschaltet. Der Zugzylinder 4 wirkt insoweit ebenfalls zwischen dem oberen Wagenkasten 1 und dem unteren Drehgestell 2 und ist hieran angelenkt. Der Zugzylinder 4 dient dem Zusammendrücken der benachbarten Stahlfeder 3, so dass der Wagenkasten 1 von seinem normalerweise Fahrtniveau N_F in ein abgesenktes Bahnsteigniveau N_B überführbar ist. Auf diesem unteren Bahnsteigniveau N_B kommen die – nicht weiter dargestellten – Türschwellen der Eingangstüren des Wagenkastens 1 in höhenmäßige Übereinstimmung mit dem – ebenfalls nicht dargestellten – Bahnsteig, so dass ein ungehindertes Ein- und Aussteigen möglich ist.
Zu diesem Zwecke wird der Zugzylinder 4 über ein Hydrogerät 5 druckbeaufschlagt. Das Hydrogerät 5 umfasst ein Befüllungsventil 6 sowie ein Entlastungsventil 7, die wechselnd über eine – nicht weiter dargestellte – elektronische Steuereinheit ansteuerbar sind. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Befüllungsventil 6 sowie das Entlastungsventil 7 als federrückgestelltes, monostabiles 2/2-Wegeventil ausgeführt.
Das Befüllungsventil 6 steht mit einer ersten Druckquelle in Form einer Hydraulikpumpe 8 speisedruckseitig in Verbindung. Die Hydraulikpumpe 8 fördert Hydraulikflüssigkeit aus einem Tank 9 über ein Rückschlagventil 10 an das Befüllungsventil 6 und gleichzeitig auch an einen ersten hydropneumatischer Speicher 11. Ferner ist ein erster Drucksensor 12 zur Überwachung des Speisedrucks vorgesehen. Der Speisedruck gelangt über das Befüllungsventil 6 in eine zum Zugzylinder 4 führende Arbeitsleitung 13, um den Zugzylinder 4 zu beaufschlagen, damit der Wagenkasten 1 von dem Fahrtniveau N_F auf Bahnsteigniveau N_B bewegt wird.
Eine Rückbewegung aus dem Bahnsteigniveau N_B in das normale Fahrtniveau N_F erfolgt über ein Öffnen des Entlastungsventils 7, so dass ausgelöst durch die Kraftwirkung der Stahlfeder 3 die Hydraulikflüssigkeit aus dem Zugzylinder 4 entweicht, und über die Arbeitsleitung 13 und das geöffnete Entlastungsventil 7 zurück in den Tank 9' gelangt. Ein weiterer Drucksensor 14 dient der Überwachung des in der Arbeitsleitung 13 herrschenden Arbeitsdrucks. In die Arbeitsleitung 13 ist daneben auch ein zweiter hydropneumatischer Speicher 15 eingeschalten. Der hydropneumatische Speicher 15 gestattet es, das Höhenniveau des Wagenkastens 1 während der Fahrt zu regeln.
Die aktive Regelung des Wagenkasten-Niveaus wird über einen Niveausensor 16 ermöglicht, der als Ist-Wertgeber den Abstand zwischen dem Wagenkasten 1 und dem Drehgestell 2 misst und den Messwert an die – hier nicht weiter dargestellten – elektronische Steuereinheit weitergibt. Der Niveausensor 16 ist als herkömmlicher linearer Wegaufnehmer ausgeführt.
Fällt die Druckversorgung oder die elektronische Steuerung im Störungsfall aus, wird das Hydrogerät 5 stromlos gesetzt. Das tankseitige Entlastungsventil 7 nimmt seine normaloffene Schaltposition ein und stellt die Verbindung zum Tank 9' her, so dass der Zugzylinder 4 drucklos gesetzt wird. Die Stahlfeder 3 federt in Folge dessen aus, so dass sich der Wagenkasten 1 aus dem Bahnsteigniveau N_B heraus in das Fahrtniveau N_F begibt, welches hier gleichzeitig auch das Notfallniveau N_N ist.

1: Wagenkasten
2: Drehgestell
3: Stahlfeder
4: Zugzylinder
5: Hydrogerät
6: Befüllungsventil
7: Entlastungsventil
8: Hydraulikpumpe
9: Tank
10: Rückschlagventil
11: erster hydropneumatischer Speicher
12: erster Drucksensor
13: Arbeitsleitung
14: zweiter Drucksensor
15: zweiter hydropneumatischer Speicher (mit Dämpfungsdüse)
16: Niveausensor
N_F: Fahrtniveau
N_N: Notfallniveau
N_B: Bahnsteigniveau

Claims

Vorrichtung zur Sekundärfederung eines Wagenkastens (1) bei einem Schienenfahrzeug, mit einer zwischen dem Wagenkasten (1) und einem Drehgestell (2) angeordneten Stahlfeder (3) als passives Federelement, welche während der Fahrt des Schienenfahrzeuges zumindest ein angehobenes Fahrtniveau (N_F) für den Wagenkasten (1) sicherstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlfeder (3) im Stillstand des Schienenfahrzeuges mittels eines Zugzylinders (4) zusammendrückbar ist, um ein unterhalb des Fahrtniveau (N_F) liegendes, abgesenktes Bahnsteigniveaus (N_B) für den Wagenkasten (1) einzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zugzylinder (4) örtlich neben der Stahlfeder (3) zwischen dem Wagenkasten (1) und dem Drehgestell (2) wirkend angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zugzylinder (4) innerhalb der als Schraubenfeder ausgebildeten Stahlfeder (3) zwischen dem Wagenkasten (1) und dem Drehgestell (2) wirkend angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Niveausensor () zur Messung des Abstandes zwischen dem Wagenkasten (1) und dem Drehgestell (2) vorgesehen ist, welcher als Istwertgeber ein Bestandteil einer aktiven Niveauregelung zur Einstellung eines gewünschten Wagenkasten-Niveaus ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Niveausensor (4) nach An eines linearen Wegaufnehmers ausgebildet ist. dass der Niveausensor (16) baulich in den Zugzylinder (4) integriert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für eine passive Niveaueinstellung der Zugzylinder (4) gegen einen Endanschlag fahrbar ist, um das abgesenkte Bahnsteigniveau (N_B) zu erreichen.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Druckbeaufschlagung des Zugzylinders (4) ein Hydrogerät (5) zum Einsatz kommt, dessen zum Zugzylinder (4) führende Arbeitsleitung (13) wechselnd entweder mittels eines mit mindestens einer Druckquelle (8, 11) in Verbindung stehenden Befüllungsventils (6) beaufschlagbar ist oder mittels eines mit einem Tank (9) in Verbindung stehenden Entlastungsventil (7) entlastbar ist, wobei Befüllungsventil (6) und Entlastungsventils (7) über eine elektronische Steuereinheit wechselseitig ansteuerbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zugzylinder (4) einen Kolben aufweist, der eine hiervon abgehende Kolbenstange nur in Einfahrrichtung mitnimmt, wogegen die Kolbenstange in Ausfahrrichtung hiervon entkoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Regelung des Wagenkasten-Niveaus während der Fahrt des Schienenfahrzeuges zusätzlich ein hydropneumatischer Speicher (15) an die zum Zugzylinder (4) führende Arbeitsleitung (13) angeschlossen ist.