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Luftfederung mit Niveauregelung für Fahrzeuge,
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insbesondere Schienenfahrzeuge Die Erfindung bezieht sich auf eine
Luft federung mit Niveauregelung für Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge,
mit vier nahe der vier Fahrzeugecken angeordneten Luffederbälgen, deren Höhen zwischen
gefederten und ungefederten Fahrzeugteilen durch drei den in ihnen herrschenden
Druck steuernde Niveauregelventile konstant gehalten werden, wobei ein Niveauregelventil
nahe einer die eine Fahrzeuglängsseite begrenzenden Fahrzeugecke angeordnet und
dem dieser Fahrzeugecke nahen Luftfederbalg zugeordnet, das zweite Niveauregelventil
nahe der dieser Fahrzeugecke entfernten Fahrzeugstirnseite angeordnet und dem nahe
der durch diese Fahrzeugstirnseite und der einen Fahrzeuglängsseite bestimmten Fahrzeugecke
befindlichen Luftfederbalg zugeordnet, und das dritte Niveauregelventil den beiden
restlichen, nahe der beiden die andere Fahrzeuglängsseite begrenzenden Fahrzeugecken
befindlichen, durch eine in Fahrzeuglängsrichtung verlaufende Ausgleichsleitung
miteiqander verbundenen Luftfederbälgen zugeordnet ist.
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Eine den vorstehend genannten Merkmalen entsprechende, als Dreipunktabstützung
mit Längsausgleich zu bezeichnende Luft federung ist aus der Zeitschrift Glasers
Annalen, Bd. 65, 1961, Heft 3, S. 83 bekannt. Bei dieser bekannten Luftfederung
ist auch das zweite Niveauregelventil nahe der Fahrzeugecke angeordnet, nahe der
sich auch der ihm zugeordnete Luftfederbalg befindet. Das dritte Niveauregelventil
ist etwa mittig zwischen den beiden Fahrzeugstirnseiten
und nahe
der den beiden ihm zugeordneten Luftfederbälgen benachbarten Fahrzeuglängsseite
angeordnet. Es hat sich gezeigt, daß diese Anordnung der Niveauregelventile für
Fahrzeuge mit unterschiedlicher Last an beiden Fahrzeugenden, wie es insbesondere
bei Fahrzeugen mit Führerstand oder Gepäckahteil an nur einem Fahrzeugende der Fall
ist, nur wenig geeignet ist, da diese Fahzeuge sich in eine um ihre Querachse geneigte
Lage einzustellen suchen. Ach kann diese Anordnung der Niveauregelventile noch beachtliche
Verwindungskräfte im Wagenkasten bewirken und bei Nick- und Wankbewegungen einen
relativ hohen Luftverbrauch bedingen.
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In der genannten Literaturstelle sind weiterhin Ausgleich-Doppel rückschlagventile
beschrieben, welche wie Überströmventile wirken und die mögliche Druckdifferenz
zwischen dem Luftfederbalgpaar eines Fahrzeugendes auf einen bestimmten Wert begrenzen.
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Aus der im übrigen infolge des Bedarfs von fünf Niveauregelventilen
aufwendigen Luft federung nach der DE-PS 20 16 959 ist für eine o umschaltbare Vierpunkt-Dreipunktabstützung
mit Querauegleich bekannt, ein im Dreipunktbetrieb den Druck im einem Fahrzeugende
zugeordneten Luftfederbalgpaar steuerendes Niveauregelventil nahe diesem Fahrzeugende
und der Fahrzeuglängsmittelebene anzuordnen.
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Weiterhin ist aus der DE-OS 19 14 696 bekannt, zwischen ein Niveauregelventil
und einem diesem zugeordneten Luftfederbalg ein nur dem Querschnittswechsel dienendes,
keine Druckwandlung bewirkendes Relaisventil mit gesonderter, das Niveauregelventil
umgehende Druckluftspeisung einzuordnen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Luftfederung der eingangs
genannten Art mit einfachen Mitteln derart auszubilden, daß die Werwindungsbelastungen
des Fahrzeuges gering gehalten werden können, d.h. auch beim Befahren von Gleisverwindungsrampen
im wesentlichen gleich große Radlasten vorliegen, die Neigung des Fahrzeuges zu
Wank- und Nickbewegungen bei nur mäßigem Druckluftverbrauch gering gehalten wird,
und auch bei ungleEher Last an heiden Fahrzeugenden kein Schrägstellen des Fahrzeuges
um seine Querachse auftritt.
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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß das zweite
Niveauregelventil wenigstens annähernd mittig zwischen den heiden Fahrzeuglängsseiten
und das dritte Niveauregelventil nahe der anderen Fahrzeuglängsseite nahe der dem
ersten Niveauregelventil benachbarten Fahrzeugstirnseite angeordnet ist.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann es bei einem an seinen
beiden Enden um einen großen Betrag unterschiedlich schweren bzw. belasteten Fahrzeug
zweckmäßig sein, wenn in die Ausgleichsleitung ein Drucküber- oder -untersetzungsventil
mit dem Lastverhältnis der beiden Fahrzeugenden entsprechendernDruckverhältnis eingeordnet
ist.
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Die Luftfederbalgpaare an beiden Fahrzeugenden können dann entsprechend
der tatsächlichen Last am jeweiligen Fahrzeugende beaufschlagt werden und das Fahrzeug
korrekt, um seine Querachse nicht geneigt, tragen.
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Nach weiteren Merkmalen der Erfindung kann es dabei zweckmäßig sein,
wenn zum Einsparen einer besonderen Druckluftversorgungsleitung zum Druckwandler
das dritte Niveauregelventil nahe der die höhere Last aufweisenden Fahrzeugstirnseite
angeordnet ist und wenn der als Druckuntersetzungsventil ausgebildete Druckwandler
aus dem dritten Niveauregelventil mit Druckluft gespeist wird. Hierbei ist allerdings
ein unterschiedlicher Luftdurchsatz an den einzelnen Niveauregel ventilen zu berücksichtigen.
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Um etwa gleichen Luftdurchsatz an den Niveauregelventilen zu erreichen,
kann es unter Inkaufnahme einer besonderen Speiseleitung zu dem Druckwandler in
anderen Einbaufällen zweckmäßig sein,daß alle Niveauregelventile gleiche Durchströmungsquerschnitte
aufueisen und daß das Drucküber- bzw. -untersetzungsventil, also der Druckwandler,
eine eigene, die Niveauregelventile umgehende Druckluftversorgung aus einem Druckluftvorrat
aufweist. Hierbei sind drei gleichartige Niveauregelventile verwendbar, wodurch
eine Voraussetzung zum Niedrighalten der Herstellungs- und Wartungskosten für die
Luftfederung geschaffen wird.
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Schließlich ist es nach einem Merkmal der Erfindung auch möglich,
daß die beiden, in ihrem Druck vom dritten Niveauregelventil gesteuerten Luftfederbälge
zueinander ein dem Lastverhältnis der beiden Fahrzeugenden entsprechendes Verhältnis
ihrer Beaufschlagungsflächen aufweisen. Auch hierbei ist mit unterschiedlichem Luftdurchsatz
an den Niveauregelventilen zu rechnen.
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Zum Barücksichtigen des unterschiedlichen eftdurchsatzes der PJiveauregeltJentile
kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung das dritte iueauregelventil einen
größeren Durchstrnmungsquerschnitt als die beiden anderen Niveauregelventile aufweisen.
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Zum Erzielen eines niedrigen Luftverbrauchs bei hoher Steuergenauigkeit
für die Höhe der Luftfeder kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung das zweite
Niveauregelventil einen kleineren Tothub in seiner Betätigungseinrichtung aufweisen
als die beiden anderen Niveauregelventile. Infolge seiner mittigen Anordnung im
Fahrzeug wird dieses zweite Niveauregelventil zum einen trotz des geringen Tothubes
bei dynamischen Wankbewegungen des gefederten Fahrzeugteiles nicht betätigt, wodurch
der Druckluftverbrauch niedrig gehalten wird, und zum anderen aber bereits bei geringen
Hdhenlageabweichungen dieses Fahrzeugendes betätigt, wodurch eine genaue Höhenlagensteuerung
des Fahrzeugendes erreicht wird.
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Schließlich ist es zum Vermeiden extremer Druckunterschiede in den
Luftfederbälgen und damit unzulässig großer Radlastdifferenzen möglich, das jeweils
einem Fahrzeugende zugeordnete Luftfederbalgpaar in an sich bekannter Weise durch
ein bei Überschreiten einer bestimmten Druckdifferenz öffnendes Überströmventil
miteinander zu verbinden.
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in der Zeichnung ist ein Ausführunusbeispiel einer nach der Erfindung
ausgestalteten Luftfederung schematisch dargestellt.
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An einem nur in seinem Umriß in Aufsicht dargestellten, abgefederten
Fahrzeugkasten 1 sind vier Luftfederbälge 2, 3, 4 und 5 nahe der vier Fahrzeugecken
angeordnet, über welche der Fahrzeugkasten 1 gegen ein nicht dargestelltes Fahrwerk
abgestützt ist. Anstelle der einzelnen Luftfederbälge 2, 3, 4 oder 5 können jeweils
auch mehrere Einzelbälge umfassende Luftfederbalganordnungen vorgesehen sein. Nahe
des einen, der durch eine Fahrzeuglängsseite 6 und eine Fahrzeugstirnseite 7 bestimmten
Fahrzeugecke zugeordneten Luftfederbalges 2 befindet sich am Fahrzeugkasten 1 ein
erstes Niveauregelventil 8, dessen Steuerhebel 9 nahe der Fahrzeuglängsseite 7 am
Fahrwerk angelenkt ist und sich wie üblich entsprechend dem Uertikalabstand an dieser
Stelle zwischen Fahrwerk und Fahrzeugkasten 1, also entsprechend der Höhe des Luftfederbalges
2 einstellt.
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Das Niveauregelventil 8 ist einerseits an eine mit einem als Druckluftquelle
dienenden Luftbehälter 10 verbundene Druckluftversorgungsleitung 11 angeschlossen
und steuert andererseits über eine Rohrleitung 1 den Druck in dem ihm zugeordneten
Luftfederbalg 2.
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Ein zweites Niveauregelventil 13 ist nahe der anderen Fahrzeugstirnseite
14 derart angeordnet, daß sein Steuerhebel 15 wenigstens annähernd in der durch
die strichpunktierte Linie 16 angedeuteten, vertikalen Fahrzeuglängsmittelebene
am Fahrwerk angelenkt ist.
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Das zweite Niveauregelventil 13 ist ebenfalls zu seiner Druckluftspeisung
an die Druckluftversorgungsleitung 11 angeschlossen; über eine Rohrleitung 17 ist
es mit dem nahe der durch die Fahrzeuglängsseite 6 und Fahrzeugstirnseits 14 bestimmten
Fahrzeugecke angeordneten
Luftfederbatg 3 verbunden und steuert
dessen Druckbeaufschlagung.
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Ein drittes M5veauregelventil 18 ist nahe der Fahrzeugstirnseite 7
und der anderen Fahrzeuglëngsseite 19, bezogen auf die FahrzeuglängsmittelebEne
im wesentlichen spiegelbildlich zum Niveauregelventil 8 am Fahrzeugkasten 1 angeordnet
und über seinen Steuerhebel 20 vom Abstand zum Fahrwerk betätigbar. Die Druckluftversargung
des Niveauregelventils 18 erfolgt aus der an es angeschlossenen Druckluftversorgungsleitung
11. Der Steuerausgang des Niveauregelventils 18 ist an eine zum ihm benachbart angeordneten
Luftfederbalg 4 führende Rohrleitung 21 und parallel hierzu an eine Ausgleichsleitung
22 angeschlossen. Die Ausgleichsleitung 22 führt in Fahrzeuglängsrichtung nahe zur
anderen Fahrzeugstirnseite 14, wo sie unter Zwischenordnen eines Druckwandlers 23
an den vierten Luftfederbalg 5 angeschlossen ist.
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Bei der insoweit beschriebenen Luftfederung befinden sich die beiden
Luftfederbälge 2 und 4 mit den Niveauregelventilen 8 und 18 nahe der Fahrzeugstirnseite
7, an welcher der Fahrzeugkasten 1 das Fahrgestell mit einer höheren Last belastet
als am anderen Fahrzeugende an der Fahrzeugstirnseite 14; die ungleiche Fahrzeuglast
kann beispielsweise durch einen einseitigen Führerstand oder ein einseitiges Gepäckabteil
am Fahrzeug verursacht sein. Der Druckwandler 23 ist hierbei als Druckuntersetzer
mit etwa dem Fahrzeuglastverhältnis an beiden Fahrzeug enden entsprechendem Untersetzungsverhältnis
ausgebildet. Die beiden Niveauregelventile 8 und 18 steuern daher in die beiden
Luftfederbälge 2 und 4 einen der Fahrzeuglast an diesem
Fahrzeugende
entsprechenden, hohen Druck ein, während im Luftfederbalg 5 ein um das Untersetzungsverhältnis
des Druckwandlers 23 werminderter Druck herrscht. Das Niveauregelventil 13 steuert
in den Luftfederbalg 3 einen Druck ein, der das Fahrzeugende an der Fahrzeugstirnwand
14 mittig zwischen den beiden Fahrzeuglängsseiten 6 und 19 in der Sollhöhe hält;
dieser Druck entspricht bis auf geringe Regelabweichungen wenigstens annähernd dem
auch im Luftfederbalg 5 herrschenden Druck. Der Fahrzeugkasten 1 nimmt daher sowohl
um seine Quer- wie seine Längsachse eine parallele Lage über dem Fahrgestell ein
und ist wenigstens nahezu frei von Verwindungakräften.
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Bei Laständerungen steuern die Niveauregelventile 8, 13 und 18 derartige
Druckänderungen in die Luftfederbälge 2, 3, 4 und 5 ein, daß der Fahrzeugkasten
seine Lage beibehält. Versuche haben gezeigt, daß im praktischen Betrieb zwischen
den Luftfederbälgen 3 und 5 hierbei höchstens geringe1 durch Lastdifferenzen zu
beiden Fahrzeugseiten am anderen Fahrzeugende (Fahrzeugstirnwand 7) bedingte Druckunterschiede
auftreten und der Fahrzeugkasten 1 durch die Luftfederbälge 2 und 3 in seiner korrekten
Lage gehalten wird. Auch hierbei treten im Fahrzeugkasten 1 nur geringe Verwindungskräfte
auf. Ähnlich werden störungsfrei seitliche Lastunterschiede am der Fahrzeugstirnwand
14 zugeordneten Fahrzeugende durch Druckunterschiede in den einzelnen Luftfederbälgen
2 bis 5 ohne Lageabweichung des Fahrzeugkastens 1 aufgenommen.
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Ähnliche Verhältnisse treten bei insgesamt einseitiger Fahrzeugbelastung
- beispielsweise infolge der Fliehkraft beim Durchfahren
von Kurven
- auf: Die RJiveauregelventile 8 und 18 steuern die Drücke in den Luftfederbälgen
2 und 4 sowie 5 derart, daß der Wagenkasten 1 möglichst parallel zum Fahrgestell
eingestellt wird. Dabei wirkt auch der die Niveauhöhe in Fahrzeugmitte an der Fahrzeugstirnwand
14 konstant haltende Luftfederbelag 3 stabilisierend mit. Das Fahrzeug weist somit
eine wesentlich hessere Rücksteuerung bei seitlichem Neigen auf als ein Fahrzeug
mit Dreipunktabstützung und Querausgleich; die Luftfederung ist in dieser Hinsicht
mit einer Wierpunktabstützung vergleichbar.
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Beim Wanken des Fahrzeugkastens 1 um die Fahrzeuglängsachse werden
nach Überschreiten eines bestimmten Wertes, der durch einen in der die Steuerhebel
9 und 20 mitumfassenden Betätigungseinrichtung der beiden Niveauregelventile 8 und
18 vorgesehenen lothub festgelegt ist, die Niveauregelventile 8 und 18 derart betätigt,
daß sie dem Wanken entgegenwirken. Auch hier ergibt sich - bei sparsamen Luftverbrauch
- ein mehr einer Vierpunkt- als einer Dreipunktabstützung vergleichbares, günstiges
Verhalten.
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Das Niveauregelventil 13 kann in seiner Betätigungseinrichtung einschließlich
dem Steuerhebel 15 einen wesentlich geringeren Tothub aufweisen: Der Luftverbrauch
beim Wanken wird hierdurch nicht gesteigert, es ergibt sich aber eine genauere Niveausteuerung
an der Fahrzeugstirnseite 14.
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Infolge der zur Fahrzeugbreite großen Fahrzeuglänge ist eine große
Abstützbasis der Luftfederung in dieser Richtung vorhanden, so daß
bereits
geringe Drucksteuerungen in wenigstens einem Luftfederbalg, insbesondere dem Luftfedergalg
2 oder 3;,einem Nicken des Fahrzeugkastens 1 um die Fahrzeugquerachse bei geringem
Luftverbrauch entgegenwirken.
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Beim Überfahren von oder Stillstand auf Gleisverwindungen bewirken
die drei Niveauregelventile 8, 13 und 18 eine stabile Dreipunkt-Abstützsteuerung
des Fahrzeugkastens 1, so daß auf diesen höchstens geringe Verwindungskräfte einwirken
und ein unnötiges Abblasen von Druckluft - wie es bei Vierpunktabstützungen in dieser
Situation auftreten kann - sicher vermieden wird.
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Beim bisher beschriebenen Ausführungsbeispiel der Luft federung erfolgt
die Druckluftversorgung des Druckwandlers 23 und damit des Luftfederbalges 5 über
das Niveauregelventil 18, welches entsprechend seinem somit im Vergleich zu den
Niveauregelventilen 8 und 13 größeren Luftdurchsatz mit größerem Durchströmungsquerschnitt
als diese zu versehen ist, um gleiche Druck-Steuerzeiten für alle Luftfederbälge
zu erreichen. Um drei gleichartige Niveauregelventile verwenden zu können - hierdurch
werden Herstellungs-und Wartungskosten gespart und die Montage vereinfacht - kann
der mit Relaiswirkung auszubildende Druckwandler 23 eine gestrichelt eingezeichnete,
eigene Druckluftversorgungsleitung 24 zur Druckluftversorgungsleitung 11 erhalten;
das Niveauregelventil 18 hat dann hinsichtlich des Luftfederbalges 5 nur eine Vorsteuerfunktion
mit entsprechend geringem Luftdrurchsatz und braucht keine gegenüber den restlichen
Niveauregelventilen 8 und 13 vergrößerten
Durchströmungsquerschnitt.
Zum Mindern des Uorsteuervolumens und des erforderlichen Rohrleitungsaufwandes kann
hierbei der Druckwandler 23 mit Relaiswirkung nahe des Niveauregelventils 18 angeordnet
werden. Bei dieser Ausbildung kann die Luftfederung auch hinsichtlich der Last an
beiden Fahrzeugenden vertauscht zur vorbeschriebenen Anordnung eingebaut werden;
der Druckwandler ist dann als Druckübersetzer auszubilden.
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Weiterhin ist es möglich, auf den Druckübersetzer 23 zu verzichten
und den Luftfederbalg 5 mit einer im Verhältnis der Fahrzeuglasten an beiden Fahrzeugenden
stehenden Beaufschlagungsfläche, bezogen auf die Beaufschlagungsfläche des Luftfederbalges
4, zu versehen.
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Bei Fahrzeugen mit nur mäßigem Lastunterschied an beiden Fahrzeugenden
kann sowohl auf die unterschiedliche Ausbildung der Luftfederbälge wie auf den Druckwandler
23 verzichtet werden; Uersuchehaben gezeigt, daß hierbei nur geringe Druckdifferenzen
in den Luftfederbälgen 3 und 5 auftreten und die Luftfederbälge 2 und 4 derart in
ihrem Druck - bei ebenfalls nur geringen Druckdifferenzen - gesteuert werden, daß
der Fahrzeugkasten 1 keine seitliche Neigung erfährt. Die Beanspruchung des Fahrzeugkastens
1 bleibt auch hierbei innerhalb niedriger Werte.
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Schließlich kann die Luftfederung noch an wenigstens einem Fahrzeugende
mit einem üblichen Überströmventil versehen sein, uelches bei Überschreiten einer
bestimmten Druckdifferenz im Luftfederbalgpaar dieses Fahrzeugendes öffnet und einen
begrenzten Druck~
ausgleich ermöglicht. In der Zeichnung sind an
beiden Fahrzeugenden derartige Überströmventile 25 und 26 gestrichelt mit ihren
Anschlußleitungen an das jeweilige Luftfederbalgpaar 2, 4 und 3, 5 eingezeichnet.
Die Überströmuentile 25 und 26 schließen eine die Entgleisungssicherheit des Fahrzeuges
gefährdende Druckdifferenz zwischen dem jeweiligen Luftfederbalgpaar aus.