EP0100513B1 - Federung für Losräder von Schienenfahrzeugen - Google Patents
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- EP0100513B1 EP0100513B1 EP83107321A EP83107321A EP0100513B1 EP 0100513 B1 EP0100513 B1 EP 0100513B1 EP 83107321 A EP83107321 A EP 83107321A EP 83107321 A EP83107321 A EP 83107321A EP 0100513 B1 EP0100513 B1 EP 0100513B1
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- suspension
- spring suspension
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B61F—RAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
- B61F5/00—Constructional details of bogies; Connections between bogies and vehicle underframes; Arrangements or devices for adjusting or allowing self-adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves
- B61F5/02—Arrangements permitting limited transverse relative movements between vehicle underframe or bolster and bogie; Connections between underframes and bogies
- B61F5/16—Centre bearings or other swivel connections between underframes and bolsters or bogies
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- B61—RAILWAYS
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- B61F15/00—Axle-boxes
- B61F15/02—Axle-boxes with journal bearings
- B61F15/08—Axle-boxes with journal bearings the axle being slidable or tiltable in the bearings
- B61F15/10—Axle-boxes with journal bearings the axle being slidable or tiltable in the bearings and having springs opposing such movements
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- B61F5/00—Constructional details of bogies; Connections between bogies and vehicle underframes; Arrangements or devices for adjusting or allowing self-adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves
- B61F5/26—Mounting or securing axle-boxes in vehicle or bogie underframes
- B61F5/30—Axle-boxes mounted for movement under spring control in vehicle or bogie underframes
- B61F5/307—Axle-boxes mounted for movement under spring control in vehicle or bogie underframes incorporating fluid springs
Definitions
- the invention relates to a suspension for individually sprung idler wheels of rail vehicles.
- first spring device which can consist of several springs arranged parallel to one another, if necessary for reasons of rigidity support massive bogie frame, which in turn supports the vehicle frame or body via a second spring device, which may also consist of several parallel single springs (FR-A 22 18 229). If one of the vehicle wheels is subjected to an upward shock load, the first spring device assigned to the axle bearing adjacent to this vehicle wheel is compressed by increasing its tension, this spring device slightly raises the part of the bogie frame located above it and the bogie frame thereby becomes inclined.
- This inclined position has the effect that the lifting caused by the first spring device is transmitted at a reduced gear stroke with only about half to a quarter of the lifting height to the bearing point of the second spring device on the vehicle frame.
- the individual spring elements can be designed differently from one another, for example one of the spring elements can be a helical spring and the other one can be an air spring (DE-PS 1 146519).
- one of the spring elements can be a helical spring and the other one can be an air spring (DE-PS 1 146519).
- the suspensions are often designed progressively, in such a way that they generate disproportionately increasing restoring forces when deflecting to the compression stroke. When the vehicle is loaded, however, this results in overall hard cushioning.
- a bogie rail vehicle without continuous wheel sets is known, the two wheels on each side of each bogie being only rotatable about their wheel axes in a longitudinal member; a spring device is arranged between each wheel and its longitudinal member.
- a crossbar of the vehicle body lies rotatably on the longitudinal beams in each case about a vertical axis, with no further spring device being located between the longitudinal beams and the vehicle body.
- a wheel lift via its spring device leads to a local lifting of the associated longitudinal member, whereby the latter and also the crossbeam are inclined and thus transmit the lifting movement reduced to about a quarter of its value to the vehicle body.
- shock loads on the wheels are greatly reduced by lever reduction.
- the mentioned bogie frames and longitudinal members or cross members lack comparable parts, so that the shock loading of these idler wheels is reduced by the suspension devices without lifting reduction by lever-like structures be transferred to the vehicle frame or body.
- the vehicles with idler wheels thus have the disadvantage over bogie vehicles that shock loads on the vehicle wheels are transmitted to the vehicle to a greater extent because the wheel deflections are not translated both in terms of their lifting height and their lifting speed as in the bogie vehicles.
- Additional shock absorbers which do not enter the characteristic curve and which are to be arranged parallel to the suspension can prevent a rocking by several such impacts.
- the characteristic curve t medium applies, after which a transition from the initially flat to the steeper characteristic part takes place after only a smaller deflection stroke s 2 ; the earlier curve break prevents the suspension from compressing too much.
- a suspension characteristic curve can be achieved, at least similarly to Fig. 1: With short-term shock loads, only some of Spring elements effective, whereby a soft suspension with a flat spring characteristic can be set, and only after some time lasting shock loading of the wheel will the other spring elements also become effective, which makes the suspension harder and the spring characteristic is therefore steeper.
- a vehicle wheel 1 with a wheel bearing 2 assigned to it is shown.
- a first spring element 3, designed as a helical spring, is supported on the wheel bearing 2 and carries a seismic mass 4.
- the first spring element 3 is thus arranged between the wheel bearing 2 and the seismic mass 4 and the second spring element 5 between the seismic mass 4 and the vehicle frame or vehicle body 6.
- a shock-insensitive part of the vehicle undercarriage for example a vehicle part corresponding to a heavy bogie frame, can serve as seismic mass 4.
- a seismic mass 4 ' can also be assigned to a plurality of vehicle wheels 1, 1'.
- the first spring element 3 assigned to the vehicle wheel 1 is supported on its wheel bearing 2 and the first spring element 3 ', which is assigned to the vehicle wheel 1', on its wheel bearing 2 '.
- Both first spring elements 3 and 3 ' together carry the seismic mass 4', from which in turn one or more second spring elements extend in a manner not shown, corresponding to FIG. 2, to the vehicle frame or vehicle body 6.
- the suspension is designed with two pressure medium suspensions 7 and 8 as spring elements.
- the pressure of the two pressure medium suspensions 7 and 8 can be controlled in a manner not shown in terms of their pressure by conventional control valves which become effective with a delay, depending on the vehicle load.
- the two pressure medium suspensions 7 and 8 are arranged parallel to one another between the wheel bearing 2, which is only indicated in FIG. 4, and the vehicle frame or body 6.
- Both pressure medium suspensions 7 and 8 each have a cylinder body 9 or 10 connected to the vehicle frame or body 6, in which a piston 11 or 12 coupled to the wheel bearing 2 is movable.
- the Interiors 13 and 14 of the cylinder bodies 9 and 10 are filled with the suspension medium air, a gas or a liquid; it can be provided for the two interiors 13 and 14 different suspension medium.
- a pressure medium line 15 leads via a shut-off valve 16 into a cylinder chamber 18 separated from a piston 17 by the interior 14 of the cylinder body 10.
- the shut-off valve 16 belongs to a control device (not shown) which normally keeps the shut-off valve 16 closed , and only opens with a time delay from the start of a shock load on the vehicle wheel until after the initial suspension state is reached again; to open the shut-off valve 16, the control device can be triggered by the increase in load on the wheel bearing 2 occurring at the start of the impact, the reduction in distance between the wheel bearing 2 and the vehicle frame 6 or by the pressure increase in the suspension medium, in particular in the interior 13.
- the pressure medium located in the cylinder space 18 can be displaced from this cylinder space 18 without any appreciable increase in pressure.
- a soft pressure accumulator can be connected to the cylinder space 18 via a further shut-off valve.
- a shock load occurs on the vehicle wheel assigned to the suspension, as can be caused, for example, by driving over a rail joint, then the wheel bearing 2 is pressed upward and reaches the raised position shown in FIG. 5, in which the two pistons 11 and 12 are pressed into the cylinder bodies 9 and 10 by a stroke distance corresponding to the stroke distance of the wheel bearing 2.
- the deflection stroke is denoted by s in FIG. In this deflection process, the pressure in the interior 13 rises when the shut-off valve 16 is initially closed, so that the pressure medium suspension 7 exerts a spring force which increases with the deflection stroke.
- the suspension state shown in FIG. 5 is thus achieved.
- the control device opens the shut-off valve 16, at the same time care being taken to ensure that a pressure increase takes place in the cylinder chamber 18, for example by shutting off the aforementioned pressure accumulator by closing the second shut-off valve, which has also already been mentioned can.
- pressure medium then flows through the pressure medium line 15 and the shut-off valve 16 into the cylinder space 18 and presses the piston 17 toward the piston 12 while increasing the volume thereof, so that the volume of the inner space 14 is reduced and in this Interior pressure medium 14 thus experiences an increase in pressure.
- the suspension thus becomes harder overall, receives a higher spring constant, and the compression process is ended immediately without exceeding a permissible compression stroke.
- the suspension spring After the increased force acting on the vehicle wheel due to the long-lasting impact has subsided, the suspension springs out again and all parts return to the rest position shown in FIG. 4.
- the control device then closes the shut-off valve 16 again and connects the piston chamber 18 to the pressure accumulator, if necessary.
- the spring characteristic of the pressure medium suspension 8, but not the pressure medium suspension 7, is increased as a function of the deflection time and / or the deflection stroke when certain limit values are exceeded, as a result of which different suspension characteristics according to FIG. 1 can be achieved.
- FIG. 7 shows a suspension which essentially corresponds to the suspension according to FIG. 4 and whose parts corresponding to FIG. 4 are provided with reference numbers corresponding to FIG. 4.
- the pressure transmitter 19 is arranged on the part of the interior 13 in front of the shut-off valve 16 in the pressure medium line 15, so that the shut-off valve 16 monitors the connection of the interior 14 with the pressure transmitter 19.
- the pressure transmitter 19 is structurally separate from the pressure medium suspensions 7 and 8, but it could also be combined with this to form structural units.
- the second shut-off valve 21 is shown in FIG. 7, which monitors the connection or disconnection of the pressure accumulator 22 to and from the interior 14 of the pressure medium suspension 8.
- a helical suspension 23 arranged parallel to these is also shown, which is a third spring element for the suspension. 7 corresponds to that of FIG. 4.
- the function of the suspension according to FIG. 7 corresponds to that as was described for FIGS. 4-6, with only the portion of the spring force being exerted by the suspension Add coil spring 23; the helical suspension 23 can have a linear or progressive characteristic curve depending on the deflection stroke. Further functional explanations for the suspension according to FIG. 7 are therefore unnecessary.
- the pressure transmitter 19 has a simple piston 17, so that pressure levels are generally the same on both sides of the piston 17 and the pressure transmitter 19 thus has a pressure transmission ratio between its two sides of 1: 1.
- FIG. 8 shows a modified version of the pressure intensifier under the reference symbol 19 ', which has a gear ratio which differs from the gear ratio 1: 1.
- the piston of the pressure transmitter 19 ' is designed as a differential piston with two piston surfaces 24 and 25, the differential surface between the two piston surfaces 24 and 25 being subjected to atmospheric pressure.
- the smaller piston surface 25 can be acted upon by the shut-off valve 16 according to FIG. 7 by the pressure medium pressure in the interior 14 and the larger piston surface 24 by the pressure in the interior 13.
- the pressure medium suspension 8 After opening the shut-off valve 16 is thus in the pressure medium suspension 8
- the pressure medium suspension 8 In accordance with the area ratio of the piston surfaces 24 and 25, the pressure is set higher than in the pressure medium suspension 7, the pressure medium suspension 8 thus exerts a substantially increased spring force after opening the shut-off valve 16, and the suspension as a whole receives a much harder characteristic than when the shut-off valve 16 is closed.
- the ratio the piston surfaces 24 and 25 can be selected according to the respective requirements, it is also possible to choose it in reverse to the embodiment according to FIG. 8.
- a pressure transmitter 19 or 19 ′ corresponding to the embodiment according to FIGS. 7 or 8 can of course be arranged in the connecting line 31 from the pressure medium reservoir 28 or the pressure medium suspension 26 to the switching valve 29 or from the switching valve 29 to the pressure medium suspension 27 will.
- the pressure medium accumulators 22, 28 and / or 30 can be designed as simple containers, but, as indicated in FIG. 9, they can also have a piston or a corresponding membrane acted upon by the pressure medium and on the other hand by a spring force.
- the gaseous or hydraulic basic filling of the pressure medium suspensions 26 and 27 can, as already mentioned above, take place by means of delayed, conventional control valves - height control valves or air suspension valves.
- the control device for switching the shut-off valves 16, 21 and / or 29 can expediently have an electrical resonant circuit which, according to its frequency at the start of a wheel shock load, controls the valves mentioned by means of electrical pulses and triggers their switching.
- the delay time for the switching of the shut-off or switching valves 16, 21 and / or 29 is expediently chosen in accordance with the passage time of rail joints in the order of magnitude of, for example, 0.25 sec in bogie vehicles, if necessary a travel speed-dependent control of the delay time can be provided.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Federung für einzeln abgefederte Losräder von Schienenfahrzeugen.
- Für Drehgestell-Schienenfahrzeuge mit Radsätzen, deren jeweils beide Räder durch eine Welle fest miteinander verbunden sind, ist es üblich, die nahe der Radsatzenden angeordneten Achslager jeweils über eine erste Federvorrichtung, welche aus mehreren zueinander parallel angeordneten Federn bestehen kann, gegen einen aus Steifigkeitsgründen gegebenenfalls massereichen Drehgestellrahmen abzustützen, der seinerseits über eine gegebenenfalls ebenfalls aus mehreren, parallelen Einzelfedern bestehende, zweite Federvorrichtung den Fahrzeugrahmen bzw. -kasten trägt (FR-A 22 18 229). Erfährt hierbei eines der Fahrzeugräder eine Stoßbelastung nach oben, so wird die dem diesem Fahrzeugrad benachbarten Achslager zugeordnete erste Federvorrichtung unter Vergrößern ihrer Spannung komprimiert, diese Federvorrichtung hebt den über ihr befindlichen Teil des Drehgestellrahmens etwas an und der Drehgestellrahmen gelangt hierdurch in eine Schräglage. Diese Schräglage bewirkt, daß die von der ersten Federvorrichtung bewirkte Anhebung hubuntersetzt mit nur etwa halber bis viertelter Hubhöhe zur Auflagestelle der zweiten Federvorrichtung auf dem Fahrzeugrahmen übertragen wird. lnfolge dieser Hubuntersetzung durch Schrägstellen des Drehgestellrahmens relativ zur Horizontalebene werden Stoßbelastungen der Fahrzeugräder bei Drehgestellfahrzeugen weitgehend abgemildert auf den Fahrzeugrahmen bzw. -kasten übertragen.
- Bei diesen bekannten Federungen können die einzelnen Federelemente zueinander unterschiedlich ausgebildet sein, beispielsweise kann eines der Federelemente eine Schraubenfeder, das andere dagegen eine Luftfeder sein (DE-PS 1 146519). Auch unter Berücksichtigung der Hubuntersetzung ist im allgemeinen ein Kompromiß dahingehend zu schließen, daß einerseits die Federung ausreichend weich und die Fahrt mit dem Fahrzeug damit ausreichend komfortabel, andererseits aber auch derart hart ist, daß bei Stoßbeanspruchungen der Fahrzeugräder diese nicht bis zu einem Notanschlag durchfedem, sondern die Einfederungen rechtzeitig vor dem Wirksamwerden des Notanschlages abgefangen werden. Die Federungen werden hierzu oftmals progressiv ausgelegt, derart, daß sie beim Einfedern zum Einfederhub überproportional anwachsende Rückstellkräfte erzeugen. Bei beladenem Fahrzeug ergeben sich hierdurch jedoch insgesamt harte Abfederungen.
- Aus der CH-A 205746 ist ein Drehgestell-Schienenfahrzeug ohne durchgehende Radsätze bekannt, wobei die beiden zu jeweils einer Seite befindlichen Räder jedes Drehgestelles nur um ihre Radachsen drehbar in jeweils einem Längsträger geführt sind ; zwischen jedes Rad und seinen Längsträger ist dabei eine Federvorrichtung eingeordnet. Mittig auf den Längsträgem liegt um jeweils eine Vertikalachse drehbar eine Quertraverse des Fahrzeugkastens auf, wobei sich zwischen den Längsträgem und dem Fahrzeugkasten keine weitere Federvorrichtung befindet. Auch bei dieser Anordnung führt eine Radanhebung über dessen Federvorrichtung zu einem örtlichen Anheben des zugeordneten Längsträgers, wobei sich dieser und auch die Quertraverse schrägstellen und somit den Anhebeweg auf etwa ein Viertel seines Wertes untersetzt auf den Fahrzeugkasten übertragen. Auch hier werden Stoßbelastungen der Räder atso durch eine Hebeluntersetzung stark abgemildert.
- Bei bekannten Schienenfahrzeugen mit einzelnen abgefederten Losrädern, das heißt Rädern, deren jedes um eine eigene Vertikalachse drehbar ist, fehlen den erwähnten Drehgestellrahmen und Längsträgern bzw. Quertraversen vergleichbare Teile, so daß die Stoßbelastung dieser Losräder ohne Hubuntersetzung durch hebelartig wirkende Strukturen allein durch die Federungsvorrichtungen abgemildert auf den Fahrzeugrahmen bzw. -kasten übertragen werden. Die Fahrzeuge mit Losrädern weisen also gegenüber Drehgestellfahrzeugen den Nachteil auf, daß Stoßbelastungen der Fahrzeugräder in stärkerem Maß auf das Fahrzeug übertragen werden, weil die Radauslenkungen sowohl hinsichtlich ihrer Hubhöhe wie ihrer Hubgeschwindigkeit nicht wie bei den Drehgestellfahrzeugen übersetzt werden.
- Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Federung der eingangs genannten Art, also für Schienenfahrzeuge mit Losrädern, derart auszugestalten, daß sie ohne Gefahr unzulässig großer Hübe Stoßbelastungen auf die Fahrzeugräder gut aufzunehmen und abzufedern vermag.
- Diese Aufgabe wird nach der Erfindung gelöst durch eine Ausbildung gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1, 2 oder 3.
- Die nach der weiteren Erfindung vorteilhaften Ausbildungs- und Ausführungsmöglichkeiten für die Federung können den Unteransprüchen 4 bis 12 entnommen werden.
- In den Zeichnungen sind die Funktion und der schematische Aufbau von nach der Erfindung ausgebildeten Federungen beispielsweise dargestellt, und zwar zeigt
- Fig. 1 Federungskennlinien,
- Fig. 2 und 3 zwei unterschiedliche Ausführungsformen einer gleichartigen Federungsgrundanordnung,
- Figur 4 bis 6 eine Ausführungsform einer zweiten Federungs-Grundanordnung in drei unterschiedlichen Federungszuständen,
- Figur 7 eine weitere Ausführungsform der Federungs-Grundanordnung nach Fig. 4
- Figur 8 eine Einzelheit aus Fig. 7 in geänderter Ausführung und
- Figur 9 eine weitere Ausführungsform der Federung.
- Zum Begegnen der für Federungen der eingangs genannten Art vorstehend geschilderten Problematik ist eine Kennlinie für die Federung anzustreben, welche in Fig. 1 dargestellt ist, wobei F die von der Federung ausgeübte Federkraft, s den Hub der Federung und t die Zeitdauer, während welcher die Stoßbelastung des Rades anhält, bedeuten. Für kurzzeitige Stöße (t = klein) verläuft die Federkennlinie zunächst sehr flach ansteigend und erst nach einem bestimmten Hub (s1) folgt ein steiler ansteigender Kennlinienast. Kurzzeitige Stöße können nach dieser Kennlinie also keine entsprechend hohen Kraftspitzen auf das Fahrzeug übertragen, weil innerhalb des ersten Federhubes bei noch sehr weicher Federung die eingeleitete Kraft - die Stoßbelastung - bereits wieder abfällt. Durch zusätzliche, in die Kennlinie nicht eingehende Stoßdämpfer, welche parallel zur Federung anzuordnen sind, kann ein Aufschaukeln durch mehrere, derartige Stöße verhindert werden. Bei entsprechend länger einwirkender Stoßbelastung auf das Fahrzeugrad ist die Kennlinie t = mittel gültig, nach welcher bereits nach geringerem Einfederungshub s2 ein Übergang vom anfänglich flachem zum steiler verlaufenden Kennlinienteil erfolgt; der frühere Kennlinienknick schließt ein zu starkes Einfedern der Federung aus. Bei langanhaltender Krafteinwirkung auf das Fahrzeugrad - langanhaltende Stoßbelastung oder auch Dauerbelastung des Fahrzeuges - entspricht die Federkennlinie der Linie t = groß ; die Federung erzeugt hier gleich ab Beginn ihrer Einfederung dem Einfederungshub entsprechende Rückstellkräfte, wodurch der Einfederungshub insgesamt auf zulässige Werte begrenzt wird.
- Falls eine Federung der eingangs genannten Art derart ausgebildet wird, daß wenigstens eines der Federelemente, aber nicht alle Federelemente der Federung von kurzzeitigen Stoßbelastungen des Rades entlastet angeordnet sind, ist eine Federungskennlinie wenigstens ähnlich Fig. 1 erreichbar: Bei kurzzeitigen Stoßbelastungen sind dann nur einige der Federelemente wirksam, wobei eine weiche Federung mit flach verlaufender Federkennlinie einstellbar ist, und erst nach einige Zeit anhaltender Stoßbelastung des Rades werden auch die anderen Federelemente wirksam, wodurch die Federung härter wird und die Federkennlinie damit steiler verläuft.
- Im Ausführungsbeispiel der Federung nach Fig. 2 ist ein Fahrzeugrad 1 mit einer ihm zugeordneten Radlagerung 2 dargestellt. Auf der Radlagerung 2 stützt sich ein erstes, als Schraubenfeder ausgebildetes Federelement 3 ab, welches eine seismische Masse 4 trägt. Auf der seismischen Masse 4 steht ein zweites Federelement 5 auf, welches einen Fahrzeugrahmen oder gegebenenfalls unmittelbar den Fahrzeugkasten 6 trägt. Das erste Federelement 3 ist also zwischen der Radlagerung 2 und der seismischen Masse 4 und das zweite Federelement 5 zwischen der seismischen Masse 4 und dem Fahrzeugrahmen bzw. Fahrzeugkasten 6 angeordnet. Als seismische Masse 4 kann ein stoßunempfindliches Teil des Fahrzeuguntergestelles, beispielsweise ein einem schweren Drehgestellrahmen entsprechendes Fahrzeugteil dienen. Bei einem Stoß auf das Fahrzeugrad 2 wird entsprechend der Radbewegung im ersten Federelement 3 eine Kraft erzeugt, die zunächst die seismische Masse 4 infolge deren Trägheit noch nicht zu bewegen, diese vielmehr nur langsam in Bewegung zu setzen vermag. Die seismische Masse 4 bewegt sich entsprechend langsam auf den Fahrzeugrahmen 6 zu, erzeugt hierbei also eine relativ langsam ansteigende und demgemäß geringe Kraftzunahme im zweiten Federelement 5. Bei alsbaldigem Abklingen der Stoßbelastung des Fahrzeugrades 1 wird somit das Federelement 5 von der Stoßbelastung praktisch nicht beeinflußt, die ganze Stoßfederung wird vom ersten Federelement 3 bewerkstelligt. Je schwerer die seismische Masse 4 ausgebildet werden kann, desto geringere Stoßanteile werden durch das zweite Federelement 5 auf den Fahrzeugrahmen bzw. Fahrzeugkasten 6 übertragen.
- Um nicht unnötig große, seismische Massen 4 - für jedes Fahrzeugrad eine derartige Masse - vorsehen zu müssen, kann auch eine seismische Masse 4' gemäß Fig. 3 mehreren Fahrzeugrädem 1, 1' zugeordnet werden. Das erste, dem Fahrzeugrad 1 zugeordnete Federelement 3 stützt sich auf dessen Radlagerung 2 und das erste Federelement 3', welches dem Fahrzeugrad 1' zugeordnet ist, auf dessen Radlagerung 2' ab. Beide ersten Federelemente 3 und 3' tragen gemeinsam die seismische Masse 4', von welcher sich wiederum in nicht dargestellter Weise ein oder mehrere zweite Federelemente entsprechend zu Fig. 2 zum Fahrzeugrahmen bzw. Fahrzeugkasten 6 erstrecken. Die seismische Masse 4' ist gemäß Fig. 3 vorzugsweise am Fahrzeugrahmen bzw. Fahrzeugkasten 6 derart zu führen, daß sie zumindest um Horizontalachsen, welche rechtwinklig zu der Verbindungslinie der beiden Fahrzeugräder 1 und 1' und zu gegebenenfalls weiteren, in Fig. 3 nicht dargestellten und mit ihren ersten Federelementen ebenfalls an der seismischen Masse 4' angreifenden Rädern sich erstreckenden Verbindungslinien verlaufen, undrehbar gehalten, aber vertikal verschieblich ist. Bei einem Stoß auf eines der Fahrzeugräder 1 oder 1' wird dann jeweils die gesamte seismische Masse 4' stoßmindemd bzw. das zweite Federelement stoßentlastend wirksam, bei zu Fig. 1 verdoppelter Masse der seismischen Masse 4' ergibt sich also ohne Verdoppelung der insgesamt für das Fahrzeug vorzusehenden, seismischen Masse eine doppelt wirksame Stoß-Eliminierung für den Fahrzeugrahmen 6. Nur bei gleichzeitiger Stoßbelastung der Fahrzeugräder 1 und 1' ergeben sich wieder der Anordnung nach Fig. 2 entsprechende Stoßbelastungen für den Fahrzeugrahmen 6.
- Gemäß Fig. 4 ist die Federung mit zwei Druckmittelfederungen 7 und 8 als Federelemente ausgeführt. Die beiden Druckmittelfederungen 7 und 8 können dabei in nicht dargestellter Weise in ihrem Druck durch übliche, verzögert wirksam werdende Regelventile fahrzeugsbelastungsabhängig gesteuert sein. Die beiden Druckmittelfederungen 7 und 8 sind zueinander parallel zwischen die in Fig. 4 nur angedeutete Radlagerung 2 und den Fahrzeugrahmen bzw. -kasten 6 eingeordnet. Beide Druckmittelfederungen 7 und 8 weisen jeweils einen mit dem Fahrzeugrahmen bzw. -kasten 6 verbundenen Zylinderkörper 9 bzw. 10 auf, in welchem ein mit der Radlagerung 2 gekoppelter Kolben 11 bzw. 12 beweglich ist. Die Innenräume 13 bzw. 14 der Zylinderkörper 9 bzw. 10 sind mit dem Federungsmediumluft, einem Gas oder einer Flüssigkeit - gefüllt ; es kann dabei für die beiden Innenräume 13 und 14 unterschiedliches Federungsmedium vorgesehen sein. Bei Hydraulikfüllung muß jeweils noch eine übliche, in Fig. 4 nicht dargestellte Gasblase vorgesehen werden. Vom Innenraum 13 des Zylinderkörpers 9 führt eine Druckmittelleitung 15 über ein Absperrventil 16 in einen von einem Kolben 17 vom Innenraum 14 des Zylinderkörpers 10 abgetrennten Zylinderraum 18. Das Absperrventil 16 gehört einer im übrigen nicht dargestellten Steuervorrichtung zu, welche das Absperrventil 16 im Normalfall geschlossen hält, und nur zeitlich verzögert zu dem Beginn einer Stoßbelastung des Fahrzeugrades bis nach Wiederereichen des Ausgangs-Federungszustand öffnet; die Steuervorrichtung kann zum Öffnen des Absperrventils 16 vom zu Stoßbeginn auftretenden Belastungszuwachs an der Radlagerung 2, der Abstandsverminderung zwischen der Radlagerung 2 und dem Fahrzeugrahmen 6 oder vom Druckzuwachs des Federungsmediums insbesondere im Innenraum 13 ausgelöst werden. Bei geschlossenem Absperrventil 16 ist das sich im Zylinderraum 18 befindende Druckmedium aus diesem Zylinderraum 18 ohne nennenswerten Druckzuwachs verdrängbar, hierzu kann in nicht dargestellter Weise an den Zylinderraum 18 über ein weiteres Absperrventil ein weicher Druckspeicher angeschlossen sein.
- Im Ruhezustand der Federung nach Fig. 4 nehmen deren Teile die dargestellten Lagen ein, die Kolben 11 und 12 befinden sich in einer bestimmten Ruhestellung, der Kolben 17 befindet sich in einer mittleren Lage, in welcher der Innenraum 14 und der Zylinderraum 18 ein bestimmtes Volumen aufweisen, und in den Räumen 13, 14 und im Zylinderraum 18 herrschen bestimmte, der von der Federung zu tragenden Fahrzeuglast entsprechende Drücke, welche entsprechend der Kolbenflächen unterschiedlich oder auch, falls alle Kolben gleichgroße Flächen aufweisen, gleich hoch sein können. Das Absperrventil 16 ist geschlossen.
- Tritt am der Federung zugeordneten Fahrzeugrad eine Stoßbelastung auf, wie sie beispielsweise durch das Über fahren eines Schienenstoßes bewirkt werden kann, so wird die Radlagerung 2 verstärkt nach oben gedrückt und gelangt in die in Fig.5 dargestellte, angehobene Stellung, in welcher die beiden Kolben 11 und 12 um einen dem Hubweg der Radlagerung 2 entsprechenden Hubweg in die Zylinderkörpern 9 bzw. 10 hineingedrückt sind. Der Einfederungshub ist in Fig.5 mit s bezeichnet. Bei diesem Einfederungsvorgang steigt bei vorerst noch geschlossenem Absperrventil 16 der Druck im Innenraum 13, so daß die Druckmittelfederung 7 eine mit dem Einfederungshub anwachsende Federkraft ausübt. Der Druck im Innenraum 14 dagegen wächst beim Einfederungsvorgang praktisch nicht, höchstens in sehr geringem Maße an, da der Kolben 17 in Richtung zum Zylinderraum 18 ohne Drucksteigerung im Zylinderraum 18 entsprechend dem Einfederungshub ausweicht. Damit ist der in Fig. 5 dargestellte Federungszustand erreicht.
- Falls die Stoßbelastung des Fahrzeugrades nur für sehr kurze Zeit anhält, klingt bei noch herrschendem Federungszustand gemäß Fig. die Stoßbelastung bereits wieder ab und die verstärkte Federkraft der Druckmittelfederung 7 federt das Fahrzeugrad mit der Radlagerung 2 wieder in die in Fig. 4 dargestellte Ausgangslage aus, wobei auch der Kolben 17 in die in Fig. 4 dargestellte Lage zurückkehrt. Das Absperrventil 16 bleibt dabei während des ganzen Federungsvorganges geschlossen. Bei dieser kurzen Stoßbelastung wurde also nur die Federungskraft der Druckmittelfederung 7, nicht aber diejenige der Druckmittelfederung 8 verstärkt, die Federung zeigte somit insgesamt eine weiche Charakteristik mit niedriger Federkonstante und die Stoßbelastung wurde vom Fahrzeugrahmen bzw. - kasten 6 ferngehalten.
- Falls jedoch, ausgehend vom Federungszustand nach Fig. 5, die Stoßbelastung des Fahrzeugrades weiterhin anhält, gelangt die Federung in den in Fig. 6 verdeutlichten Federungszustand. Nach Ablauf einer bestimmten Zeitspanne ab Stoßbeginn bzw. nach Erreichen eines bestimmten Einfederungshubes öffnet die Steuervorrichtung das Absperrventil 16, wobei zugleich dafür Sorge getragen wird, daß im Zylinderraum 18 beispielsweise durch Absperren des erwähnten Druckspeichers mittels Schließens des ebenfalls bereits erwähnten, zweiten Absperrventils eine Drucksteigerung erfolgen kann. Aus dem höheren Druck aufweisenden Innenraum 13 strömt dann Druckmittel durch die Druckmittelleitung 15 und das Absperrventil 16 in den Zylinderraum 18 ein und drückt unter dessen Volmumenvergrößerung den Kolben 17 in Richtung zum Kolben 12, so daß das Volumen des Innenraumes 14 verkleinert wird und das in diesem Innenraum 14 befindliche Druckmittel somit eine Drucksteigerung erfährt. Bei Annahme gleicher Kolbenfläche, wie es bereits vorstehend erwähnt wurde, ergeben sich gleiche Druckhöhen in den Innenräumen 13 und 14 sowie im Zylinderraum 18, so daß nunmehr nicht nur die Druckmittelfederung 7, sondern auch die Druckmittelfederung 8 eine verstärkte Federkraft ausübt. Die Federung wird somit insgesamt härter, erhält eine höhere Federkonstante und der Einfederungsvorgang wird alsbald ohne Überschreiten eines zulässigen Einfederungshubes beendet. Nach Abklingen der durch den langanhaltenden Stoß bedingten, verstärkten Krafteinwirkung auf das Fahrzeugrad federt die Federung wieder aus und alle Teile kehren in die in Fig. 4 dargestellte Ruhelage zurück. Anschließend schließt die Steuervorrichtung wieder das Absperrventil 16 und verbindet den Kolbenraum 18 gegebenenfalls mit dem Druckspeicher.
- Bei der Federung nach Fig. 4 bis 6 wird also die Federkennlinie der Druckmittelfederung 8, nicht aber der Druckmittelfederung 7 in Abhängigkeit von der Einfederungszeit und/oder dem Einfederungshub bei Überschreiten gewisser Grenzwerte gesteigert, wodurch unterschiedliche Federungs-Kennlinien gemäß Fig. 1 erreichbar sind.
- In Abänderung zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist es auch möglich, anstelle der Zylinderkörper 9 und 10 übliche Luftfederbälge vorzusehen, wobei lediglich anstelle des Kolbens 17 mit dem Zylinderraumes 18 eine andersartige geeignete Vorrichtung zum Ändern der Federkonstante der Druckmittelfeder 8 vorzusehen ist. Weiterhin ist es nicht erforderlich, daß das Druckmittel aus dem Innenraum 13 selbst unmittelbar den Kolben 17 beaufschlagt ; es ist auch möglich, die Steuervorrichtung derart auszugestalten, daß die Federkonstante der Druckmittelfederung 8 durch Beaufschlagen des Kolbens 17 aus einer gesonderten, vom Innenraum 13 unabhängigen Druckmittelquelle oder auch in völlig andersartiger, dem Stand der Technik zugehörender Weise änderbar ist.
- Zum weiteren Verdeutlichen der Funktionsweise der Federung nach Fig. 4 in den Stellungen nach Fig.4 bis Fig. 6 sei im folgenden angenommen, daß bei gleichen Kolbenflächen im Ruhezustand in den Innenräumen 13, 14 sowie dem Zylinderraum 18 ein Druckmitteldruck po herrsche. Im weiteren bedeutet p Drücke, die in dem jeweils durch die Indexzahl bestimmten Innenraum bzw. Zylinderraum herrschen. Die Buchstaben K bedeuten Kräfte, welche gemäß der durch die zugefügte Indexzahl bestimmten Druckmittelfederung 7 oder 8 ausgeübt werden. F schließlich soll diejenige Kraft darstellen, welche die gesamte Federung ausübt, F entspricht also der Summe K7 + Ke. Unter diesen Voraussetzungen können beispielsweise den einzelnen Federungszuständen gemäß Fig. 4, Fig. 5 und Fig. 6, wie sie vorstehend beschrieben wurden, folgende Werte zugeordnet werden, wobei der Index 0 sich jeweils auf den Ruhezustand gemäß Fig. 4 der Federung bezieht :
- In Fig. 7 ist eine Federung dargestellt, welche im wesentlichen der Federung nach Fig. 4 entspricht und deren der Fig. 4 entsprechende Teile mit der Fig. 4 entsprechenden Bezugszahlen versehen sind. Abweichend zu Fig. 4 ist der Druckübertrager 19 seitens des Innenraumes 13 vor dem Absperrventil 16 in die Druckmittelleitung 15 eingeordnet, so daß das Absperrventil 16 die Verbindung des Innenraumes 14 mit dem Druckübertrager 19 überwacht. Der Druckübertrager 19 ist baulich getrennt von den Druckmittelfederungen 7 und 8 angeordnet, er könnte jedoch auch mit diesem zu Baueinheiten zusammengefaßt sein. Weiterhin ist in Fig. 7 das zweite Absperrventil 21 dargestellt, welches die Zuschaltung bzw. Abschaltung des Druckspeichers 22 zu bzw. vom Innenraum 14 der Druckmittelfederung 8 überwacht. Schließlich ist in weiterer Abänderung zu Fig. 7 zusätzlich zu den Druckmittelfederungen 7 und 8 noch eine zu diesen parallel angeordnete Schraubenfederung 23 dargestellt, welche ein drittes Federelement für die Federung ist. Im übrigen entspricht die Federung nach Fig. 7 derjenigen nach Fig. 4. Die Funktion der Federung nach Fig. 7 entspricht derjenigen, wie sie zu den Figuren 4-6 beschrieben wurde, wobei lediglich zusätzlich zur von der Federung ausgeübten Federkraft noch der Anteil der Schraubenfederung 23 hinzuzuaddieren ist; die Schraubenfederung 23 kann dabei eine lineare oder progressive Kennlinie in Abhängigkeit vom Einfederungshub aufweisen. Weitere Funktionserläuterungen zur Federung nach Fig. 7 erübrigen sich daher.
- In der Ausführung nach Fig. 7 der Federung weist der Druckübertrager 19 einen einfachen Kolben 17 auf, zu beiden Seiten des Kolbens 17 herrschen somit im allgemeinen gleiche Druckhöhen und der Druckübertrager 19 weist somit ein Druckübersetzungsverhältnis zwischen seinen beiden Seiten von 1 : 1 auf. In Fig. 8 ist eine geänderte Ausführung des Druckübersetzers unter dem Bezugszeichen 19' dargestellt, welcher ein vom Übersetzungsverhältnis 1 : 1 abweichendes Übersetzungsverhältnis besitzt. Der Kolben des Druckübertragers 19' ist als Differentialkolben mit zwei Kolbenflächen 24 und 25 ausgebildet, wobei die Differenzfläche zwischen den beiden Kolbenflächen 24 und 25 mit Atmosphärendruck beaufschlagt ist. Die kleinere Kolbenfläche 25 ist dabei über das Absperrventil 16 entsprechend Fig.7 vom Druckmitteldruck im Innenraum 14 und die größere Kolbenfläche 24 vom Druck im Innenraum 13 beaufschlagbar. Nach Öffnen des Absperrventils 16 wird somit in der Druckmittelfederung 8 ein entsprechend dem Flächenverhältnis der Kolbenflächen 24 und 25 höherer Druck als in der Druckmittelfederung 7 eingestellt, die Druckmittelfederung 8 übt somit nach Öffnen des Absperrventils 16 eine wesentlich gesteigerte Federkraft aus und die Federung erhält dadurch insgesamt eine wesentlich härtere Charakteristik als bei geschlossenem Absperrventil 16. Das Verhältnis der Kolbenflächen 24 und 25 kann den jeweiligen Anforderungen entsprechend gewählt werden, es ist auch möglich, es umgekehrt zur Ausführung nach Fig. 8 zu wählen.
- Bei der Federung nach Fig. 9 sind wiederum zwei Druckmittelfederungen 26 und 27 vorgesehen, wobei der einen Druckmittelfederung 26 ständig ein relativ kleiner Druckspeicher 28 zugeschaltet ist, so daß diese Druckmittelfederung 26 eine relativ große Federkonstante aufweist und dementsprechend hart ist. Dem Druckmittelraum der anderen Druckmittelfederung 27 ist über ein der bereits erwähnten Steuervorrichtung zugehörendes Schaltventils 29 im Ruhezustand der Federung ; wie mit den ausgezogenen Linien im Schaltventil 29 angedeutet, ein relativ großer Druckmittelspeicher 30 zugeordnet, derart, daß diese Druckmittelfederung 27 im Ruhezustand der Federung eine kleine Federkonstante aufweist und somit entsprechend weich ist. Bei nur kurzzeitigen Einfederungsvorgängen, also kurzzeitigen Stoßbelastungen des Fahrzeugrades, ändert somit lediglich die Druckmittelfederung 26 ihre Federkraft entsprechend den Einfederungsvorgängen, während die Druckmittelfederung 27 eine relativ konstant bleibende Federkraft ausübt. Die Federung weist damit insgesamt während dieser kurzzeitigen Federungsvorgänge eine relativ weiche Charakteristik auf. Halten die Einfederungsvorgänge bzw. Stoßbelastungen jedoch längere Zeit an, so wird, zeitlich verzögert zum Beginn dieser Federungsvorgänge, das Schaltventil 29 aus der vorbeschriebenen Schaltstellung in die in Fig. 9 gestrichelt eingezeichnete Schaltstellung umgeschaltet, wobei die Druckmittelfederung 27 vom Druckmittelspeicher 30 abgetrennt und an den Druckmittelspeicher 28 zusätzlich zur Druckmittelfederung 26 angeschlossen wird. Hierdurch erhält auch die Druckmittelfederung 27 eine hohe Federkonstante und übt entsprechend hohe Federkräfte aus, die Federkonstante der Federung insgesamt wird also gesteigert, so daß auch die langanhaltenden, gesteigerten Radbelastungen nicht durch die Federung durchschlagen können, sondern, wie vorstehend bereits erwähnt, vor Überschreiten eines zulässigen Einfederungshubes abgefangen werden. Im übrigen entspricht die Funktion der Federung nach Fig. 9 den vorstehend beschriebenen Grundprinzipien, so daß sie hier nicht weiter erläutert werden muß.
- Auch bei der Ausführung nach Fig. 9 kann selbstverständlich in die Verbindungsleitung 31 vom Druckmittelspeicher 28 bzw. der Druckmittelfederung 26 zum Schaltventil 29 bzw. vom Schaltventil 29 zur Druckmittelfederung 27 ein Druckübertrager 19 bzw. 19' entsprechend der Ausführung nach Fig. 7 oder 8 eingeordnet werden. Die Druckmittelspeicher 22, 28 und/oder 30 können als einfache Behälter ausgebildet sein, sie können aber auch, wie in Fig. 9 angedeutet, einen einerseits vom Druckmittel und andererseits von einer Federkraft beaufschlagten Kolben oder eine entsprechende Membrane aufweisen. Die gasförmige oder hydraulische Grundfüllung der Druckmittelfederungen 26 und 27 kann, wie vorstehend bereits erwähnt, durch verzögert arbeitende, übliche Regelventile - Höhenregelventile oder Luftfederungsventile - erfolgen. In Abänderung zur Ausführung nach Fig. 9 ist es schließlich auch möglich, die Druckmittelfederung 27 vermittels des Schaltventils 29 nicht an den Druckmittelspeicher 28, sondern an einen von der Druckmittelfederung 26 ständig gesonderten, dritten Druckmittelspeicher anzuschließen, welcher der Druckmittelfederung 27 die erforderliche Steigerung ihrer Federkonstanten verleiht.
- Die Steuervorrichtung zum Schalten der Absperrventile 16, 21 und/oder 29 kann zweckmäßig einen elektrischen Schwingkreis aufweisen, welcher entsprechend seiner Frequenz zum Beginn einer Rad-Stoßbelastung verzögert mittels elektrischer Impulse die erwähnten Ventile ansteuert und deren Schaltung auslöst. Die Verzögerungszeit für das Schalten der Absperr- bzw. Schaltventile 16, 21 und/oder 29 wird zweckmäßig entsprechend dem zeitlichen Überfahrabstand von Schienenstößen in der Größenordnung von bei Drehgestellfahrzeugen beispielsweise ein 0,25 sec gewählt, erforderlichenfalls kann eine fahrgeschwindigkeitsabhängige Steuerung der Verzögerungszeit vorgesehen werden.
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