EP0592388A1 - Anordnung zur Regelung des Druckniveaus bei einer Querfederung zwischen Drehgestell und Wagenkasten für Schienenfahrzeuge - Google Patents

Anordnung zur Regelung des Druckniveaus bei einer Querfederung zwischen Drehgestell und Wagenkasten für Schienenfahrzeuge Download PDF

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EP0592388A1
EP0592388A1 EP93890192A EP93890192A EP0592388A1 EP 0592388 A1 EP0592388 A1 EP 0592388A1 EP 93890192 A EP93890192 A EP 93890192A EP 93890192 A EP93890192 A EP 93890192A EP 0592388 A1 EP0592388 A1 EP 0592388A1
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EP
European Patent Office
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valve
control
transverse
bogie
control valves
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EP93890192A
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Andreas Dr. Dipl.-Ing. Haigermoser
Hans Dipl.-Ing. Hödl
Gerhard Dipl.-Ing. Neurohr
Martin Teichmann
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Siemens AG Oesterreich
Original Assignee
SGP Verkehrstechnik GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • 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
    • B61F5/04—Bolster supports or mountings
    • B61F5/10—Bolster supports or mountings incorporating fluid springs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • 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
    • B61F5/22—Guiding of the vehicle underframes with respect to the bogies
    • B61F5/24—Means for damping or minimising the canting, skewing, pitching, or plunging movements of the underframes
    • B61F5/245—Means for damping or minimising the canting, skewing, pitching, or plunging movements of the underframes by active damping, i.e. with means to vary the damping characteristics in accordance with track or vehicle induced reactions, especially in high speed mode

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for regulating the pressure level in a transverse suspension between bogie and car body for rail vehicles according to the preamble of claim 1.
  • the transverse suspension of rail vehicles was generally only given by the transverse stiffness of the secondary suspension and a progressive end stop.
  • the transverse stiffness of the secondary suspension offers a very soft spring characteristic. That is why the wheel-rail forces are very small.
  • cornering however, the car body is deflected by the centrifugal force so that it is finally pressed against the end stop.
  • the spring characteristic rises steeply in this case, which means that higher accelerations (shocks) can be transmitted to the car body. This also increases the wheel-rail forces and the associated mechanical loads on the vehicles and the rails themselves.
  • the bogie frame is connected to the car body via at least two horizontally acting pneumatic spring elements, preferably air bellows, which are connected to a compressed air source or the outside air via closable control valves , wherein the control valves by means of at least one lever connected to the bogie frame when the springs associated spring elements can be actuated and release the connection between the compressed air source and the spring element.
  • pneumatic spring elements preferably air bellows
  • the control valves by means of at least one lever connected to the bogie frame when the springs associated spring elements can be actuated and release the connection between the compressed air source and the spring element.
  • a further suspension is thus set in parallel.
  • the air suspension provided has the desired flat characteristic so that small deflections are softly cushioned. However, if the deflections exceed a certain limit, the air pressure is readjusted. This also increases the level of force in the transverse suspension. Since the transverse movements due to compensating disturbances are much smaller than the maximum transverse movements between the bogie and the body due to the centrifugal forces when cornering, these small movements remain uncontrolled due to rail disturbances and are intercepted by the transverse spring with a flat spring characteristic.
  • the invention has for its object to provide a simple and reliable arrangement for regulating the pressure level in the spring elements of the cross suspension described above. In doing so, a soft coordination when compensating transverse forces should lead to an increase in comfort, especially with S-curves, while at the same time reducing air consumption.
  • both control valves are in a position that connects the spring elements with the outside air, so that the spring characteristic in this area is due to the high mass of the car body and the small spring constant Secondary suspension is given.
  • the control valve associated with the spring element is first blocked and then a small valve cross section is released for connection to the compressed air source, so that a slow pressure increase in this spring element he follows.
  • the maximum valve cross-section is finally released so that the spring element can quickly build up a pressure which counteracts the static or quasi-static force and presses the body back towards the center. This increases the force level of the transverse suspension, but the slope of the characteristic remains essentially unchanged.
  • the car body is pushed slightly in the opposite direction of the force acting until the control valve of the spring element under pressure is brought into its open position, which connects the air bellows to the outside air. Then both control valves are again in the venting position and the state before the static or quasi-static force acts is restored. Due to the different released valve cross sections, the pressure is built up slowly and in addition to gaining control time, the slow interception of the transverse force achieves a softer characteristic and increases comfort.
  • the feature of claim 3 allows a precise adjustment of the breather of the spring element.
  • the two spring elements acting in opposite directions are connected to one another, while they are separated from one another outside this area.
  • the air volume contained in the spring elements is only blown back and forth between the two elements, thus reducing the air consumption.
  • the particularly advantageous effect of the connecting line and the valve provided therein comes into play after the end of a curve or after the end of the action of a static or quasi-static force.
  • the feature according to claim 4 results in a precise synchronization of the separation of the two oppositely acting spring elements with the start of ventilation of the loaded spring element to compensate for the transverse force that occurs.
  • the feature of claim 5 results in a symmetrical arrangement for deflections on both sides of the bogie or the body, so that the same on both sides Conditions for lifting lateral forces are provided.
  • a preferred direction of force occur under special conditions, for example with closed routes with a preferred direction of centrifugal force, it is also possible to take the arrangement into account by moving the area limits, in particular shifting these limits with respect to the zero position between the body and the bogie.
  • control arrangement With the control arrangement described in the preceding paragraphs, the required increase in the force level of the respective spring element can be carried out in a simple manner. Malfunction-prone electronic elements can be avoided with this simple mechanical-pneumatic arrangement, whereby a robust and reliable construction is obtained.
  • the control arrangement according to the invention is suitable for both powered bogies and running bogies.
  • Fig.1 denotes the lower part of the body frame.
  • the car body is usually on two, often several bogies, and the bogie frame is designated by 2.
  • a stop pin 3 is provided in the middle of the bogie, which is firmly connected to the bogie.
  • the bogie frame 2 is connected to the car body 1 via two horizontally acting pneumatic elements 4.
  • said pneumatic elements 4 are air bellows. These bellows 4 give the desired flat spring characteristic for the transverse movements due to rail faults, so that these faults are softly cushioned.
  • a progressive end stop (not shown), preferably a rubber buffer, is advantageously provided on both sides of the suspension. This dampens excessively large lateral movements of the car body 1 with respect to the bogie 2, as could occur, for example, in the event of a defect in the air suspension or in the case of excessive lateral accelerations. In such a case, the end stop comes into contact with the centrally located stop pin 3 of the bogie 2 and thus the progressive spring characteristic of the stop begins to take effect.
  • the end stop is advantageously arranged inside the pneumatic elements 4, which saves space and is protected against external influences.
  • the supply of compressed air from the compressed air source 7 into the respectively loaded air bellows 4 begins via the control valve 6.
  • the control valves 6 are actuated by means of one lever each 5, whose deflection in one direction releases the connection to the compressed air source 7 and whose deflection in the opposite direction releases a connection of the air bellows 4 to the outside air.
  • the levers 5 of both control valves 6 are with a preferably attached to the stop pin 3 crossbar 8. In a certain area in between, the control valve 6 closes both connecting lines.
  • the increase in pressure in the respective air bellows 4 compensates for the centrifugal acceleration, so that minor disturbances in the flat characteristic curve area of the air suspension are absorbed even when driving through curves.
  • an additional volume is in pneumatic connection with the air suspension bellows 4. If this additional volume is of sufficient size, the increase in stiffness can be kept insignificant even when the level of the spring characteristic is increased by increasing the air pressure in one of the air bellows.
  • FIG. 2 A circuit diagram of an exemplary practical valve arrangement for the arrangement according to the invention is shown in FIG. 2. From the compressed air source, not shown here, air under high pressure passes via a through tap 10 and an overflow valve 11 to the two control valves 6. These either connect the air bellows 4 to the outside air via an overflow valve 14 each, or supply compressed air to the latter.
  • control valves 6 and the valve 9 are mechanically actuated to connect the two air bellows to one another.
  • the characteristic curves of the three valves 6, 9 are shown in FIG. 3, the valve cross section being plotted over the transverse path.
  • the valve 9 connecting the spring elements 4 is characterized by the characteristic shown in broken lines, while the solid or the dotted characteristic are assigned to the two control valves 6.
  • the branch originating from the abscissa and pointing away from the origin corresponds to the characteristic curve of a connection with the compressed air source, i.e. a ventilation of the respective spring element 4 with air under high pressure
  • the branch directed towards the origin corresponds to a ventilation of the respective one Spring element corresponds.
  • FIGS. 3 and 4 the latter showing the characteristic curve for a transverse suspension with the control arrangement according to the invention.
  • both control valves are in a position in which the two air spring elements 4 are connected to one another via the valve 9 and, moreover, both elements 4 are vented via the control valves 6 with a very small cross section.
  • the spring characteristic is thus characterized by the curve shape A, which reflects the transverse stiffness of a conventional secondary suspension, for example a flexicoil spring or a purely unregulated air suspension. If a progressive end stop, for example a rubber buffer, is provided, the progressive characteristic curve represented by curve B results with larger transverse deflections without the control behavior according to the invention.
  • the spring characteristic curve starting from the highest possible level of force, after exceeding the spring range of the air suspension, outside the limit S2 for the transverse travel, the progressive curve shape B '.
  • the deflection quickly decreases due to the pressure of the strongly ventilated spring element 4 and the transverse travel finally falls below the limit S 1, so that the pressurized spring element 4 is no longer supplied with compressed air while the valve 9 in turn releases the connecting line between the two spring elements 4 acting in opposition to one another.
  • the spring element 4 under pressure is thereby vented into the environment on the one hand with a small cross-section, but the largest proportion of the compressed air is conducted via the connecting line into the spring element 4 acting in the opposite direction.
  • the arrangement according to the invention is particularly advantageous if an oppositely directed force acts immediately after the end of the action of a static or quasi-static force in one direction. In conventional arrangements, this would lead to an overshoot of the deflection by superimposing the static or quasi-static force and the force exerted by the spring element under pressure. As a result, the progressive end stop could be reached quickly and a hard transverse spring characteristic with transmission of shocks into the car body could be achieved.

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Abstract

Anordnung zur Regelung des Druckniveaus bei einer Querfederung zwischen Drehgestell und Wagenkasten für Schienenfahrzeuge, bei welchen der Drehgestellrahmen mit dem Wagenkasten über zumindest zwei pneumatische Federelemente, vorzugsweise Luftfederbälge, verbunden ist, die über Regelventile bei Einfedern des zugehörigen Federelementes aus einer sperrenden Grundstellung mit einer Druckluftquelle oder andernfalls mit der Außenluft in Verbindung stehen, wobei die den einander entgegengesetzt wirkenden Federelementen zugehörigen Ventile gegensinnig gekoppelt und die Regelventile mittels zumindest eines Hebels betätigbar sind, wobei die Regelventile (6) in einem engen Bereich zu beiden Seiten um die sperrende Stellung einen relativ geringen Querschnitt freigeben, in einem daran anschließenden weiteren Bereich zu beiden Seiten einen großen Ventilquerschnitt freigeben, und die sperrende Stellung jedes Ventiles (6) bei einer geringen Einfederung des zugehörigen Federelementes (4) erreicht ist. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Regelung des Druckniveaus bei einer Querfederung zwischen Drehgestell und Wagenkasten für Schienenfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Die Querfederung von Schienenfahrzeugen war im allgemeinen nur über die Quersteifigkeit der Sekundärfederung sowie einen progressiven Endanschlag gegeben. Bei gerader Fahrt bietet die Quersteifigkeit der Sekundärfederung eine sehr weiche Federkennlinie. Deswegen sind auch die Rad-Schiene-Kräfte sehr klein. Bei Kurvenfahrten jedoch wird der Wagenkasten durch die Fliehkraft so weit ausgelenkt, daß er schließlich gegen den Endanschlag gedrückt wird. Die Federkennlinie steigt in diesem Falle steil an, was zur Folge hat, daß höhere Beschleunigungen (Stöße) in den Wagenkasten übertragen werden können. Auch die Rad-Schiene-Kräfte und die damit zusammenhängenden mechanischen Belastungen der Fahrzeuge sowie der Schienen selbst sind dadurch größer.
  • Aus diesem Grund wurden Querfederungen für Schienenfahrzeuge geschaffen, deren Federrate auch bei hohen, freien Seitenbeschleunigungen klein ist, sodaß auch bei Kurvenfahrten die Massenträgheit ausgenutzt werden kann, um durch die hohe Masse des Wagenkastens und die kleine Federkonstante eine weiche Schwingung zu erzielen.
  • Bei diesen Querfederungs-Konstruktionen, wie beispielsweise bei jener der EP-OS 128 126, ist der Drehgestellrahmen mit dem Wagenkasten über zumindest zwei horizontal wirkende pneumatische Federelemente, vorzugsweise Luftfederbälge, verbunden, die über verschließbare Regelventile mit einer Druckluftquelle bzw. der Außenluft in Verbindung stehen, wobei die Regelventile mittels zumindest je eines mit dem Drehgestellrahmen verbundenen Hebels bei Einfedern der zugeordneten Federelemente betätigbar sind und die Verbindung zwischen Druckluftquelle und Federelement freigeben.
  • Zusätzlich zu der in Querrichtung vorhandenen Federwirkung der Sekundärfedern ist somit eine weitere Federung parallel angestellt. Die vorgesehene Luftfederung weist die gewünschte flache Kennlinie auf, sodaß kleine Auslenkungen weich abgefedert werden. Überschreiten jedoch die Auslenkungen ein gewisses Grenzmaß, wird der Luftdruck nachgeregelt. Dadurch wird auch das Kraftniveau der Querfederung erhöht. Da die Querbewegungen zufolge von ausgleichenden Störungen wesentlich kleiner sind als die maximalen Querbewegungen zwischen Drehgestell und Wagenkasten aufgrund der Fliehkräfte bei der Kurvenfahrt, bleiben diese kleinen Bewegungen aufgrund von Schienenstörungen ungeregelt und werden von der Querfeder mit einer flachen Federkennlinie abgefangen.
  • Das Ansteigen der Federkennlinien von Luftfedern bei höheren Betriebsdrücken kann durch ein ausreichendes Zusatzvolumen kleingehalten werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und funktionssichere Anordnung zur Regelung des Druckniveaus in den Federelementen der oben beschriebenen Querfederung anzugeben. Dabei soll eine weiche Abstimmung beim Ausgleichen von Querkräften zu einer Komforterhöhung, speziell bei S-Kurven, führen, wobei gleichzeitig der Lufverbrauch gesenkt werden soll.
  • Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe durch das kennzeichnende Merkmal des Patentanspruches 1 gelöst. Innerhalb eines engen Bereiches um die Mittellage des Wagenkastens gegenüber dem Drehgestell sind beide Regelventile in einer Stellung, welche die Federelemente mit der Außenluft verbindet, sodaß die Federcharakteristik in diesem Bereich allein durch die hohe Masse des Wagenkastens und die kleine Federkonstante der Sekundärfederung gegeben ist. Bei einer durch statische oder quasi-statische Kräfte, wie beispielsweise die Fliehkraft bei einer Kurvendurchfahrt, verursachten größeren Auslenkung, wird das dem einfedernden Federelement zugehörige Regelventil zuerst gesperrt und dann ein geringer Ventilquerschnitt zur Verbindung mit der Druckluftquelle freigegeben, sodaß ein langsamer Druckanstieg in diesem Federelement erfolgt. Nach Überschreiten einer noch größeren Querauslenkung zwischen Drehgestell und Wagenkasten wird schließlich der maximale Ventilquerschnitt freigegeben, sodaß das Federelement rasch einen Druck aufbauen kann, der der statischen oder quasistatischen Kraft entgegenwirkt und den Wagenkasten wieder zur Mitte hin drückt. Damit ist das Kraftniveau der Querfederung angehoben, die Steigung der Kennlinie bleibt jedoch im wesentlichen unverändert. Nach Ende des Einwirkens, beispielsweise der Fliehkraft, wird der Wagenkasten geringfügig in die Gegenrichtung der bisher wirkenden Kraft gedrückt, bis das Regelventil des unter Druck stehenden Federelementes in seine geöffnete, den Luftfederbalg mit der Außenluft verbindende Stellung gebracht wird. Dann sind beide Regelventile wieder in der Entlüftungsstellung und der Zustand vor Einwirken der statischen oder quasi-statischen Kraft ist wieder hergestellt. Durch die unterschiedlichen freigegebenen Ventilquerschnitte wird der Druck langsam aufgebaut und zusätzlich zum Gewinn von Regelzeit wird durch das langsame Abfangen der Querkraft eine weichere Charakteristik erzielt und der Komfort erhöht.
  • Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch die Maßnahme nach Anspruch 2. Während in der Mittenstellung des Wagenkastens gegenüber dem Drehgestell beide Regelventile auf Entlüften mit geringem Ventilquerschnitt gestellt sind, wird bei langsamen Druckaufbau in einem Federelement das gegenüberliegende entgegengesetzt wirkende Federelement rasch mit großem Ventilquerschnitt entlüftet, sodaß dem Druckaufbau und dem Aufbau einer Gegenkraft der geringstmögiche Widerstand entgegengesetzt wird.
  • Das Merkmal des Anspruches 3 erlaubt eine genaue Abstimmung des Entlüfters des Federelementes. Innerhalb eines engen Bereiches um die Nullage zwischen Wagenkasten und Drehgestell sind die beiden entgegengesetzt wirkenden Federelemente miteinander in Verbindung gebracht, während sie außerhalb dieses Bereiches von einander getrennt werden. Bei der Geradeausfahrt wird das in den Federelementen enthaltende Luftvolumen lediglich zwischen den beiden Elementen hin und her geblasen und somit der Luftverbrauch vermindert. Die besonders vorteilhafte Wirkung der Verbindungsleitung und des darin vorgesehenen Ventils kommt nach Beendigung einer Kurvendurchfahrt bzw. nach Beendigung des Wirkens einer statischen oder quasi-statischen Kraft zum Tragen. Wenn nämlich der Wagenkasten auf die der bisherigen Einfederung entgegengesetzte Seite gedrückt wird, wird durch die Öffnung des Ventils in der Verbindungsleitung die Luft des unter Druck stehenden Federelementes in das gegenüberliegende entgegengesetzt wirkende Federelement abgeblasen, sodaß dieses vorerst ohne weiteren Luftverbrauch die über die Nullage hinausgehende Bewegung abfängt. Dies ist auch dadurch möglich, da das Entlüften beider Federelemente in diesem Bereich mit relativ geringem Ventilquerschnitt erfolgt, sodaß genügend Luftvolumen für diesen Zweck vorhanden ist. Unerwünschte Schwingungen der Querfederung können durch den Einbau einer Drossel in die Verbindungsleitung gedämpft bzw. unterbunden werden.
  • Durch das Merkmal nach Anspruch 4 ergibt sich eine genaue Synchronisierung des Trennens der beiden einander entgegengesetzt wirkenden Federelemente mit dem Beginn der Belüftung des belasteten Federelementes zum Ausgleich der auftretenden Querkraft.
  • Das Merkmal nach Anspruch 5 ergibt eine für Auslenkungen auf beide Seiten des Drehgestelles bzw. des Wagenkastens symmetrische Anordnung, sodaß zu beiden Seiten die gleichen Verhältnisse zur Aufhebung von Querkräften vorgesehen sind. Sollte jedoch unter speziellen Bedingungen eine bevorzugte Kraftrichtung auftreten, beispielsweise bei geschlossenen Fahrwegen mit einer bevorzugten Richtung der Fliehkraft, ist es auch möglich, die Anordnung durch Verlegen der Bereichsgrenzen, insbesondere Verschiebung dieser Grenzen gegenüber der Nullage zwischen Wagenkasten und Drehgestell, zu berücksichtigen.
  • Mit der in den vorstehenden Absätzen beschriebenen Regelanordnung kann in einfacher Weise die verlangte Anhebung des Kraftniveaus des jeweiligen Federelementes durchgeführt werden. Störungsanfällige elektronische Elemente können bei dieser einfachen mechanisch-pneumatischen Anordnung vermieden werden, wodurch ein robuster und betriebssicherer Aufbau erhalten wird. Die erfindungsgemäße Regelanordnung eignet sich sowohl für Triebsdrehgestelle als auch für Laufdrehgestelle.
  • In der nachfolgenden Beschreibung soll anhand eines vorteilhaften Ausführungsbeispieles und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen die Erfindung näher erläutert werden. Dabei zeigt
    • Fig. 1
    ein Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Anordnung in schematischer Darstellung,
    Fig. 2
    zeigt ein Schaltschema einer beispielhaften Ventilanordnung,
    Fig. 3
    zeigt ein Diagramm mit den Kennlinien der drei vorgesehenen Ventile und
    Fig. 4
    ein Diagramm mit den Kennlinien der Querfederung bei Anwendung der erfindungsgemäßen Druckniveauregelung.
  • In Fig.1 bezeichnet 1 den unteren Teil des Wagenkastenrahmens. Der Wagenkasten liegt auf zumeist zwei, oftmals auch mehreren Drehgestellen auf, und der Drehgestellrahmen ist mit 2 bezeichnet. Um die Querbewegungen des Wagenkastenrahmens 1 gegenüber dem Drehgestellrahmen 2 zu begrenzen, ist beispielsweise in der Mitte des Drehgestelles ein Anschlagzapfen 3 vorgesehen, welcher mit dem Drehgestell fest verbunden ist.
  • Der Drehgestellrahmen 2 ist mit dem Wagenkasten 1 über zwei horizontal wirkende, pneumatische Elemente 4 verbunden. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich bei den besagten pneumatischen Elementen 4 um Luftfederbälge. Diese Luftfederbälge 4 ergeben die gewünschte flache Federkennlinie für die Querbewegungen aufgrund von Schienenstörungen, sodaß diese Störungen weich abgefedert werden.
  • Vorteilhafterweise ist ein (nicht dargestellter) progressiver Endanschlag, vorzugsweise ein Gummipuffer, auf beiden Seiten der Federung vorgesehen. Dieser dämpft allzu große seitliche Bewegungen des Wagenkastens 1 gegenüber dem Drehgestell 2, wie sie beispielsweise bei einem Defekt der Luftfederung oder bei zu großen Querbeschleunigungen auftreten könnten. In einem solchen Fall kommt der Endanschlag mit dem mittig gelegenen Anschlagzapfen 3 des Drehgestelles 2 in Kontakt und somit beginnt die progressive Federkennlinie des Anschlages zu wirken. Der Endanschlag ist vorteilhafterweise im Inneren der pneumatischen Elemente 4 angeordnet, wodurch Platz eingespart wird, und er gegenüber äußeren Einflüssen geschützt ist.
  • Sobald der Wagenkasten 1 gegenüber dem Drehgestell 2 über ein gewisses frei wählbares Maß in Querrichtung ausgelenkt wird, beginnt über das Regelventil 6 die Zufuhr von Druckluft aus der Druckluftquelle 7 in den jeweils belasteten Luftfederbalg 4. Die Ansteuerung der Regelventile 6 erfolgt dabei mittels je eines Hebels 5, dessen Auslenkung in einer Richtung die Verbindung zur Druckluftquelle 7 und dessen Auslenkung in die Gegenrichtung eine Verbindung des Luftfederbalges 4 zur Außenluft freigibt. Die Hebel 5 beider Regelventile 6 sind mit einer vorzugsweise am Anschlagzapfen 3 angebrachten Querstange 8 verbunden. In einem bestimmten Bereich dazwischen verschließt das Regelventil 6 beide Verbindungsleitungen. Durch die Druckerhöhung im jeweiligen Luftbalg 4 wird die Fliehbeschleunigung ausgeglichen, sodaß auch bei Kurvendurchfahrt kleinere Störungen im flachen Kennlinienbereich der Luftfederung aufgefangen werden.
  • Um das Ansteigen der Steifigkeit der Luftfederung bei der Druckzunahme im Falle der Ausregelung größerer Fliehbeschleunigungen so klein als möglich zu halten, kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, daß ein Zusatzvolumen mit den Luftfederbälgen 4 in pneumatischer Verbindung steht. Bei ausreichender Größe dieses Zusatzvolumens kann auch bei einer Niveauanhebung der Federkennlinie durch Steigerung des Luftdrucks in einem der Luftfederbälge das Ansteigen der Steifigkeit unwesentlich gehalten werden.
  • Ein Schaltschema einer beispielhaften praktischen Ventilanordnung für die erfindungsgemäße Anordnung ist in Fig. 2 dargestellt. Von der hier nicht gezeigten Druckluftquelle gelangt unter hohem Druck stehende Luft über einen Durchgangshahn 10 und ein Überströmventil 11 zu den beiden Regelventilen 6. Diese stellen entweder über je ein Überströmventil 14 die Verbindung des Luftfederbalges 4 mit der Außenluft her, oder führen diesem Druckluft zu. Vorteilhafterweise ist auch noch ein Druckminderventil 12 sowie, jedem Regelventil 6 zugeordnet, je ein Rückschlagventil 13 vorgesehen. Über die beiden letztgenannten Ventile 12 und 13 wird den Luftfedern 4 Druckluft unter geringem Druck stetig zugeführt, sodaß sie nicht zusammenfallen können.
  • Wie durch die durchbrochenen Linien in Fig. 2 angedeutet ist, werden die Regelventile 6 und das Ventil 9 zur Verbindung der beiden Luftfederbälge miteinander mechanisch betätigt.
  • In Fig. 3 sind die Kennlinien der drei Ventile 6, 9 dargestellt, wobei der Ventilquerschnitt über dem Querweg aufgetragen ist. Das die Federelemente 4 verbindende Ventil 9 ist durch die strichliert dargestellte Kennlinie charakterisiert, während den beiden Regelventilen 6 die durchgezogene bzw. die punktierte Kennlinie zugeordnet sind. Für diese gilt, daß der von der Abszisse ausgehende und vom Ursprung wegweisende Ast der Kennlinie einer Verbindung mit der Druckluftquelle, also einem Belüften des jeweiligen Federelementes 4 mit unter hohem Druck stehender Luft, entspricht, während der zum Ursprung hin gerichtete Ast einer Entlüftung des jeweiligen Federelementes entspricht.
  • Unter spezieller Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4, wobei die letztere den Kennlinienverlauf für eine Querfederung mit der erfindungsgemäßen Regelungsanordnung zeigt, soll nun die Wirkung der erfindungsgemäßen Anordnung erläutert werden.
  • Bei relativ geringen Auslenkungen des Wagenkastens 1 gegenüber dem Drehgestell 2 sind beide Regelventile in einer Stellung, bei der die beiden Luftfederelemente 4 über das Ventil 9 miteinander verbunden sind und darüberhinaus beide Elemente 4 über die Regelventile 6 bei sehr kleinem Querschnitt entlüftet werden. Damit ist die Federkennlinie durch den Kurvenverlauf A charakterisiert, der die Quersteifigkeit einer herkömmlichen Sekundärfederung, beispielsweise einer Flexicoilfeder oder auch einer reinen ungeregelten Luftfederung wiedergibt. Wenn ein progressiver Endanschlag, beispielsweise ein Gummipuffer, vorgesehen ist, ergibt sich bei größeren Querauslenkungen ohne das erfindungsgemäße Regelverhalten der durch die Kurve B dargestellte progressive Kennlinienverlauf.
  • Überschreiten die Querauslenkungen des Wagenkastens 1 gegenüber dem Drehgestell 2 jedoch die durch S₁ gekennzeichneten Grenzen, innerhalb derer die beiden Luftfederelemente 4 miteinander verbunden sind, werden die beiden Elemente 4 durch Absperren des Ventiles 9 getrennt und gleichzeitig beginnt eine langsame Belüftung des belasteten Federelementes 4 über einen kleinen Querschnitt des zugeordneten Regelventiles 6. Gleichzeitig wird der Ventilquerschnitt des dem entgegengesetzt wirkenden Federelementes 4 zugehörigen Regelventiles 6 vergrößert und dieses Element 4 über einen großen Querschnitt stark entlüftet. Dieser Zustand bleibt bis zum Erreichen einer zweiten Grenze S₂ für die Querauslenkung erhalten, sodaß zwischen den Querauslenkungen S₁ und S₂ weiter ein flacher Kennlinienverlauf der Querfederung gegeben ist.
  • Überschreitet jedoch der Querweg bei der Auslenkung des Wagenkastens 1 gegenüber dem Drehgestell auch die Grenze S₂, wird das komprimierte Federelement 4 nunmehr über einen großen Querschnitt seines zugehörigen Regelventiles 6 belüftet, während das entgegengesetzt wirkende Federelement stark entlüftet bleibt. Damit wird der Druck im belasteten Federelement 4 solange erhöht, bis sich der Wagenkasten 1 wieder soweit zur Mitte bewegt hat, daß die Grenze S₂ für den Querweg der Auslenkung unterschritten ist. Überlagerte kleinere Auslenkungen werden von der erfindungsgemäßen Anordnung nicht ausgeregelt, weshalb für diese eine flache Kennlinie entsprechend einer parallel verschobenen Federkennlinie A zum Tragen kommt und kleinere Störungen im schraffierten Bereich innerhalb der zwischen den beiden Grenzen S₁ und S₂ liegenden Zone weich von der Sekundärfederung, jedoch bei entsprechend angehobenem Kraftniveau, aufgefangen werden.
  • Da auch bei der erfindungsgemäßen Konstruktion ein Endanschlag vorgesehen ist, nimmt die Federkennlinie, ausgehend vom höchstmöglichen ausgeregelten Kraftniveau, nach Überschreiten des Federbereiches der Luftfederung, außerhalb der Grenze S₂ für den Querweg, den progressiven Kurvenverlauf B'.
  • Nach Beendigung des die große Auslenkung des Wagenkastens verursachenden Zustandes nimmt die Auslenkung durch den Druck des stark belüfteten Federelementes 4 schnell ab und der Querweg unterschreitet schließlich die Grenze S₁, sodaß dem unter Druck stehenden Federelement 4 keine weitere Druckluft mehr zugeführt wird, während das Ventil 9 wiederum die Verbindungsleitung zwischen den beiden entgegengesetzt zueinander wirkenden Federelementen 4 freigibt. Das unter Druck stehende Federelement 4 wird dadurch einerseits mit geringem Querschnitt in die Umgebung hin entlüftet, jedoch wird der größte Anteil der Druckluft über die Verbindungsleitung in das entgegengesetzt wirkende Federelement 4 geleitet. Da dieses ebenfalls nur mit geringem Querschnitt entlüftet ist, baut sich darin ein Druck auf, der eine über die Nullage des Wagenkastens 1 gegenüber dem Drehgestell 2 hinausschießende Bewegung weich abfängt und den Querweg innerhalb der Grenzen S₁ zu beiden Seiten der Nullage hält.
  • Von besonderem Vorteil ist die erfindungsgemäße Anordnung, wenn gleich nach Ende des Wirkens einer statischen oder quasi-statischen Kraft in eine Richtung eine entgegengesetzt gerichtete Kraft wirksam wird. Bei herkömmlichen Anordnungen würde dies zu einem Überschießen der Auslenkung durch Überlagerung der statischen bzw. quasi-statischen Kraft und der durch das unter Druck stehende Federelement ausgeübten Kraft führen. Dadurch könnte rasch der progressive Endanschlag erreicht und eine harte Querfedercharakteristik mit Übertragung von Stößen in den Wagenkasten erreicht werden.
  • Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird jedoch durch das von einem Federelement 4 in das entgegengesetzt wirkende Federelement 4 übertragende Luftvolumen die entsprechende Bewegung des Wagenkastens abgefangen und bei einer zusätzlichen Auslenkung das dem nunmehr komprimierten Federelement 4 zugehörige Regelventil 6 gesperrt, wobei der Druck in diesem Federelement 4 bereits auf einem wesentlich höherem Niveau als dem Normalniveau, beispielsweise während der Geradeausfahrt, ist. Ein allenfalls notwendiger weiterer Aufbau einer Gegenkraft im Federelement 4 durch starkes Belüften mit Druckluft kann nun viel rascher vor sich gehen, sodaß die Auslenkung aufgrund der statischen bzw. quasi-statischen Kraft lange vor Erreichen des progressiven Endanschlages gestoppt wird. Dies bedeutet, daß auch auf Strecken mit rasch aufeinanderfolgenden Kurven zu jedem Zeitpunkt kleinere Auslenkungen weich abgefedert werden können und zu keiner Zeit harte Stöße ins Wageninnere weitergeleitet werden. Diese Erhöhung des Fahrkomforts, welche auch Schienen und Radsätze weniger belastet, wird dabei gleichzeitig bei vermindertem Luftverbrach erzielt, da beim Übergang der Auslenkung von einer Richtung in die andere das Luftvolumen des jeweils unter Druck stehenden Federelementes nicht abgeblasen, sondern dem entgegengesetzt wirkenden Federelement zugeleitet wird.

Claims (5)

  1. Anordnung zur Regelung des Druckniveaus bei einer Querfederung zwischen Drehgestell und Wagenkasten für Schienenfahrzeuge, bei welchen der Drehgestellrahmen mit dem Wagenkasten über zumindest zwei pneumatische und entgegengesetzt wirkende Querfederelemente, vorzugsweise Luftfederbälge, verbunden ist, welche Querfederelemente zumindest bei starkem Einfedern über Regelventile mit einer Druckluftquelle verbunden sind, bei leichtem Einfedern isoliert sind und bei unbelastetem Zustand und Ausfedern mit der Außenluft in Verbindung stehen, wobei die einander entgegengesetzt wirkenden Federelementen zugehörigen Regelventile gegensinnig gekoppelt und mittels zumindest jeweils eines Hebels bei Auslenkung des Wagenkastens gegenüber dem Drehgestellrahmen betätigbar sind und die neutrale Sperrstellung jedes Ventiles bei einer geringen Einfederung des zugehörigen Querfederelementes erreicht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelventile (6) zu beiden Seiten um die neutrale Stellung zwei weitere Steuerstufen aufweisen, wobei die zweite Stufe einen relativ geringen Querschnitt freigibt und in einem engen Bereich um die neutrale Stellung vorgesehen ist, die dritte Stufe einen großen Ventilquerschnitt freigibt und außerhalb des engen Bereiches der zweiten Stufe vorgesehen ist.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die neutrale Stellung eines einem Querfederelement (4) zugehörigen Regelventiles (6) mit dem Übergang zwischen der zweiten und dritten Steuerstufe des dem entgegengesetzt wirkenden Querfederelementes (4) zugehörigen Regelventiles (6) im wesentlichen zusammenfällt.
  3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden entgegengesetzt wirkenden Federelemente (4) über eine Leitung miteinander in Verbindung stehen, in welcher zumindest ein Ventil (9) mit zwei Steuerstufen vorgesehen ist, dessen ersten Steuerstufe in einem engen Bereich um die
    neutrale Stellung einen genau definierten Querschnitt der Leitung freigibt und dessen zweite Steuerstufe zu beiden Seiten außerhalb des besagten Bereiches die Leitung sperrt, wobei die neutrale Stellung des Ventiles (9) bei Mittellage des Wagenkastens (1) gegenüber dem Drehgestellrahmen (2) erreicht ist.
  4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang von der ersten zur zweiten Steuerstufe des Ventiles (9) jeweils mit der neutralen Stellung der Regelventile (6) im wesentlichen übereinstimmt.
  5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer auslenkungsfreien Mittelstellung des Wagenkastens (1) gegenüber dem Drehgestellrahmen (2) die Regelventile (6) gleich weit aus der neutralen Stellung gebracht sind und das oder jedes Ventil (9) in der Leitung (18) die neutrale Stellung einnimmt.
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