EP2483125A2 - Federanordnung zur niveauregulierung in einem fahrzeug - Google Patents

Federanordnung zur niveauregulierung in einem fahrzeug

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EP2483125A2
EP2483125A2 EP10762633A EP10762633A EP2483125A2 EP 2483125 A2 EP2483125 A2 EP 2483125A2 EP 10762633 A EP10762633 A EP 10762633A EP 10762633 A EP10762633 A EP 10762633A EP 2483125 A2 EP2483125 A2 EP 2483125A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
spring
actuator
vehicle
decoupling
unit
Prior art date
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Granted
Application number
EP10762633A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2483125B1 (de
Inventor
Cedric Zanutti
Michael Wusching
Andreas Wolf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alstom Transportation Germany GmbH
Original Assignee
Bombardier Transportation GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Bombardier Transportation GmbH filed Critical Bombardier Transportation GmbH
Priority to PL10762633T priority Critical patent/PL2483125T3/pl
Publication of EP2483125A2 publication Critical patent/EP2483125A2/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2483125B1 publication Critical patent/EP2483125B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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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
    • B61F5/14—Side bearings
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a spring arrangement for the level-regulating support of a car body on a chassis of a vehicle, in particular one
  • Federeinnchtung claimed a first space, while the actuator claimed a second space.
  • the spring device and the actuator device are connected to one another in an effective direction in a kinematic serial arrangement, wherein the actuator device is designed to compensate at least partially for a change in length of the spring device in the direction of action by a displacement on an actuator component in the direction of action.
  • the present invention further relates to
  • an active spring system is further known in which between the car body and a bogie frame kinematically parallel to a passive spring (for example, a conventional coil spring) of the
  • Secondary suspension is connected to an actuator of a hydropneumatic actuator device.
  • This actuator can be used to actively adjust the level of the car body by (in parallel to the supporting force of the passive spring) exerts a corresponding actuating force between the car body and the bogie frame.
  • Coil spring of the secondary suspension
  • an actuator of an actuator device is connected.
  • the coaxially arranged to the spring actuator can be used to actively adjust the level of the car body by a change in length of the spring (as resulting, for example, from a change in the load of the vehicle) by a corresponding own change in length (ie a shift on one of his
  • the present invention is therefore based on the object to provide a spring arrangement or a vehicle of the type mentioned above, soft not the disadvantages mentioned above or at least to a lesser extent and in particular in a simple and reliable way, the integration of a level control in a
  • the present invention solves this problem starting from a spring arrangement according to the preamble of claim 1 by the features stated in the characterizing part of claim 1.
  • the present invention is based on the technical teaching that allows the integration of a level control in a vehicle without significant compromises in driving safety and travel comfort for the passengers in a simple and reliable manner, if one arranges the mutually kinematically serially arranged spring means and actuator means in that the installation spaces claimed by them overlap in an overlapping area, at least in their effective direction. Due to this overlap, a particularly compact design can be achieved in the effective direction (usually the vehicle height direction in which the vehicle body is primarily supported by the spring arrangement) without (for a given installation space) a significant shortening of the spring (s) Spring arrangement, the rigidity of the spring assembly is influenced to a considerable extent.
  • the present invention therefore relates to a spring arrangement for level-regulating support of a car body on a chassis of a vehicle, in particular a rail vehicle, with a spring device and an actuator, wherein the spring means claimed a first space, the actuator claimed a second space, the spring means and the actuator device in a direction of action in a kinematic serial arrangement with each other are connected and the actuator device is adapted to a change in length of the spring means in the direction of action by a shift on a
  • the overlapping of the installation spaces can be chosen to be different.
  • the overlap region has a first dimension in the direction of action, while the spring device has a second dimension in a nominal operating state in the effective direction, the first dimension then being at least 20% of the second dimension.
  • the state of the vehicle with a nominal load or the state of the spring assembly with a rated load for which the
  • the spring device comprises at least one spring unit and the actuator device comprises at least one actuator unit, wherein the at least one spring unit and the at least one actuator unit are arranged interleaved to produce the overlap area.
  • the nested arrangement can be realized, for example, in that an actuator unit is inserted into an attractively designed portion of a spring unit, so that this portion of the spring unit the
  • Actuator unit in other words surrounds.
  • a part of the spring unit is inserted in a correspondingly shaped section of the actuator unit.
  • the spring device comprises at least two spring units, while the actuator device comprises at least one actuator unit.
  • the actuator unit is then arranged to produce the overlap region in a gap between the at least two spring units.
  • the actuator unit can be arranged in the space between two or more spring units. Because of the particularly simple, relatively small design, however, variants are preferably realized with only two spring units.
  • the actuator unit is connected to the spring device via at least one coupling device, wherein the coupling device comprises a bridge element.
  • the bridge element is connected at a first end with a first spring unit of the spring device, while at a second end with a second
  • the bridge element has a
  • connection between the actuator unit and the spring device can basically be designed in any suitable manner.
  • a substantially rigid connection between the actuator unit and the spring device may be provided.
  • a decoupling of loads in these load directions running transversely to the direction of action is preferably provided in the area of the actuator unit.
  • the decoupling can be done in any suitable manner.
  • the spring arrangement according to the invention for example, it is provided that the
  • Actuator unit is connected via at least one coupling device with the spring means, wherein the at least one coupling device at least one Includes joint means, via which the actuator unit to at least one
  • Decoupling axis is pivotally connected to the spring device.
  • the at least one decoupling axis extends in this case in a transverse, in particular perpendicular, plane extending to the direction of action, so that the decoupling of moments about this decoupling axis is ensured.
  • the joint device may be designed, for example, in the manner of a ball joint or in the manner of a gimbal joint.
  • the joint device can also be at least one elastic element, which provides the decoupling around the decoupling axis.
  • it may be one or more elastic bushings in which or in which the actuator unit is elastically mounted.
  • the spring units and the actuator unit can in principle be arranged in any suitable manner with respect to one another.
  • an arrangement is chosen in which the longitudinal axes of the spring units and the actuator unit are arranged substantially coplanar, since this is advantageous in terms of a balanced distribution of forces and moments within the spring assembly.
  • a balanced distribution of forces and moments within the spring assembly In this case, a
  • Decoupling then preferably about an axis extending transversely to this plane.
  • the first spring unit defines a first spring axis
  • the second spring unit defines a second spring axis and the first spring axis and the second spring axis define a spring axis plane.
  • the at least one decoupling axis of the coupling device extends transversely, in particular perpendicularly, to the spring axis plane.
  • the decoupling device provides at least one torque decoupling at least one transverse to the direction of action torque axis available.
  • the decoupling can in the region of the connection of the actuator at the Spring device (ie in the coupling region between the spring device and the actuator device) may be provided, as already above the example special
  • the decoupling of undesired forces and moments can additionally or alternatively but also at another location (as in the coupling region between the spring device and the actuator device).
  • Spring arrangement are the spring means and the actuator in one
  • Coupling region interconnected wherein the decoupling region is arranged in a force flow direction spaced from the coupling region to the
  • Decoupling (possibly also) to be made available elsewhere than the coupling area.
  • the decoupling area is remote from the
  • Coupling area arranged. This can be anywhere in the area
  • the decoupling region is in an end region facing away from the coupling region in the force flow direction
  • the respective decoupling device can in principle be realized by any suitable units. So one or more simple rotary joints or swivel joints can be used. In a particularly compact space can be a
  • the decoupling device for this purpose comprises at least one elastic element, in particular a rubber element.
  • the spring device can in principle also be realized by any suitable elements.
  • passive air springs can be used.
  • the spring device preferably comprises at least one mechanical spring unit, wherein the spring unit preferably comprises at least one rubber element and / or at least one metal spring.
  • the actuator device can also be realized in the basically any suitable manner using any suitable active principle (individually or in any desired combination).
  • electromechanical actuators eg.
  • the actuator device preferably comprises at least one actuator unit operating according to a fluidic operating principle
  • the actuator device preferably comprises at least one hydraulic actuator unit and / or at least one hydropneumatic actuator unit.
  • the present invention further relates to a vehicle, in particular a
  • Rail vehicle with a car body, a chassis and a spring arrangement according to the invention, wherein the spring arrangement for level-regulating support of the car body on the chassis between the car body and a component of the chassis, in particular a chassis frame of the chassis is arranged.
  • the spring arrangement according to the invention can be arranged between two components of the chassis.
  • Actuator device connected control device and a control device connected to the sensor device is provided, wherein the sensor device is adapted to detect a current value of a detection amount that is representative of a level of the car body in the height direction above a reference level of a currently traveled track.
  • the control device is then level-regulating
  • the sensor device may be any suitable device which operates according to any mode of action.
  • non-contact sensors may be provided.
  • Figure 1 is a schematic side view of a preferred embodiment of
  • Figure 2 is a schematic perspective view of the spring assembly of Figure 1;
  • Figure 3 is a schematic side view of the spring assembly of Figure 2;
  • Figure 4 is a schematic sectional view of another preferred embodiment of the spring arrangement according to the invention;
  • Figure 5 is a schematic sectional view of another preferred embodiment of the spring arrangement according to the invention.
  • a first preferred exemplary embodiment of the vehicle according to the invention in the form of a rail vehicle 101 will be described below with reference to FIGS. 1 to 3.
  • the vehicle 101 comprises a car body 102 which is supported in the region of its two ends on a chassis in the form of a bogie 103.
  • a chassis in the form of a bogie 103.
  • the present invention may be used in conjunction with other configurations in which the body is supported on a chassis only.
  • a vehicle coordinate system xyz (given by the wheelbase plane of the bogie 103) is indicated, in which the x-coordinate is the longitudinal direction of the rail vehicle 101, the y-coordinate is the transverse direction of the rail vehicle 101 and the z Coordinate means the height direction of the rail vehicle 101.
  • the bogie 103 comprises two wheel units in the form of wheelsets 103.1, 103 2, on each of which a bogie frame 103.4 is supported via a primary suspension 103.3.
  • the car body 102 is in turn via a secondary suspension 103.5 on the
  • the primary suspension 103.3 and the secondary suspension 103.5 are simplified in FIG. 1 as coil springs. It is understood, however, that the primary suspension 103.3 or the secondary suspension 103.5 can be any suitable spring device, as described below
  • Figures 2 and 3 show a perspective view and a side view of a preferred embodiment of the spring arrangement 104 according to the invention, which forms a component of the secondary suspension 103.5.
  • the spring assembly 104 forms one half of the secondary suspension 103.5, via which the car body 102 on the Bogie frame 103.4 is supported in a parallel to the vehicle height direction (z-direction) extending effective direction of the spring assembly 104.
  • the spring assembly 104 is arranged in a well-known manner in the region of one of the two longitudinal sides of the car body 102. On the other longitudinal side of the car body is in the vehicle transverse direction (y-direction) spaced another spring assembly 104, which forms the other half of the secondary suspension 103.5.
  • the spring assembly 104 comprises a
  • Spring device 105 with a first spring unit 105.1 and a second spring unit 105.2, which are arranged spaced from each other in the vehicle longitudinal direction (x-direction) and secured with its underside on the bogie frame 103.4.
  • the longitudinal axes 105.3 and 105.4 of the two spring units 105.1 and 105.2 extend in the illustrated neutral position of the vehicle 101 (standing in a straight, level track) in each case
  • the spring units 105.1, 105.2 are designed in the present example in a well-known manner as so-called rubber-metal springs. It is understood, however, that in other variants of the invention, any other spring units can be used. So a spring unit z. B. be composed of one or more coil springs. However, if appropriate, passive air springs can also be used. Furthermore, it is understood that of course, any combination of such springs can be used.
  • the two spring units 105.1 and 105.2 are connected at their cart side ends via a bridge member 106 which extends in the vehicle longitudinal direction.
  • the bridge element 106 carries centrally in the space between the two spring units 105.1 and 105.2 an actuator unit in the form of a hydraulic cylinder 107.1, the
  • Part of an actuator 107 of the spring assembly 104 is.
  • the free end of the piston rod 107.2 of the hydraulic cylinder 107.1 is connected to a bracket 107.3, on which the car body 102 or a well-known cradle sits, which in turn supports the car body.
  • the spring device 105 and the actuator 107 are connected in a coupling region via a coupling device in the form of the bridge element 106, so that they act in a kinematic serial arrangement between the bogie frame 103.4 (as a component of the Drehgesteiis 103) and the car body 102.
  • the longitudinal axes 105.3 and 105.4 of the two spring units 105.1 and 105.2 and the longitudinal axis 107.4 of the hydraulic cylinder 107.1 are arranged substantially copiarar, so that there is no introduction of moments in the spring assembly 104 in the neutral position of the vehicle 101 shown.
  • the piston rod 107.3 of the hydraulic cylinder 107.1 can be moved along the longitudinal axis 107.4 of the hydraulic cylinder 107.1, whereby the vehicle body 102 can be raised or lowered in the vehicle height direction (ie the primary direction of action, the spring assembly 104) by its height level N (ie its distance in the vehicle height direction ) above that defined by the upper rail edges SOK
  • This level-raising raising or lowering of the car body 102 is controlled by a control device 108 connected to the actuator device 107.
  • the control device 108 receives from several sensor devices 108.1 the current values of a detection variable representative of the current height level N of the car body at this point are. This can be any acquisition variables that allow a conclusion on the current height level N with sufficient accuracy.
  • the sensor devices are non-contact sensors 108.1 (for example ultrasound sensors), from the measurement signals of which the distance between the car body 102 and the bogie frame 103.4 can be determined.
  • other distance meter such as mechanical distance meter or the like can be used.
  • the control device 108 controls the supply of hydraulic oil to the hydraulic cylinders 107.1 in dependence on the measurement signals of the sensors 108.1 to a specific predeterminable height level N as n genereil or under certain operating conditions of the vehicle 101 (for. Example, when stopping at a platform or the like) adjust.
  • the height level N also other sizes can be taken into account.
  • the wear of the wheels of the wheelsets 103.1, 103.2 are taken into account as well as the current state of the primary suspension.
  • the height level N can also be measured directly.
  • the kinematically serial arrangement of the hydraulic cylinder 107.1 to the spring units 105.1, 105.2 has the already mentioned above advantage that the suspension and damping properties of the spring units 105.1, 105.2 are independent of the state of the hydraulic cylinder 107.1.
  • a malfunction eg a
  • Blockade or failure of the hydraulic cylinder 107.1 does not lead to a change in these properties, so that thereby significantly influenced properties of the
  • Actuator 106 arranged so that overlap the space occupied by them spaces in the effective direction of the spring assembly 104 (z-direction) in an overlap region having a first dimension H1 in the direction of action. Due to this overlapping of the installation spaces (thus therefore by the nested arrangement of the
  • the spring device 105 has a second dimension H2 in the direction of action in the present example in a nominal operating state shown in FIG. 3 (vehicle 101 with nominal loading in a straight flat track).
  • the first dimension H1 in the present example is 78% of the second dimension H2, so that a high overlap and thus an extremely compact arrangement are realized.
  • the hydraulic cylinder 107. 1 is in one
  • the swivel joint 106.1 defines a decoupling axis in the form of a pivot axis 106.2, which in the example shown (in the nominal operating state) runs perpendicular to the spring axis plane defined by the two spring axes 105.3, 105.4 and thus parallel to the vehicle transverse direction (y-direction).
  • the swivel joint 106.1 is realized in the present example by two lateral stub shafts on the housing of the hydraulic cylinder 107.1, which is pivotable in
  • Hydraulic cylinder 107.1 can be added. It is understood, however, that in other variants of the invention, such further decoupling may be provided. For example, a gimbal connection of the hydraulic cylinder to the
  • Bridge element may be provided.
  • FIG. 1 A further advantageous embodiment of the spring arrangement 204 according to the invention, which can be used in the vehicle 101 of FIG. 1 instead of the spring arrangement 104, is illustrated in FIG.
  • the spring arrangement 204 corresponds in its basic design and mode of operation to the spring arrangement 104 from FIGS. 2 and 3, so that only the differences are discussed here.
  • identical components are provided with the identical reference symbols, while identical ones
  • Coupling device 206 Although this also realized as a bridge element 206 between the two springs 105.1 and 105.2.
  • the articulation device 206.1 is realized via a plurality of elastic elements in the form of rubber elements, namely an elastic bushing 206.3 and an elastic support 206.4, via which the hydraulic cylinder 107.1 in a cup-shaped receptacle 206.5 of the bridge element 206 in FIG a coupling region is elastically attached. This elastic attachment causes depending on the stiffness of the rubber elements a more or less strong decoupling of moments both about the vehicle transverse axis and about the vehicle longitudinal axis.
  • Decoupling be provided, as indicated in Figure 4 by the dashed contour 209.
  • This further decoupling device 209 can likewise provide a decoupling about one or more decoupling axes.
  • FIG. 304 A further advantageous embodiment of the spring arrangement 304 according to the invention, which can be used in the vehicle 101 of FIG. 1 instead of the spring arrangement 104, is shown in FIG.
  • the spring assembly 304 corresponds in its basic design and operation of the spring assembly 104 of Figure 2 and 3 and the spring assembly 204 of Figure 4, so that only the differences should be discussed here.
  • identical components are identical to those
  • the spring means 305 comprises only a single spring unit in the form of a rubber-metal spring 305.1, in the interior of which nested the hydraulic cylinder 107.1 is arranged.
  • the hydraulic cylinder 107.1 is seated in a cup-shaped receptacle 306.5 of the coupling element 306, which is connected to the carriage box-side end of the spring 305.1.
  • the articulation device 306.1 is realized via a plurality of elastic elements in the form of rubber elements, namely an elastic bushing 306.3 and an elastic support 306.4, via which the hydraulic cylinder 107.1 is elastically secured in the receptacle 306.5 of the coupling element 306 ,
  • Spring device sits on a component of the chassis, while the (lying at the other end of the spring assembly) actuator device is connected to the car body. It is understood, however, that in other variants of the invention, a reverse arrangement may be provided, in which the actuator device is seated on a component of the chassis, while the spring device with the
  • Car body is connected.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Federanordnung zur niveauregulierenden Abstützung eines Wagenkastens auf einem Fahrwerk eines Fahrzeugs, insbesondere eines Schienenfahrzeugs, mit einer Federeinrichtung (105) und einer Aktuatoreinrichtung (107), wobei die Federeinrichtung (105) einen ersten Bauraum beansprucht, die Aktuatoreinrichtung (107) einen zweiten Bauraum beansprucht, die Federeinrichtung (105) und die Aktuatoreinrichtung (107) in einer Wirkrichtung in kinematisch serieller Anordnung miteinander verbunden sind und die Aktuatoreinrichtung (107) dazu ausgebildet ist, eine Längenänderung der Federeinrichtung (105) in der Wirkrichtung durch eine Verschiebung an einer Aktuatorkomponente (107 2) in der Wirkrichtung zumindest teilweise auszugleichen und wobei der erste Bauraum und der zweite Bauraum einander in der Wirkrichtung in einem Überlappungsbereich überlappen Sie betrifft weiterhin ein Fahrzeug mit einer solchen Federanordnung.

Description

Federanordnung zur Niveauregulierung in einem Fahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Federanordnung zur niveauregulierenden Abstützung eines Wagenkastens auf einem Fahrwerk eines Fahrzeugs, insbesondere eines
Schienenfahrzeugs, mit einer Federeinrichtung und einer Aktuatoreinrichtung. Die
Federeinnchtung beansprucht einen ersten Bauraum, während die Aktuatoreinrichtung einen zweiten Bauraum beansprucht. Die Federeinrichtung und die Aktuatoreinrichtung sind in einer Wirkrichtung in kinematisch serieller Anordnung miteinander verbunden, wobei die Aktuatoreinrichtung dazu ausgebildet ist, eine Längenänderung der Federeinrichtung in der Wirkrichtung durch eine Verschiebung an einer Aktuatorkomponente in der Wirkrichtung zumindest teilweise auszugleichen. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein
Fahrzeug mit einer solchen niveauregulierenden Federanordnung.
Bei Schienenfahrzeugen (aber auch bei anderen Fahrzeugen) ist der Wagenkasten in der Regel gegenüber den Radeinheiten (beispielsweise Einzelrädern, Radpaaren oder Radsätzen) über eine oder mehrere Federstufen federnd gelagert. Je nach Beladung des Schienenfahrzeugs kommt es über die Zeit zu einem unterschiedlich starken Einfedern der Federn dieser Federstufen. Bei einem rein passiven System bzw. ohne entsprechende Gegenmaßnahmen führt dies beispielsweise dazu, dass die Passagiere beim Halt an Bahnsteigen mit einem bestimmten baulich vorgegebenen Bahnsteigniveau oberhalb der (das Referenzniveau definierenden) Schienenoberkanten eine mehr oder weniger hohe Stufe beim Ein- bzw. Ausstieg überwinden müssen. Speziell für Fahrgäste mit körperlichen Einschränkungen kann sich der Ein- bzw. Ausstieg hierdurch gegebenenfalls erheblich erschweren. Neben der variierenden Beladung liegt eine weitere Ursache für eine solche unerwünschte Stufe beim Ein- bzw. Ausstieg im Übrigen in der sich über die Zeit ergebenden Abnutzung Räder der Radeinheiten.
Um diesem Problem entgegenzuwirken, werden bei bekannten Fahrzeugen mit aktiven Systemen unterschiedliche Ansätze verfolgt. Bei herkömmlichen Fahrzeugen mit einer Luftfedern umfassenden Sekundärfederung kann beispielsweise einfach über eine entsprechende Einstellung des Luftdrucks in den Luftfedern das Niveau des Wagenkastens entsprechend reguliert werden. Derartige Luftfedersysteme haben jedoch den Nachteil, dass sie wegen des begrenzten Arbeitsdruckes (typischerweise auf einen maximalen Druck von etwa 7 bar) in der Regel einen vergleichsweise großen Bauraum beanspruchen um die erforderlichen Stützkräfte aufbringen zu können.
Aus der DE 103 60 518 B4 ist weiterhin ein aktives Federsystem bekannt, bei dem zwischen dem Wagenkasten und einem Drehgestellrahmen kinematisch parallel zu einer passiven Feder (beispielsweise einer herkömmlichen Schraubenfeder) der
Sekundärfederung ein Aktuator einer hydropneumatischen Aktuatoreinrichtung geschaltet ist. Dieser Aktuator kann verwendet werden, um das Niveau des Wagenkastens aktiv einzustellen, indem er (parallel zu der Stützkraft der passiven Feder) eine entsprechende Stell kraft zwischen dem Wagenkasten und dem Drehgestellrahmen ausübt.
Mit einem solchen aktiven System kann zwar die gewünschte Niveauregulierung beim Halt an Bahnsteigen erzielt werden. Es besteht jedoch das Problem, dass die Niveauregulierung über den Aktuator zum einen während der Fahrt in der Regel abgeschaltet sein muss, um die gewünschte Federwirkung zu erzielen (oder andernfalls eine sehr aufwändige, hoch dynamische Regelung für den Aktuator erforderlich wäre). Weiterhin kann eine Fehlfunktion des Aktuators, beispielsweise eine Blockade, zu einer erheblichen Versteifung der
Sekundärfederung führen, die sowohl im Hinblick auf die Entgleisungssicherheit als auch den Fahrkomfort höchst unerwünscht ist.
Aus der DE 102 36 245 A1 ist schließlich ein gattungsgemäßes aktives Federsystem bekannt, bei dem zwischen dem Wagenkasten und einem Drehgestellrahmen oberhalb und kinematisch seriell zu einer passiven Feder (beispielsweise einer herkömmlichen
Schraubenfeder) der Sekundärfederung ein Aktuator einer Aktuatoreinrichtung geschaltet ist. Der koaxial zu der Feder angeordnete Aktuator kann verwendet werden, um das Niveau des Wagenkastens aktiv einzustellen, indem er eine Längenänderung der Feder (wie sie beispielsweise aus einer Änderung der Beladung des Fahrzeugs resultiert) durch eine entsprechende eigene Längenänderung (also eine Verschiebung an einer seiner
Komponenten) ausgleicht.
Mit diesem aktiven System kann die gewünschte Niveauregulierung beim Halt an
Bahnsteigen ebenso wie während der Fahrt erzielt werden. Es besteht jedoch das Problem, dass sich durch die kinematisch serielle Anordnung von Feder und Aktuator eine insbesondere in Höhenrichtung des Fahrzeugs groß bauende Gestaltung ergibt, die bei einem für die Sekundärfederung (in der Regel in vergleichsweise engen Grenzen) vorgegebenen Bauraum ohne einen Verlust im Hinblick auf die
Fahrsicherheitseigenschaften und die Komforteigenschaften (mithin also mit einer ausreichend geringen Steifigkeit) nur mit erheblichem Aufwand in das Fahrzeug zu integrieren ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Federanordnung bzw. ein Fahrzeug der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, weiches die oben genannten Nachteile nicht oder zumindest in geringerem Maße aufweist und insbesondere auf einfache und zuverlässige Weise die Integration einer Niveauregulierung in ein
Fahrzeug ohne wesentliche Abstriche bei der Fahrsicherheit und beim Reisekomfort für die Passagiere ermöglicht.
Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe ausgehend von einer Federanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.
Der vorliegenden Erfindung liegt die technische Lehre zu Grunde, dass man auf einfache und zuverlässige Weise die Integration einer Niveauregulierung in ein Fahrzeug ohne wesentliche Abstriche bei der Fahrsicherheit und beim Reisekomfort für die Passagiere ermöglicht, wenn man die zueinander kinematisch seriell angeordnete Federeinrichtung und Aktuatoreinrichtung so anordnet, dass sich die von ihnen beanspruchten Bauräume zumindest in ihrer Wirkrichtung in einem Überlappungsbereich überlappen. Durch diese Überlappung kann in der Wirkrichtung (in der Regel also der Fahrzeughöhenrichtung, in welcher der Wagenkasten primär durch die Federanordnung abzustützen ist) eine besonders kompakte Gestaltung erzielt werden, ohne dass (bei vorgegebenem Bauraum) durch eine nennenswerte Kürzung der Feder(n) der Federanordnung die Steifigkeit der Federanordnung in erheblichem Umfang beeinflusst wird.
Je nach dem Grad der Überlappung ist es somit sogar möglich, eine bekannte
Federanordnung mit einer erfindungsgemäßen Federanordnung auszurüsten bzw.
nachzurüsten, wobei zumindest nahezu unveränderte Federn verwendet werden können und damit nahezu unveränderten Federeigenschaften vorliegen.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung daher eine Federanordnung zur niveauregulierenden Abstützung eines Wagenkastens auf einem Fahrwerk eines Fahrzeugs, insbesondere eines Schienenfahrzeugs, mit einer Federeinrichtung und einer Aktuatoreinrichtung, wobei die Federeinrichtung einen ersten Bauraum beansprucht, die Aktuatoreinrichtung einen zweiten Bauraum beansprucht, die Federeinrichtung und die Aktuatoreinrichtung in einer Wirkrichtung in kinematisch serieller Anordnung miteinander verbunden sind und die Aktuatoreinrichtung dazu ausgebildet ist, eine Längenänderung der Federeinrichtung in der Wirkrichtung durch eine Verschiebung an einer
Aktuatorkomponente in der Wirkrichtung zumindest teilweise auszugleichen. Der erste Bauraum und der zweite Bauraum überlappen einander in der Wirkrichtung in einem Überlappungsbereich.
Je nach dem in dem jeweiligen Fahrzeug für die Federanordnung verfügbaren Bauraum kann die Überlappung der Bauräume unterschiedlich groß gewählt werden. Bei
bevorzugten Varianten der Erfindung weist der Überlappungsbereich in der Wirkrichtung eine erste Abmessung auf, während die Federeinrichtung in einem Nennbetriebszustand in der Wirkrichtung eine zweite Abmessung aufweist, wobei die erste Abmessung dann wenigstens 20% der zweiten Abmessung beträgt. Hiermit lässt sich bereits eine gute Platzersparnis für die Federanordnung in der Wirkrichtung erzielen, sodass sich die Integration ins Fahrzeug vereinfacht. Eine noch weiter gehende Vereinfachung der Integration der Federanordnung ins Fahrzeug ergibt sich, wenn die erste Abmessung wenigstens 40% der zweiten Abmessung, vorzugsweise wenigstens 60% der zweiten Abmessung, beträgt. Hiermit lassen sich besonders kompakte Gestaltungen realisieren.
Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass der Nennbetriebszustand im Sinne der
vorliegenden Erfindung den Zustand des Fahrzeugs mit einer Nennbeladung bzw. den Zustand der Federanordnung mit einer Nennbelastung bezeichnet, für welche die
Federanordnung nominell ausgelegt ist.
Die Überlappung der Bauräume lässt sich auf mehreren Wegen realisieren. So ist bei bestimmten Varianten der erfindungsgemäßen Federanordnung vorgesehen, dass die Federeinrichtung wenigstens eine Federeinheit umfasst und die Aktuatoreinrichtung wenigstens eine Aktuatoreinheit umfasst, wobei die wenigstens eine Federeinheit und die wenigstens eine Aktuatoreinheit zur Herstellung des Überlappungsbereichs ineinander verschachtelt angeordnet sind. Die verschachtelte Anordnung kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass eine Aktuatoreinheit in einen ansprechend gestalteten Abschnitt einer Federeinheit eingesetzt ist, sodass dieser Abschnitt der Federeinheit die
Aktuatoreinheit mit anderen Worten umgibt. Ebenfalls ist natürlich umgekehrt möglich, dass ein Teil der Federeinheit in einem entsprechend gestalteten Abschnitt der Aktuatoreinheit eingesetzt ist. Ebenso kann für eine solche verschachtelte Anordnung natürlich vorgesehen sein, dass mehrere Federeinheiten eine oder mehrere Aktuatoreinheiten abschnittsweise umgeben (oder umgekehrt). Vorzugsweise umfasst die Federeinrichtung wenigstens zwei Federeinheiten, während die Aktuatoreinrichtung wenigstens eine Aktuatoreinheit umfasst. Die Aktuatoreinheit ist dann zur Herstellung des Überlappungsbereichs in einem Zwischenraum zwischen den wenigstens zwei Federeinheiten angeordnet ist. Diese Gestaltung ist von besonderem Vorteil, da sie sich in besonders einfacher Weise im Zusammenhang mit einer Reihe herkömmlicher Fahrzeuge einsetzen lässt, bei denen bereits mehrere benachbarte
Federeinheiten (beispielsweise zwei passive Federn je Fahrwerksseite für die
Sekundärfederung) verwendet werden. Hier ist es möglich, die vorliegende Erfindung mit (gegenüber der bisherigen Gestaltung) nahezu unveränderten Federeinheiten zu realisieren und lediglich in dem Zwischenraum zwischen den beiden Federeinheiten die
Aktuatoreinheit anzuordnen.
Die Aktuatoreinheit kann dabei im Zwischenraum zwischen zwei oder mehr Federeinheiten angeordnet sein. Wegen der besonders einfachen, vergleichsweise klein bauenden Gestaltung werden jedoch bevorzugt Varianten mit lediglich zwei Federeinheiten realisiert. Vorzugsweise ist die Aktuatoreinheit über wenigstens eine Kopplungseinrichtung mit der Federeinrichtung verbunden, wobei die die Kopplungseinrichtung ein Brückenelement umfasst. Das Brückenelement ist an einem ersten Ende mit einer ersten Federeinheit der Federeinrichtung verbunden, während es an einem zweiten Ende mit einer zweiten
Federeinheit der Federeinrichtung verbunden ist. Das Brückenelement weist einen
ittenbereich auf, der einen Zwischenraum zwischen der ersten Federeinheit und der zweiten Federeinheit überspannt, wobei die Aktuatoreinheit in dem Mittenbereich mit dem Brückenelement verbunden ist. Hiermit kann eine besonders einfache Gestaltung realisiert werden.
Die Verbindung zwischen der Aktuatoreinheit und der Federeinrichtung kann grundsätzlich auf beliebige geeignete Weise gestaltet sein. Insbesondere kann eine im Wesentlichen starre Verbindung zwischen der Aktuatoreinheit und der Federeinrichtung vorgesehen sein. Um übermäßige Belastungen der Aktuatoreinheit, insbesondere der beweglichen Teile der Aktuatoreinheit quer zu der Wirkrichtung, zu vermeiden ist im Bereich der Aktuatoreinheit bevorzugt eine Entkopplung von Lasten in diesen quer zur Wirkrichtung verlaufenen Lastrichtungen vorgesehen.
Die Entkopplung kann auf beliebige geeignete Weise erfolgen. Bei bevorzugten Varianten der erfindungsgemäßen Federanordnung ist beispielsweise vorgesehen, dass die
Aktuatoreinheit über wenigstens eine Kopplungseinrichtung mit der Federeinrichtung verbunden ist, wobei die wenigstens eine Kopplungseinrichtung wenigstens eine Gelenkeinrichtung umfasst, über welche die Aktuatoreinheit um wenigstens eine
Entkopplungsachse schwenkbar mit der Federeinrichtung verbunden ist. Die wenigstens eine Entkopplungsachse verläuft in diesem Fall in einer quer, insbesondere senkrecht, zur Wirkrichtung verlaufenden Ebene, sodass die Entkopplung von Momenten um diese Entkopplungsachse gewährleistet ist.
Insbesondere bei Schienenfahrzeugen mit vergleichsweise großen Abständen zwischen den Fahrwerken können bei der Fahrt über Kuppen oder durch Senken erhebliche
Nickmomente (um eine parallel zur Fahrzeugquerachse verlaufende Nickachse) auf die Sekundärfederung wirken, sodass in diesen Fällen bevorzugt eine Entkopplung von Momenten um einen Fahrzeugquerrichtung verlaufende Achse vorgesehen ist. Es versteht sich jedoch, dass die Entkopplung auch um mehrere, quer bzw. senkrecht zueinander verlaufende Achse vorgesehen sein kann. Für diesen Fall kann die Gelenkeinrichtung beispielsweise nach Art eines Kugelgelenks oder nach Art eines kardanischen Gelenks gestaltet sein. Es kann sich bei der Gelenkeinrichtung aber auch um wenigstens ein elastisches Element handeln, welches die Entkopplung um die Entkopplungsachse zur Verfügung stellt. Beispielsweise kann es sich um eine oder mehrere elastische Buchsen handeln, in der bzw. denen die Aktuatoreinheit elastisch gelagert ist.
Die Federeinheiten und die Aktuatoreinheit können grundsätzlich beliebige geeignete Weise zueinander angeordnet sein. Vorzugsweise wird eine Anordnung gewählt, bei welcher die Längsachsen der Federeinheiten und der Aktuatoreinheit im Wesentlichen koplanar angeordnet sind, da dies ihm Hinblick auf eine ausgeglichene Verteilung der Kräfte und Momente innerhalb der Federanordnung von Vorteil ist. In diesem Fall erfolgt eine
Entkopplung dann bevorzugt um eine quer zu dieser Ebene verlaufende Achse. Bei bevorzugten Varianten der Federanordnung definiert die erste Federeinheit eine erste Federachse, während die zweite Federeinheit eine zweite Federachse definiert sowie die erste Federachse und die zweite Federachse eine Federachsenebene definieren. Die wenigstens eine Entkopplungsachse der Kopplungseinrichtung quer, insbesondere senkrecht, zu der Federachsenebene verläuft.
Unabhängig von der Anzahl und/oder Anordnung der Federeinheiten der Federeinrichtung ist bei bevorzugten Varianten der erfindungsgemäßen Federanordnung im Bereich der Aktuatoreinrichtung wenigstens ein Entkopplungsbereich mit einer Entkopplungseinrichtung vorgesehen, wobei die Entkopplungseinrichtung wenigstens eine Momentenentkopplung um wenigstens eine quer zu der Wirkrichtung verlaufende Momentenachse zur Verfügung stellt. Die Entkopplung kann im Bereich der Anbindung der Aktuatoreinrichtung an der Federeinrichtung (also im Kopplungsbereich zwischen der Federeinrichtung und der Aktuatoreinrichtung) vorgesehen sein, wie dies bereits oben am Beispiel spezieller
Gestaltungsvarianten beschrieben wurde.
Die Entkopplung unerwünschter Kräfte und Momente kann zusätzlich oder alternativ aber auch an anderer Stelle (als im Kopplungsbereich zwischen der Federeinrichtung und der Aktuatoreinrichtung) erfolgen. Bei bestimmten Varianten der erfindungsgemäßen
Federanordnung sind die Federeinrichtung und die Aktuatoreinrichtung in einem
Kopplungsbereich miteinander verbunden, wobei der Entkopplungsbereich in einer Kraftflussrichtung von dem Kopplungsbereich beabstandet angeordnet ist, um die
Entkopplung (gegebenenfalls auch) an anderer Stelle als dem Kopplungsbereich zur Verfügung zu stellen. Vorzugsweise ist der Entkopplungsbereich entfernt von dem
Kopplungsbereich angeordnet. Dies kann an beliebiger Stelle im Bereich der
Aktuatoreinrichtung geschehen. Vorzugsweise ist der Entkopplungsbereich in einem dem Kopplungsbereich in der Kraftflussrichtung abgewandten Endbereich der
Aktuatoreinrichtung angeordnet, da sich eine Entkopplung in einem solchen
Anschlussbereich zu benachbarten Komponenten vergleichsweise einfach realisieren lässt.
Die jeweilige Entkopplungsein chtung kann grundsätzlich durch beliebige geeignete Einheiten realisiert sein. So können ein oder mehrere einfache Dreh- bzw. Schwenkgelenke zum Einsatz kommen. Auf besonders kompaktem Raum lässt sich eine
Momentenentkopplung realisieren, wenn die Entkopplungseinrichtung hierzu wenigstens ein elastisches Element, insbesondere ein Gummielement, umfasst.
Die Federeinrichtung kann grundsätzlich ebenfalls durch beliebige geeignete Elemente realisiert sein. So können beispielsweise passive Luftfedern verwendet werden. Wegen der besonders einfachen und robusten Gestaltung umfasst die Federeinrichtung vorzugsweise wenigstens eine mechanische Federeinheit umfasst, wobei die Federeinheit bevorzugt wenigstens ein Gummielement und/oder wenigstens eine Metallfeder umfasst.
Auch die Aktuatoreinrichtung kann die grundsätzliche beliebige geeignete Weise unter Verwendung beliebiger geeigneter Wirkprinzipien (einzeln oder in beliebiger Kombination) realisiert sein. So können beispielsweise elektromechanische Aktuatoren (z. B.
herkömmliche Spindelantriebe etc.) zum Einsatz kommen. Wegen der besonders robusten und im Bereich des Aktuators kompakten Gestaltung umfasst die Aktuatoreinrichtung bevorzugt wenigstens eine nach einem fluidischen Wirkprinzip arbeitende Aktuatoreinheit umfasst, wobei die Aktuatoreinrichtung vorzugsweise wenigstens eine hydraulische Aktuatoreinheit und/oder wenigstens eine hydropneumatische Aktuatoreinheit umfasst.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Fahrzeug, insbesondere ein
Schienenfahrzeug, mit einem Wagenkasten, einem Fahrwerk und einer erfindungsgemäßen Federanordnung, wobei die Federanordnung zur niveauregulierenden Abstützung des Wagenkastens auf dem Fahrwerk zwischen dem Wagenkasten und einer Komponente des Fahrwerks, insbesondere einem Fahrwerksrahmen des Fahrwerks, angeordnet ist.
Zusätzlich oder alternativ kann die erfindungsgemäße Federanordnung zwischen zwei Komponenten des Fahrwerks angeordnet sein. Mithin ist es also sowohl möglich, die erfindungsgemäße Federanordnung im Bereich der Sekundärfederung als auch im Bereich der Primärfederung des Fahrzeugs vorzusehen.
Um eine automatische Niveauregulierung zu realisieren, ist bevorzugt eine mit der
Aktuatoreinrichtung verbundene Steuereinrichtung sowie eine mit der Steuereinrichtung verbundene Sensoreinrichtung vorgesehen, wobei die Sensoreinrichtung zur Erfassung eines aktuellen Wertes einer Erfassungsgröße ausgebildet ist, die für ein Niveau des Wagenkastens in der Höhenrichtung über einem Referenzniveau eines aktuell befahrenen Fahrwegs repräsentativ ist. Die Steuereinrichtung ist dann zur niveauregulierenden
Ansteuerung der Aktuatoreinrichtung in Abhängigkeit von dem aktuellen Wert der
Erfassungsgröße ausgebildet.
Bei der Sensoreinrichtung kann es sich um eine beliebige geeignete Einrichtung handeln, die nach einem beliebigen Wirkprinzip arbeitet. Insbesondere können berührungslos arbeitende Sensoren vorgesehen sein.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen bzw. der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Fahrzeugs mit einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Federanordnung;
Figur 2 eine schematische perspektivische Ansicht der Federanordnung aus Figur 1 ;
Figur 3 eine schematische Seitenansicht der Federanordnung aus Figur 2; Figur 4 eine schematische Schnittansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Federanordnung;
Figur 5 eine schematische Schnittansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Federanordnung.
Erstes Ausführungsbeispiel
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 3 ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Fahrzeugs in Form eines Schienenfahrzeugs 101 beschrieben.
Das Fahrzeug 101 umfasst einen Wagenkasten 102, der im Bereich seiner beiden Enden jeweils auf einem Fahrwerk in Form eines Drehgestells 103 abgestützt ist. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung auch in Verbindung mit anderen Konfigurationen eingesetzt werden kann, bei denen der Wagenkasten lediglich auf einem Fahrwerk abgestützt ist.
Zum einfacheren Verständnis der nachfolgenden Erläuterungen ist in den Figuren ein (durch die Radaufstandsebene des Drehgestells 103 vorgegebenes) Fahrzeug- Koordinatensystem x.y.z angegeben, in dem die x-Koordinate die Längsrichtung des Schienenfahrzeugs 101 , die y-Koordinate die Querrichtung des Schienenfahrzeugs 101 und die z-Koordinate die Höhenrichtung des Schienenfahrzeugs 101 bezeichnen.
Das Drehgestell 103, umfasst zwei Radeinheiten in Form von Radsätzen 103.1 , 103 2, auf denen sich jeweils über eine Primärfederung 103.3 ein Drehgestellrahmen 103.4 abstützt. Der Wagenkasten 102 ist wiederum über eine Sekundärfederung 103.5 auf dem
Drehgestellrahmen 103.4 abgestützt. Die Primärfederung 103.3 und die Sekundärfederung 103.5 sind in Figur 1 vereinfachend als Schraubenfedern dargestellt. Es versteht sich jedoch, dass es sich bei der Primärfederung 103.3 bzw. der Sekundärfederung 103.5 um eine beliebige geeignete Federeinrichtung handeln kann, wie nachfolgend im
Zusammenhang mit der Sekundärfederung 103 5 noch ausführlich dargelegt wird.
Die Figuren 2 und 3 zeigen eine perspektivische Ansicht bzw. eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Federanordnung 104, die eine Komponente der Sekundärfederung 103.5 bildet. Die Federanordnung 104 bildet eine Hälfte der Sekundärfederung 103.5, über welche der Wagenkasten 102 auf dem Drehgestellrahmen 103.4 in einer parallel zur Fahrzeughöhenrichtung (z-Richtung) verlaufenden Wirkrichtung der Federanordnung 104 abgestützt ist. Die Federanordnung 104 ist dabei in hinlänglich bekannter Weise im Bereich einer der beiden Längsseiten des Wagenkastens 102 angeordnet. Auf der anderen Längsseite des Wagenkastens findet sich in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) beabstandet eine weitere Federanordnung 104, welche die andere Hälfte der Sekundärfederung 103.5 bildet.
Wie den Figuren 2 und 3 zu entnehmen ist, umfasst die Federanordnung 104 eine
Federeinrichtung 105 mit einer ersten Federeinheit 105.1 und einer zweiten Federeinheit 105.2, die zueinander in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) beabstandet angeordnet und mit ihrer Unterseite auf dem Drehgestellrahmen 103.4 befestigt sind. Die Längsachsen 105.3 und 105.4 der beiden Federeinheiten 105.1 bzw. 105.2 verlaufen in der gezeigten Neutralstellung des Fahrzeugs 101 (im geraden, ebenen Gleis stehend) jeweils im
Wesentlichen parallel zur Fahrzeughöhenrichtung.
Die Federeinheiten 105.1 , 105.2 sind im vorliegenden Beispiel in hinlänglich bekannter Weise als so genannte Gummi-Metall-Federn gestaltet. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch beliebige andere Federeinheiten verwendet werden können. So kann eine Federeinheit z. B. aus einer oder mehreren Schraubenfedern aufgebaut sein. Ebenso können aber gegebenenfalls auch passive Luftfedern verwendet werden. Weiterhin versteht sich, dass natürlich auch beliebige Kombinationen derartiger Federn Verwendung finden können.
Die beiden Federeinheiten 105.1 und 105.2 sind an ihren wagenkastenseitigen Enden über ein Brückenelement 106 verbunden, welches sich in Fahrzeuglängsrichtung erstreckt. Das Brückenelement 106 trägt mittig im Zwischenraum zwischen den beiden Federeinheiten 105.1 und 105.2 eine Aktuatoreinheit in Form eines Hydraulikzylinders 107.1 , der
Bestandteil einer Aktuatoreinrichtung 107 der Federanordnung 104 ist. Das freie Ende der Kolbenstange 107.2 des Hydraulikzylinders 107.1 ist mit einer Konsole 107.3 verbunden, auf welcher der Wagenkasten 102 oder eine hinlänglich bekannte Wiege sitzt, welche ihrerseits den Wagenkasten abstützt.
Folglich sind bei der erfindungsgemäßen Gestaltung die Federeinrichtung 105 und die Aktuatoreinrichtung 107 in einem Kopplungsbereich über eine Kopplungseinrichtung in Form des Brückenelements 106 verbunden, sodass sie in kinematisch serieller Anordnung zwischen dem Drehgestellrahmen 103.4 (als einer Komponente des Drehgesteiis 103) und dem Wagenkasten 102 wirken. Die Längsachsen 105.3 und 105.4 der beiden Federeinheiten 105.1 bzw. 105.2 und die Längsachse 107.4 des Hydraulikzylinders 107.1 sind im Wesentlichen kopianar angeordnet, sodass es in der gezeigten Neutralstellung des Fahrzeugs 101 zu keiner Einleitung von Momenten in die Federanordnung 104 kommt.
Die Kolbenstange 107.3 des Hydraulikzylinders 107.1 kann entlang der Längsachse 107.4 des Hydraulikzylinders 107.1 verfahren werden, wodurch der Wagenkasten 102 in der Fahrzeughöhenrichtung (also der primären Wirkrichtung die Federanordnung 104) angehoben bzw. abgesenkt werden kann, um sein Höhenniveau N (d. h. seinen Abstand in Fahrzeughöhenrichtung) über dem durch die Schienenoberkanten SOK definierten
Referenzniveau auf einen Sollwert Nson einzustellen. Hiermit kann beispielsweise
unabhängig von der Beladung des Fahrzeugs stets einen im Wesentlichen stufenfreier Zugang zu einem Bahnsteigniveau oder aber auch (bei konstanter Beladung) zu
unterschiedlichen Bahnsteigniveaus realisiert werden.
Dieses niveauregulierende Anheben bzw. Absenken des Wagenkastens 102 erfolgt gesteuert durch eine mit der Aktuatoreinrichtung 107 verbundene Steuereinrichtung 108. Die Steuereinrichtung 108 erhält zu diesem Zweck von mehreren Sensoreinrichtungen 108.1 die aktuellen Werte einer Erfassungsgröße, die für das aktuelle Höhenniveau N des Wagenkastens an dieser Stelle repräsentativ sind. Hierbei kann es sich um beliebige Erfassungsgrößen handeln, die mit ausreichender Genauigkeit einen Rückschluss auf das aktuelle Höhenniveau N erlauben.
Bei den Sensoreinrichtungen handelt es sich im vorliegenden Beispiel um berührungslos arbeitende Sensoren 108.1 (beispielsweise Ultraschallsensoren), aus deren Messsignalen der Abstand zwischen dem Wagenkasten 102 und dem Drehgestellrahmen 103.4 ermittelt werden kann. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch andere Abstandsmesser, beispielsweise mechanische Abstandsmesser oder dergleichen eingesetzt werden können.
Die Steuereinrichtung 108 steuert die Zufuhr von Hydrauliköl zu den Hydraulikzylindern 107.1 in Abhängigkeit von den Messsignalen der Sensoren 108.1 , um ein bestimmtes vorgebbares Höhenniveau Nson genereil oder bei bestimmten Betriebszuständen des Fahrzeugs 101 (z. B. beim Halt an einem Bahnsteig oder dergleichen) einzustellen.
Es versteht sich, dass bei der Regulierung des Höhenniveaus N auch noch andere Größen berücksichtigt werden können. So kann beispielsweise die (anhand der Betriebsdauer abgeschätzte oder gemessene) Abnutzung der Räder der Radsätze 103.1 , 103.2 ebenso berücksichtigt werden wie der aktuelle Zustand der Primärfederung. Ebenso kann bei anderen Varianten der Erfindung natürlich das Höhenniveaus N auch direkt gemessen werden.
Die kinematisch serielle Anordnung des Hydraulikzylinders 107.1 zu den Federeinheiten 105.1 , 105.2 hat dabei den eingangs bereits erwähnten Vorteil, dass die Federungs- und Dämpfungseigenschaften der Federeinheiten 105.1 , 105.2 unabhängig von dem Zustand des Hydraulikzylinders 107.1 sind. Insbesondere führt eine Fehlfunktion (z. B. eine
Blockade oder ein Ausfall) des Hydraulikzylinders 107.1 nicht zu einer Änderung dieser Eigenschaften, sodass die hierdurch maßgeblich beeinflussten Eigenschaften des
Fahrzeugs im Hinblick auf die Fahrsicherheit und den Passagierkomfort (zumindest nahezu) unverändert bleiben.
Weiterhin können diese Eigenschaften der Federanordnung 04 (insbesondere deren Steifigkeit in den drei Raumrichtungen, vor allen Dingen die Steifigkeiten in
Fahrzeughöhenrichtung und in Fahrzeugquerrichtung) durch geeignete Wahl der Parameter der Federeinheiten 105.1 , 105.2 in einfacher Weise und unabhängig von der Gestaltung der Aktuatoreinrichtung 106 eingestellt werden.
Wie den Figuren 2 und 3 zu entnehmen ist, sind die Federeinrichtung 105 und die
Aktuatoreinrichtung 106 so angeordnet, dass sich die von ihnen beanspruchten Bauräume in der Wirkrichtung der Federanordnung 104 (z-Richtung) in einem Überlappungsbereich überlappen, der in der Wirkrichtung eine erste Abmessung H1 aufweist. Durch diese Überlappung der Bauräume (mithin also durch die verschachtelte Anordnung der
Federeinrichtung 105 und der Aktuatoreinrichtung 106) wird trotz der kinematisch seriellen Anordnung des Hydraulikzylinders 107.1 zu den Federeinheiten 105.1 , 105.2 in der Wirkrichtung eine besonders kompakte Gestaltung erzielt.
Die Federeinrichtung 105 weist in der Wirkrichtung im vorliegenden Beispiel in einem in Figur 3 dargestellten Nennbetriebszustand (im geraden ebenen Gleis stehendes Fahrzeug 101 mit Nennbeladung) eine zweite Abmessung H2 auf. Die erste Abmessung H1 beträgt im vorliegenden Beispiel 78% der zweiten Abmessung H2, sodass eine hohe Überlappung und damit eine äußerst kompakte Anordnung realisiert sind.
Wie den Figuren 2 und 3 zu entnehmen ist, ist der Hydraulikzylinder 107.1 in einem
Entkopplungsbereich über eine Entkopplungseinrichtung in Form eines Schwenkgelenks 106.1 an dem Brückenelement 106 befestigt. Das Schwenkgelenk 106.1 definiert eine Entkopplungsachse in Form einer Schwenkachse 106.2, die im gezeigten Beispiel (im Nennbetriebszustand) senkrecht zur der durch die beiden Federachsen 105.3, 105.4 definierten Federachsenebene und damit parallel zur Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) verläuft.
Hierdurch wird eine Entkopplung von Momenten um eine in Fahrzeugquerrichtung verlaufende Achse realisiert, die wegen des vergleichsweise großen Abstands zwischen den Drehgestellen 103 können bei der Fahrt über Kuppen oder durch Senken von Vorteil ist, weil hierbei ohne diese Entkopplung anderenfalls erhebliche Nickmomente (um eine parallel zur Fahrzeugquerachse verlaufende Nickachse) auf die Federanordnung 104 wirken würden, die in Problemen hinsichtlich einer übermäßigen Belastung der
Kolbenstange 107.2 und ihrer Führung resultieren könnten.
Das Schwenkgelenk 106.1 ist im vorliegenden Beispiel durch zwei seitliche Wellenstummel an dem Gehäuse des Hydraulikzylinders 107.1 realisiert, die schwenkbar in
entsprechenden Lagerschalen in dem Brückenelement sitzen. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch jede beliebige andere Gestaltung für ein mechanisches Schwenkgelenk realisiert sein kann.
Eine weitere Entkopplung um eine zur Fahrzeuglängsrichtung parallele Achse ist im vorliegenden Beispiel nicht vorgesehen, da die um diese Achse auftretenden Momente deutlich geringer sind als die Nickmomente und daher ohne weiteres von dem
Hydraulikzylinder 107.1 aufgenommen werden können. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung eine derartige weitere Entkopplung vorgesehen sein kann. Beispielsweise kann eine kardanische Anbindung des Hydraulikzylinders an dem
Brückenelement vorgesehen sein.
Zweites Ausführunqsbeispiel
Eine weitere vorteilhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Federanordnung 204, die bei dem Fahrzeug 101 aus Figur 1 anstelle der Federanordnung 104 eingesetzt werden kann, ist in Figur 4 dargestellt. Die Federanordnung 204 entspricht dabei in ihrer grundsätzlichen Gestaltung und Funktionsweise der Federanordnung 104 aus Figur 2 und 3, sodass hier lediglich auf die Unterschiede eingegangen werden soll Insbesondere sind identische Komponenten mit den identischen Bezugszeichen versehen, während gleichartige
Komponenten mit um den Wert 100 erhöhten Bezugszeichen versehen sind. Sofern nachfolgend nichts Anderweitiges ausgeführt wird, wird hinsichtlich der Merkmale,
Funktionen und Vorteile dieser Komponenten auf die obigen Ausführungen im
Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel verwiesen.
Der Unterschied zur Ausführung aus Figur 2 und 3 besteht in der Gestaltung der
Kopplungseinrichtung 206. Diese zwar ebenfalls als Brückenelement 206 zwischen den beiden Federn 105.1 und 105.2 realisiert. Im Gegensatz zu der Federanordnung 104 ist bei der Federanordnung 204 die Gelenkeinrichtung 206.1 über mehrere elastische Elemente in Form von Gummieiementen, nämlich einer elastischen Buchse 206.3 und einer elastischen Auflage 206.4, realisiert, über welche der Hydraulikzylinder 107.1 in einer schalenförmigen Aufnahme 206.5 des Brückenelements 206 in einem Kopplungsbereich elastisch befestigt ist. Diese elastische Befestigung bewirkt je nach der Steifigkeit der Gummielemente eine mehr oder weniger starke Entkopplung von Momenten sowohl um die Fahrzeugquerachse als auch um die Fahrzeuglängsachse.
Für den Fall, dass diese Entkopplung nicht ausreicht, kann beispielsweise im Bereich des Anschlusses des Hydraulikzylinders 107.1 an den Wagenkasten (also in einem in
Kraftflussrichtung von dem Kopplungsbereich beabstandeten Bereich) eine weitere
Entkopplungseinrichtung vorgesehen sein, wie dies in Figur 4 durch die gestrichelte Kontur 209 angedeutet ist. Diese weitere Entkopplungseinrichtung 209 kann ebenfalls eine Entkopplung um eine oder mehrere Entkopplungsachsen zur Verfügung stellen.
Insbesondere kann sie nach Art eines Kugelgelenks oder eines Kardangelenks ausgebildet sein. In diesem Falle kann bei bestimmten Varianten der Erfindung dann auch eine im Wesentlichen starre Verbindung zwischen dem Brückenelement und dem Hydraulikzylinder gewählt werden.
Drittes Ausführunqsbeispiel
Eine weitere vorteilhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Federanordnung 304, die bei dem Fahrzeug 101 aus Figur 1 anstelle der Federanordnung 104 eingesetzt werden kann, ist in Figur 5 dargestellt. Die Federanordnung 304 entspricht dabei in ihrer grundsätzlichen Gestaltung und Funktionsweise der Federanordnung 104 aus Figur 2 und 3 bzw. der Federanordnung 204 aus Figur 4, sodass hier lediglich auf die Unterschiede eingegangen werden soll. Insbesondere sind identische Komponenten mit den identischen
Bezugszeichen versehen, während gleichartige Komponenten mit um den Wert 100 bzw. 200 erhöhten Bezugszeichen versehen sind. Sofern nachfolgend nichts Anderweitiges ausgeführt wird, wird hinsichtlich der Merkmale, Funktionen und Vorteile dieser Komponenten auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel verwiesen.
Der Unterschied zur Ausführung aus Figur 4 besteht in der Gestaltung der Federeinrichtung 305 sowie der Kopplungseinrichtung 306. So umfasst die Federeinrichtung 305 lediglich eine einzige Federeinheit in Form einer Gummi-Metall-Feder 305.1 , in deren Innenraum verschachtelt der Hydraulikzylinder 107.1 angeordnet ist. Der Hydraulikzylinder 107.1 sitzt in einer schalenförmigen Aufnahme 306.5 des Koppelelements 306, welches mit den wagenkastenseitigen Ende der Feder 305.1 verbunden ist.
Wie bei der Federanordnung 204 ist bei der Federanordnung 304 die Gelenkeinrichtung 306.1 über mehrere elastische Elemente in Form von Gummielementen, nämlich einer elastischen Buchse 306.3 und einer elastischen Auflage 306.4, realisiert, über welche der Hydraulikzylinder 107.1 in der Aufnahme 306.5 des Koppelelements 306 elastisch befestigt ist.
Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend ausschließlich anhand von Beispielen beschrieben, bei denen die (am einen Ende der Federanordnung liegende)
Federeinrichtung auf einer Komponente des Fahrwerks sitzt, während die (am anderen Ende der Federanordnung liegende) Aktuatoreinrichtung mit dem Wagenkasten verbunden ist. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch eine umgekehrte Anordnung vorgesehen sein kann, bei welcher die Aktuatoreinrichtung auf einer Komponente des Fahrwerks sitzt, während die Federeinrichtung mit dem
Wagenkasten verbunden ist.
Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend ausschließlich anhand von Beispielen für Schienenfahrzeuge beschrieben. Es versteht sich weiterhin, dass die Erfindung auch in Verbindung mit beliebigen anderen Fahrzeugen zum Einsatz kommen kann.

Claims

Patentansprüche
1 . Federanordnung zur niveauregulierenden Abstützung eines Wagenkastens auf einem Fahrwerk eines Fahrzeugs, insbesondere eines Schienenfahrzeugs, mit
- einer Federeinrichtung (105; 205; 305) und
- einer Aktuatoreinrichtung (107), wobei
- die Federeinrichtung (105; 205; 305) einen ersten Bauraum beansprucht,
- die Aktuatoreinrichtung (107) einen zweiten Bauraum beansprucht,
- die Federeinrichtung (105; 205; 305) und die Aktuatoreinrichtung (107) in einer Wirkrichtung in kinematisch serieller Anordnung miteinander verbunden sind und
- die Aktuatoreinrichtung (107) dazu ausgebildet ist, eine Längenänderung der Federeinrichtung (105; 205; 305) in der Wirkrichtung durch eine Verschiebung an einer Aktuatorkomponente (107.2) in der Wirkrichtung zumindest teilweise auszugleichen,
dadurch gekennzeichnet, dass
- der erste Bauraum und der zweite Bauraum einander in der Wirkrichtung in einem Überlappungsbereich überlappen.
2. Federanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
- der Überlappungsbereich in der Wirkrichtung eine erste Abmessung aufweist und
- die Federeinrichtung (105; 205; 305) in einem Nennbetriebszustand in der
Wirkrichtung eine zweite Abmessung aufweist, wobei
- die erste Abmessung wenigstens 20% der zweiten Abmessung beträgt,
vorzugsweise wenigstens 40% der zweiten Abmessung beträgt, weiter vorzugsweise wenigstens 60% der zweiten Abmessung beträgt.
3. Federanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Federeinrichtung (105: 205; 305) wenigstens eine Federeinheit (105.1 , 105.2;
205.1 , 205.2; 305.1 ) umfasst und - die Aktuatoreinrichtung (107) wenigstens eine Aktuatoreinheit (107.1 ) umfasst, wobei
- die wenigstens eine Federeinheit (105.1 , 105.2; 205.1 , 205.2; 305.1 ) und die wenigstens eine Aktuatoreinheit (107.1 ) zur Herstellung des
Überlappungsbereichs ineinander verschachtelt angeordnet sind.
Federanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass
- die Federeinrichtung (105; 205) wenigstens zwei Federeinheiten (105.1 , 105.2;
205.1 , 205.2) umfasst und
- die Aktuatoreinrichtung (107) wenigstens eine Aktuatoreinheit (107.1 ) umfasst, wobei
- die Aktuatoreinheit (107.1 ) zur Herstellung des Überlappungsbereichs in einem Zwischenraum zwischen den wenigstens zwei Federeinheiten (105.1 , 105.2; 205.1 , 205.2) angeordnet ist.
Federanordnung nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, dass
- die Aktuatoreinheit (107.1 ) über wenigstens eine Kopplungseinrichtung (106; 206) mit der Federeinrichtung (107) verbunden ist,
- die Kopplungseinrichtung ein Brückenelement (106; 206) umfasst,
- das Brückenelement (106; 206) an einem ersten Ende mit einer ersten
Federeinheit (105.1 ; 205.1 ) der Federeinrichtung (105; 205) verbunden ist und an einem zweiten Ende mit einer zweiten Federeinheit (105.2: 205.2) der
Federeinrichtung (105; 205) verbunden ist,
- das Brückenelement (106; 206) einen Mittenbereich aufweist, der einen
Zwischenraum zwischen der ersten Federeinheit (105.1 ; 205.1 ) und der zweiten Federeinheit (105.2; 205.2) überspannt, wobei
- die Aktuatoreinheit (107.1 ) in dem Mittenbereich mit dem Brückenelement (106;
206) verbunden ist.
Federanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Aktuatoreinheit (107.1 ) über wenigstens eine Kopplungseinrichtung (106; 206;
306) mit der Federeinrichtung (105; 205; 305) verbunden ist und - die wenigstens eine Kopplungseinrichtung (106; 206: 306) wenigstens eine Gelenkeinrichtung (106.1 ; 206.1 ; 306.1 ) umfasst, über welche die Aktuatoreinheit (107.1 ) um wenigstens eine Entkopplungsachse (106.2) schwenkbar mit der Federein chtung (105; 205; 305) verbunden ist, wobei
- die wenigstens eine Entkopplungsachse (106.2) in einer quer, insbesondere senkrecht, zur Wirkrichtung verlaufenden Ebene angeordnet ist.
Federanordnung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass
- die erste Federeinheit (105.1 ; 205.1 ) eine erste Federachse (105.3) definiert,
- die zweite Federeinheit (105.2; 205.2) eine zweite Federachse (105.4) definiert,
- die erste Federachse (105.3) und die zweite Federachse (105.4) eine
Federachsenebene definieren und
- die wenigstens eine Entkopplungsachse (106.2) der Kopplungseinrichtung (106;
206) quer, insbesondere senkrecht, zu der Federachsenebene verläuft.
Federanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass
- im Bereich der Aktuatoreinrichtung (107.1 ) wenigstens ein Entkopplungsbereich mit einer Entkopplungseinrichtung (106.1 ; 206.1 , 209; 306.1 ) vorgesehen ist, wobei
- die Entkopplungseinrichtung (106.1 ; 206.1 , 209; 306.1 ) wenigstens eine
Momentenentkopplung um wenigstens eine quer zu der Wirkrichtung verlaufende Momentenachse zur Verfügung stellt.
Federanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Entkopplungseinrichtung (206.1 ; 306.1 ) zur Momentenentkopplung wenigstens ein elastisches Element (206.3, 206.4; 306.3. 306.4), insbesondere ein
Gummielement, umfasst
und/oder
- die Federeinrichtung (205) und die Aktuatoreinrichtung (107) in einem
Kopplungsbereich miteinander verbunden sind sowie der wenigstens eine Entkopplungsbereich in einer Kraftflussrichtung von dem Kopplungsbereich beabstandet angeordnet ist, vorzugsweise entfernt angeordnet ist, weiter vorzugsweise in einem dem Kopplungsbereich in der Kraftflussrichtung abgewandten Endbereich der Aktuatoreinrichtung (107) angeordnet ist.
Federanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass
- die Federeinrichtung (105; 205; 305) wenigstens eine mechanische Federeinheit (105.1 , 105.2; 205.1 , 205.2: 305.1 ) umfasst, wobei
- die Federeinheit (105.1 , 105.2; 205 1 , 205.2; 305.1 ) insbesondere wenigstens ein Gummielement und/oder wenigstens eine Metallfeder umfasst.
Federanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass
- die Aktuatoreinrichtung (107) wenigstens eine nach einem fluidischen Wirkprinzip arbeitende Aktuatoreinheit (107.1 ) umfasst, wobei
- die Aktuatoreinrichtung (107) insbesondere wenigstens eine hydraulische
Aktuatoreinheit (107.1) und/oder wenigstens eine hydropneumatische
Aktuatoreinheit umfasst.
Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug, mit
- einem Wagenkasten (102),
- einem Fahrwerk (103) und
- einer Federanordnung (104; 204; 304) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei
- die Federanordnung (104; 204; 304) zur niveauregulierenden Abstützung des Wagenkastens (102) auf dem Fahrwerk ( 03) zwischen dem Wagenkasten und einer Komponente des Fahrwerks (103), insbesondere einem Fahrwerksrahmen (103.4) des Fahrwerks (103), angeordnet ist und/oder zwischen zwei Komponenten des Fahrwerks (103) angeordnet ist.
13. Fahrzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass
- der Wagenkasten (102) eine Fahrzeuglängsrichtung, eine Fahrzeugquerrichtung und eine Fahrzeughöhenrichtung definiert und - die Federanordnung (104; 204; 304) in wenigstens einem Entkopplungsbereich eine Entkopplungseinrichtung (106.1 ; 206.1 ; 306.1 ) aufweist, die eine
Momentenentkopplung um wenigstens eine in Fahrzeugquerrichtung verlaufende Momentenachse zur Verfügung stellt.
Fahrzeug nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass
- eine mit der Aktuatoreinrichtung (107) verbundene Steuereinrichtung (108) sowie eine mit der Steuereinrichtung (108) verbundene Sensoreinrichtung (108.1 ) vorgesehen ist, wobei
- die Sensoreinrichtung (108.1 ) zur Erfassung eines aktuellen Wertes einer
Erfassungsgröße ausgebildet ist, die für ein Niveau des Wagenkastens (102) in der Höhenrichtung über einem Referenzniveau eines aktuell befahrenen Fahrwegs repräsentativ ist, und
- die Steuereinrichtung (108) zur niveauregulierenden Ansteuerung der
Aktuatoreinrichtung (107) in Abhängigkeit von dem aktuellen Wert der
Erfassungsgröße ausgebildet ist.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Federanordnung ( 04; 204; 304) Bestandteil einer Sekundärfedereinrichtung (103.5) des Fahrzeugs (101 ) ist.
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