EP4368472B1 - Federung, vorzugsweise fahrzeugfederung, besonders vorzugsweise schienenfahrzeugfederung - Google Patents

Federung, vorzugsweise fahrzeugfederung, besonders vorzugsweise schienenfahrzeugfederung Download PDF

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EP4368472B1
EP4368472B1 EP23202576.7A EP23202576A EP4368472B1 EP 4368472 B1 EP4368472 B1 EP 4368472B1 EP 23202576 A EP23202576 A EP 23202576A EP 4368472 B1 EP4368472 B1 EP 4368472B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
suspension
vehicle
spring
electromagnet
air spring
Prior art date
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Active
Application number
EP23202576.7A
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English (en)
French (fr)
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EP4368472A1 (de
Inventor
Harald Kranz
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Contitech Deutschland GmbH
Original Assignee
Contitech Deutschland GmbH
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Publication date
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Classifications

    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a suspension, preferably a vehicle suspension, particularly preferably a rail vehicle suspension, and a vehicle with such a suspension.
  • Rail vehicle suspensions with an air spring are known, which are arranged between the body or car body and the chassis or subframe of a rail vehicle.
  • Such rail vehicle suspensions have a rim and an upper plate opposite the rim.
  • the rim is provided with a sliding plate.
  • the rim and upper plate are arranged in such a way that, in the event of a failure of the air spring, the sliding plate and the upper plate rest against each other or on top of each other, thus supporting the body on the subframe.
  • Such rail vehicle suspensions typically feature an air spring as the main spring and a rubber spring or block spring as the emergency spring.
  • the main spring and emergency spring are arranged between the car body and the subframe of the vehicle in such a way that, in the event of a main spring failure, the body is supported on the chassis by the emergency spring.
  • Support is provided via opposing, interacting support and sliding surfaces or sliding plates/sliding elements on the body and chassis. These sliding plates then ensure reduced friction and trouble-free support during emergency operation.
  • the EP 1 644 234 B1 A centering emergency spring support for an air spring, in which the bellows rims connected via the air spring have guide grooves designed to prevent lateral displacement of the car body relative to the chassis when the car body rests on the emergency spring/auxiliary spring.
  • the inclined surfaces of the guide grooves and their counterparts are provided with sliding elements to reduce friction in the event of twisting or transverse displacement of the car body relative to the chassis.
  • the lateral stiffness is an important parameter in the operation of the suspension. Especially when using air suspension systems, especially in rail vehicles, the lateral stiffness can be an important parameter in ensuring driving stability.
  • the lateral stiffness is predetermined by the design and thus cannot be changed.
  • the suspension must therefore be designed with a specific lateral stiffness so that the specified lateral stiffness best fits the application, i.e., the object to be suspended or supported by such a suspension. In operating conditions deviating from this, a suboptimal lateral stiffness must be accepted.
  • the JP 2001 165240 A describes the provision of an air spring with a built-in superconducting actuator that suppresses shock vibrations of a vehicle and improves passenger comfort.
  • a magnet for generating a magnetic field e.g., a superconducting coil
  • the air spring which has an air chamber with a current control coil facing the magnetic field generating magnet, is arranged in a side of the vehicle.
  • the current control coil is provided with a power supply and a current regulator that controls the current supplied by the power supply.
  • the current value required to Current control coil is controlled and an electromagnetic force is generated between the magnetic field generating magnet and the current control coil to suppress the vibration of the vehicle.
  • the JP 2010 127350 A describes the provision of a suspension device for a railway vehicle capable of reducing costs while maintaining the required functions and significantly improving the functions by a device configured to relatively, laterally, and slidably support the rolling stock by abutting an upper support member against a lower support member when an air spring flattens.
  • the suspension device for the railway vehicle includes the air spring comprising the upper support member on the rolling stock side, the lower support member on the lower side, and a rubber diaphragm, and a wave spring comprising an elastic member 5 of a laminated rubber structure in which a plurality of elastic layers and a plurality of hard partition walls are alternately arranged between the lower support member and a receiving member on the truck side.
  • a sliding plate made of fluororesin which abuts against a sliding surface formed on a lower surface of the upper support member, is arranged on the lower support member, and the sliding surface is subjected to zinc phosphate treatment and then fluorine or molybdenum disulfide coating to form a coating film.
  • An object of the present invention is to provide a suspension, preferably a vehicle suspension, particularly preferably a rail vehicle suspension, of the type described above, so that the lateral stiffness of the suspension can be better adapted to the respective application. This should be possible as simply, space-savingly, cost-effectively, and/or reliably as possible. At the very least, an alternative to the known possibilities should be provided.
  • the present invention relates to a suspension, preferably a vehicle suspension, particularly preferably a rail vehicle suspension, with an air spring with an air spring bellows which is arranged between a sliding plate and a top plate, wherein the air spring is designed to be arranged in series between two bodies to be vibration-damped, preferably between a chassis and a body of a vehicle.
  • the suspension is characterized in that the sliding plate of the air spring is made of metal, and the upper plate has at least one electromagnet, which is designed and configured to exert attractive and repulsive magnetic forces on the sliding plate.
  • the upper plate of the air spring can be made of metal, and the sliding plate can have at least one electromagnet, which is designed and configured to exert attractive and repulsive magnetic forces on the sliding plate.
  • the sliding plate or the top plate can have a metal element in sections or entirely, or can be a metal element, or can also be made of plastic with a metallic admixture.
  • the sliding plate can have a sliding element, which is received, i.e. held, in a corresponding receptacle of the sliding plate, i.e., in a sliding element receptacle or by a sliding element carrier.
  • the sliding element and/or the sliding element receptacle or the sliding element carrier can be metallic, i.e., made of metal or with a metallic admixture.
  • an electromagnetic force can be generated between the sliding plate and the upper plate of the suspension in this way.
  • this electromagnetic force can be attractive or repulsive.
  • the strength of the electromagnetic force can be influenced by the current supplied to the electromagnet.
  • the present invention is based on the discovery that forces can be generated between the electromagnet and the metallic counterpart in this way, which can influence the lateral stiffness of the suspension. Accordingly, the lateral stiffness of the suspension can be changed during operation, which can be done statically, i.e., to a predetermined value, or dynamically, i.e., continuously changing during use, and especially during ferry operation.
  • this allows the lateral stiffness of the suspension to be better tailored to the specific application than was previously possible with a fixed design.
  • the lateral stiffness of the suspension can be changed during operation.
  • the suspension comprises a control unit configured and configured to operate the electromagnet to generate the attractive and repulsive magnetic forces.
  • the control unit is further configured and configured to generate a predetermined lateral stiffness of the air spring using the attractive and repulsive magnetic forces. This may represent a concrete implementation option.
  • the suspension comprises an auxiliary spring with an elastomer body arranged between an inner body and an outer body, wherein the sliding plate of the air spring and the outer body of the auxiliary spring are fixedly connected to one another, wherein the auxiliary spring is designed to be arranged in series between the air spring and the one body to be vibration-damped, preferably the chassis of the vehicle.
  • the present invention also relates to a vehicle, preferably a rail vehicle, with at least one suspension as described above. This allows the suspension according to the invention to be implemented and used in a vehicle.
  • the invention is based on the finding that when using air spring systems, especially in rail vehicles, lateral stiffness can be an important factor in ensuring driving stability. It can therefore be advantageous for the user or operator of a rail vehicle to be able to adjust the lateral stiffness of the air spring even during to be able to change the operation or driving mode. This is not currently possible or known.
  • the core concept of the present invention is based on changing the lateral stiffness of an air spring system by applying a magnetic field.
  • An electromagnet integrated into the upper plate of the air spring system has the metallic sliding plate support of the auxiliary spring as its counterpart. When current flows through the electromagnet in the upper plate, an electromagnetic force is generated on the sliding plate support located below the upper plate. The upper plate and thus the car body can thus be restricted from lateral movement, which in this case is equivalent to a change in the lateral stiffness of the air spring system.
  • the integrated electromagnet can take on various geometric shapes. It would also be conceivable to mount the magnet on the opposite side (sliding plate support, additional spring).
  • the lateral stiffness of the car body can advantageously be changed even during operation.
  • the actual secondary spring can remain largely unchanged.
  • the evaluation of the applied field strength can provide insights into the driving dynamics.
  • the above figures are described in Cartesian coordinates with a longitudinal direction X, a transverse direction perpendicular to the longitudinal direction X (not shown), and a vertical direction Z perpendicular to both the longitudinal direction X and the transverse direction.
  • the longitudinal direction X can also be referred to as depth X, the transverse direction as width, and the vertical direction Z as height Z.
  • the longitudinal direction X and the transverse direction together form the horizontal, which can also be referred to as the horizontal plane.
  • the longitudinal direction X, the transverse direction, and the vertical direction Z can together be referred to as the spatial directions X, Z or as Cartesian spatial directions X, Z.
  • a suspension 2 according to the invention is considered as a vehicle suspension 2 using the example of a rail vehicle suspension 2.
  • the rail vehicle suspension 2 is arranged in the vertical direction Z between a chassis 10, also called subframe 10, and a body 11 of a vehicle 1.
  • the vehicle 1 is considered using the example of a rail vehicle 1 or a short-distance railcar 1, see Figure 1 .
  • the rail vehicle suspension 2 has, viewed from the bottom in the vertical direction Z, a chassis mount 20, which is connected to the chassis 10 of the rail vehicle 1.
  • a chassis mount 20 Arranged on the chassis mount 20 is an auxiliary spring 21, which has a metallic inner body 21a in the form of a metallic inner cone 21a, an elastomer body 21b vulcanized thereto, and a metallic outer body 21c in the form of a metallic rim 21c vulcanized thereto.
  • a metallic sliding plate 22 is fixedly connected to the outer body 21c of the additional spring 21 in the vertical direction Z, which sliding plate 22 has a receptacle 22a or a carrier 22a, also referred to as a sliding element receptacle 22a or sliding element carrier 22a, with a sliding element 22b received therein. Furthermore, an edge (not designated) of an air bellows 23 is fixedly arranged radially on the outer body 21c of the additional spring 21. A metallic upper plate 24 is fixedly arranged at the other end of the air bellows 23 or at its other edge (not designated). The air bellows 23, the additional spring 21, and the upper plate 24 hermetically enclose an internal volume 23a of the air bellows 23, which is accessible from the outside via an air connection 25 in order to increase and reduce the amount of air within the air bellows 23.
  • An electromagnet 26 is arranged on or in the top plate 24.
  • the electromagnet 26 is axially aligned with the sliding plate 22 and the auxiliary spring 21.
  • the electromagnet 26 is connected to a control unit 27 and an evaluation unit 28, so that the electromagnet 26 can be powered and operated by the control unit 27, and the operating parameters of the electromagnet 26 can be evaluated by the evaluation unit 28.
  • the strength of the magnetic field that can be generated by the electromagnet 26 can thus be influenced by the control unit 27 using the amplitude of the electric current.
  • control unit 27 can generate an electromagnetic force between the electromagnet 26 and the sliding plate 22, which can be attractive or repulsive depending on the polarity of the electric current. This can influence and change the lateral stiffness of the suspension 2.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)
  • Vehicle Body Suspensions (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Federung, vorzugsweise eine Fahrzeugfederung, besonders vorzugsweise eine Schienenfahrzeugfederung, sowie ein Fahrzeug mit einer derartigen Federung.
  • Bekannt sind Schienenfahrzeugfederungen mit einer Luftfeder, welche zwischen Karosserie bzw. Wagenkasten und Fahrwerk bzw. Fahrschemel eines Schienenfahrzeugs angeordnet sind. Derartige Schienenfahrzeugfederungen weisen eine Felge und eine der Felge gegenüberliegende Oberplatte auf, wobei die Felge mit einer Gleitplatte versehen ist und Felge und Oberplatte so angeordnet sind, dass bei einem Ausfall der Luftfeder die Gleitplatte und die Oberplatte aneinander bzw. aufeinander liegen und so die Karosserie am Fahrschemel abgestützt ist.
  • Derartige Schienenfahrzeugfederungen weisen üblicherweise eine Luftfeder als Hauptfeder und eine Gummifeder oder Blockfeder als Notfeder auf. Hauptfeder und Notfeder sind zwischen Wagenkasten und Fahrschemel des Fahrzeuges so angeordnet, dass bei einem Ausfall der Hauptfeder die Karosserie am Fahrwerk durch die Notfeder abgestützt wird und die Abstützung über gegenüberliegende zusammenwirkende karosserieseitige und fahrgestellseitige Auflage- und Gleitflächen bzw. Gleitplatten/Gleitelemente erfolgt. Diese Gleitplatten sorgen dann für eine verminderte Reibung und für eine problemlose Abstützung im Notlaufbetrieb.
  • Hierzu offenbart die EP 1 644 234 B1 eine zentrierende Notfederabstützung für eine Luftfeder, bei der die über die Luftfeder verbundenen Balgfelgen Führungsnuten aufweisen, die bei Auflage des Wagenkastens auf der Notfeder/Zusatzfeder einen seitlichen Versatz des Wagenkastens in Bezug auf das Fahrgestell verhindern sollen. Die einander zugeneigten Flächen der Führungsnuten und ihrer Gegenstücke sind mit Gleitelementen versehen, um bei Verdrehungen oder Querverschiebungen des Wagenkastens relativ zum Fahrgestell die Reibung zu vermindern.
  • Bei derartigen Federungen stellt die laterale, d.h. die seitliche, Steifigkeit eine wichtige Größe im Betrieb der Federung dar. Insbesondere bei der Verwendung von Luftfedersystemen, insbesondere bei Schienenfahrzeugen, kann die laterale Steifigkeit eine wichtige Größe bei der Gewährleistung der Fahrstabilität sein.
  • Die laterale Steifigkeit ist jedoch konstruktiv vorgegeben und somit unveränderlich. Die Federung ist also mit einer bestimmten lateralen Steifigkeit so auszulegen, dass die festgelegte laterale Steifigkeit möglichst gut zum Anwendungsfall passt, d.h. möglichst gut zu dem Objekt, welches mit einer derartigen Federung gefedert bzw. gelagert werden soll. Bei hiervon abweichenden Betriebszuständen ist eine nicht-optimale laterale Steifigkeit zu akzeptieren.
  • Die JP 2001 165240 A beschreibt die Bereitstellung einer Luftfeder mit eingebautem supraleitendem Aktuator, der stoßartige Vibrationen eines Fahrzeugs unterdrückt und den Komfort eines Fahrgastes verbessert. Ein Magnet zur Erzeugung eines Magnetfeldes (z. B. eine supraleitende Spule) wird in flüssigem Stickstoff getränkt, der in einem Behälter eingeschlossen ist, und das Fahrzeug wird darauf angeordnet. Die Luftfeder, die eine Luftkammer mit einer dem Magnetfelderzeugungsmagneten zugewandten Stromsteuerspule aufweist, ist in einer Wagenseite des Fahrzeugs angeordnet. Die Stromregelspule ist mit einer Stromversorgung und einem Stromregler versehen, der den von der Stromversorgung zugeführten Strom steuert. Der Stromwert, der zur Stromregelspule fließt, wird so gesteuert und eine elektromagnetische Kraft zwischen dem Magnetfelderzeugungsmagneten und der Stromregelspule erzeugt, um die Vibration des Fahrzeugs zu unterdrücken.
  • Die JP 2010 127350 A beschreibt die Bereitstellung einer Aufhängungsvorrichtung für ein Schienenfahrzeug, die in der Lage ist, die Kosten zu reduzieren, während die erforderlichen Funktionen beibehalten werden, und die Funktionen durch eine Vorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie das rollende Material relativ, seitlich und gleitend stützt, indem ein oberes Stützteil an einem unteren Stützteil anliegt, wenn eine Luftfeder flach wird, wesentlich zu verbessern. Die Aufhängungsvorrichtung für das Schienenfahrzeug umfasst die Luftfeder, die das obere Stützteil auf der Seite des Rollmaterials, das untere Stützteil auf der unteren Seite und eine Gummimembran umfasst, und eine Wellenfeder, die ein elastisches Teil 5 einer laminierten Gummistruktur umfasst, in der eine Vielzahl von elastischen Schichten und eine Vielzahl von harten Trennwänden abwechselnd zwischen dem unteren Stützteil und einem Aufnahmeteil auf der Seite des Lastwagens angeordnet sind. Wenn sich die Membran in einem luftleeren Zustand befindet, ist eine aus Fluorharz hergestellte Gleitplatte, die an einer Gleitfläche anliegt, die auf einer Unterseite des oberen Stützteils ausgebildet ist, am unteren Stützteil angeordnet, und die Gleitfläche wird einer Zinkphosphatbehandlung und dann einer Fluor- oder Molybdändisulfidbeschichtung unterzogen, um einen Beschichtungsfilm zu bilden.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Federung, vorzugsweise eine Fahrzeugfederung, besonders vorzugsweise eine Schienenfahrzeugfederung, der eingangs beschriebenen Art bereit zu stellen, so dass die laterale Steifigkeit der Federung besser auf den jeweiligen Anwendungsfall abgestimmt werden kann. Dies soll möglichst einfach, bauraumsparend, kostengünstig und bzw. oder verlässlich erfolgen können. Zumindest soll eine Alternative zu den bekannten Möglichkeiten zur Verfügung gestellt werden.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Federung sowie durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Somit betrifft die vorliegende Erfindung eine Federung, vorzugsweise eine Fahrzeugfederung, besonders vorzugsweise eine Schienenfahrzeugfederung, mit einer Luftfeder mit einem Luftfederbalg, welcher zwischen einer Gleitplatte und einer Oberplatte angeordnet ist, wobei die Luftfeder ausgebildet ist, zwischen zwei schwingungstechnisch zu dämpfenden Körpern, vorzugsweise zwischen einem Fahrgestell und einer Karosserie eines Fahrzeugs, in Reihe angeordnet zu werden.
  • Die Federung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitplatte der Luftfeder metallisch ausgebildet ist und die Oberplatte wenigstens einen Elektromagneten aufweist, welcher ausgebildet und eingerichtet ist, anziehende und abstoßende magnetische Kräfte auf die Gleitplatte auszuüben. Alternativ kann umgekehrt die Oberplatte der Luftfeder metallisch ausgebildet sein und die Gleitplatte wenigstens einen Elektromagneten aufweisen, welcher ausgebildet und eingerichtet ist, anziehende und abstoßende magnetische Kräfte auf die Gleitplatte auszuüben.
  • In jedem Fall kann die Gleitplatte bzw. die Oberplatte abschnittsweise oder vollständig ein Metallelement aufweisen bzw. ein Metallelement sein oder auch aus Kunststoff mit metallischer Beimischung ausgebildet sein. Die Gleitplatte kann ein Gleitelement aufweisen, welches in einer entsprechenden Aufnahme der Gleitplatte, d.h. in einer Gleitelementaufnahme bzw. von einem Gleitelementträger, aufgenommen, d.h. gehalten, wird. Entsprechend kann das Gleitelement und bzw. oder die Gleitelementaufnahme bzw. der Gleitelementträger metallisch, d.h. aus Metall oder mit einer metallischen Beimischung, ausgebildet sein.
  • In jedem Fall kann auf diese Art und Weise eine elektromagnetische Kraft zwischen Gleitplatte und Oberplatte der Federung erzeugt werden. Je nach Speisung bzw. Polung des Elektromagneten kann diese elektromagnetische Kraft anziehend oder abstoßend wirken. Über die Stromstärke der Speisung des Elektromagneten kann die Stärke der elektromagnetischen Kraft beeinflusst werden.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass zwischen Elektromagnet und metallischem Gegenüber auf diese Art und Weise Kräfte erzeugt werden können, welche die laterale Steifigkeit der Federung beeinflussen können. Entsprechend kann die laterale Steifigkeit der Federung im Betrieb geändert werden, was statisch, d.h. auf einen vorbestimmten Wert, oder dynamisch, d.h. sich während der Nutzung und insbesondere während des Fährbetriebs kontinuierlich ändernd, erfolgen kann.
  • In jedem Fall kann hierdurch die laterale Steifigkeit der Federung besser auf den jeweiligen Anwendungsfall abgestimmt werden als dies bisher durch eine konstruktive feste Auslegung möglich ist. Insbesondere kann eine Veränderung der lateralen Steifigkeit der Federung im Betrieb erfolgen.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist die Federung eine Steuerungseinheit auf, welche ausgebildet und eingerichtet ist, den Elektromagneten zur Erzeugung der anziehenden und abstoßenden magnetischen Kräfte zu betreiben, wobei die Steuerungseinheit ferner ausgebildet und eingerichtet ist, mittels der anziehenden und abstoßenden magnetischen Kräfte eine vorbestimmte laterale Steifigkeiten der Luftfeder zu erzeugen. Dies kann eine konkrete Möglichkeit der Umsetzung darstellen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Federung eine Auswerteeinheit auf, welche ausgebildet und eingerichtet ist,
    • wenigstens einen Betriebsparameter, vorzugsweise die angelegte Spannung, des Elektromagneten zu erhalten und
    • basierend auf dem erhaltenen Betriebsparameter des Elektromagneten wenigstens einen Parameter eines Objekts, vorzugsweise eines Fahrzeugs, besonders vorzugsweise eines Schienenfahrzeugs, welche die Federung verwendet, zu bestimmen.
  • Dies kann es ermöglichen, entsprechende Rückschlüsse aus dem Betrieb des Elektromagneten auf das Betriebsverhalten der Federung bzw. des gefederten Objekts zu ziehen. Diese Erkenntnisse können auch zum Betrieb der Federung genutzt werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Federung eine Zusatzfeder mit einem Elastomerkörper auf, welcher zwischen einem Innenkörper und einem Außenkörper angeordnet ist, wobei die Gleitplatte der Luftfeder und der Außenkörper der Zusatzfeder feststehend miteinander verbunden sind, wobei die Zusatzfeder ausgebildet ist, zwischen der Luftfeder und dem einen schwingungstechnisch zu dämpfenden Körper, vorzugsweise dem Fahrgestell des Fahrzeugs, in Reihe angeordnet zu werden. Hierdurch können die Eigenschaften und Vorteile einer Zusatzfeder auch bei der erfindungsgemäßen Federung genutzt werden.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug, vorzugsweise ein Schienenfahrzeug, mit wenigstens einer Federung wie zuvor beschrieben. Hierdurch kann eine Umsetzung und Nutzung der erfindungsgemäßen Federung bei einem Fahrzeug erfolgen.
  • Mit anderen Worten liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass bei der Verwendung von Luftfedersystemen, insbesondere bei Schienenfahrzeugen, die laterale Steifigkeit eine wichtige Größe bei der Gewährleistung der Fahrstabilität sein kann. Für den Anwender bzw. für den Betreiber eines Schienenfahrzeugs kann es daher vorteilhaft sein, die laterale Steifigkeit der Luftfeder auch während des Betriebs bzw. des Fahrbetriebs verändern zu können. Dies ist bisher nicht möglich bzw. nicht bekannt.
  • Es soll daher eine Möglichkeit geschaffen werden, während des Betriebs bzw. des Fahrbetriebes die lateralen Steifigkeit einer Luftfeder bzw. eines Gürtelbalges (Sekundärfederung) zu verändern.
  • Der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung beruht auf der Veränderung der lateralen Steifigkeit eines Luftfedersystems durch Anlegen eines Magnetfeldes. Ein in die Oberplatte des Luftfedersystems integrierter Elektromagnet hat als Gegenpart den metallischen Gleitplattenträger der Zusatzfeder. Bei Stromfluss durch den Elektromagnet in der Oberplatte wird eine elektromagnetische Kraft auf den Gleitplattenträger erzeugt, welche sich unterhalb der Oberplatte befinden. Die Oberplatte und damit der Wagenkasten kann so an seiner lateralen Bewegung behindert werden, was in diesem Fall gleichbedeutend mit einer Veränderung der lateralen Steifigkeiten des Luftfedersystems ist.
  • Der integrierte Elektromagnet kann unterschiedliche geometrische Formen annehmen. Es wäre auch denkbar den Magnet auf der Gegenseite (Gleitplattenträger, Zusatzfeder) anzubringen.
  • In jedem Fall kann vorteilhafter Weise die Veränderung der lateralen Steifigkeiten des Wagenkastens auch während des Betriebes erfolgen. Die eigentliche Sekundärfeder kann weitgehend unverändert bleiben. Die Auswertung der angelegten Feldstarke kann Rückschlüsse auf die Fahrdynamik ermöglichen.
  • Ein Ausführungsbeispiel und weitere Vorteile der Erfindung werden nachstehend im Zusammenhang mit den folgenden Figuren erläutert. Darin zeigt:
    • Fig. 1
    eine seitliche schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs am Beispiel eines Schienenfahrzeugs; und
    Fig. 2
    eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Federung am Beispiel einer Schienenfahrzeugfederung.
  • Die Beschreibung der o.g. Figuren erfolgt in kartesischen Koordinaten mit einer Längsrichtung X, einer zur Längsrichtung X senkrecht ausgerichteten Querrichtung (nicht dargestellt) sowie einer sowohl zur Längsrichtung X als auch zur Querrichtung senkrecht ausgerichteten vertikalen Richtung Z. Die Längsrichtung X kann auch als Tiefe X, die Querrichtung auch als Breite und die vertikale Richtung Z auch als Höhe Z bezeichnet werden. Die Längsrichtung X und die Querrichtung bilden gemeinsam die Horizontale, welche auch als horizontale Ebene bezeichnet werden kann. Die Längsrichtung X, die Querrichtung und die vertikale Richtung Z können gemeinsam auch als Raumrichtungen X, Z bzw. als kartesische Raumrichtungen X, Z bezeichnet werden.
  • Eine erfindungsgemäße Federung 2 wird als Fahrzeugfederung 2 am Beispiel einer Schienenfahrzeugfederung 2 betrachtet. Die Schienenfahrzeugfederung 2 ist in der vertikalen Richtung Z zwischen einem Fahrgestell 10, auch Fahrschemel 10 genannt, und einer Karosserie 11 eines Fahrzeugs 1 angeordnet. Das Fahrzeug 1 wird am Beispiel eines Schienenfahrzeugs 1 bzw. eines Kurzstreckentriebwagens 1 betrachtet, siehe Figur 1.
  • Die Schienenfahrzeugfederung 2 weist, in der vertikalen Richtung Z von unten anfangend betrachtet, eine Fahrgestellbefestigung 20 auf, welche mit dem Fahrgestell 10 des Schienenfahrzeugs 1 verbunden ist. Auf der Fahrgestellbefestigung 20 drauf ist eine Zusatzfeder 21 angeordnet, welche einen metallischen Innenkörper 21a in Form eines metallischen Innenkegels 21a, an diesem anvulkanisiert einen Elastomerkörper 21b und hieran anvulkanisiert einen metallischen Außenkörper 21c in Form einer metallischen Felge 21c aufweist.
  • Mit dem Außenkörper 21c der Zusatzfeder 21 ist in der vertikalen Richtung Z eine metallische Gleitplatte 22 feststehend verbunden, welche eine Aufnahme 22a bzw. einen Träger 22a, auch als Gleitelementaufnahme 22a bzw. als Gleitelementträger 22a zu bezeichnen, mit einem dort aufgenommenen Gleitelement 22b aufweist. Ferner ist radial ein Rand (nicht bezeichnet) eines Luftfederbalgs 23 an dem Außenkörper 21c der Zusatzfeder 21 feststehend angeordnet. An dem anderen Ende des Luftfederbalgs 23 bzw. an dessen anderem Rand (nicht bezeichnet) ist eine metallische Oberplatte 24 feststehend angeordnet. Der Luftfederbalg 23, die Zusatzfeder 21 und die Oberplatte 24 schließen luftdicht ein Innenvolumen 23a des Luftfederbalgs 23 ein, welches mittels eines Luftanschlusses 25 von außen zugänglich ist, um die Luftmenge innerhalb des Luftfederbalgs 23 zu erhöhen und zu reduzieren.
  • An bzw. in der Oberplatte 24 ist ein Elektromagnet 26 angeordnet. Der Elektromagnet 26 ist axial zur Gleitplatte 22 bzw. zur Zusatzfeder 21 ausgerichtet. Der Elektromagnet 26 ist mit einer Steuerungseinheit 27 sowie mit einer Auswerteeinheit 28 verbunden, so dass der Elektromagnet 26 von der Steuerungseinheit 27 gespeist und betrieben sowie die Betriebsparameter des Elektromagneten 26 von der Auswerteeinheit 28 ausgewertet werden können. Die Stärke des Magnetfelds, welches vom Elektromagneten 26 erzeugt werden kann, kann somit von der Steuerungseinheit 27 mittels der Amplitude des elektrischen Stroms beeinflusst werden.
  • Entsprechend kann bei der Nutzung bzw. im Betrieb der Federung 2 seitens der Steuerungseinheit 27 eine elektromagnetische Kraft zwischen dem Elektromagneten 26 und der Gleitplatte 22 erzeugt werden, welche je nach Polung des elektrischen Stroms anziehend oder abstoßend sein kann. Hierdurch kann die laterale Steifigkeit der Federung 2 beeinflusst und verändert werden.
    • Bezugszeichenliste (Teil der Beschreibung)
    • X
    Längsrichtung; Tiefe
    Z
    vertikale Richtung; Höhe
    1
    Fahrzeug; Schienenfahrzeug; Kurzstreckentriebwagen
    10
    Fahrgestell; Fahrschemel
    11
    Karosserie
    2
    Federung; Fahrzeugfederung; Schienenfahrzeugfederung
    20
    Fahrgestellbefestigung
    21
    Zusatzfeder
    21a
    Innenkörper bzw. Innenkegel der Zusatzfeder 21
    21b
    Elastomerkörper der Zusatzfeder 21
    21c
    Außenkörper bzw. Felge der Zusatzfeder 21
    22
    Gleitplatte
    22a
    Aufnahme der Gleitplatte 22 bzw. Träger der Gleitplatte 22 für Gleitelement 22b; Gleitelementaufnahme; Gleitelementträger
    22b
    Gleitelement der Gleitplatte 22
    23
    Luftfederbalg
    23a
    Innenvolumen des Luftfederbalgs 23
    24
    Oberplatte
    25
    Luftanschluss
    26
    Elektromagnet
    27
    Steuerungseinheit
    28
    Auswerteeinheit

Claims (5)

  1. Federung (2), vorzugsweise Fahrzeugfederung (2), besonders vorzugsweise Schienenfahrzeugfederung (2),
    mit einer Luftfeder mit einem Luftfederbalg (23), welcher zwischen einer Gleitplatte (22) und einer Oberplatte (24) angeordnet ist,
    wobei die Luftfeder ausgebildet ist, zwischen zwei schwingungstechnisch zu dämpfenden Körpern, vorzugsweise zwischen einem Fahrgestell (10) und einer Karosserie (11) eines Fahrzeugs (1), in Reihe angeordnet zu werden, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Gleitplatte (22) der Luftfeder metallisch ausgebildet ist und
    die Oberplatte (24) wenigstens einen Elektromagneten (26) aufweist, welcher ausgebildet und eingerichtet ist, anziehende und abstoßende magnetische Kräfte auf die Gleitplatte (22) auszuüben, oder umgekehrt.
  2. Federung (2) nach Anspruch 1,
    mit einer Steuerungseinheit (27), welche ausgebildet und eingerichtet ist, den Elektromagneten (26) zur Erzeugung der anziehenden und abstoßenden magnetischen Kräfte zu betreiben,
    wobei die Steuerungseinheit (27) ferner ausgebildet und eingerichtet ist, mittels der anziehenden und abstoßenden magnetischen Kräfte eine vorbestimmte laterale Steifigkeiten der Luftfeder zu erzeugen.
  3. Federung (2) nach Anspruch 1 oder 2,
    mit einer Auswerteeinheit (28), welche ausgebildet und eingerichtet ist,
    • wenigstens einen Betriebsparameter, vorzugsweise die angelegte Spannung, des Elektromagneten (26) zu erhalten und
    • basierend auf dem erhaltenen Betriebsparameter des Elektromagneten (26) wenigstens einen Parameter eines Objekts, vorzugsweise eines Fahrzeugs (1), besonders vorzugsweise eines Schienenfahrzeugs (1), welche die Federung (2) verwendet, zu bestimmen.
  4. Federung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    mit einer Zusatzfeder (21) mit einem Elastomerkörper (12b), welcher zwischen einem Innenkörper (21a) und einem Außenkörper (21c) angeordnet ist,
    wobei die Gleitplatte (22) der Luftfeder und der Außenkörper (21c) der Zusatzfeder (21) feststehend miteinander verbunden sind,
    wobei die Zusatzfeder (21) ausgebildet ist, zwischen der Luftfeder und dem einen schwingungstechnisch zu dämpfenden Körper, vorzugsweise dem Fahrgestell (10) des Fahrzeugs (1), in Reihe angeordnet zu werden.
  5. Fahrzeug (1), vorzugsweise Schienenfahrzeug (1),
    mit wenigstens einer Federung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
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