DE10236246B4

DE10236246B4 - Niveauregulierbare Luftfederungsvorrichtung für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE10236246B4
Application number: DE2002136246
Authority: DE
Inventors: Manfred Vohla
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date: 2002-08-07
Filing date: 2002-08-07
Publication date: 2007-06-14
Anticipated expiration: 2022-08-08
Also published as: DE10236246A1

Abstract

Niveauregulierbare Luftfederungsvorrichtung für Fahrzeuge, insbesondere für Schienenfahrzeuge, beinhaltend wenigstens einen ausschließlich oder teilweise mit Luft oder Gas befüllten Luftbalg, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftbalg (8) während des Betriebs im wesentlichen stets mit der gleichen Menge Luft oder Gas befüllt und zur Niveauregulierung wenigstens ein separates Stellglied (6) vorgesehen ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine niveauregulierbare Luftfederungsvorrichtung für Fahrzeuge, insbesondere für Schienenfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Eine solche ist aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus dem „Kraftfahrtechnischen Taschenbuch", Robert Bosch GmbH, 22. Auflage, Springer-Verlag 1998, Seiten 581 bis 583 bekannt. Die dort beschriebene niveauregulierbare Luftfederungsvorrichtung beinhaltet außer dem Luftbalg eine Druckluftversorgungsanlage zur Lieferung von Druckluft in den Luftbalg mittels einer Luftfederventile beinhaltenden Ventileinrichtung. Die Luftfederventile werden angesteuert, um die Luftmenge in den Luftbälgen derart zu regeln, daß ein Fahrzeugaufbau des Fahrzeugs im wesentlichen stets den gleichen vertikalen Abstand zu den Fahrzeugachsen hat oder um bestimmte Niveaulagen des Fahrzeugaufbaus zu erzielen, wie beispielsweise ein Absenken eines Busaufbaus an Haltestellen als Einstiegserleichterung. Darüber hinaus bilden die Luftbälge Federungselemente der Fahrzeugfederung.

Aus der DE 196 01 337 A1 ist eine Anordnung zur Verbesserung des Fahrkomforts bekannt, welche als Federelemente einer Fahrzeugfederung einen be- und entlüftbaren Luftfederbalg sowie eine Stahlfeder aufweist, wobei den beiden Federelementen eine Sperrmasse zwischengeordnet ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine niveauregulierbare Luftfederungsvorrichtung der eingangs erwähnten Art derart weiterzubilden, daß sie kostengünstiger herstellbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst.

Vorteile der Erfindung

Die Federungsfunktion wird wie beim Stand der Technik durch den Luftbalg erfüllt, jedoch ist dieser im wesentlichen hermetisch dicht und wird nur zu Montage- oder Wartungszwecken entleert oder befüllt, um beispielsweise einen durch Diffusion hervorgerufenen Druckverlust auszugleichen. Der Luftbalg ähnelt daher in der Konzeption einem Fahrzeugreifen, bei welchem nur gelegentlich Druckluft oder Druckgas nachgefüllt wird, um einen bestimmten Innendruck aufrecht zu erhalten. Zur Niveauregulierung dient ein bezogen auf den Luftbalg separates Stellglied, welches beispielsweise durch einen Elektromotor betätigt wird. Durch diese Maßnahmen kann die aufwendige Ventileinrichtung samt Verrohrung zum Druckaufbau bzw. Druckabbau im Luftbalg entfallen, was sich positiv auf die Herstellkosten der Luftfederungsvorrichtung auswirkt. Sofern keine weiteren Druckluftverbraucher mehr vorhanden sind, kann die Drukluftversorgung des Fahrzeugs komplett entfallen.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung möglich.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt der Luftbalg ein Ventil zum gelegentlichen Nachfüllen oder Entleeren, wobei der Luftbalg bei geschlossenem Ventil im wesentlichen hermetisch dicht ist. Das Stellglied kann beispielsweise elektrochemisch, piezoelektrisch, elektromotorisch oder hydraulisch betätigt sein.

Vorzugsweise ist eine Steuer- oder Regelungseinrichtung vorgesehen, welche das Stellglied derart steuert oder regelt, daß das Niveau des Fahrzeugaufbaus unabhängig vom Beladungszustand stets gleich bleibt oder bestimmte gewünschte Lagen einnimmt. In besonders bevorzugter Anwendung kann die Steuer- oder Regelungseinrichtung das Stellglied derart steuern oder regeln, daß eine Niveauänderung aufgrund eines allmählichen Druckverlusts des Luftbalgs, beispielsweise durch Diffusion ausgeglichen wird. Hierzu ist ein mit der Steuer- oder Regelungseinrichtung zusammenwirkender Sensor zur Erfassung des Niveaus des Fahrzeugaufbaus vorhanden. Dieser Sensor kann gleichzeitig zur Erfassung der Fahrzeuglast vorgesehen und zu diesem Zweck bereits vorhanden sein, wodurch sich eine vorteilhafte Funktionsvereinigung in einem einzigen Bauteil ergibt.

Zeichnungen
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt
1 eine schematische Darstellung einer niveauregulierbaren Luftfederungsvorrichtung eines Schienenfahrzeugs gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
2 die Luftfederungsvorrichtung von 1 bei hoch belastetem Wagenkasten;
3 die Luftfederungsvorrichtung von 1 bei niedrig belastetem Wagenkasten;
4 die Luftfederungsvorrichtung von 1 mit auf eine Höhenlage eines Bahnsteigs eingestelltem Wagenkasten.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die in 1 mit 1 bezeichnete, niveauregulierbare Luftfederungsvorrichtung dient gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zur Federung und Niveauregulierung eines Wagenkastens 2 eines Schienenfahrzeugs bezüglich eines am Wagenkasten 2 angelenkten Drehgestells 4 oder Fahrwerks. Hierzu ist die Luftfederungsvorrichtung dem Wagenkasten 2 und dem Drehgestell 4 oder dem Fahrwerk vertikal zwischengeordnet.
Die Luftfederungsvorrichtung 1 umfaßt einen mit einem Stellglied 6 mechanisch in Reihe geschalteten Luftbalg 8, wobei der Luftbalg 8 vorzugsweise am Drehgestell 4 und das Stellglied 6 am Wagenkasten 2 befestigt ist. Hierzu greift das Stellglied 6 in eine wagenseitige, auf der zum Luftbalg 8 weisenden Fläche des Wagenkastens 2 angeordnete Aufnahme 10 ein, außerdem kontaktiert es mit seiner vom Wagenkasten 2 weg weisenden Stirnfläche eine im wesentlichen gleich große, eingezogene Aufnahme 12 des Luftbalgs 8, welcher mit seiner gegenüberliegenden, beispielsweise ebenen Fläche an einer zum Wagenkasten 2 weisenden Fläche des Drehgestells 4 aufliegt bzw. dort befestigt ist.
Der Luftbalg 8 kann einer von mehreren zwischen dem Wagenkasten 2 und dem Drehgestell 4 angeordneten Luftbälgen sein und mittels eines Ventils 14 mit Druckluft befüllt bzw. entleert werden. Erfindungsgemäß ist der Luftbalg 8 während des Betriebs im wesentlichen stets mit den gleichen Menge Luft oder Gas befüllt und dient als Federelement, während das separate Stellglied 6 zur Niveauregulierung des Wagenkastens 2 vorgesehen ist. Um die Luft oder das Gas über einen längeren Zeitraum auf einem im wesentlichen konstanten Druckniveau zu halten, ist ein Luftbalgmantel 16 des Luftbalgs 8 sowie das Ventil 14 in seiner Schließstellung hermetisch dicht ausgebildet. Eine Veränderung der Menge der Luft oder des Gases mittels des Ventils 14 ist lediglich während der Wartung vorgesehen, um über einen längeren Zeitraum stattfindende, beispielsweise durch Diffusion bedingte Druckverluste ausgleichen zu können.
Das Stellglied 6 überträgt die auf dem Wagenkasten 2 lastende Last auf den diesbezüglich in Reihe geschalteten Luftbalg 8 und damit auf das in diesem befindliche Luft- oder Gaskissen, welches lastabhängig mehr oder weniger komprimiert wird und kompensiert die lastbedingten Verformungen des Luftbalgs 8. Das Stellglied 6 kann elektrochemisch, piezoelektrisch, elektromotorisch, hydraulisch oder auf jegliche andere Weise betätigt sein, solange es nur angesteuert werden kann, um seine Länge zu ändern. Besonders bevorzugt wird ein Motor-Spindeltrieb verwendet, bei welchem sich eine durch den Motor getriebene Spindel sich in eine Spindelmutter einschraubt und dadurch die Länge des Stellglieds 6 verändert. Das Stellglied 6 ist beispielsweise von einem Faltenbalg 18 ummantelt, um es vor Schmutz-, Steinschlag- und Wassereinwirkung zu schützen. Beim Einsatz in einem Schienenfahrzeugwagen ist beispielsweise eine Maximalkraft des Stellglieds 8 von ca. 100 kN ausreichend.
Eine Längenänderung des Stellglieds 8 kann beispielsweise notwendig sein, um bei veränderter Last das Niveau des Wagenskastens 2 auf einem konstanten Wert H zu halten oder beim Halt an einem Bahnsteig auf die dortige Bahnsteighöhe anzupassen. Hierzu ist eine Regelungseinrichtung 20 zur Ansteuerung des Stellglieds 6 sowie ein mit dieser zusammenwirkender Sensor 22 zur Erfassung des Niveaus H des Wagenkastens 2 vorhanden. Der Sensor 22 kann außerdem gleichzeitig zur Erfassung der Last des Fahrzeugs vorgesehen sein. In diesem Fall kann beispielsweise auch ein bereits vorhandener Lastsensor der Bremsanlage des Schienenfahrzeugs verwendet werden. Der Sensor 22 kann beispielsweise ein Drucksensor zur Messung des Luftdrucks im Luftbalg 8 sein, wobei die Regelungseinrichtung 20 zur Rückrechnung der Wagenlast aus dem Druck ausgebildet sein kann. Darüber hinaus kann zur Kommunikation zwischen dem Stellglied 6 und der Regelungseinrichtung 20 ein bereits vorhandener, globaler oder lokaler Datenbus einer elektromechanischen Bremsanlage des Schienenfahrzeugs benutzt werden. Dann kann auch die Regelungseinrichtung 20 der Luftfederungsvorrichtung 1 und ein Bremssteuergerät in einem einzigen Steuer- und Regelgerät integriert sein.
Weiterhin ist eine Einrichtung 24 zur Diagnose und Erfassung der Betriebsdaten der Luftfederungsvorrichtung 1 vorgesehen, welche beispielsweise in die Regelungseinrichtung 20 integriert ist. Eine Betriebsdatenerfassung kann beispielsweise derart erfolgen, um die Wartungszeitpunkte beispielsweise zum Nachfüllen von Luft oder Gas in den Luftbalg 8 oder zur Wartung des Stellglieds 6 zu ermitteln.
2 zeigt einen Zustand, in welchem der Luftbalg 8 aufgrund einer relativ hohen Last des Wagenkastens 2 und der dadurch erhöhten Kompression der Luft oder des Gases in seinem Inneren, beispielsweise nach dem Zusteigen vieler Fahrgäste, eine geringere vertikale Höhe aufweist als in der in 1 gezeigten Neutralstellung. Zum Niveauausgleich steuert die Regelungseinrichtung 20 das Stellglied 6 an, damit sich dieses um gerade die Weglänge verlängert, um welches sich die Höhe des Luftbalgs 8 lastbedingt verringert hat, um das Niveau des Wagenkastens auf dem konstanten Wert H zu halten.
Die Regelungseinrichtung 20 kann das Stellglied 6 auch derart steuern oder regeln, daß eine Niveauänderung des Wagenkastens 2 aufgrund eines allmählichen Druckverlusts des Luftbalgs 8 automatisch ausgeglichen wird. Die in 2 gezeigte niedrige vertikale Höhe des Luftbalgs 8 und die folglich resultierende automatische Verlängerung des Stellglieds 6 zur Kompensation kann sich demzufolge auch durch den allmählichen Luft- oder Gasverlust durch das Ventil 14 oder durch den Luftbalgmantel 16 hindurch eingestellt haben.
Demgegenüber ist in 3 eine Stellung gezeigt, in welcher der Luftbalg 8 aufgrund einer relativ geringen Last, beispielsweise nach dem Aussteigen vieler Fahrgäste, und einer damit verbundenen geringeren Kompression eine größere vertikale Höhe einnimmt als in der Stellung gemäß 1. Zum Niveauausgleich steuert dann die Regelungseinrichtung 20 das Stellglied 6 an, daß sich dieses um gerade die Weglänge verkürzt, um welche sich der Luftbalg 8 wegen der geringeren Last erhöht hat, um das Niveau des Wagenkastens auf dem konstanten Wert H zu halten. Die relativ große vertikale Höhe des Luftbalges 8 und die resultierende automatische Verkürzung des Stellglieds 6 zur Kompensation gemäß 3 kann sich auch durch Nachfüllen von Luft oder Gas in den Luftbalg 8 mittels des Ventils 14 im Rahmen einer Wartung ergeben haben.
Weiterhin kann die Länge des Stellglieds 6 durch die Regelungseinrichtung 20 eingestellt werden, damit der Wagenkasten 2 eine gewünschte, vom Wert H abweichende Höhenlage einnimmt, beispielsweise einen einem Bahnsteig entsprechenden Wert B, um das Ein- und Aussteigen der Fahrgäste zu erleichtern. Eine solche Situation ist in 4 dargestellt.
Die Anwendung der erfindungsgemäßen Luftfederungsvorrichtung 1 ist nicht auf Schienenfahrzeuge beschränkt. Sie kann vielmehr bei jeglicher Art von gefedertem Fahrzeug, insbesondere bei Niederflurbussen eingesetzt werden. Schließlich kann der Luftbalg 8 außer Luft, Gas oder einer Gasmischung zusätzlich auch eine Flüssigkeit, wie beispielsweise Öl enthalten (hydro-pneumatisches System).

1: Luftfederungsvorrichtung
2: Wagenkasten
4: Drehgestell
6: Stellglied
8: Luftbalg
10: Aufnahme
12: Aufnahme
14: Ventil
16: Luftbalgmantel
18: Faltenbalg
20: Regelungseinrichtung
22: Sensor
24: Diagnosevorrichtung

Claims

Niveauregulierbare Luftfederungsvorrichtung für Fahrzeuge, insbesondere für Schienenfahrzeuge, beinhaltend wenigstens einen ausschließlich oder teilweise mit Luft oder Gas befüllten Luftbalg, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftbalg (8) während des Betriebs im wesentlichen stets mit der gleichen Menge Luft oder Gas befüllt und zur Niveauregulierung wenigstens ein separates Stellglied (6) vorgesehen ist.
Luftfederungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (6) mit dem Luftbalg (8) mechanisch in Reihe geschaltet ist und das Stellglied (6) und der Luftbalg (8) zusammen einem Fahrzeugaufbau (2) und einer Achse oder einem Drehgestell (4) des Fahrzeugs zwischengeordnet sind.
Luftfederungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftbalg (8) mit einem Ventil (14) zum gelegentlichen Nachfüllen oder Entleeren versehen ist.
Luftfederungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftbalg (8) bei geschlossenem Ventil (14) im wesentlichen hermetisch dicht ist.
Luftfederungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (6) elektrochemisch, piezoelektrisch, elektromotorisch oder hydraulisch betätigt ist.
Luftfederungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuer- oder Regelungseinrichtung (20) zur Ansteuerung oder Regelung des Stellglieds (6) vorgesehen ist.
Luftfederungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- oder Regelungseinrichtung (20) das Stellglied (6) derart steuert oder regelt, daß das Niveau des Fahrzeugaufbaus (2) unabhängig vom Beladungszustand auf einem konstanten Wert gehalten wird oder gewünschte Lagen (B) einnimmt.
Luftfederungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- oder Regelungseinrichtung (20) das Stellglied (6) derart steuert oder regelt, daß eine Niveauänderung aufgrund eines allmählichen Druckverlusts des Luftbalgs (8) ausgeglichen wird.
Luftfederungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit der Steuer- oder Regelungseinrichtung (20) zusammenwirkender Sensor (22) zur Erfassung des Niveaus (H) des Fahrzeugaufbaus (2) vorgesehen ist.
Luftfederungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (22) gleichzeitig zur Erfassung der Fahrzeuglast vorgesehen ist.
Luftfederungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kommunikation zwischen dem Stellglied (6) und der Steuer- oder Regelungseinrichtung (20) ein für eine Bremsanlage des Fahrzeugs dienender Datenbus vorgesehen ist.
Luftfederungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (24) zur Diagnose und Erfassung der Betriebsdaten wenigstens einiger Elemente der Luftfederungsvorrichtung (1) vorgesehen ist.