DE19601337A1

DE19601337A1 - Anordnung zur Verbesserung des Fahrkomforts

Info

Publication number: DE19601337A1
Application number: DE19601337A
Authority: DE
Inventors: Fritz Prof Dr Ing Frederich
Original assignee: Linke Hofmann Busch GmbH
Current assignee: Alstom Transport Deutschland GmbH
Priority date: 1996-01-16
Filing date: 1996-01-16
Publication date: 1997-07-17
Also published as: EP0785122A1; DE59607215D1; EP0785122B1; ES2159677T3; ATE202748T1

Description

Gattung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Verbesserung des Fahrkomforts für Fahrgäste und Ladungen in Fahrzeugen, ins besondere Schienenfahrzeugen beim Überfahren von kurzwelligen oder sprungartigen Höhenlagefehlern der Schienenfahrflächen von Gleisen.

Die vorgesehene Anordnung hält einerseits stoßartige Bean spruchungen mit hohen Beschleunigungen, wie sie beim Über fahren stufenartiger Hindernisse auftreten, von Ladungen und Fahrgästen fern und mildert andererseits die durch der artige Hindernisse unvermeidbaren Rückwirkungen des Rades auf die Fahrbahn.

Beide Ziele werden erreicht, wenn die Nasse des Rades und der mit dem Rad verbundenen Bauteile möglichst gering ist und wenn das Rad beim Überfahren eines Hindernisses möglichst leicht nach oben ausweichen kann, d. h. mit möglichst geringer bzw. möglichst gleichbleibender Federkraft einer weichen Federung auf die Fahrbahn gedrückt wird.

Die Weiterleitung der aus der Feder kommenden Stoßkraft nach oben reduziert sich, wenn die weiche Feder ihre Reak tionskraft am anderen, oberen Federende gegen eine möglichst große träge Nasse abgestützt. Die Trägheit bewirkt, daß kurzzeitig wirkende Kräfte ohne nennenswerte Beschleunigung der Masse und damit nahezu ohne ihre Bewegung aufgenommen werden. Derartige, weich bzw. niederfrequent abgestützte Zwischenmassen wirken bei einer zweifachen Hintereinander schaltung von Feder-Masse-Elementen als Sperrmassen bzw. in Verbindung mit der Feder als Sperrmassen-Schaltung.

Stand

Es ist bekannt, daß Schienenfahrzeuge mit Drehgestellen im allgemeinen zwei Federstufen haben. Die Radsätze der Drehgestelle sind gegenüber dem Drehgestellrahmen durch die Primärfederung, der Drehgestellrahmen ist gegenüber dem Fahrzeugaufbau durch die Sekundärfederung abgefedert. Neuerdings werden zweistufige Federungen gelegentlich auch in Einzelfahrwerken verwendet.

Kritik

Alle bisherigen zweistufig gefederten Fahrwerke haben harte Primärfederungen, verhältnismäßig geringe Zwischenmassen und nur die Sekundärfederung wird komfortabel weich ausge führt. Kleine, hart an die Räder angekoppelte Zwischenmassen reduzieren von der Fahrbahn ausgehende Stöße kaum. Zudem sind die Rückwirkungen auf die Schiene nicht wesentlich gemildert.

Derartige Lösungen wurden und werden gewählt, weil weiche Federungen große Federwege zwischen leeren und beladenem Fahrzeug bedeuten. Große Einfederungen lassen sich nur mit sog. Niveauregulierungen ausgleichen. Letztere sind aufwendig und werden wenn möglich zu Lasten des Komforts und der Fahr bahnbeanspruchung vermieden.

Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, guten Fahrkomfort, geringe Beanspruchung der Fahrbahn und möglichst geringe Absenkung des Fahrzeugbaus zwischen leerem und beladenem Zustand zu erreichen.

Lösung

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zwischenmasse zwischen Rad und Fahrzeugaufbau mit einer weichen Primärfederung zwischen Rad und Fahrzeugaufbau angeordnet wird.

Dadurch wird erreicht, daß schnelle vertikale Bewegungen des Rades, wie sie beim Überfahren von Fahrbahnunebenheiten auftreten, gegen die weiche Primärfederung stattfinden können. Wegen der weichen Federung sind die Rückwirkungen auf die darüber befindliche Zwischenmasse gering. Da die Federkräfte einer weichen Federung beim Einfedern kaum zu nehmen und die geringfügige Krafterhöhung nur während des kurzen Ein- und Wiederausfederungs-Vorgangs andauert, wird die Zwischenmasse kaum in Bewegung gesetzt. Die Zwischen masse wirkt in Verbindung mit der weichen Primärfederung als Sperrmasse bzw. Sperrmassenschaltung für schnelle, hoch frequente Bewegungen.

Um unerwünschte Absenkungen des Fahrzeugaufbaus gegenüber der Schiene zwischen leerem und beladenem Fahrzeug zu ver meiden, ist eine Niveauregulierung erforderlich. Sie sorgt dafür, daß der Abstand Fahrzeugaufbau - Schiene bei allen Beladungszuständen gleich bleibt. Die Niveauregulierung kann mechanisch, elektrisch, hydraulisch, pneumatisch oder als Kombination dieser Prinzipe ausgeführt sein.

Die beschriebenen Sperrmassen-Schaltung ist besonders wirk sam, wenn sie in Zweifach-Anordnung hintereinander kaskaden förmig angewendet wird, d. h. wenn sowohl die Primär- als auch die Sekundärfederstufe der Sperrmasse mit je einer Niveauregulierung ausgestattet wird.

Vorteil

Die mit der Erfindung erzielbaren Fortschritte bestehen insbesondere darin, daß die Sperrmasse in Sperrmassen-Schal tung die von der Schiene in das Rad eingeleiteten schnellen stoßartigen Bewegungen abfängt und wenn überhaupt als stark verlangsamte und zeitverzögerte Bewegung an die Sekundärfe derung weitergibt. Da die weiche Sekundärfederung in gleicher Weise dem Fahrzeugaufbau von der zwischengeschalteten Sperr masse trennt, kommt nur ein Bruchteil der von der Schiene ausgehenden Störung als komfortreduzierende Beschleunigung im Fahrzeughauptteil an.

Von Vorteil ist ferner, daß die Sperrmassen-Schaltung mit weicher Primärfederung die Sperrmasse weitgehend von der Radmasse abkoppelt. Dadurch werden die Rückwirkungen des Rades auf die Schiene beim Überrollen von Unebenheiten stark reduziert, was zu geringeren dynamischen Rad/Schiene-Kräften führt. Hieraus resultieren wegen der geringeren Beanspruchung des Rad/Schiene-Kontaktes längere Haltbarkeit von Rädern und Schienen und mit ziemlicher Wahrscheinlichkeit auch ein geringerer Luft- und Körperschallpegel.

Beispiele

Das der Erfindung zugrundeliegende Verfahren und mögliche technische Ausführungen, mit denen das Verfahren reali sierbar ist, sind in den folgenden Beispielen näher be schrieben.

Fig. 1 zeigt die Anordnung der Sperrmasse 2 zwischen Rad 1 und Fahrzeugaufbau 3 als Sperrmassen-Schaltung im Schema. Die Sperrmasse 2 ist zum Rad 1 durch die Primärfeder 4 und zum Fahrzeugaufbau 3 durch die Sekundärfeder 5 abgefedert. Wenn das Rad 1 über ein stufenförmiges Hindernis der Fahr bahn 6 rollt, wird der Stoß durch die weiche Primärfederung 4 abgefangen und die Sperrmasse 2 nur geringfügig beschleu nigt. Die Restbewegung der Sperrmasse 2 wird von der weichen Sekundärfederung 5 fast vollständig aufgenommen. Am Fahrzeug aufbau 3 kommt praktisch keine Beschleunigung mehr an. Parallel zur Primärfederung 4 sorgt die Primärfederregu lierung 7 dafür, daß bei einer Änderung der Beladung im Fahrzeugaufbau 3 die Sperrmasse 2 auf eine gleichbleibende Höhe zum Rad 1 eingestellt wird.

Ebenso stellt bei einer Änderung der Beladung die Sekundär federregulierung 8 der Sekundärfederung 5 den Fahrzeugauf bau 3 auf konst. Abstand zur Sperrmasse 2 ein.

Fig. 2 zeigt die gleiche Anordnung des Rades 1, der Sperr masse 2, des Fahrzeugaufbaus 3, der Primärfeder 4 und der Sekundärfeder 5. Die Primärfederregulierung 7 ist wiederum zwischen Rad 1 und Sperrmasse 2 angeordnet. Die Sekundär federregulierung 8 ist bei der Anordnung jedoch zwischen Fahrzeugaufbau 3 und Rad 1 geschaltet.

Hierdurch wird erreicht, daß sich Ausfälle oder Fehlein stellungen der Primärfederung 4 oder der Primärfederregu lierung 7 nicht auf die Höhe des Fahrzeugaufbaus 3 gegen über dem Rad 1 auswirken.

In Fig. 3 ist eine Sperrmassen-Schaltung mit ähnlicher Auswirkung wie in Fig. 2 dargestellt. Rad 1, Primärfeder ung 4, Sperrmasse 2, Sekundärfederung 5 und Fahrzeugauf bau 3 sind in Reihe geschaltet. Die Sekundärfederregulierung 8 ist zwischen Fahrzeugaufbau 3 und Sperrmasse 2, die Primärfederregulierung 7 dagegen zwischen Fahrzeugaufbau 3 und Rad 1 geschaltet.

Hierdurch wird erreicht, daß sich Ausfälle oder Fehlein stellungen der Sekundärfederung 5 oder der Sekundärfederre gulierung 8 nicht auf die Höhe des Fahrzeugaufbaus 3 gegen über dem Rad 1 auswirken.

In Fig. 4 ist eine Sperrmassen-Schaltung schematisch wieder gegeben, die bei Ausfällen oder Fehleinstellungen der Primär federregulierung 7 oder der Sekundärfederung 5 einschließlich der Sekundärfederregulierung 8 die Höhe des Fahrzeugaufbaus 3 gegenüber dem Rad 1 konst. hält.

Zu diesem Zweck wird die Primärfederregulierung 7 über den Primärabgleich 9 angesteuert. Am Primärabgleich 9 wird einer seits die relative Höhe der Sperrmasse 2 gegenüber dem Rad 1 und andererseits die relative Höhe des Fahrzeugaufbaus 3 gegenüber der Sperrmasse 2 abgegriffen. Eine Änderung jeder der beiden Höhen bewirkt, daß die Primärfederregulierung 7 über die Primärfederung 4 die Höhenänderung ausgleicht. Analoges gilt für die Anlenkung der Sekundärfederregulie rung 8 mit dem Sekundärabgleich 10. Über den Sekundärab gleich 10 sind sowohl die Höhe des Fahrzeugaufbaus 3 rela tiv zur Sperrmasse 2 als auch die Höhe der Sperrmasse 2 relativ zum Rad 1 auf die Sekundärfederregulierung geschal tet. Eine Änderung jeder der beiden Höhen bewirkt, daß die Sekundärfederregulierung 8 über die Sekundärfederung 5 die Höhenänderung ausgleicht.

In Fig. 5 und Fig. 6 sind Sperrmassen-Schaltungen darge stellt, bei denen jeweils nur der Primärabgleich 9 (Fig. 5) oder der Sekundärabgleich 10 (Fig. 6) angewendet sind. Diese Anordnung kann in bestimmten Fällen vorteilhaft sein.

Fig. 7 zeigt eine Anordnung, bei der nur die Sekundär federung 5 höhenregulierbar ist.

Die Sekundärfederregulierung 8 ist dabei zwischen Fahrzeugaufbau 3 und Rad 1 geschaltet. Sie sorgt dafür, daß sich weder die Einfederungen der Sekundärfederung 5 noch die Primärfederung 4 auf die relative Höhe des Fahrzeugaufbaus 3 gegenüber dem Rad 1 auswirken.

Die Anordnung der Fig. 8 zeigt eine ähnliche Anordnung. Höhenregulierbar ist nur die Primärfederung 4. In diesem Fall greift die Primärfederregulierung 7 die relative Höhe zwischen Fahrzeugaufbau 3 und Rad 1 ab und sorgt dafür, daß Einfederungen bei Beladungsänderung ausgeglichen werden.

Bezugszeichenliste

1 - Rad
2 - Sperrmasse
3 - Fahrzeugaufbau
4 - Primärfeder
5 - Sekundärfeder
6 - Fahrbahn
7 - Primärfederregulierung
8 - Sekundärfederregulierung
9 - Primärabgleich
10 - Sekundärabgleich

Claims

1. Anordnung zur Verbesserung des Fahrkomforts für Fahrgäste und Ladungen in Fahrzeugen und zum Schutz gegen Stöße beim Überfahren von sprungartigen oder kurzwelligen Fahrbahnunebenheiten, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem auf der Fahrbahn rollenden Rad und dem Fahrzeugaufbau eine möglichst große träge Masse als Sperr masse geschaltet und sowohl der Fahrzeugaufbau gegenüber der Sperr masse als auch die Sperrmasse gegenüber dem Rad möglichst weich abgefedert und zur Vermeidung unzulässig großer Niveauunterschiede des Fahrzeugaufbaus gegenüber der Fahrbahn bzw. der Radmitte bei leerem und beladenem Fahrzeug zwei unabhängig voneinander arbei tende Niveauregulierungen eingesetzt werden, die jede für sich jeweils eine Federstufe unabhängig von der Beladung auf konstan ter Höhe halten.

2. Anordnung zur Verbesserung des Fahrkomforts, dadurch gekennzeich net, daß das Niveau des Fahrzeugaufbaus durch eine Sekundärfede rung konstant gehalten wird, die den Abstand zwischen Fahrzeug aufbau und Radmitte abgreift.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem eine Primärfederregulierung für ein konstantes Niveau der Sperr masse relativ zur Radmitte sorgt.

4. Anordnung zur Verbesserung des Fahrkomforts, dadurch gekennzeich net, daß das Niveau des Fahrzeugaufbaus durch eine Primärfeder regulierung konstant gehalten wird, die den Abstand zwischen Fahrzeugbaubau und Radmitte abgreift.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem eine Sekundärfederregulierung für ein konstantes Niveau des Fahr zeugaufbaus relativ zur Sperrmasse sorgt.

6. Anordnung zur Verbesserung des Fahrkomforts, dadurch gekennzeich net, daß das Niveau des Fahrzeugaufbaus durch eine Primärfeder regulierung konstant gehalten wird, welche sowohl den Abstand zwischen Radmitte und Sperrmasse als auch den Abstand zwischen Sperrmasse und Fahrzeugaufbau abtastet und damit unabhängig von der Funktion der Sekundärfederung konstantes Niveau des Fahr zeugaufbaus gewährleistet.

7. Anordnung zur Verbesserung des Fahrkomforts, dadurch gekennzeich net, daß das Niveau des Fahrzeugaufbaus durch eine Sekundärfeder regulierung konstant gehalten wird, welche sowohl den Abstand zwischen Fahrzeugaufbau und Sperrmasse als auch den Abstand zwi schen Sperrmasse und Radmitte abtastet und damit unabhängig von der Funktion der Primärfederung gleichbleibendes Niveau des Fahr zeugaufbaus gewährleistet.

8. Anordnung zur Verbesserung des Fahrkomforts, dadurch gekennzeich net, daß das Niveau des Fahrzeugaufbaus sowohl durch die Niveau regulierung der Sekundärfederung als auch durch die Niveauregu lierung, der Primärfederung unabhängig von der Funktion bzw. einem Ausfall einer der beiden Federungen aufrecht erhalten werden kann, weil bei beiden Niveauregulierungen durch eine Differenzschaltung die Abstände zwischen dem Fahrzeugaufbau und der Sperrmasse und der Sperrmasse und der Radmitte Fehler in der jeweils anderen Federstufe erkannt und selbsttätig ausgeglichen werden.