EP1029764A2 - Suspension for a railway vehicle - Google Patents
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- EP1029764A2 EP1029764A2 EP00890037A EP00890037A EP1029764A2 EP 1029764 A2 EP1029764 A2 EP 1029764A2 EP 00890037 A EP00890037 A EP 00890037A EP 00890037 A EP00890037 A EP 00890037A EP 1029764 A2 EP1029764 A2 EP 1029764A2
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- hydraulic
- gas container
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- 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
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B61—RAILWAYS
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- B61F5/02—Arrangements permitting limited transverse relative movements between vehicle underframe or bolster and bogie; Connections between underframes and bogies
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- B61F5/22—Guiding of the vehicle underframes with respect to the bogies
- B61F5/24—Means for damping or minimising the canting, skewing, pitching, or plunging movements of the underframes
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- B61—RAILWAYS
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- 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
- B61F5/26—Mounting or securing axle-boxes in vehicle or bogie underframes
- B61F5/30—Axle-boxes mounted for movement under spring control in vehicle or bogie underframes
Definitions
- the invention relates to a suspension for a rail vehicle, in which in the wheel area between the wheel axle and a frame as primary suspension and / or between the frame and a spring element is provided to the vehicle body as secondary suspension, which a hydraulic unit with a working cavity, the volume of which is opposed by two movable end pieces is changeable, and has a spring gas container which by a movable separator is divided into a gas space and a hydraulic space, the working cavity is connected to the hydraulic room and these two rooms with a liquid are filled, but the gas space is filled with a gas.
- EP 0 568 042 A1 describes a spring element of the type mentioned at the beginning for a Bogie, in which hydropneumatic spring elements, consisting of cylinder and Pistons with assigned liquid and gas volumes are provided.
- hydropneumatic spring elements consisting of cylinder and Pistons with assigned liquid and gas volumes are provided.
- the gas volume can be arranged in the spring elements, or there are gas accumulators on the spring elements connected as external elements, with a part of the liquid volume in the gas storage and the gas volume is included.
- a disadvantage of this suspension system is that it can roll during practical operation. and tilting movements of a rail vehicle can not compensate for what with a high Derailment risk.
- DE 196 51 138 A1 describes a suspension consisting of two connected in parallel Spring systems with three springs arranged parallel to each other, one Spring is designed as a hydropneumatic spring, which is a bellows made of elastomeric material has a support plate with the upper part using fastening means a rolling piston connects, the hydropneumatic spring of one system with the hydropneumatic spring of the second spring system by means of an overflow channel pressure equalizing connected is.
- a second spring is provided around each hydropneumatic spring, which extends from the support plate to the base of the rolling piston, one third spring is installed in the rolling piston.
- DE 907 150 C describes a suspension of vehicles in which the wheel load is above a liquid pressure medium is transferred to several air cushions connected in series, which gradually come into effect, the air cushions being filled with air Bubbles are formed from an elastic material and a wall part as a sealing surface is trained.
- a hydropneumatic spring device which consists of hydraulic cylinder units, one between individual spring elements Pipeline is provided which cooperates with a pressure receptacle is partially filled with gas, which can be compressed by the liquid.
- a pressure receptacle is partially filled with gas, which can be compressed by the liquid.
- For support the hydropneumatic spring device are made of further helical springs Metal provided. The presence of additional metal springs prevents space-saving, arrangement of the spring elements adapted to the structural conditions of the rail vehicle.
- US 4,245,563 A describes a combination of helical metal springs and one hydropneumatic suspension, the nested and partially open cylinders has, wherein a liquid exchange is possible between the cylinders.
- the large installation volume is also a disadvantage here.
- EP 0 321 324 A1 presents a hydropneumatic suspension which has a cylinder has, which is connected by a support arm to a wheel, an am Car body attached piston is provided, the axis of which is guided in a cylinder bore and that is connected to a hydropneumatic pressure accumulator.
- suspension does not meet the requirements for rail vehicles because it is due to their very special embodiment can only be used for motor vehicles.
- This task is based on a spring system of the type mentioned solved that the working cavity of two or more hydraulic units via a synchronizing unit communicates with a common spring gas container.
- the synchronization unit has a cavity, which by a freely displaceable piston in at least three separate sub-cavities are separated, at least one of these sub-cavities is connected to a spring gas container, and at least two of the other partial cavities are each connected to at least one working cavity of a spring element.
- each working cavity of a hydraulic unit has exactly one Has spring gas container.
- the spring element 1 shown in FIG. 1 has a hydraulic unit 2 with two end pieces 3a and 3b, which are sealingly connected to one another via a bellows 4.
- a working cavity 5 is limited, which accordingly the distance between the end pieces 3a and 3b can be changed.
- the rolling bellows 4 rolls according to the Reduction of the distance between the two end pieces 3a and 3b on what is generally used as a rolling cylinder trained end piece 3b.
- the working cavity 5 is connected via a line 7 a spring gas container 8 in connection.
- the spring gas container 8 is usually a membrane formed part 9 divided into a gas space 10 and a hydraulic space 11.
- the Hydraulic chamber 11, the line 7 and the working cavity 5 are incompressible Fluid, the hydraulic fluid, the gas space 10, however, filled with a gas.
- an end stop 12 designed as a rubber buffer on the inside of the end piece 3b recognize which for the case of tip strokes or as an emergency spring for the case is thought that the spring mechanism due to, for example, the loss of Hydraulic fluid fails.
- a hydraulic fluid generally an oil
- gas is considered as Spring medium chosen because it shows a progressive behavior, and thus an optimal use the travel is guaranteed.
- FIG. 2 shows a chassis frame 13, a wheelset bearing 14 and a wheel 15 of a rail vehicle shown.
- the installation of a spring element 1 according to FIG. 1 is schematic between the chassis frame 13 and the wheelset bearing 14 indicated.
- the spring element 1 With an expedient Embodiment is the spring element 1, although it only has to transmit pressure forces in usually both with the chassis frame 13 and with the housing of the wheelset bearing 14 screwed.
- 3 to 5 show roughly schematic spring systems in which the hydraulic units 2a-2d of spring elements 1 attached in the area of wheels 15 of a rail vehicle are, the working cavities of the hydraulic units logically interconnected are.
- the embodiment in which each working cavity has one is not shown has its own spring gas container, so the hydraulic units are not coupled to each other are.
- springing of each wheel is possible separately, however can not pitch or roll independently of diving movements without additional Stabilizing device are suspended.
- Fig. 3 shows a spring system in which a rolling movement of the vehicle is largely suppressed by the fact that the working cavities of two hydraulic units 2a and 2b, which in the area of wheels 15 on opposite sides of an axis are attached, via lines 16a and 16b and a synchronization unit 19a to one common spring gas container 8a are coupled.
- the synchronization unit 19a its mode of operation is discussed in detail below, the task falls to - in In this case, two - work cavities to couple so that a compression of the one spring element immediately to deflect the spring element coupled to it or exactly taken to compress the interconnected hydraulic units 2a and 2b leads, whereby a roll motion is avoided.
- this pairing of opposite hydraulic units on necessary for each axis is of course.
- the working cavities are hydraulic units 2a and 2d and 2b and 2c of a vehicle side via a common line 17a and 17b connected with each other.
- the hydraulic units on one side are not above one Synchronizing unit in contact with each other.
- hydraulic units 2a and 2c and 2b are diagonally opposite one another and 2d via lines 18a, 18c and 18b, 18d and via a synchronization unit 19a, 19b coupled to a common spring gas container 8a.
- a cavity 20 by a freely movable Piston 21 separated into three independent sub-cavities 22-24.
- the subareas 22 and 23 are connected via lines 25 and 26 to the working cavities of two hydraulic units, Subarea 24 via a line 27 to the hydraulic chamber of a spring gas container in connection. Both the hydraulic units and the spring gas tank are not here shown.
- a compression of the two end pieces 3a caused by a force effect and 3b of a hydraulic unit 2 as in FIG. 1 leads to the volume displaced thereby flows into a partial cavity, for example partial cavity 22 of the synchronizing unit 19.
- level control by means of a pump and height regulator is provided, via which achieves an unchangeable height of the vehicle body regardless of the load can be.
Landscapes
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Vehicle Body Suspensions (AREA)
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Federung für ein Schienenfahrzeug, bei welchem im Radbereich zwischen der Radachse und einem Gestell als Primärfederung und/oder zwischen dem Gestell und dem Fahrzeugkasten als Sekundärfederung je ein Federelement vorgesehen ist, welches eine Hydraulikeinheit mit einem Arbeitshohlraum, dessen Volumen durch zwei gegeneinander bewegbare Endstücke veränderbar ist, und einen Federgasbehälter aufweist, der durch ein bewegliches Trennteil in einen Gasraum und einen Hydraulikraum geteilt ist, wobei der Arbeitshohlraum mit dem Hydraulikraum verbunden ist und diese beiden Räume mit einer Flüssigkeit gefüllt sind, der Gasraum jedoch mit einem Gas gefüllt ist.The invention relates to a suspension for a rail vehicle, in which in the wheel area between the wheel axle and a frame as primary suspension and / or between the frame and a spring element is provided to the vehicle body as secondary suspension, which a hydraulic unit with a working cavity, the volume of which is opposed by two movable end pieces is changeable, and has a spring gas container which by a movable separator is divided into a gas space and a hydraulic space, the working cavity is connected to the hydraulic room and these two rooms with a liquid are filled, but the gas space is filled with a gas.
Die Anforderungen, die an Schienenfahrzeuge gestellt werden, sind in den letzten Jahren stark gestiegen. Anhand von Markttendenzen ist zu erkennen, dass diese Anforderungen in Zukunft noch weiter steigen werden. Einerseits wird verlangt, dass die Fahrzeuge zum Transport von immer höheren Nutzlasten geeignet sind, andererseits soll nach Möglichkeit das Eigengewicht der Fahrzeuge gering gehalten werden. Ein genereller Wunsch besteht nach hoher Fahrsicherheit, und speziell bei Fahrzeugen zum Transport von Personen auch nach hohem Fahrkomfort. Insbesondere bei Untergrund- und Straßenbahnen, aber auch bei Personenzügen wird außerdem vermehrt eine Bauweise angestrebt, bei welcher die Ein- und Ausstiege der Waggons einen geringen Vertikalabstand zum Bahnsteig bzw. zur Straße aufweisen, um ein bequemes Ein- und Aussteigen, auch für beispielsweise ältere oder gebrechliche Personen, zu ermöglichen. Diese Bauweise bedingt allerdings eine möglichst niedrige Anordnung des Fahrzeugkastens über den Rädern bzw. den Radachsen, wodurch für die Fahrwerke nur noch geringer Bauraum zur Verfügung steht.The demands placed on rail vehicles have been strong in recent years gone up. Based on market trends, it can be seen that these requirements in the future will continue to rise. On the one hand, it is required that the vehicles are used to transport ever higher payloads are suitable, on the other hand, if possible, the dead weight of the vehicles are kept low. There is a general desire for high driving safety, and especially in vehicles for the transportation of people even after a high level of driving comfort. Especially with underground and trams, but also with passenger trains increasingly sought a construction method in which the wagons' entries and exits have a small vertical distance to the platform or to the street to make it comfortable To allow boarding and alighting, even for elderly or frail people, for example. However, this design requires the vehicle body to be arranged as low as possible above the wheels or the wheel axles, which means that the chassis is only less Space is available.
All diese Anforderungen an moderne Schienenfahrzeuge, wie
- hoher Fahrkomfort,
- hohe Fahrsicherheit,
- hohe Nutzlast bei geringem Eigengewicht, sowie
- eine niedrige Bauweise
- high driving comfort,
- high driving safety,
- high payload with low weight, as well
- a low construction
Oftmals können die Anforderungen an die Fahrzeugeigenschaften auch durch ein Steigern der Betriebsbelastungen der verwendeten Federn bis nahe an die zulässigen Belastungsgrenzen erfüllt werden. Allerdings ist dies vom sicherheitstechnischen Standpunkt und auch in Hinblick auf eine durch diese hohen Betriebsbeanspruchungen resultierende Wartungsanfälligkeit aufgrund von Materialermüdung ungünstig. Auch der Einsatz von Gummifedern wird häufig erwogen, allerdings weisen Gummifedern viele bekannte Nachteile, wie Empfindlichkeit gegenüber Temperatur, Feuchtigkeit, Licht, Chemikalien, Öl u.a. auf.Often, the requirements for vehicle properties can also be increased by increasing the Operating loads of the springs used up to close to the permissible load limits be fulfilled. However, this is from a safety point of view and also in terms of to a maintenance vulnerability resulting from these high operational demands unfavorable due to material fatigue. The use of rubber springs is also common Considered, however, rubber springs have many known disadvantages, such as sensitivity against temperature, humidity, light, chemicals, oil etc. on.
So beschreibt die EP 0 568 042 A1 ein Federelement der eingangs genannten Art für ein Drehgestell, bei welchem hydropneumatische Federelemente, bestehend aus Zylinder und Kolben mit zugeordneten Flüssigkeits- und Gasvolumina, vorgesehen sind. In den Federelementen ist wenigstens ein Teil des Flüssigkeitsvolumens vorgesehen, und das Gasvolumen kann in den Federelementen angeordnet sein, oder es sind an die Federelemente Gasspeicher als externe Elemente angeschlossen, wobei in den Gasspeichern ein Teil des Flüssigkeitsvolumens und des Gasvolumens enthalten ist. Durch Nachfüllen oder Ablassen der Flüssigkeit kann die Höhe der Federelemente reguliert werden, wobei die Federelemente miteinander über Leitungen kommunizieren.For example, EP 0 568 042 A1 describes a spring element of the type mentioned at the beginning for a Bogie, in which hydropneumatic spring elements, consisting of cylinder and Pistons with assigned liquid and gas volumes are provided. In the spring elements at least part of the liquid volume is provided, and the gas volume can be arranged in the spring elements, or there are gas accumulators on the spring elements connected as external elements, with a part of the liquid volume in the gas storage and the gas volume is included. By refilling or draining the liquid the height of the spring elements are regulated, the spring elements being connected to one another Lines communicate.
Nachteilig an diesem Federungssystem ist, dass es im praktischen Betrieb auftretende Wank- und Kippbewegungen eines Schienenfahrzeuges nicht ausgleichen kann, was mit einem hohen Entgleisungsrisiko verbunden ist.A disadvantage of this suspension system is that it can roll during practical operation. and tilting movements of a rail vehicle can not compensate for what with a high Derailment risk.
Weiters beschreibt die DE 196 51 138 A1 eine Federung, bestehend aus zwei parallel geschalteten Federsystemen mit je drei, parallel zueinander angeordneten Federn, wobei eine Feder als hydropneumatische Feder ausgebildet ist, die einen Balg aus elastomerem Werkstoff aufweist, der unter Verwendung von Befestigungsmitteln eine Tragplatte mit dem oberen Teil eines Abrollkolbens verbindet, wobei die hydropneumatische Feder des einen Systems mit der hydropneumatischen Feder des zweiten Federsystems mittels eines Überströmkanals druckausgleichend verbunden ist. Um jede hydropneumatische Feder ist eine zweite Feder vorgesehen, die sich von der Tragplatte bis hin zu dem Unterbau des Abrollkolbens erstreckt, wobei eine dritte Feder in den Abrollkolben eingebaut ist.Furthermore, DE 196 51 138 A1 describes a suspension consisting of two connected in parallel Spring systems with three springs arranged parallel to each other, one Spring is designed as a hydropneumatic spring, which is a bellows made of elastomeric material has a support plate with the upper part using fastening means a rolling piston connects, the hydropneumatic spring of one system with the hydropneumatic spring of the second spring system by means of an overflow channel pressure equalizing connected is. A second spring is provided around each hydropneumatic spring, which extends from the support plate to the base of the rolling piston, one third spring is installed in the rolling piston.
Das große Einbauvolumen, welches bei einer niedrigen Bauweise des Schienenfahrzeuges einen Einbau nicht möglich macht, erweist sich als großer Nachteil dieses Federsystems.The large installation volume, which is due to the low construction of the rail vehicle makes installation impossible, proves to be a major disadvantage of this spring system.
In der DE 42 34 523 A1 wird ein Verfahren zur Steuerung des Niveaus und der Neigung eines Wagenkastens für Fahrzeuge, insbesondere für Schienenfahrzeuge vorgestellt, wobei mindestens ein hydropneumatisch geregeltes Federungs- Dämpfungs- System vorgesehen ist. Bei einer Lastzunahme wird das Gasvolumen in einem hydropneumatischen Federungsspeicher (HPF- Speicher) komprimiert, wobei die Verkleinerung des Gasvolumens durch Einspeisung einer entsprechenden Menge an Hydraulikflüssigkeit kompensiert wird. Hingegen muss bei einer Verringerung der Fahrzeugbeladung, was zu einer Expansion des Gases im HPF- Speicher führt, die Vergrößerung des Gasvolumens durch Ablassen von Hydraulikflüssigkeit aus dem Kreis ausgeglichen werden.DE 42 34 523 A1 describes a method for controlling the level and the inclination of a Car body for vehicles, especially for rail vehicles presented, at least a hydropneumatically controlled suspension damping system is provided. At The gas volume in a hydropneumatic suspension accumulator becomes a load increase (HPF memory) compressed, the reduction in gas volume by feeding a corresponding amount of hydraulic fluid is compensated. In contrast, must a reduction in the vehicle load, which leads to an expansion of the gas in the HPF memory leads to the increase in gas volume by draining hydraulic fluid the circle be balanced.
Bei diesem System erweist sich die aufwendige elektronische Steuerung als ungünstig, durch welche sich auch die Anfälligkeit gegenüber Störungen erhöht und welche hohe Wartungs- und Einbaukosten bedingt.With this system, the complex electronic control proves to be unfavorable which also increases the susceptibility to malfunctions and which high maintenance and Installation costs conditional.
Die DE 907 150 C beschreibt eine Federung von Fahrzeugen, bei der die Radbelastung über ein flüssiges Druckmittel auf mehrere hintereinander geschaltete Luftpolster übertragen wird, die stufenweise nacheinander zur Wirkung kommen, wobei die Luftpolster durch luftgefüllte Blasen aus einem elastischen Material gebildet werden und ein Wandungsteil als Dichtfläche ausgebildet ist.DE 907 150 C describes a suspension of vehicles in which the wheel load is above a liquid pressure medium is transferred to several air cushions connected in series, which gradually come into effect, the air cushions being filled with air Bubbles are formed from an elastic material and a wall part as a sealing surface is trained.
Nachteilig an dieser Federung ist, dass die Luftpolster bei hohen Belastungen, wie sie im praktischen Betrieb eines Schienenfahrzeuges auftreten, beschädigt bzw. zerstört werden können, wodurch die Federwirkung beeinträchtigt wird oder gänzlich verloren geht.The disadvantage of this suspension is that the air cushion at high loads, such as in the practical operation of a rail vehicle occur, are damaged or destroyed can, which affects the spring action or is completely lost.
In der US 3 439 630 A wird eine hydropneumatische Federvorrichtung beschrieben, welche aus hydraulischen Zylindereinheiten besteht, wobei zwischen einzelnen Federelementen eine Rohrleitung vorgesehen ist, die mit einem Druckaufnahmebehälter zusammenarbeitet der teilweise mit Gas gefüllt ist, welches von der Flüssigkeit komprimiert werden kann. Zur Unterstützung der hydropneumatischen Federvorrichtung sind weitere wendelförmige Federn aus Metall vorgesehen. Das Vorhandensein weiterer Metallfedern verhindert eine platzsparende, den baulichen Gegebenheiten des Schienenfahrzeuges angepasste Anordnung der Federelemente.In US 3,439,630 A a hydropneumatic spring device is described, which consists of hydraulic cylinder units, one between individual spring elements Pipeline is provided which cooperates with a pressure receptacle is partially filled with gas, which can be compressed by the liquid. For support the hydropneumatic spring device are made of further helical springs Metal provided. The presence of additional metal springs prevents space-saving, arrangement of the spring elements adapted to the structural conditions of the rail vehicle.
Die US 4 245 563 A beschreibt eine Kombination von wendelförmigen Metallfedern und einer hydropneumatischen Federung, die ineinander verschachtelte und teilweise offene Zylindern aufweist, wobei zwischen den Zylindern ein Flüssigkeitsaustausch möglich ist. Wie bei der US 3 439 630 A ist auch hier das große Einbauvolumen von Nachteil.US 4,245,563 A describes a combination of helical metal springs and one hydropneumatic suspension, the nested and partially open cylinders has, wherein a liquid exchange is possible between the cylinders. Like the US 3 439 630 A, the large installation volume is also a disadvantage here.
Die EP 0 321 324 A1 stellt eine hydropneumatische Federung vor, welche einen Zylinder aufweist, der durch einen Unterstützungsarm mit einem Rad verbunden ist, wobei ein am Wagenkasten befestigter Kolben vorgesehen ist, dessen Achse in einer Zylinderbohrung geführt wird, und der mit einem hydropneumatischen Druckspeicher in Verbindung steht. Diese Federung genügt jedoch den Anforderungen für Schienenfahrzeuge nicht, da sie aufgrund ihrer sehr speziellen Ausführungsform nur für KFZ verwendbar ist.EP 0 321 324 A1 presents a hydropneumatic suspension which has a cylinder has, which is connected by a support arm to a wheel, an am Car body attached piston is provided, the axis of which is guided in a cylinder bore and that is connected to a hydropneumatic pressure accumulator. This However, suspension does not meet the requirements for rail vehicles because it is due to their very special embodiment can only be used for motor vehicles.
Weiters ist allen oben genannten Ausführungsformen von Federelementen und Federsystemen gemeinsam, dass sie im praktischen Betrieb auftretende Wank- und Kippbewegungen eines Schienenfahrzeuges nicht ausgleichen können, was mit einem hohen Entgleisungsrisiko verbunden ist.Furthermore, all the above-mentioned embodiments of spring elements and spring systems together, that they roll and tilt movements of a Rail vehicle can not compensate, which is associated with a high risk of derailment is.
Mit den bekannten Federungssystemen für Schienenfahrzeuge können also die geforderten Stabilitätseigenschaften bei einem nur geringen zur Verfügung stehenden Einbauraum nicht realisiert werden.With the known suspension systems for rail vehicles, the required Stability properties with only a small installation space available will be realized.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Federsystem zu schaffen, welches eine kompakte, platzsparende Bauweise ermöglicht, und gleichzeitig in der Lage ist Wank- und/oder Nickbewegungen des Fahrzeuges ohne zusätzliche Stabilisierungseinrichtungen zu federn, wobei die Federung dieser Bewegungen unabhängig von Tauchbewegungen des Fahrzeuges und somit unabhängig von der Vertikalsteifigkeit der Federelemente erfolgt.It is therefore an object of the invention to provide a spring system which has a compact, Space-saving design allows, and at the same time is able to roll and / or pitch movements to spring the vehicle without additional stabilizing devices, the Suspension of these movements regardless of diving movements of the vehicle and thus regardless of the vertical rigidity of the spring elements.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Federsystem der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, dass der Arbeitshohlraum von zwei oder mehr Hydraulikeinheiten über eine Synchronisiereinheit mit einem gemeinsamen Federgasbehälter in Verbindung steht. This task is based on a spring system of the type mentioned solved that the working cavity of two or more hydraulic units via a synchronizing unit communicates with a common spring gas container.
Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, wenn der Arbeitshohlraum von zwei oder mehr Hydraulikeinheiten über Leitungen mit einem gemeinsamen Federgasbehälter in Verbindung steht, wobei der Arbeitshohlraum von zwei oder mehr Hydraulikeinheiten über eine Synchronisiereinheit mit einem gemeinsamen Federgasbehälter in Verbindung steht. Ein Verbinden der Arbeitshohlräume von zwei oder mehr Hydraulikeinheiten mit einem gemeinsamen Federgasbehälter bringt Vorteile hinsichtlich des notwendigen Bauraumes, da für mehrere Hydraulikeinheiten nur ein Federgasbehälter notwendig ist. Besonders zweckmäßig ist es allerdings, wenn diese Arbeitshohlräume zusätzlich noch über eine Synchronisiereinheit miteinander in Verbindung stehen. Für Hydraulikeinheiten, welche über eine Synchronisiereinheit mit einem gemeinsamen Federgasbehälter in Verbindung stehen, ist auch bei ungleicher Belastung nur ein gleichmäßiges Einfedern möglich, wodurch eine Stabilisierung von unerwünschten Bewegungen des Fahrzeugs, wie etwa ein Wanken oder Nicken unabhängig von Tauchbewegungen des Fahrzeugs ohne zusätzliche notwendige Wankstabilisatoren etc. ermöglicht ist.It has proven to be useful if the working cavity of two or more hydraulic units is connected to a common spring gas container via lines, the working cavity of two or more hydraulic units via a synchronizing unit communicates with a common spring gas container. Connecting the Working cavities of two or more hydraulic units with a common spring gas tank brings advantages in terms of the necessary installation space, since for several hydraulic units only a spring gas container is necessary. However, it is particularly useful if these working cavities are also connected to one another via a synchronizing unit stand. For hydraulic units which have a synchronization unit with a common one The spring gas container is connected, even if the load is unequal Even deflection possible, which stabilizes unwanted movements of the vehicle, such as swaying or nodding regardless of diving movements of the Vehicle is possible without additional necessary roll stabilizers, etc.
Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist dabei vorgesehen, dass die Synchronisiereinheit einen Hohlraum aufweist, welcher durch einen frei verschiebbaren Kolben in zumindest drei voneinander unabhängige Teilhohlräume getrennt ist, wobei zumindest einer dieser Teilhohlräume mit einem Federgasbehälter verbunden ist, und zumindest zwei der anderen Teilhohlräume jeweils mit zumindest einem Arbeitshohlraum eines Federelements verbunden sind.In an expedient embodiment it is provided that the synchronization unit has a cavity, which by a freely displaceable piston in at least three separate sub-cavities are separated, at least one of these sub-cavities is connected to a spring gas container, and at least two of the other partial cavities are each connected to at least one working cavity of a spring element.
Um ein Fahrzeug gegen Wanken zu stabilisieren, ist es von Vorteil, wenn die Arbeitshohlräume von Hydraulikeinheiten an gegenüberliegenden Seiten einer Radachse einen gemeinsamen Federgasbehälter aufweisen. Als besonders günstig erweist es sich dabei, wenn die Arbeitshohlräume von Hydraulikeinheiten an gegenüberliegenden Seiten einer Radachse mittels einer Synchronisiereinheit mit einem gemeinsamen Federgasbehälter verbunden sind.In order to stabilize a vehicle against swaying, it is advantageous if the working cavities of hydraulic units on opposite sides of a wheel axle a common Have spring gas containers. It proves to be particularly favorable if the working cavities of hydraulic units on opposite sides of a wheel axle by means of a Synchronizing unit are connected to a common spring gas container.
Für Schienenfahrzeuge, die nur schwache Anfahr- oder Verzögerungskräfte erfahren, ist es dabei günstig, wenn die Arbeitshohlräume von Hydraulikeinheiten einer Fahrzeugseite über eine gemeinsame Leitung in Kontakt stehen und die beiden Leitungen der jeweiligen Fahrzeugseite über eine gemeinsame Synchronisiereinheit mit einem Federgasbehälter verbunden sind, da auf diese konstruktiv einfache Art und Weise ein Wanken unabhängig von Tauchbewegungen gefedert werden kann.It is for rail vehicles that only experience weak starting or deceleration forces favorable if the working cavities of hydraulic units on one side of the vehicle a common line are in contact and the two lines of the respective vehicle side are connected to a spring gas container via a common synchronization unit, because in this structurally simple way, swaying regardless of diving movements can be sprung.
Um neben Wankbewegungen auch noch Nickbewegungen zu stabilisieren, ist es notwendig, daß die Arbeitshohlräume von jeweils zwei Hydraulikeinheiten, welche an diagonal gegenüberliegenden Rädern angeordnet sind, über jeweils eine Synchronisiereinheit mit einem gemeinsamen Federgasbehälter verbunden sind. Bei dieser Verschaltung der Arbeitshohlräume bleibt das Fahrwerk zusätzlich noch verwindbar, was in Hinblick auf häufig auftretende Verwindungen von Schienen günstig ist. In order to stabilize pitching movements in addition to rolling movements, it is necessary to that the working cavities of two hydraulic units each, which on diagonally opposite Wheels are arranged, each via a synchronization unit with a common one Spring gas containers are connected. This remains the case with this interconnection of the working cavities Chassis additionally twistable, which is in view of frequently occurring twists of rails is cheap.
Von Vorteil kann es auch sein, wenn jeder Arbeitshohlraum einer Hydraulikeinheit genau einen Federgasbehälter besitzt. Mit dieser Anordnung können alle Räder eines Fahrwerks oder eines Fahrzeugs separat bedämpft werden, eine Wank- oder Nickstabilisierung ist des Fahrzeugs ist allerdings ohne zusätzliche Stabilisierungseinrichtungen nicht möglich.It can also be advantageous if each working cavity of a hydraulic unit has exactly one Has spring gas container. With this arrangement, all wheels of a chassis or one Vehicle are damped separately, a roll or pitch stabilization is the vehicle but not possible without additional stabilization devices.
Im folgenden ist die Erfindung samt weitere vorteilhafter Ausführungsformen in der Zeichnung
dargestellt. In dieser zeigen
Das in Fig. 1 dargestellte Federelement 1 weist eine Hydraulikeinheit 2 mit zwei Endstücken 3a
und 3b auf, die über einen Balg 4 dichtend miteinander verbunden sind. Durch die beiden
Endstücke 3a und 3b sowie den Balg 4 wird ein Arbeitshohlraum 5 begrenzt, der entsprechend
dem Abstand der Endstücke 3a und 3b veränderbar ist. Bei diesem Balg 4 handelt es sich dabei
im allgemeinen um einen Rollbalg mit vordefinierter Abrollkontur, welcher keine bewegten,
gleitenden Dichtungen aufweist, was in Hinblick auf die Dichtheit des Arbeitshohlraumes 5 von
Vorteil ist. Bei einer Belastung des Federelementes 1 rollt der Rollbalg 4 entsprechend der
Verringerung des Abstandes der beiden Endstücke 3a und 3b an dem in der Regel als Abrollzylinder
ausgebildeten Endstück 3b ab. Über eine Leitung 7 steht der Arbeitshohlraum 5 mit
einem Federgasbehälter 8 in Verbindung. In der hier dargestellten vorteilhaften Ausführungsform
ist dabei der Anschluß 6 der Leitung 7 zu dem Arbeitshohlraum 5 in dem Endstück 3a
des Federelements 1 ausgebildet. Der Federgasbehälter 8 ist durch ein in der Regel als Membran
ausgebildetes Trennteil 9 in einen Gasraum 10 und einen Hydraulikraum 11 unterteilt. Der
Hydraulikraum 11, die Leitung 7 sowie der Arbeitshohlraum 5 sind mit einem inkompressiblen
Fluidum, der Hydraulikflüssigkeit, der Gasraum 10 hingegen mit einem Gas gefüllt. Schließlich
kann man in Fig. 1 noch einen als Gummipuffer ausgebildeten Endanschlag 12 an der Innenseite
des Endstücks 3b erkennen, welcher für den Fall von Spitzenhüben oder als Notfeder für
den Fall gedacht ist, daß der Federmechanismus aufgrund von beispielsweise dem Verlust von
Hydraulikflüssigkeit versagt. The
Als Arbeitsmedium wird eine Hydraulikflüssigkeit, im allgemeinen ein Öl, gewählt, da Flüssigkeiten unter hohen Drücken eingesetzt werden können und dadurch das Federelement hinsichtlich des notwendigen Bauraums klein gehalten werden kann. Gas ist vor allem deshalb als Federmedium gewählt, da es ein progressives Verhalten zeigt, und somit ein optimales Ausnützen der Federwege gewährleistet.A hydraulic fluid, generally an oil, is chosen as the working medium, since fluids can be used under high pressures and thereby the spring element with respect of the necessary space can be kept small. That is why gas is considered as Spring medium chosen because it shows a progressive behavior, and thus an optimal use the travel is guaranteed.
In Fig. 2 sind ein Fahrwerkrahmen 13, ein Radsatzlager 14 sowie ein Rad 15 eines Schienenfahrzeugs
dargestellt. Schematisch ist der Einbau eines Federelements 1 nach Fig. 1 zwischen
dem Fahrwerkrahmen 13 und dem Radsatzlager 14 angedeutet. Bei einer zweckmäßigen
Ausführungsform ist dabei das Federelement 1, obwohl es nur Druckkräfte übertragen muß, in
der Regel sowohl mit dem Fahrwerkrahmen 13 als auch mit dem Gehäuse des Radsatzlagers
14 verschraubt.2 shows a
Die Fig. 3 bis Fig. 5 zeigen grob schematisch Federsysteme, bei welchen die Hydraulikeinheiten
2a - 2d von Federelementen 1 im Bereich von Rädern 15 eines Schienenfahrzeugs angebracht
sind, wobei die Arbeitshohlräume der Hydraulikeinheiten miteinander logisch verschaltet
sind. Nicht abgebildet ist dabei jene Ausführungsform, bei der jeder Arbeitshohlraum einen
eigenen Federgasbehälter aufweist, die Hydraulikeinheiten also nicht miteinander gekoppelt
sind. Bei dieser Ausführungsform ist zwar ein Federn jedes Rades separat möglich, allerdings
können Nick- oder Wankbewegungen nicht unabhängig von Tauchbewegungen ohne zusätzliche
Stabilisierungseinrichtung gefedert werden.3 to 5 show roughly schematic spring systems in which the
Im Detail zeigt Fig. 3 ein Federsystem, bei welchem eine Wankbewegung des Fahrzeugs
dadurch weitestgehend unterdrückt wird, dass die Arbeitshohlräume von zwei Hydraulikeinheiten
2a und 2b, welche im Bereich von Rädern 15 an gegenüberliegenden Seiten einer Achse
angebracht sind, über Leitungen 16a und 16b sowie eine Synchronisiereinheit 19a an einen
gemeinsamen Federgasbehälter 8a gekoppelt sind. Der Synchronisiereinheit 19a, deren Funktionsweise
weiter unten noch ausführlich besprochen wird, fällt dabei die Aufgabe zu, die - in
diesem Fall zwei - Arbeitshohlräume so zu koppeln, daß ein Einfedern des einen Federelements
unmittelbar zu einem Einfedern des damit gekoppelten Federelements bzw. genau
genommen zu einem Einfedern der miteinander verbundenen Hydraulikeinheiten 2a und 2b
führt, wodurch eine Wankbewegung vermieden wird. Um Wankbewegungen effizient abzufedern,
ist natürlich dieses paarweise Verschalten von gegenüberliegenden Hydraulikeinheiten an
jeder Achse notwendig.In detail, Fig. 3 shows a spring system in which a rolling movement of the vehicle
is largely suppressed by the fact that the working cavities of two
in Fig. 4 ist ebenfalls ein Federsystem zur Wankstabilisierung eines Schienenfahrzeugs dargestellt.
Bei dieser Ausführungsform sind jeweils die Arbeitshohlräume von Hydraulikeinheiten
2a und 2d sowie 2b und 2c einer Fahrzeugseite über eine gemeinsame Leitung 17a bzw. 17b
miteinander verbunden. Die Hydraulikeinheiten einer Seite stehen allerdings nicht über eine
Synchronisiereinheit miteinander in Kontakt. Hingegen stehen die jeweils miteinander gekoppelten
Hydraulikeinheiten einer Fahrzeugseite mit den gekoppelten Hydraulikeinheiten der
anderen Fahrzeugseite über eine Synchronisiereinheit 19a mit einem gemeinsamen Federgasbehälter
8a in Kontakt. Durch dieses einfache Verschalten der Arbeitshohlräume von vier Hydraulikeinheiten
2a - 2d wird eine Wankstabilisierung des Fahrzeugs erreicht. Allerdings ist
diese Wankstabilisierung mit nur einer Synchronisiereinheit 19a nur für Fahrzeuge, bei denen
geringe Antriebs- und Bremskräfte wirksam sind, geeignet, da eine Nickbewegung bei dieser
Ausführungsform ungefedert zugelassen ist. Sinngemäß kann ein Verschalten der Arbeitshohlräume
wie in Fig. 3 und Fig. 4 dargestellt, auch für Schienenfahrzeuge mit mehr als zwei
Achsen angewendet werden.4 also shows a spring system for roll stabilization of a rail vehicle.
In this embodiment, the working cavities are
Ein Problem für Schienenfahrzeuge ist, daß entlang der Fahrstrecke Gleisverwindungen auftreten.
Bei einer zu steifen Federung führt das zu Radentlastungen an zumeist einem der Räder
des Fahrwerks, wobei es bei einer zu starken Radentlastung unter Umständen auch zu Entgleisungen
kommen kann. Diesem Problem kann mit der in Fig. 5 dargestellten Verschaltung der
Arbeitshohlräume von Hydraulikeinheiten begegnet werden. Bei dieser Ausführungsform
werden jeweils einander diagonal gegenüberliegende Hydraulikeinheiten 2a und 2c sowie 2b
und 2d über Leitungen 18a, 18c sowie 18b, 18d und über eine Synchronisiereinheit 19a, 19b
mit einem gemeinsamen Federgasbehälter 8a gekoppelt. Mit dieser Verschaltung der Arbeitshohlräume
wird einerseits das Abfedern von Wank- und Nickbewegungen möglich, andererseits
wird das Fahrzeug bzw. das Fahrwerk aber auch verwindbar, wodurch eine zu starke
Radentlastung unabhängig von der gewählten Federsteifigkeit und somit unabhängig von der
Federung von Tauchbewegungen verhindert werden kann.A problem for rail vehicles is that track twists occur along the route.
If the suspension is too stiff, this usually relieves the pressure on one of the wheels
of the undercarriage, which may lead to derailment if the wheel is relieved too much
can come. This problem can be solved with the interconnection shown in FIG
Working cavities can be encountered by hydraulic units. In this embodiment
Anhand von Fig. 6 ist schließlich das Funktionsprinzip für eine Synchronisiereinheit 19, wie sie
bereits in den Fig. 3 bis Fig. 5 erwähnt wurde, erläutert. In der Fig. 6 ist eine Synchronisiereinheit
19 für zwei Arbeitsvolumina von Federelementen dargestellt, die folgenden Überlegungen
gelten aber naturgemäß bei entsprechender Ausbildung der Synchronisiereinheit auch für mehr
als zwei Arbeitsvolumina.Finally, with reference to FIG. 6, the principle of operation for a
Wie man aus Fig. 6 erkennen kann, wird ein Hohlraum 20 durch einen frei verschiebbaren
Kolben 21 in drei voneinander unabhängige Teilhohlräume 22 - 24 getrennt. Die Teilbereiche
22 und 23 stehen über Leitungen 25 und 26 mit den Arbeitshohlräumen von zwei Hydraulikeinheiten,
Teilbereich 24 über eine Leitung 27 mit dem Hydraulikraum eines Federgasbehälters
in Verbindung. Sowohl die Hydraulikeinheiten als auch der Federgasbehälter sind hier nicht
dargestellt. Ein durch eine Kraftwirkung bedingtes Zusammendrücken der beiden Endstücke 3a
und 3b einer Hydraulikeinheit 2 wie aus Fig. 1 führt dazu, daß das dadurch verdrängte Volumen
in einen Teilhohlraum, beispielsweise Teilhohlraum 22 der Synchronisiereinheit 19 einströmt.
Das hat zur Folge, daß der Kolben 21 entsprechend dem verdrängten Volumen im
Bereich 22 verschoben wird und zu einer Verringerung des Volumens in Bereich 24, dessen
Hydraulikflüssigkeit über die Leitung 27 in den angeschlossenen Hydraulikraum des Federgasbehälters
strömt, sowie zu einer Vergrößerung des Volumens im Bereich 23 führt. Durch das
größere zur Verfügung stehende Volumen im Bereich 23 kommt es zu einem Nachströmen
von Hydraulikflüssigkeit aus dem Arbeitshohlraum jener Hydraulikeinheit, welche über die
Leitung 26 an die Synchronisiereinheit 19 angeschlossen ist, und somit zu einem entsprechenden
Einfedern dieses Federelements bzw. der Hydraulikeinheit, obwohl die äußere Kraftwirkung
auf diese Hydraulikeinheit geringer ist als auf die über die Leitung 25 mit der Synchronisiereinheit
19 verbundene Hydraulikeinheit.As can be seen from Fig. 6, a
Mit dieser konstruktiv einfachen Synchronisiereinheit 19 können die Arbeitshohlräume von
zwei oder mehr Hydraulikeinheiten so miteinander gekoppelt werden, daß ein gleichmäßiges
Einfedern aller Federelemente trotz unterschiedlicher Belastung möglich ist. Durch geeignetes
Verschalten der Arbeitshohlräume ist somit eine Nick- und/oder Wankstabilisierung unabhängig
von der Vertikalsteifigkeit der Federelemente möglich, außerdem sind keine zusätzlichen
mechanischen Stabilisierungseinrichtungen notwendig.With this structurally
Die Wirkungsweise der hier beschriebenen Synchronisiereinheit kann natürlich, wie schon erwähnt, auch auf mehrere Arbeitshohlräume von mehreren Federelementen bzw. Hydraulikeinheiten ausgedehnt werden.The mode of operation of the synchronization unit described here can of course, as already mentioned, also on several working cavities of several spring elements or hydraulic units be expanded.
Die verschiedenen Verschaltungsmöglichkeiten von Hydraulikeinheiten, die im Bereich von Rädern montiert sind, wurden hier vor allem anhand von zweiachsigen Fahrzeugen bzw. Drehgestellen erläutert, da diese Anordnung bei Schienenfahrzeugen am häufigsten anzutreffen ist. Die getätigten Überlegungen können aber ohne weiteres auf Schienenfahrzeuge mit drei und mehr Achsen übertragen werden und gelten dort sinngemäß.The various connection options for hydraulic units in the range of Wheels are mounted here, mainly using two-axle vehicles or Bogies explained because this arrangement is most common in rail vehicles is. However, the considerations made can easily be applied to rail vehicles with three and more axes are transferred and apply there analogously.
Nicht unerwähnt soll bleiben, dass es vorgesehen sein kann, die Flüssigkeitsströme in den Federelementen und Leitungen mittels Drosseleinrichtungen zu bedämpfen. Damit wird der Einbau von zusätzlichen, von den Federn unabhängigen Dämpfern hinfällig, was Vorteile in Hinblick auf den geringen zur Verfügung stehenden Bauraum bringt, kostengünstiger ist und zu einer Gewichtsreduktion des Schienenfahrzeugs beiträgt.It should not go unmentioned that it can be provided that the liquid flows in the To dampen spring elements and lines using throttling devices. With that the Installation of additional dampers independent of the springs lapsed, which has advantages in With regard to the small space available, it is less expensive and contributes to a weight reduction of the rail vehicle.
Weiters ist auch eine Niveauregelung mittels Pumpe und Höhenregler vorgesehen, über die unabhängig von der Beladung eine unveränderliche Höhenlage des Fahrzeugkastens erzielt werden kann.Furthermore, level control by means of a pump and height regulator is provided, via which achieves an unchangeable height of the vehicle body regardless of the load can be.
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