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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Federelement mit einem hydropneumatischen
Federbein zur Anordnung zwischen Drehgestell und Wagenkasten eines
Schienenfahrzeuges, wobei das Federbein einen in einem Zylinder
verschieblich aufgenommenen Kolben umfaßt, wobei der Kolben oder der
Zylinder mit dem Drehgestell und das andere der Bauteile mit dem
Wagenkasten verbindbar ist und wobei der Kolbenraum des Zylinders
mit einem Druckspeicher in Verbindung steht.
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Ein
derartiges Federelement ist beispielsweise aus der WO 94/22702 bekannt.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Federelement
mit den eingangs genannten Merkmalen in vorteilhafter Weise weiterzubilden.
Insbesondere soll ein einfach aufgebautes und nicht fehleranfälliges Federelement
geschaffen werden.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe dadurch gelöst,
dass ein weiteres Federelement vorgesehen ist, das mit dem hydropneumatischen
Federbein in Reihe geschaltet ist und das unabhängig von der Position des Kolbens
des Federbeins in Eingriff steht. Im Normalbetrieb wird die Dämpfung zwischen Drehgestell
und Wagenkasten von dem hydropneumatischen Federbein sowie von dem
weiteren Federelement übernommen.
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Das
weitere Federelement kann als Schrauben- oder Gummifeder ausgeführt sein.
Grundsätzlich
kommt jedes Standardfederelement in Frage.
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Die
Reihenschaltung des HP-Federbeins mit einem weiteren Federelement
weist folgende Vorteile auf: Die Querverschiebbarkeit der Federbeinenden zueinander
ist durch das weitere Federelement gegeben. Eine aufwendige Pendelstütze wie
bei anderen Lösungen
kann entfallen. Die Quersteifigkeit des Federbeins kann durch die
geeignete Wahl des weiteren Federelementes in weiten Bereichen beeinflußt werden.
Die erfindungsgemäße Anordnung
ist einfach aufgebaut, solide, fehlerunanfällig und kostengünstig.
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Des
weiteren erfordert die Lösung
nicht zwingend eine Notfeder, da das in Reihe geschaltete Federelement
als Notfeder dient, wenn das HP-Federbein, beispielsweise infolge
eines Leitungsbruchs nicht mehr arbeitet und keine Dämpfungswirkung mehr
entfaltet.
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Durch
die Reihenschaltung kann die HP-Feder bei gleichem Fahrkomfort mit
einer höheren
Federrate ausgeführt
werden, was zur Folge hat, daß das
an das Federbein angeschlossene Druckspeichervolumen, insbesondere
Stickstoffspeichervolumen, wesentlich kleiner gewählt werden
kann. Ferner reduzieren sich durch die Reihenschaltung die Federwege
der HP-Feder, da ein Teil des benötigten Federweges von dem weiteren
Federelement übernommen
wird. Dies führt
dazu, daß das
HP-Federsystem wesentlich weniger Ölvolumen beinhaltet, wodurch das
Reservoirvolumen des Hydroaggregates ebenfalls wesentlich kleiner
gewählt
werden kann. Schließlich
können
durch diese Anordnung geringere Bauhöhen als bei herkömmlichen
Federbeinen realisiert werden.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Anschlagelement vorgesehen,
das in Richtung der Bewegung des Kolbens im Zylinder längsverschieblich
ausgeführt
ist und mittels dessen die Endposition des Kolbens im Zylinder veränderbar ist.
Auf diese Weise läßt sich
auf einfache Weise, z.B. mittels Handpumpe oder automatisch, die
Gesamthöhe
des Fahrzeuges verändern.
Ferner ist ein vollautomatischer Radverschleißausgleich möglich. Die Notfeder
und die HP-Feder werden gleichzeitig nachgestellt.
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Das
Anschlagelement kann in dem zu dem Kolbenraum gerichteten Endbereich
des Kolbens vorgesehen sein.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn ein weiterer Kolbenraum vorgesehen ist,
der mit dem Anschlagelement in dessen vom Kolbenraum des Zylinders des
Federbeins abgewandten Endbereich in Verbindung steht und in dem
ein Druckfluid aufgenommen ist oder aufnehmbar ist.
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Das
Anschlagelement kann wenigstens teilweise in einer Ausnehmung des
Kolbens des Federbeins aufgenommen sein.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist bei Ausfall des
Hydraulikdruckes der weitere Kolbenraum mit einem Hydraulikfluid
enthaltenden Druckspeicher verbindbar. Dabei kann der Speicher ein
kompressibles Gasvolumen enthalten. Es ergibt sich somit eine hydraulisch
vorgespannte Notfeder in Form eines kompressiblen Gasvolumens (Stickstofffeder).
Auch bei dieser Lösung
ist es möglich,
das Fahrzeug im normalen Betrieb unter die Notfederhöhe absenken
zu können.
Im Notfederbetrieb wird der weitere Kolbenraum mit unter Druck stehendem
Hydraulikmedium gefüllt,
wodurch der Endanschlag im Kolbenraum des Federbeins ausgefahren und
gehalten wird. Die federnde Wirkung ergibt sich durch das weitere
Federelement. Eine Rückströmung des
im weiteren Kolbenraum befindlichen Hydraulikmediums in den Druckspeicher
wird durch ein Rückschlagventil
verhindert.
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Es
können
druckgesteuerte Ventile vorgesehen sein, die den Speicher mit dem
weiteren Kolbenraum verbinden, wenn der Hydraulikdruck des Federbeins
einen vorgegebenen Wert unterschreitet. Diese Ventile werden im
Normalbetrieb durch den Hydraulikdruck des Federbeins in einer Schließstellung
gehalten, was zur Folge hat, daß der
weitere Kolbenraum mit dem Druckspeicher nicht in Verbindung steht.
Fällt jedoch
der Druck im Hydrauliksystem des Federbeins, erfolgt aufgrund der
Vorspannung der Ventile eine Freigabe des Druckspeichers, wodurch der
weitere Kolbenraum mit Hydraulikmedium gefüllt wird.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand
eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es
zeigen:
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1:
Längsschnittdarstellung
durch ein HP-Federbein gemäß der Erfindung,
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2:
vergrößerte Darstellung
eines HP-Federbeins gemäß der Erfindung,
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3:
Systemschaubild der elektronischen Regelung der Kolbenposition eines
HP-Federbeins gemäß der Erfindung
mit manuellem Radverschleißausgleich,
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4:
Systemschaubild der elektronischen Regelung der Kolbenposition eines
HP-Federbeins gemäß der Erfindung
mit automatischem Radverschleißausgleich
und
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5:
Systemschaubild der elektronischen Regelung der Kolbenposition eines
HP-Federbeins gemäß der Erfindung
mit hydraulischem Notfederspeicher.
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Die 1 und 2 zeigen
ein eine Längsschnittdarstellung
durch ein Federelement mit HP-Federbein gemäß der Erfindung.
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Das
HP-Federbein umfaßt
den Zylinder 310 sowie den Kolben 320, der in
dem Zylinder 310 längsverschieblich
geführt
ist. Der Kolben 320 weist in seinem zum Kolbenraum 330 gerichteten
Endbereich eine Ausnehmung auf, in der das Anschlagelement 400 aufgenommen
ist. Das Anschlagelement 400 ist relativ zum Kolben 320 längsverschieblich ausgeführt. Oberhalb
des Anschlagelementes 400 befindet sich der weitere Kolbenraum 410,
der über den
Anschluß 420 mit
einem Druckfluid beaufschlagbar ist. Dieses Druckfluid kann, muß jedoch
nicht dem Hydraulikmedium des HP-Federbeins entsprechen, das vorzugsweise
aus Öl
besteht. Der Kolbenraum 330 steht mit der Druckversorgung
des HP-Federbeins in Verbindung. Der Anschluß an die Druckversorgung ist
mit dem Bezugszeichen 340 gekennzeichnet.
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In
Reihe zu dem HP-Federbein ist die Schraubenfeder 500 geschaltet,
die sich einerseits an einem Vorsprung des Zylinders 310 und
andererseits an einer Endplatte 510 abstützt. Im
Normalbetrieb des Fahrzeuges sind beide Federelemente, d.h. das
HP-Federbein und die Feder 500 in Eingriff, d.h. nehmen
an der Abfederung des Fahrzeuges teil.
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Die
Regelung der gewünschten
Fahrzeughöhe
erfolgt mittels der aus 3 ersichtlichen Systemkonfiguration.
Das Ölvolumen
in dem Kolbenraum 330 wird auf den gewünschten Wert eingeregelt. Als Istwertgeber
dient ein im Bereich neben den Federbeinen angeordnetes Wegmeßsystem 600,
das die Höhe
des Federbeins ermittelt.
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Meldet
das Wegmesssystem 600, daß die aktuelle Position des
Kolbens 320 nicht dem Sollwert entspricht, wird das Ölvolumen
im Kolbenraum 330 erhöht
oder verringert. Durch die Anbindung des Kolbenraums 330 bzw.
des damit in Verbindung stehenden Druckspeichers 140 an
den Hochdruckspeicher wird das Ölvolumen
im Kolbenraum 330 erhöht, durch
eine Anbindung an den Niederdruckspeicher erfolgt eine Verringerung
des Ölvolumens.
Der Kolbenraum 330 der HP-Federbeine steht mit dem Druckspeicher 140 in
Verbindung, in dem sich unter Druck stehendes Hydraulikfluid sowie
ein vorgespanntes Stickstoffvolumen befindet. Eine derartige „Stickstoffeder" findet sich ferner
in dem Hochdruckspeicher, der mittels einer Pumpe mit Öl aus dem Niederdruckspeicher
versorgt wird.
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Die
Ansteuerung der Magnetventile übernimmt
eine Kontrollelektronik, die mit den von dem Wegmesssystem 600 ermittelten
Istwerten der Kolbenposition versorgt wird.
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Die
Höheneinstellung
erfolgt mittels des in 3 dargestellten digitalen Regelkreises.
Stimmt der von dem Wegmesssystem 600 ermittelte Istwert der
Kolbenposition mit dem Sollwert überein,
erfolgt keine Änderung
des Ölvolumens
und die Magnetventile befinden sich in der Schließposition.
Ist die Fahrzeughöhe
zu gering, wird mittels der Magnetventile der Hochdruckspeicher
mit dem Kolbenraum 330 verbunden, wodurch die Ölmenge im
Kolbenraum 330 ansteigt und das Fahrzeug angehoben wird.
Ist die gemessene Fahrzeughöhe
zu groß,
wird der Kolbenraum 330 mittels der Magnetventile an den
Niederdruckspeicher angeschlossen und die erforderliche Ölmenge aus
dem Kolbenraum 330 abgezogen.
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Es
besteht die Möglichkeit,
durch Softwareänderung
nahezu beliebige Regelalgorithmen zu realisieren.
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Wie
zu 1 erläutert
und wie aus der vergrößerten Darstellung
gemäß 2 ersichtlich,
ist das Anschlagelement 400 längsverschieblich im Endbereich
des Kolbens 320 angeordnet. Zum Zwecke des Radverschleißausgleiches
wird in den oberhalb des Anschlagelementes 400 befindlichen
Kolbenraum 410 ein Hydraulikmedium geführt, wodurch sich der Kolben 320 relativ
zum Anschlagelement 400 bewegt und die Fahrzeughöhe entsprechend vergrößert wird.
Diese entspricht der Notfederhöhe, die
sich ergibt, wenn es in dem Hydrauliksystem zu einem Fehlerfall
kommt, der mit einem Druckverlust im HP-Federbein einhergeht. Das Einführen des
Hydraulikmediums über
den Anschluß 420 kann
manuell mittels Handpumpe oder automatisch mittels eines Regelkreises
erfolgen.
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Nach
Einstellung der gewünschten
Notfederhöhe
wird das Hydrauliksystem in Betrieb genommen und die Fahrzeughöhe auf den
gewünschten
Wert eingeregelt. Zu diesem Zweck wird Hydaulikmedium durch die
Leitung 350 in den Kolbenraum 330 eingeführt, bis
der Sollwert der Fahrzeughöhe
erreicht ist.
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4 zeigt
das Hydrauliksystem mit vollautomatischem Radverschleißausgleich.
Der Raddurchmesser wird über
die ZSG eingegeben. Die Regelelektronik gleicht dann bei jedem Aufrüsten des Fahrzeuges
automatisch die Notfederhöhe
mit vorgegebenen Raddurchmessern ab.
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Der
Anschluß des
Kolbenraums 410 an den Hochdruckspeicher sowie an den Nierderdruckspeicher
(gestrichelte Linie in 4) ergibt sich aus 4 und
erfolgt mittels der von der Kontrollelektronik angesteuerten Magnetventile.
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Im
Fehlerfall, der zu einem Druckverlust im HP-Federbein führt, setzt
das Anschlagelement 400 auf den Endbereich des Zylinders 310 auf.
Die Federung wird nun ausschließlich
von der Feder 500 übernommen.
Sie dient somit nicht nur als aktives Federelement während des
Normalbetriebes, sondern auch als Notfederelement, so daß eine weitere
Notfeder an sich nicht erforderlich ist.
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Soll
das Fahrzeug im Normalbetrieb unter die Notfederhöhe abgesenkt
werden, ist auch bei dieser Ausführung
des Federelementes die Anordnung einer hydraulisch vorgespannten
Notfeder möglich. 5 zeigt
das entsprechende Hydraulikschaltbild. Der Kolbenraum 410 ist
mit einem Notfederspeicher 700 verbindbar, der unter Druck
stehendes Hydraulikmedium sowie ein kompressibles Gas, vorzugsweise
Stickstoff umfaßt,
das den Notfederspeicher 700 vorspannt. Im Normalbetrieb
ist die Verbindung zwischen Speicher 700 und den Federbeinen
mittels entsprechender Schaltstellung der Druckventile 800 unterbrochen.
Herrscht im System der normale Hydraulikdruck, bewirkt dieser, daß die Druckventile 800 nach
unten in die Schließstellung
bewegt und dort gehalten werden. Fällt der Druck im System ab, öffnen die
federbelasteten Druckventile 800 durch Umschaltung in die
aus 5 ersichtliche Position. In dieser Position steht
der Speicher 700 mit dem Kolbenraum 410 in Verbindung
und es strömt
Hydraulikmedium aus dem Speicher 700 in den Kolbenraum 410.
Hierdurch wird der Kolben bis zur Ausschlagbegrenzung ausgeschoben,
wodurch das Fahrzeug auf Notfederhöhe angehoben wird. Herrscht
der normale Systemzustand, liegt der Rücklauf am Kolben an; herrscht
kein Systemdruck, liegt der Druck des Speichers 700 am
Kolben an.
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- 1
- Kommunikation
mit ZSG
- 2
- Kontrollelektronik
- 3
- Hochdruckspeicher
- 4
- Niederdruckspeicher
- 5
- Speicher
- 6
- Stickstoff
- 7
- Kompaktaggregat
- 8
- Steuerblock
- 9
- zu
den Magnetventilen Abk. Magnete. 8X