AT525989A4

AT525989A4 - Schienenfahrzeug mit einer Luftfederung

Info

Publication number: AT525989A4
Application number: ATA50374/2022A
Authority: AT
Inventors: Atzmueller Johannes; Weilguni Gerhard; Groszschädl Roman; Gödl Werner; Rossegger Engelbert; Peter Schmid Johann
Original assignee: Siemens Mobility Austria Gmbh
Priority date: 2022-05-25
Filing date: 2022-05-25
Publication date: 2023-10-15
Also published as: US20260001576A1; CA3256670A1; WO2023227653A1; AT525989B1; EP4499474A1

Abstract

Schienenfahrzeug (1) mit einer Luftfederung, umfassend einen Wagenkasten (2) und mindestens ein gegenüber dem Wagenkasten (2) drehbeweglich gelagertes Fahrwerk (3), wobei zwischen dem Wagenkasten (2) und dem Fahrwerk (3) mindestens eine Luftfeder (4) angeordnet ist, wobei jeder Luftfeder (4) ein Zusatzlufttank (5) zugeordnet ist, dessen Volumen mit dem Volumen der Luftfeder (4) verbunden ist, wobei der Zusatzlufttank (5) oberhalb der Luftfeder (4) angeordnet ist und sich in einer Ausnehmung (6) in dem Wagenkasten (2) erstreckt.

Description

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Beschreibung

Schienenfahrzeug mit einer Luftfederung

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug mit einer

Luftfederung, insbesondere ein Passagierschienenfahrzeug.

Stand der Technik

Passagierschienenfahrzeuge sind häufig mit einer Luftfederung ausgestattet, da diese neben einem im Vergleich zu herkömmlichen Stahlfederungen besseren Fahrkomfort auch die Möglichkeit einer Niveauregulierung bietet. Eine Luftfederung umfasst die eigentliche Luftfeder aus elastischem Material, welche zwischen einem Fahrwerk und einem Wagenkasten angeordnet ist und welche mit einem Druckgas gefüllt ist. Weiters umfasst die Luftfederung entsprechende Verrohrungen zur Zu- und Abführung des Druckgases sowie eine Druckgasquelle, üblicherweise ein Druckluftkompressor bzw. eine Verbindung zu einer für den Betrieb einer Bremse vorhandenen Druckluftanlage. Weist die Luftfederung eine Niveauregulierung auf, so sind entsprechende Regelventile und Meßeinrichtungen zur Bestimmung der aktuellen Einfederung des Wagenkastens gegenüber dem Fahrwerk vorgesehen. Eine wesentliche Verbesserung des Federungskomforts kann dadurch erzielt werden, dass das in der Luftfeder eingeschlossene Druckgasvolumen vergrößert wird, da solcherart eine weichere Federkennlinie dieser Luftfeder erzielt werden kann. Die Abmessungen einer Luftfeder, welche üblicherweise als

zylindrischer, bzw. ring- oder torusförmiger Gummibalg

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ausgeführt ist, sind jedoch durch die Gegebenheiten im Bereich zwischen einem Wagenkasten und einem Fahrwerk bestimmt und können nicht wesentlich vergrößert werden. Daher kann ein sogenanntes Zusatzluftvolumen vorgesehen werden, dessen Volumen an das Volumen der Luftfeder gekoppelt ist, sodass eine Druckgasströmung zwischen diesen Volumen erfolgen kann. Durch diese Maßnahme ist auch bei Luftfedern in gebräuchlichen Abmessungen eine Federkennlinie realisierbar, die sonst nur bei größeren Luftfedern möglich wäre. Die Zusatzluftvolumen sind in Form von Druckgastanks ausgeführt und werden möglichst nahe an der Luftfeder angeordnet, um die Strömung zwischen den Volumen nicht übermäßig durch Reibung zu behindern. Dabei kann der Tank des Zusatzluftvolumens an dem Fahrwerk selbst angeordnet werden, was aufgrund des dort üblicherweise kaum vorhandenen Bauraums meist unmöglich ist, oder dieser Tank kann an dem Wagenkasten befestigt werden, wozu jedoch längerer Verrohrungen mit flexiblen Abschnitten erforderlich sind. Letztere Ausführungsform ist Jedoch nachteilig für die Federungseigenschaften und erhöht den

Wartungsaufwand.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Schienenfahrzeug mit einer Luftfederung anzugeben, bei welchen ein Zusatzlufttank an eine Luftfeder angekoppelt ist,

wobei der dafür erforderliche Bauraum minimiert ist.

Die Aufgabe wird durch ein Schienenfahrzeug mit einer Luftfederung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand untergeordneter

Ansprüche.

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Dem Grundgedanken der Erfindung nach wird ein Schienenfahrzeug mit einer Luftfederung beschrieben, welches einen Wagenkasten und mindestens ein gegenüber dem Wagenkasten drehbeweglich gelagertes Fahrwerk umfasst, wobei zwischen dem Wagenkasten und dem Fahrwerk mindestens eine Luftfeder angeordnet ist und wobei Jeder Luftfeder ein Zusatzlufttank zugeordnet ist, dessen Volumen mit dem Volumen der Luftfeder verbunden ist, und wobei der Zusatzlufttank oberhalb der Luftfeder angeordnet ist und sich in einer

Ausnehmung in dem Wagenkasten erstreckt.

Dadurch ist der Vorteil erzielbar, den Bauraumbedarf für einen Zusatzlufttank verringern zu können, und bisher

ungenutzten Bauraum dafür einsetzen zu können.

Erfindungsgemäß ist an einem Schienenfahrzeug ein Luftfederung vorgesehen, welche eine Luftfeder umfasst und einen an diese Luftfeder angekoppelten Zusatzlufttank. Dabei ist das in der Luftfeder eingeschlossene Volumen mit dem Volumen des Zusatzlufttanks gekoppelt, sodass zwischen diesen Volumen ein Gasaustausch stattfinden kann. Mittels der Dimensionierung des Zusatzlufttanks kann eine Veränderung der Federkennlinie der Luftfeder vorgenommen werden, wobei insbesondere eine weichere Federkennlinie möglich ist, gegenüber der Federkennline der Luftfeder ohne einen

angekoppelten Zusatzlufttank,

Die Erfindung sieht vor, den Zusatzlufttanks oberhalb der ihm zugeordneten Luftfeder anzuordnen, sodass er sich in eine Ausnehmung des Wagenkastens erstreckt. Es ist prinzipiell auch möglich, den Wagenkasten so zu gestalten, dass in ihm luftdichte Abschnitte vorgesehen sind, welche als

Zusatzlufttank eingesetzt werden können. Dies ist jedoch

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nachteilig, da dadurch der gesamte Wagenkasten anderen Zulassungsvorschriften und Prüfungen dieser Drucktanks unterliegen würde. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Zusatzlufttanks als eigener, getrennter Bauteil, welcher für sich den entsprechenden Prüfungen unterzogen werden kann, entfallen diese aufwendigen Prüfungen des gesamten Wagenkastens. Ebenso ist dadurch die Reparatur oder der

Ersatz eines Zusatzlufttanks wesentlich erleichtert.

Der typische Aufbau eines Schienenfahrzeugs sieht an der Position der Anbindung eines Fahrwerks üblicherweise einen verstärkten Querträger in seinem Untergestell vor, den sogenannten Hauptquerträger. Über diesen Hauptquerträger wird unter anderem die Gewichtskraft des Wagenkastens und der Beladung an ein Fahrwerk übermittelt. Folgedessen ist dieser Träger mit wesentlich höherer Festigkeit ausgeführt als andere Teile des Wagenkastens, da er beispielsweise auch Anhebestellen für das Fahrzeug umfassen kann.

Bei Schienenfahrzeugen aus Stahl ist dieser Hauptquerträger aus einer Mehrzahl von Bauteilen aus Stahl gefertigt, welche untereinander verschweißt sind. Dabei können diese Bauteile als Bleche unterschiedlicher Dicke oder Festigkeit ausgeführt sein und es können auch Gußteile in diesen Bauteilverbund eingeschweißt werden.

Durch moderne Simulationsverfahren ist es möglich, bestimmte Bereiche eines Hauptquerträger freizulassen und die dadurch erfolgte Reduktion der Festigkeit durch entsprechende Verstärkungen außerhalb dieser Bereiche zu kompensieren. In diese freien Bereiche (Ausnehmungen) ist in Folge ein Zusatzlufttank anordenbar. Durch das Vorsehen dieser Ausnehmungen unmittelbar oberhalb der Luftfedern ist auch eine optimal kurze Wegführung der Gasströmung zwischen einer

Luftfeder und dem ihr zugeordneten Zusatzlufttank gegeben und

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der Strömungswiderstand entlang dieser Wegführung somit minimiert. Dies bewirkt eine bessere Ankopplung des Volumens des Zusatzlufttanks und folgedessen verbesserte Federungseigenschaften im Vergleich zu über Rohrleitungen

angebundene Zusatzlufttanks,.

Aufgrund der in praktischen Ausführungen meist komplexen Form der Ausnehmungen, in welche die Zusatzlufttanks eingebracht werden, sind die Zusatzlufttanks mit einer ebenso komplexen Form auszuführen, sodass das zur Verfügung stehende Volumen in den Ausnehmungen möglichst vollständig genutzt werden kann. Dies bedingt eine aufwendige Herstellung der Zusatzlufttanks, welche durch das Verbinden einzelner Bauteile, welche miteinander verschweißt werden müssen, nur unzureichend möglich ist. Es ist daher vorteilhaft, einen Zusatzlufttank aus Leichtmetall mittels eines Gießverfahrens herzustellen, da dabei Jegliche Gefahr von Undichtigkeiten an Schweißstellen entfällt und auch komplizierte Geometrien herstellbar sind. Weiters ist so auch eine lokale Verstärkung der Festigkeit des Zusatzlufttanks an Stellen hoher Belastung möglich. Dies ist erforderlich, da die Kraftübermittlung zwischen der Luftfeder und dem Hauptquerträger über den Zusatzlufttank erfolgt, dieser somit mit der Gewichtskraft des Schienenfahrzeugs belastet wird. In diesem Kraftweg ist folgedessen eine wesentlich höhere Festigkeit erforderlich

als an Stellen, welche nur der Druckhaltung dienen.

In weiterer Fortbildung der Erfindung ist es vorteilhaft, den Zusatzlufttank mit einer hohlen Ausformung auszuführen, deren Volumen mit dem Volumen der Luftfeder verbunden ist. Solcherart kann das für die Federung zur Verfügung stehende Volumen weiter vergrößert werden. Insbesondere kann dieses

weitere Volumen an Stellen angeordnet sein, welche außerhalb

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des Hauptquerträger liegen. Durch die Herstellung des Zusatzlufttanks als Gußteil sind auch komplizierte Geometrien mit entsprechenden Hohlräumen herstellbar, wobei diese Hohlräume an das Volumen der Luftfeder durch entsprechende

5 innere Gasführungen angebunden sind.

Besonders vorteilhaft ist es, die hohle Ausformung so zu gestalten, dass sie sich ringförmig um die Luftfeder erstreckt. Um den zur Verfügung stehenden Bauraum optimal zu 10 nutzen, kann die Ausformung sich zusätzlich auch im Wesentlichen quaderförmig in Richtung der Wagenmitte

erstrecken.

Durch gegenständliche Erfindung wird auch die

15 Betriebssicherheit eines Schienenfahrzeugs erhöht, da durch den Entfall einer Vielzahl an Druckluftverschraubungen und flexiblen Leitungen die Gefahr einer Leckbildung reduziert

ist.

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Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Es zeigen beispielhaft:

25 Fig.1 Schienenfahrzeug mit Luftfederung. Fig.2 Luftfederung und Hauptquerträger. Fig.3 Zusatzlufttank.

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Ausführung der Erfindung

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Fig.1 zeigt beispielhaft und schematisch einen Schnitt durch ein Schienenfahrzeug mit Luftfederung. Es ist eine stark abstrahierte Darstellung eines Schienenfahrzeuge 1 in einem Längsschnitt gezeigt, wobei von dem Wagenkasten 2 des Schienenfahrzeugs 1 das Untergestell sichtbar ist. Unterhalb des Untergestells 2 ist ein Fahrwerk 3 angeordnet, welches mit dem Wagenkasten 2 drehbeweglich verbunden ist. Als Federung ist eine Luftfeder 4 zwischen dem Fahrwerk 3 und dem Wagenkasten 2 vorgesehen, welche als Gummibalg ausgeführt ist. An die Luftfeder 4 ist ein Zusatzlufttank 5 angebunden, sodass deren beide Volumen miteinander verbunden sind und ein Gasaustausch zwischen dem Volumen der Luftfeder 4 und dem Zusatzlufttank 5 erfolgen kann. Dieser Zusatzlufttank 5 ist oberhalb der Luftfeder 4, gesehen vom Fahrwerk 3 aus, angeordnet und erstreckt sich in eine Ausnehmung 6 im

Wagenkasten 2 des Schienenfahrzeugs 1.

Fig.2 zeigt beispielhaft und schematisch eine Luftfederung und einen Hauptquerträger. Es ist eine praxisnahe Ausbildung eines erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs mit einer Luftfederung dargestellt, wobei von dem Schienenfahrzeug 1 zur Vereinfachung der Darstellung nur ein Teil des Wagenkastens gezeigt ist. Dieser Teil ist als Hauptquerträger 8 ausgebildet und stellt einen Teil eines Untergestells dar, welcher gegenüber anderen Teilen eines Untergestells eine erhöhte Festigkeit aufweist. Dadurch können Gewichtskräfte und dynamische Lasten punktförmig zwischen einem Wagenkasten und einem Fahrwerk übermittelt werden. In gezeigtem Ausführungsbeispiels ist der Hauptquerträger 8 aus einer Mehrzahl von Bauteilen aus Stahl gefertigt, welche untereinander verschweißt sind. Diese sogenannte Differentialbauweise erlaubt es, die mechanischen

Eigenschaften eines Hauptquerträgers 8 so zu bemessen, dass

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auch eine Ausnehmung 6, d.h. einen Hohlraum vorzusehen, und dabei die Gesamtfestigkeit gegenüber einem Hauptquerträger ohne eine Ausnehmung 6, beizubehalten. Dazu sind beispielsweise zusätzliche Teile einzuschweißen oder Stahl höherer Festigkeit oder größerer Dicke einzusetzen. Fig.2 zeigt die Einbausituation in einer Explosionsdarstellung, wobei die Luftfedern 4 sowie zugehörige Druckluftverrohrungen 7 außerhalb ihrer finalen Einbaulage dargestellt sind, sodass das Zusammenspiel zwischen den Ausnehmungen 6 und den Zusatzlufttanks 5 ersichtlich ist. Diese Zusatzlufttanks 5 sind so geformt, dass sie den Raum der Ausnehmungen 6 optimal ausfüllen. Da die Ausnehmungen 6 im Allgemeinen nicht als einfache geometrische Grundform gestaltet werden können, da sonst ein Aufrechterhalten der Festigkeit eines Hauptquerträgers erschwert ist, ist es vorteilhaft, die Form eines Zusatzlufttanks 5 an eine mögliche Form einer Ausnehmung 6 anzupassen. Dies kann insbesondere dadurch erfolgen, den Zusatzlufttank 5 aus Leichtmetall mittels eines Gießverfahrens herzustellen, was bei komplexeren Formen vorteilhaft gegenüber der Herstellung aus untereinander verschweißten Form- bzw. Blechteilen ist. Zu Erhöhung des in dem Zusatzlufttank 5 eingeschlossenen Volumen für Druckgas ist eine hohle Ausformung 9 vorgesehen, welche mit dem restlichen Innenvolumen in Verbindung steht. Diese hohle Ausformung 9 erstreckt sich in Richtung der Wagenmitte, da

der dort befindliche Bauraum somit genutzt werden kann.

Fig.3 zeigt beispielhaft und schematisch einen Schnitt durch einen Zusatzlufttank. Es ist das Ausführungsbeispiel aus Fig.2 dargestellt, wobei die Schnittführung quer zur Fahrzeuglängsachse parallel der Mittelachse des Hauptquerträgers 8 erfolgt ist. In dieser Darstellung ist

ersichtlich, dass der Zusatzlufttank 5 als komplex

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aufgebauter Gußteil ausgebildet ist, dessen Innenvolumen einen Hauptteil 10 und ein daran angekoppeltes weiteres Volumen 11 aufweist. Die Form des Hauptteils 10 des Volumens ist an die Ausnehmung 6 in dem Hauptquerträger 8 angepasst, da diese Ausnehmung 6 im Allgemeinen nicht in beliebiger Form realisierbar ist und demnach die Formgebung des Zusatzlufttanks 5 und somit des Hauptteils 10 des Volumens bestimmt. Das weiters Volumen ist in einer Ausformung 9 in dem Gußteil, welche sich entlang der Außenkontur des Zusatzlufttanks 5 erstreckt, angeordnet. Es ist ringförmig um die Luftfeder 4 angeordnet, wobei sich ein Abschnitt dieses weiteren Volumens 11 in Richtung der Fahrzeugquerachse erstreckt. Dazu ist die Ausformung 9 in Richtung der Wagenmitte vergrößert, da in dieser Richtung mehr Bauraum zur Verfügung steht. Der Gußteil selbst ist zwischen der Luftfeder 4 und dem Hauptquerträger 8 angeordnet und übermittelt daher die Gewichtskraft des Schienenfahrzeugs an die Luftfeder. Daher ist es erforderlich, den Gußteil, d.h. den Zusatzlufttank 5 mit hinreichender Festigkeit auszuführen und gleichzeitig ein größtmögliches Innenvolumen zur Verfügung zu stellen. Insbesondere im Raum unmittelbar zwischen der Luftfeder 4 und dem Hauptquerträger 8 übermittelt die Gewichtskraft des Schienenfahrzeugs an die Luftfeder 4, demnach ist der Gußteil an dieser Stelle dickwandig ausgeführt. Zur Ankopplung des weiteren Volumens 11 sind Durchbrüche in Innenwänden des Gußteils vorgesehen, sodass ein Gasaustausch zwischen der Luftfeder 4, dem Hauptteil 10 und dem ringförmig angeordneten weiteren Volumen

11 möglichst ungestört erfolgen kann.

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Liste der Bezeichnungen

Schienenfahrzeug Wagenkasten Fahrwerk

Luftfeder Zusatzlufttank Ausnehmung Druckluftverrohrung Hauptquerträger Hohle Ausformung Hauptteil

Weiteres Volumen

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Claims

15 20 25 30 202207492 Patentansprüche

1. Schienenfahrzeug (1) mit einer Luftfederung, umfassend einen Wagenkasten (2) und mindestens ein gegenüber dem Wagenkasten (2) drehbeweglich gelagertes Fahrwerk (3), wobei zwischen dem Wagenkasten (2) und dem Fahrwerk (3) mindestens eine Luftfeder (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass Jeder Luftfeder (4) ein Zusatzlufttank (5) zugeordnet ist, dessen Volumen mit dem Volumen der Luftfeder (4) verbunden ist, wobei der Zusatzlufttank (5) oberhalb der Luftfeder (4) angeordnet ist und sich in einer

Ausnehmung (6) in dem Wagenkasten (2) erstreckt.

2. Schienenfahrzeug (1) mit einer Luftfederung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (6) in einem Hauptquerträger (8) des

Wagenkastens (2) ausgebildet ist.

3. Schienenfahrzeug (1) mit einer Luftfederung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptquerträger (8) aus einer Mehrzahl von Bauteilen aus Stahl gefertigt ist, welche untereinander

verschweißt sind.

4, Schienenfahrzeug (1) mit einer Luftfederung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Zusatzlufttank (5) aus Leichtmetall

mittels eines Gießverfahrens hergestellt ist.

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5. Schienenfahrzeug (1) mit einer Luftfederung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzlufttank (5) eine hohle Ausformung (9) umfasst, deren Volumen mit dem Volumen der Luftfeder

(4) verbunden ist.

6. Schienenfahrzeug (1) mit einer Luftfederung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die hohle Ausformung (9) sich ringförmig um die Luftfeder (4) und im Wesentlichen quaderförmig in

Richtung der Wagenmitte erstreckt.

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