CH587142A5 - Automatic control for rail vehicle suspension - has switch and relay system operated by vehicle sway to actuate air distributor valves - Google Patents

Description

  
 



   Die Erfindung betrifft eine Niveauregelung für Gasfedern, insbesondere für Schienenfahrzeuge, wobei für jede Gasfeder mindestens eine den Gasdruck im Federbelag steuernde Ventilanordnung vorgesehen ist.



   Moderne Schienenfahrzeuge werden oft mit Gasfedern ausgerüstet, die mit einer Niveauregelung versehen sind. Die Niveauregelung hat dabei den Zweck, die Federhöhe unabhängig vom Belastungszustand annähernd konstant zu halten.



   Derartige Niveauregelungen weisen im allgemeinen ein Ventil auf, das mit einer parallel zur Federachse liegenden Steuerstange betätigt wird, wodurch dem jeweiligen Federbalg Gas zu- bzw. abgeführt wird.



   In der deutschen Offenlegungsschrift 1 455 159 ist eine regelbare Gasfederung mit seitenbeweglichen Bälgen beschrieben, bei der zwischen dem Untergestellrahmen und einem am Drehgestellrahmen befestigten Zusatzgasraum ein Gasfederelement gasdicht angeordnet ist. Innerhalb des Zusatzgasraumes befindet sich ein mit dem Gasfederelement gasdicht verbundener Einsatz, der in seinem unteren zylindrischen Teil einen Boden und zwei Zwischenböden   aufweiset,    in denen eine Ventilstange verschiebbar geführt ist. Das obere Ende der Ventilstange und der Untergestellrahmen weisen je ein Kugelgelenk auf, an welchen eine Steuerstange mit ihrem unteren bzw. oberen Ende angelenkt ist. Auf der Ventilstange befinden sich vier Anschläge, zwischen denen zwei zylindrische Schraubenfedern angeordnet sind.

  Zwei ebenfalls auf der Ventilstange befindliche Ventilteller werden mittels der Federn gegen die beiden mittleren Anschläge gepresst. In den beiden Zwischenböden sowohl als auch im unterhalb der Zwischenböden liegenden zylindrischen Teil des Einsatzes sind Öffnungen angeordnet, die den Durchtritt des Gases gestatten.



   Sobald der Untergestellrahmen nach oben ausfedert, vergrössert sich das Volumen des Gasfederelementes. Zusammen mit dem Volumen des Zusatzgasraumes ergibt sich ein relativ grosses Gesamtvolumen, so dass die Federung bei der Abwärtsbewegung zu weich wäre. Nach einer gewissen Aufwärtsbewegung der Steuerstange und der mit ihr verbundenen Ventilstange schliesst jedoch der untere Ventilteller die im unteren Zwischenboden befindlichen Öffnungen. Während der restlichen Aufwärtsbewegung ist daher das Gasvolumen auf den Inhalt des Gasfederelementes beschränkt; ausserdem wird gleichzeitig die untere zylindrische Schraubenfeder gespannt.



  Bei der nun erfolgenden Abwärtsbewegung ist die Federung des Gasfederelementes infolge des verringerten Gasvolumens zunächst etwas verhärtet. Nach Abheben des unteren Ventiltellers und Zuschalten des Zusatzgasraumes wird die Federung jedoch wieder weicher. Nach einer weiteren Abwärtsbewegung schliesst der obere Ventilteller die im oberen Zwischenboden befindlichen Öffnungen, womit der Ablauf der weiter oben beschriebenen Vorgänge in entgegengesetzter Richtung eingeleitet wird.



   Der Nachteil dieser regelbaren Gasfederung liegt insbesondere darin, dass zum Ansprechen des Ventils ein bestimmter Weg der Steuerstange bzw. eine bestimmte Ein- oder Ausfederung des Gasfederelementes erforderlich ist. Bis nun das gesteuerte Gasvolumen wirksam wird, vergeht eine Reaktionszeit, die von den Durchlassquerschnitten des Ventils und dem Leitungswiderstand abhängig ist. Wird ein mit dieser Gasfederung ausgerüstetes Schienenfahrzeug zum Wanken angeregt, wobei die Ein- und Ausfederungen in sehr kurzen Zeitabständen erfolgen können, so kann der Regelmechanismus nicht oder nur ungenügend diesem schnellen Bewegungswechsel folgen. Es kann daher in den Gasfederelementen keine wirksame, diese Wankbewegungen dämpfende Reaktion aufgebaut werden. Bei Anregungen nahe der Wankeigenfrequenz können sich daher Resonanzerscheinungen einstellen.



   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Niveauregelung für Gasfedern, insbesondere für Schienenfahrzeuge, vorzuschlagen, die diese Nachteile nicht aufweist, sondern bei der das Gasvolumen der Gasfedern so gesteuert wird, dass die Wankbewegungen in kürzester Zeit abgebaut werden.



   Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass jeder Federbalg ein Einlassventil und ein Auslassventil aufweist, wobei dem Einlassventil ein beim Absenken des Federbalges schaltbares erstes Schaltglied und dem Auslassventil ein beim Anheben des Federbalges schaltbares zweites Schaltglied zugeordnet ist und ein vom ersten Schaltglied betätigbares, an das Einlassventil einen verzögerten Steuerbefehl abgebendes erstes Zeitglied und ein vom zweiten Schaltglied betätigbares, an das Anlassventil einen verzögerten Steuerbefehl abgebendes zweites Zeitglied vorhanden ist,

   wobei das Einlassventil infolge des verzögerten Steuerbefehls des ersten Zeitgliedes während der zweiten Hälfte der oberen Halbwelle des Verlaufes der Federbalgbewegung öffnet und der Gasfeder Gas zwecks Erhöhung der inneren Rückstellkraft zugeführt wird und das Auslassventil infolge des verzögerten Steuerbefehls des zweiten Zeitgliedes während der zweiten Hälfte der nachfolgenden unteren Halbwelle des Verlaufes der Federbalgbewegung öffnet und der Gasfeder Gas zwecks Verminderung der erhöhten inneren Rückstellkraft abgeführt wird.



   Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltglieder elektrische Einschalttaster sind, die mit je einem elektrischen Ausschalttaster in Serie geschaltet sind und die Zeitglieder je einen Schliesskontakt aufweisende Zeitrelais mit einstellbarer Einschaltverzögerung sind, wobei zwei mittels der Einschalttaster erregbare Hilfsrelais vorhanden sind, die sich mittels parallel zu den Einschalttastern geschalteten Selbsthaltekontakten an Spannung halten und je einen Schliesskontakt aufweisen, über welche die Zeitrelais erregbar sind, und dass das Einlassventil und das Auslassventil Magnetventile sind, deren Erregerspule über die Schliesskontakte der Zeitrelais erregbar sind.



   Auf beiliegender Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das im folgenden näher erläutert wird. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Niveauregelung für Gasfedern und
Fig. 2 eine graphische Darstellung des Verlaufes der Federbalgbewegung und der eingesteuerten Rückstellkraft in Abhängigkeit von der Zeit.



   In der Fig. 1 ist mit 1 der Federbalg einer zwischen dem Untergestellrahmen 2 und dem Drehgestellrahmen 3 eines Schienenfahrzeuges angeordneten Gasfeder 4 bezeichnet.



  Über zwei Leitungen 5, 6 wird der Gasfeder 4 Gas, beispielsweise Luft, zugeführt bzw. entnommen. Mittels zweier in den Leitungen 5, 6 angeordneter Magnetventile, einem Einlassventil 7 und einem Auslassventil 8, kann der Luftdruck im Federbalg 1 gesteuert werden. Ein mit der Federbalgoberkante verbundenes Betätigungsglied 9 betätigt beim Absenken des Federbalges 1 einen Einschalttaster 10 und einen Aussschalttaster 11. Ein weiteres, ebenfalls mit der Federbalgoberkante verbundenes Betätigungsglied 12 betätigt beim Anheben des Federbalges 1 einen Einschalttaster 13 und einen Ausschalttaster 14. Die Betätigungsglieder 9, 12 sind z. B. durch gelenkige Anordnungen mit Federn und Anschlägen so eingerichtet, dass beim Absenken des Federbalges 1 nur die Taster 10, 11 und beim Anheben nur die Taster 13, 14 betätigt werden können.

 

   Einschalttaster 10 und Ausschalttaster 11 sind mit einem Hilfsrelais 15, welches einen parallel zum Einschalttaster 10 geschalteten Selbsthaltekontakt 15.1 aufweist, in Serie geschaltet und über Klemmen K 1, K2 mit einer nich't dargestellten Stromquelle verbunden. Ein eine einstellbare Einschaltverzögerung aufweisendes Zeitrelais 16 ist über einen Schliesskontakt 15.2 des Hilfsrelais 15 an den Klemmen K 1, K2 angeschlossen. Über einen Schliesskontakt 16.1 des Zeitrelais 16  ist die Erregerspule 7.1 des Magnetventils 7 ebenfalls mit den Klemmen K 1, K2 verbunden. Einschalttaster 13 und Aus   schaktaster    14 sind mit einem Hilfsrelais 17, welches einen parallel zum Einschalttaster 13 geschalteten Selbsthaltekontakt 17.1 aufweist, in Serie geschaltet und über Klemmen K3, K4 mit einer nicht dargestellten Stromquelle verbunden.

  Ein eine einstellbare Einschaltverzögerung aufweisendes Zeitrelais 18 ist über einen Schliesskontakt 17.2 des Hilfsrelais 17 an den Klemmen K3, K4 angeschlossen. Über einen Schliesskontakt 18.1 des Relais 18 ist die Erregerspule 8.1 des Magnetventils 8 ebenfalls mit den Klemmen K3, K4 verbunden.



   In der Fig. 2 ist auf der X-Achse die Zeit t und auf der Y-Achse der Weg s des Federbalges 1 bzw. die eingesteuerte Rückstellkraft P aufgetragen. Mit   su    ist der Verlauf der ungedämpften und mit   5g    der Verlauf der gedämpften Federbalgbewegung bezeichnet, wobei die X-Achse die Sollhöhe des Federbalges 1 angibt. Der Verlauf der eingesteuerten Rückstellkraft P ist mit Pe bezeichnet. Die Bedeutung der gekennzeichneten Kurvenpunkte bzw. Weg- und Zeitabschnitte ist aus der nachfolgenden Funktionsbeschreibung ersichtlich.



   Die vorstehend beschriebene Niveauregelung arbeitet wie folgt:
Beim Absenken des Federbalges 1 um den Weg   Si    wird der Einschalttaster 10 geschlossen. Darauf zieht das Hilfsrelais 15 an und hält sich über den Selbsthaltekontakt 15.1. Gleichzeitig schliesst der Kontakt 15.2, so dass das Zeitrelais 16 erregt wird. Die Anzugsverzögerung des Zeitrelais 16 bewirkt nun, dass der Kontakt 16.1 erst nach einer Zeit   tzg    schliesst, wodurch die Magnetspule 7.1 erregt wird und das Einlassventil 7   geöffnet.    Die nun über die Leitung 5 einströmende Luft verstärkt die innere Rückstellkraft der Gasfeder. Die zusätzliche, eingesteuerte Rückstellkraft wird nach einer Ansprechzeit   tA1,    welcher ein Punkt W1 auf der Kurve Pe zugeordnet ist, wirksam.

  Die Zeit   tzj    ist so gewählt, dass der Punkt W1 gleichzeitig mit dem oberen Umkehrpunkt A1 der Kurve   su    der ungedämpften Federbalgbewegung erreicht wird. Dadurch wird die nachfolgende Absenkung des Federbalges 1 verlangsamt.



  Hat sich der Federbalg 1 bei der Abwärtsbewegung bis auf einen Weg S3 der Sollhöhe genähert, so wird der Ausschalttaster 11 betätigt, worauf die Relais 15, 16 abfallen und der Kontakt 16.1 geöffnet wird. Infolgedessen wird die Magnetspule 7.1 des Einlassventils 7 spannungslos, wodurch die Luftzufuhr zum Federbalg 1 sofort unterbrochen wird. Die eingesteuerte Rückstellkraft bleibt nun annähernd konstant, was eine weitere Dämpfung der Federbalgbewegung bewirkt.



   Während der Zeitspanne   tzt    wird bei der Aufwärtsbewegung des Federbalges 1 kurz vor Überschreiten der Sollhöhe der Ausschalttaster 14 ohne Wirkung betätigt und kurz nach Überschreiten der Sollhöhe und Zurücklegen des Weges S2 der Einschalttaster 13 geschlossen. Darauf zieht das Hilfsrelais 17 an und hält sich über den Selbsthaltekontakt 17.1. Gleichzeitig schliesst der Kontakt 17.2, so dass das Zeitrelais 18 erregt wird. Die Anzugsverzögerung des Relais 18 bewirkt nun, dass der Kontakt 18.1 erst nach einer Zeit   tz2    schliesst, wodurch die Magnetspule 8.1 erregt wird und das Auslassventil 8 öffnet. Die nun über die Leitung 6 ausströmende Luft baut die eingesteuerte Rückstellkraft wieder ab, wobei deren Verminderung erst nach einer Ansprechzeit tA2, welcher ein Punkt W2 auf der Kurve Pe zugeordnet ist, wirksam wird.

  Die Zeit   te2    ist so gewählt, dass der Punkt W2 gleichzeitig mit dem unteren Umkehrpunkt A2 der Kurve   5g    der gedämpften Federbalgbewegung, welcher bereits wesentlich näher an der Sollhöhe liegt als der Punkt   Al,    erreicht wird. Dadurch wird die nachfolgende Aufwärtsbewegung des Federbalges 1 stark verlangsamt, was eine weitere Verflachung der Kurve   5g    bzw.



  einen weiteren Abbau der Wankbewegungen bewirkt.



   Hat sich der Federbalg 1 bei der weiteren Aufwärtsbewegung bis auf einen Weg S4 der Sollhöhe genähert, so wird der Ausschalttaster 14 wieder betätigt, worauf die Relais 17, 18 abfallen und der Kontakt 18.1 geöffnet wird. Infolgedessen wird die Magnetspule 8.1 des Auslassventils 8 spannungslos, wodurch die Luftabfuhr vom Federbalg 1 sofort unterbrochen wird. Die eingesteuerte Rückstellkraft ist damit annähernd abgebaut, so dass ein evtl. erfolgender erneuter Anstieg des Federbalges 1 durch dieselbe nicht unterstützt werden kann.

 

  Ist die Wankbewegung noch nicht genügend abgebaut, so wiederholt sich der vorstehend beschriebene Vorgang, bis der Federbalg 1 endgültig die Sollhöhe einnimmt.



   Die günstigsten Verzögerungszeiten   tza    und   tz2    können vor Inbetriebnahme oder während des Betriebes des Schienenfahrzeuges durch Versuche ermittelt und eingestellt werden.



   Anstatt die Niveauregelung, wie beispielsweise beschrieben, mit elektrischen Mitteln zu realisieren, kann man sie auch mit pneumatischen, hydraulischen oder mechanischen Mitteln verwirklichen. 

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH

   Niveauregelung für Gasfedern, insbesondere für Schienenfahrzeuge, wobei für jede Gasfeder mindestens eine den Gasdruck im Federbalg steuernde Ventilanordnung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Federbalg (1) ein Einlassventil (7) und ein Auslassventil (8) aufweist, wobei dem Einlassventil (7) ein beim Absenken des Federbalges (1) schaltbares erstes Schaltglied (10) und dem Auslassventil (8) ein beim Anheben des Federbalges (1) schaltbares zweites Schaltglied (13) zugeordnet ist und ein vom ersten Schaltglied (10) betätigbares, an das Einlassventil (7) einen verzögerten Steuerbefehl abgebendes erstes Zeitglied (16) und ein vom zweiten Schaltglied (13) betätigbares, an das Auslassventil (8) einen verzögerten Steuerbefehl abgebendes zweites Schaltglied (18) vorhanden ist,

   wobei das Einlassventil (7) infolge des verzögerten Steuerbefehls des ersten Zeitgliedes (16) während der zweiten Hälfte der oberen Halbwelle des Verlaufes (su) der Federbalgbewegung öffnet und der Gasfeder (4) Gas zwecks Erhöhung der inneren Rückstellkraft zugeführt wird und das Auslassventil (8) infolge des verzögerten Steuerbefehls des zweiten Zeitgliedes (18) während der zweiten Hälfte der nachfolgenden unteren Halbwelle des Verlaufes (sg) der Federbalgbewegung öffnet und der Gasfeder (4) Gas zwecks Verminderung der erhöhten inneren Rückstellkraft abgeführt wird.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Niveauregelung für Gasfedern, insbesondere für Schienenfahrzeuge, nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltglieder (10, 13) elektrische Einschalttaster (10, 13) sind, die mit je einem elektrischen Ausschalttaster (11 bzw. 14) in Serie geschaltet sind und die Zeitglieder (16, 18) je einen Schliesskontakt (16.1 bzw. 18.1) aufweisende Zeitrelais (16, 18) mit einstellbarer Einschaltverzögerung sind, wobei zwei mittels der Einschalttaster (10, 13) erregbare Hilfsrelais (15, 17) vorhanden sind, die sich mittels parallel zu den Einschalttastem (10, 13) geschalteten Selbsthaltekontakten (15.1 bzw. 17.1) an Spannung halten und je einen Schliesskontakt (15.2 bzw.

   17.2) aufweisen, über welche die Zeitrelais (16, 18) erregbar sind und dass das Einlassventil (7) und das Auslassventil (8) Magnetventile (7, 8) sind, deren Erregerspulen (7.1 bzw. 8.1) über die Schliesskontakte (16.1 bzw. 18.1) der Zeitrelais (16, 18) erregbar sind.

   2. Niveauregelung für Gasfedern, insbesondere für Schienenfahrzeuge, nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungszeitpunkt des Einlassventils (7) annähernd mit dem oberen Umkehrpunkt (A1) des Verlaufes (su) der Federbalgbewegung und der Öffnungszeitpunkt des Auslassventils (8) annähernd mit dem unteren Umkehrpunkt (A2) des Verlaufes (sg) der Federbalgbewegung zusammenfällt.