EP0785122A1 - Anordnung mit Primär-und Sekundärfederung zur Verbesserung des Fahrkomforts - Google Patents
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- B61F5/307—Axle-boxes mounted for movement under spring control in vehicle or bogie underframes incorporating fluid springs
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- B61F5/14—Side bearings
- B61F5/148—Side bearings between bolsterless bogies and underframes
Definitions
- the invention relates to an arrangement with primary and secondary suspension to improve driving comfort for passengers and loads in vehicles, especially rail vehicles, and to protect against impacts when driving over abrupt or short-wave altitude errors and bumps in the road.
- the proposed arrangement on the one hand keeps impulsive loads with high accelerations, such as occur when driving over stepped obstacles, away from loads and passengers and on the other hand mitigates the inevitable repercussions of the wheel on the roadway caused by such obstacles. Both goals are achieved if the mass of the wheel and the components connected to the wheel are as small as possible and if the wheel can deflect upwards as easily as possible when driving over an obstacle, i.e. with the lowest possible or as constant as possible spring force of a soft suspension on the road is pressed.
- the upward transmission of the impact force coming from the spring is reduced if the soft spring supports its reaction force at the other, upper end of the spring against the largest possible inert mass.
- the inertia has the effect that forces acting for a short time are absorbed without appreciable acceleration of the mass and thus almost without their movement.
- Intermediate masses of this type which are supported in a soft or low-frequency manner, act as barrier masses in the case of a double connection of spring-mass elements, or in conjunction with the spring as barrier mass circuit.
- the invention has for its object to provide an arrangement with which to achieve good driving comfort, low stress on the road and the lowest possible reduction in vehicle construction between empty and loaded condition.
- the object is achieved by the features of claim 1.
- the arrangement ensures that rapid vertical movements of the wheel, such as occur when driving over uneven road surfaces, can take place against the soft primary suspension. Because of the soft suspension, the repercussions on the intermediate mass above are minimal. Since the spring forces of a soft suspension hardly increase during compression and the slight increase in force only lasts during the short compression and rebound process, the intermediate mass is hardly set in motion.
- the intermediate mass works in conjunction with the soft one Primary suspension as a barrier mass or barrier mass circuit for fast, high-frequency movements. In order to avoid undesired lowering of the vehicle body compared to the rail between empty and loaded vehicle, a level control is necessary. This ensures that the distance between the vehicle body and the rail remains the same for all loading conditions.
- the level control can be carried out mechanically, electrically, hydraulically, pneumatically or as a combination of these principles.
- the blocking mass circuit described is particularly effective when it is used in cascade in a double arrangement in succession, ie when both the primary and the secondary spring stage of the blocking mass are each equipped with a level control.
- the advances which can be achieved with the invention consist in particular in the fact that the blocking mass in the blocking mass circuit intercepts the rapid impulsive movements introduced by the rail into the wheel and, if at all, passes them on to the secondary suspension as a greatly slowed and delayed movement. Since the soft secondary suspension separates the vehicle body from the intervening blocking mass in the same way as the vehicle body, only a fraction of the disturbance emanating from the rail arrives in the main part of the vehicle as a comfort-reducing acceleration. Another advantage is that the blocking mass circuit with soft primary suspension largely decouples the blocking mass from the wheel mass. This greatly reduces the effects of the wheel on the rail when rolling over bumps, which leads to lower dynamic wheel / rail forces. Because of the lower stress on the wheel / rail contact, this results in longer durability of the wheels and rails and, with a high degree of probability, also a lower air and structure-borne noise level.
- FIG. 1 shows an arrangement with a blocking mass 2 between wheel 1 and vehicle body 3 as a blocking mass circuit in the diagram.
- the locking mass 2 is cushioned to the wheel 1 by a primary spring 4 and to the vehicle body 3 by a secondary spring 5.
- a primary spring regulation 7 ensures that when the load changes in the vehicle body 3 the blocking mass 2 is set to a constant height relative to wheel 1.
- a secondary spring regulation 8 of the secondary suspension 5 sets the vehicle body 3 to a constant distance from the blocking mass 2.
- the vehicle body 2 shows the same arrangement of the wheel 1, the locking mass 2, the vehicle body 3, the primary spring 4 and the secondary spring 5.
- the primary spring regulation 7 is in turn arranged between the wheel 1 and the locking mass 2.
- the secondary spring regulation 8 is connected between the vehicle body 3 and wheel 1. This ensures that failures or incorrect settings of the primary suspension 4 or the primary spring regulation 7 do not affect the height of the vehicle body 3 relative to the wheel 1.
- FIG. 3 shows a blocking mass circuit with an effect similar to that in FIG. 2.
- Wheel 1, primary suspension 4, locking mass 2, secondary suspension 5 and vehicle body 3 are connected in series.
- the secondary spring regulation 8 is connected between the vehicle body 3 and the blocking mass 2, the primary regulation 7, however, is connected between the vehicle body 3 and the wheel 1. This ensures that failures or incorrect settings of the secondary suspension 5 or the secondary spring regulation 8 do not affect the height of the vehicle body 3 relative to the wheel 1.
- a blocking mass circuit is shown schematically, which keeps the height of the vehicle body 3 relative to the wheel 1 constant in the event of failures or incorrect settings of the primary spring regulation 7 or the secondary suspension 5 including the secondary spring regulation 8.
- the primary spring regulation 7 is controlled via the primary adjustment 9.
- the relative height of the locking mass 2 with respect to the wheel 1 and, on the other hand, the relative height of the vehicle body 3 with respect to the locking mass 2 are tapped.
- a change in each of the two heights causes the primary spring regulation 7 to compensate for the change in height via the primary suspension 4.
- both the height of the vehicle body 3 relative to the locking mass 2 and the height of the locking mass 2 relative to the wheel 1 are switched to the secondary spring control.
- a change in each of the two heights causes the secondary spring regulation 8 to compensate for the change in height via the secondary suspension 5.
- FIG. 5 and 6 show blocking mass circuits in which only the primary adjustment 9 (FIG. 5) or the secondary adjustment 10 (FIG. 6) are used. These arrangements can be advantageous in certain cases.
- Fig. 7 shows an arrangement in which only the secondary suspension 5 is adjustable in height.
- the secondary spring control 8 is connected between the vehicle body 3 and wheel 1. It ensures that neither the deflections of the secondary suspension 5 nor the primary suspension 4 affect the relative height of the vehicle body 3 with respect to the wheel 1.
- Fig. 8 shows a similar arrangement. Only the primary suspension 4 can be adjusted in height. In this case, the primary spring adjustment 7 picks up the relative height between the vehicle body 3 and wheel 1 and ensures that deflections are compensated for when the load changes.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit Primär- und Sekundärfederung zur Verbesserung des Fahrkomforts für Fahrgäste und Ladungen in Fahrzeugen, insbesondere Schienenfahrzeugen, und zum Schutz gegen Stöße beim Überfahren von sprungartigen oder kurzwelligen Höhenlagenfehlern und Unebenheiten der Fahrbahn.
Die vorgesehene Anordnung hält einerseits stoßartige Beanspruchungen mit hohen Beschleunigungen, wie sie beim Überfahren stufenartiger Hindernisse auftreten, von Ladungen und Fahrgästen fern und mildert andererseits die durch derartige Hindernisse unvermeidbaren Rückwirkungen des Rades auf die Fahrbahn.
Beide Ziele werden erreicht, wenn die Masse des Rades und der mit dem Rad verbundenen Bauteile möglichst gering ist und wenn das Rad beim Überfahren eines Hindernisses möglichst leicht nach oben ausweichen kann, d.h. mit möglichst geringer bzw. möglichst gleichbleibender Federkraft einer weichen Federung auf die Fahrbahn gedrückt wird.
Die Weiterleitung der aus der Feder kommenden Stoßkraft nach oben reduziert sich, wenn die weiche Feder ihre Reaktionskraft am anderen, oberen Federende gegen eine möglichst große träge Masse abgestützt. Die Trägheit bewirkt, daß kurzzeitig wirkende Kräfte ohne nennenswerte Beschleunigung der Masse und damit nahezu ohne ihre Bewegung aufgenommen werden.
Derartige, weich bzw. niederfrequent abgestützte Zwischenmassen wirken bei einer zweifachen Hintereinanderschaltung von Feder-Masse-Elementen als Sperrmassen bzw. in Verbindung mit der Feder als Sperrmassen-Schaltung. - Es ist bekannt, daß Schienenfahrzeuge mit Drehgestellen im allgemeinen zwei Federstufen haben. Die Radsätze der Drehgestelle sind gegenüber dem Drehgestellrahmen durch die Primärfederung, der Drehgestellrahmen ist gegenüber dem Fahrzeugaufbau durch die Sekundärfederung abgefedert. Neuerdings werden zweistufige Federungen gelegentlich auch in Einzelfahrwerken verwendet.
- Alle bisherigen, zweistufig gefederten Fahrwerke haben harte Primärfederungen, verhältnismäßig geringe Zwischenmassen und nur die Sekundärfederung wird komfortabel weich ausgeführt. Kleine, hart an die Räder angekoppelte Zwischenmassen reduzieren von der Fahrbahn ausgehende Stöße kaum. Zudem sind die Rückwirkungen auf die Schiene nicht wesentlich gemildert.
Derartige Lösungen wurden und werden gewählt, weil weiche Federungen große Federwege zwischen leerem und beladenem Fahrzeug bedeuten.
Große Einfederungen lassen sich nur mit sog. Niveauregulierungen ausgleichen. Letztere sind aufwendig und werden, wenn möglich, zu Lasten des Komforts und der Fahrbahnbeanspruchung vermieden. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, mit der ein guter Fahrkomfort, eine geringe Beanspruchung der Fahrbahn und eine möglichst geringe Absenkung des Fahrzeugbaus zwischen leerem und beladenem Zustand zu erreichen.
- Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Durch die Anordnung wird erreicht, daß schnelle vertikale Bewegungen des Rades, wie sie beim Überfahren von Fahrbahnunebenheiten auftreten, gegen die weiche Primärfederung stattfinden können. Wegen der weichen Federung sind die Rückwirkungen auf die darüber befindliche Zwischenmasse gering.
Da die Federkräfte einer weichen Federung beim Einfedern kaum zunehmen und die geringfügige Krafterhöhung nur während des kurzen Ein- und Wiederausfederungs-Vorgangs andauert, wird die Zwischenmasse kaum in Bewegung gesetzt. Die Zwischenmasse wirkt in Verbindung mit der weichen Primärfederung als Sperrmasse bzw. Sperrmassenschaltung für schnelle, hochfrequente Bewegungen.
Um unerwünschte Absenkungen des Fahrzeugaufbaus gegenüber der Schiene zwischen leerem und beladenem Fahrzeug zu vermeiden, ist eine Niveauregulierung erforderlich. Diese sorgt dafür, daß der Abstand Fahrzeugaufbau Schiene bei allen Beladungszuständen gleich bleibt. Die Niveauregulierung kann mechanisch, elektrisch, hydraulisch, pneumatisch oder als Kombination dieser Prinzipe ausgeführt sein.
Die beschriebenen Sperrmassen-Schaltung ist besonders wirksam, wenn sie in Zweifach-Anordnung hintereinander kaskadenförmig angewendet wird, d.h. wenn sowohl die Primär- als auch die Sekundärfederstufe der Sperrmasse mit je einer Niveauregulierung ausgestattet wird. - Die mit der Erfindung erzielbaren Fortschritte bestehen insbesondere darin, daß die Sperrmasse in Sperrmassen-Schaltung die von der Schien in das Rad eingeleiteten schnellen stoßartigen Bewegungen abfängt und wenn überhaupt als stark verlangsamte und zeitverzögerte Bewegung an die Sekundärfederung weitergibt. Da die weiche Sekundärfederung in gleicher Weise dem Fahrzeugaufbau dem Fahrzeugaufbau von der zwischengeschalteten Sperrmasse trennt, kommt nur ein Bruchteil der von der Schiene ausgehenden Störung als komfortreduzierenden Beschleunigung im Fahrzeughauptteil an.
Von Vorteil ist ferner, daß die Sperrmassen-Schaltung mit weicher Primärfederung die Sperrmasse weitgehend von der Radmasse abkoppelt. Dadurch werden die Rückwirkungen des Rades auf die Schiene beim Überrollen von Unebenheiten stark reduziert, was zu geringeren dynamischen Rad/Schiene-Kräften führt. Hieraus resultieren wegen der geringeren Beanspruchung des Rad/Schiene-Kontaktes längere Haltbarkeit von Rädern und Schienen und mit ziemlicher Wahrscheinlichkeit auch ein geringerer Luft- und Körperschallpegel. - Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Die der Erfindung zugrundeliegende Anordnung und mögliche technische Ausgestaltungen der Erfindung sind nachstehend mit Bezug auf die Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
- Fig. 1
- das Prinzip der Anordnung mit einer Sperrmasse zwischen Rad und Fahrzeugaufbau;
- Fig. 2
- eine Anordnung gemäß der Fig. 1 mit anderer Anordnung der Sekundärfederregulierung;
- Fig. 3
- eine Anordnung nach Fig. 1 mit anderer Anordnung der Primärfederregulierung;
- Fig. 4
- eine Anordnung einer Sperrmassen-Schaltung mit Primär- und Sekundärabgleich;
- Fig. 5
- die Anordnung nach Fig. 5 mit Primärabgleich ohne Sekundärabgleich;
- Fig. 6
- die Anordnung nach Fig. 4 mit Sekundärabgleich ohne Primärabgleich;
- Fig. 7
- eine Anordnung mit höhenregulierbarer Sekundärfeder und
- Fig. 8
- eine Anordnung mit höhenregulierbarer Primärfeder.
- Fig. 1 zeigt eine Anordnung mit einer Sperrmasse 2 zwischen Rad 1 und Fahrzeugaufbau 3 als Sperrmassen-Schaltung im Schema. Die Sperrmasse 2 ist zum Rad 1 durch eine Primärfeder 4 und zum Fahrzeugaufbau 3 durch eine Sekundärfeder 5 abgefedert. Wenn das Rad 1 über ein stufenförmiges Hindernis der Fahrbahn 6 rollt, wird der Stoß durch die weiche Primärfederung 4 abgefangen und die Sperrmasse 2 nur geringfügig beschleunigt. Die Restbewegung der Sperrmasse 2 wird von der weichen Sekundärfederung 5 fast vollständig aufgenommen. Am Fahrzeugaufbau 3 kommt praktisch keine Beschleunigung mehr an. Parallel zur Primärfederung 4 sorgt eine Primärfederregulierung 7 dafür, daß bei einer Änderung der Beladung im Fahrzeugaufbau 3 die Sperrmasse 2 auf eine gleichbleibende Höhe zum Rad 1 eingestellt wird.
Ebenso stellt bei einer Änderung der Beladung eine Sekundärfederregulierung 8 der Sekundärfederung 5 den Fahrzeugaufbau 3 auf einen konstanten Abstand zur Sperrmasse 2 ein. - Fig. 2 zeigt die gleiche Anordnung des Rades 1, der Sperrmasse 2, des Fahrzeugaufbaus 3, der Primärfeder 4 und der Sekundärfeder 5. Die Primärfederregulierung 7 ist wiederum zwischen Rad 1 und Sperrmasse 2 angeordnet.
Die Sekundärfederregulierung 8 ist bei dieser Anordnung jedoch zwischen Fahrzeugaufbau 3 und Rad 1 geschaltet.
Hierdurch wird erreicht, daß sich Ausfälle oder Fehleinstellungen der Primärfederung 4 oder der Primärfederregulierung 7 nicht auf die Höhe des Fahrzeugaufbaus 3 gegenüber dem Rad 1 auswirken. - In Fig. 3 ist eine Sperrmassen-Schaltung mit ähnlicher Auswirkung wie in Fig. 2 dargestellt. Rad 1, Primärfederung 4, Sperrmasse 2, Sekundärfederung 5 und Fahrzeugaufbau 3 sind in Reihe geschaltet. Die Sekundärfederregulierung 8 ist zwischen Fahrzeugaufbau 3 und Sperrmasse 2, die Primärregulierung 7 dagegen zwischen Fahrzeugaufbau 3 und Rad 1 geschaltet.
Hierdurch wird erreicht, daß sich Ausfälle oder Fehleinstellungen der Sekundärfederung 5 oder der Sekundärfederregulierung 8 nicht auf die Höhe des Fahrzeugaufbaus 3 gegenüber dem Rad 1 auswirken. - In Fig. 4 ist eine Sperrmassen-Schaltung schematisch wiedergegeben, die bei Ausfällen oder Fehleinstellungen der Primärfederregulierung 7 oder der Sekundärfederung 5 einschließlich der Sekundärfederregulierung 8 die Höhe des Fahrzeugaufbaus 3 gegenüber dem Rad 1 konstant hält.
Zu diesem Zweck wird die Primärfederregulierung 7 über den Primärabgleich 9 angesteuert. Am Primärabgleich 9 wird einerseits die relative Höhe der Sperrmasse 2 gegenüber dem Rad 1 und andererseits die relative Höhe des Fahrzeugaufbaus 3 gegenüber der Sperrmasse 2 abgegriffen. Eine Änderung jeder der beiden Höhen bewirkt, daß die Primärfederregulierung 7 über die Primärfederung 4 die Höhenänderung ausgleicht. Analoges gilt für die Anlenkung der Sekundärfederregulierung 8 mit dem Sekundärabgleich 10. Über den Sekundärabgleich 10 sind sowohl die Höhe des Fahrzeugaufbaus 3 relativ zur Sperrmasse 2 als auch die Höhe der Sperrmasse 2 relativ zum Rad 1 auf die Sekundärfederregulierung geschaltet. Eine Änderung jeder der beiden Höhen bewirkt, daß die Sekundärfederregulierung 8 über die Sekundärfederung 5 die Höhenänderung ausgleicht. - In Fig. 5 und Fig. 6 sind Sperrmassen-Schaltungen dargestellt, bei denen jeweils nur der Primärabgleich 9 (Fig. 5) oder der Sekundärabgleich 10 (Fig. 6) angewendet sind. Diese Anordnungen können in bestimmten Fällen vorteilhaft sein.
- Fig. 7 zeigt eine Anordnung, bei der nur die Sekundärfederung 5 höhenregulierbar ist.
Die Sekundärfederregulierung 8 ist dabei zwischen Fahrzeugaufbau 3 und Rad 1 geschaltet. Sie sorgt dafür, daß sich weder die Einfederungen der Sekundärfederung 5 noch die Primärfederung 4 auf die relative Höhe des Fahrzeugaufbaus 3 gegenüber dem Rad 1 auswirken. - Die Anordnung der Fig. 8 zeigt eine ähnliche Anordnung. Höhenregulierbar ist nur die Primärfederung 4. In diesem Fall greift die Primärfederregulierung 7 die relative Höhe zwischen Fahrzeugaufbau 3 und Rad 1 ab und sorgt dafür, daß Einfederungen bei Beladungsänderung ausgeglichen werden.
-
- 1
- Rad
- 2
- Sperrmasse
- 3
- Fahrzeugaufbau
- 4
- Primärfeder
- 5
- Sekundärfeder
- 6
- Fahrbahn
- 7
- Primärfederregulierung
- 8
- Sekundärfederregulierung
- 9
- Primärabgleich
- 10
- Sekundärabgleich
Claims (9)
- Anordnung mit Primär- und Sekundärfederung zur Verbesserung des Fahrkomforts für Fahrgäste und Ladungen in Fahrzeugen, insbesondere Schienenfahrzeugen, und zum Schutz gegen Stöße beim Überfahren von sprungartigen oder kurzwelligen Höhenlagenfehlern und Unebenheiten der Fahrbahn, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem auf der Fahrbahn (6) rollenden Rad (1) und einem Fahrzeugaufbau (3) eine möglichst große träge Masse als Sperrmasse (2) geschaltet ist und sowohl der Fahrzeugaufbau (3) gegenüber der Sperrmasse (2) über die Sekundärfeder(5) als auch die Sperrmasse (2) gegenüber dem Rad (1) über die Primärfederung (4) möglichst weich abgefedert und zur Vermeidung unzulässig großer Niveauunterschiede des Fahrzeugaufbaus (3) gegenüber der Fahrbahn (6) bzw. der Mitte des Rades (1) bei leerem und beladenem Fahrzeug eine Einrichtung zur Niveauregulierung zugeschaltet ist.
- Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Niveau des Fahrzeugaufbaus (3) durch eine Sekundärfederregulierung (8) konstant gehalten wird, die den Abstand zwischen Fahrzeugaufbau (3) und Mitte des Rades (1) abgreift.
- Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Niveau der Sperrmasse (2) durch eine Primärfederregulierung (7) konstant gehalten wird, die den Abstand zwischen Sperrmasse (2) und der Mitte des Rades (1) abgreift.
- Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Niveau des Fahrzeugaufbaus (3) durch eine Primärfederregulierung (7) konstant gehalten wird, die den Abstand zwischen Fahrzeugaufbau (3) und Mitte des Rades (1) abgreift.
- Anordnung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Niveau des Fahrzeugaufbaus (3) relativ zur Sperrmasse (2) durch eine Sekundärfederregulierung (8) konstant gehalten wird.
- Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Niveau des Fahzeugaufbaus (3) durch eine Primärfederregulierung (7) konstant gehalten wird, welche sowohl des Abstand zwischen Mitte des Rades (1) und Sperrmasse (2) als auch den Abstand zwischen Sperrmasse (2) und Fahrzeugaufbau (3) abtastet und damit unabhängig von der Funktion der Sekundärfederung (5) ein konstantes Niveau des Fahrzeugaufbaus (3) gewährleistet.
- Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Niveau des Fahrzeugaufbaus (3) durch eine Sekundärfederregulierung (8) konstant gehalten wird, welche sowohl den Abstand zwischen Fahrzeugaufbau (3) und Sperrmasse (2) als auch den Abstand zwischen Sperrmasse (2) und Mitte des Rades (1) abtastet und damit unabhängig von der Funktion der Primärfederung (4) ein gleichbleibendes Niveau des Fahrzeugaufbaus (3) gewährleistet.
- Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Niveau des Fahrzeugaufbaus (3) sowohl durch die Sekundärfederregulierung (8) der Sekundärfederung (5) als auch durch die Primärfederregulierung, der Primärfederung (4) unabhängig von der Funktion bzw. einem Ausfall einer der beiden Federungen aufrecht erhalten werden kann, weil bei beiden Niveauregulierungen (7, 8) durch eine Differenzschaltung die Abstände zwischen dem Fahrzeugaufbau (3) und der Sperrmasse (2) und der Mitte des Rades (1) Fehler in der jeweils anderen Federstufe erkannt und selbsttätig ausgeglichen werden.
- Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei unabhängig voneinander arbeitende Niveauregulierungen (Primärregulierung 7, Sekundärregulierung 8) eingesetzt werden, die jede für sich jeweils eine Federstufe (Primärfederung 4 oder Sekundärfederung 5) unabhängig von der Beladung auf konstante Höhe halten.
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