Niveauregelbare Federungseinrichtung für ein

Schienenfahrzeug.

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine niveauregelbare

Federungseinrichtung für ein Schienenfahrzeug.

Stand der Technik Neuere Schienenfahrzeugentwicklungen zielen auf den Entfall der Druckluftversorgung ab, da diese eine Vielzahl an teuren, schweren und wartungsintensiven Komponenten umfasst. Ein Fahrzeug ohne bordeigene Druckluftversorgung muß den Betrieb von bisher mit Druckluft betriebenen Geräten und Komponenten auf andere Art gewährleisten. Für Bremsen, Türbetätigungen, Schiebetritte, etc. sind bereits elektrische

Alternativantriebe entwickelt. Soll eine druckluftlose

Federung geschaffen werden, so kann beispielsweise auf eine konventionelle Stahlblatt- oder Schrauben- bzw.

Spiralfederung zurückgegriffen werden. Damit ist jedoch eine Vielzahl an Nachteilen, wie erhöhtes Gewicht, vergrößerter Platzbedarf, schlechterer Federungskomfort und mangelnde akustische Entkopplung des Wagenkastens vom Drehgestell verbunden. Die bei Passagierschienenfahrzeuge sehr häufig eingesetzten Luftfederungen weisen je Fahrwerk und je

Fahrzeugseite einen mit Druckluft gefüllten Balg aus

elastischem Material auf, welcher zwischen dem Fahrwerk und dem Wagenkasten angeordnet ist und der die bei Kurvenfahrt entstehende Verdrehung zwischen den genannten Bauteilen von ca. 8 Grad gewährleisten kann. Diese Art der Federung bringt eine Vielzahl an Vorteilen mit sich, beispielsweise bietet sie sehr gute Federungseigenschaften bei geringem

Platzbedarf. Insbesondere jedoch kann mittels einer

Luftfederung ein Niveauausgleich sehr einfach realisiert werden. Dazu ist das Luftdrucksystem der Luftfeder mit

Mitteln zum Be- und Entlüften auszustatten, sowie

Einrichtungen zur Erfassung der aktuellen Einfederung vorzusehen. Solcherart kann eine automatische

Niveauregulierung geschaffen werden, welche es beispielsweise ermöglicht, dass U-Bahnen unabhängig von ihrem

Beladungszustand immer den geringstmöglichen

Niveauunterschied zwischen dem Bahnsteig und dem

Passagierbodenniveau aufweisen. Typischerweise beinhaltet eine Luftfeder ein Volumen von ca. 401 auf, wobei der Druck in einem Bereich von ca. 2 bis 5 Bar geregelt ist. Diese Art einer Niveauregulierung ist sehr lange aus dem Stand der Technik bekannt, bedarf jedoch einer fahrzeugseitigen

Druckluftversorgung, da bei jedem Niveauabsenkvorgang

Druckluft ins Freie abgelassen wird, welche bei einem darauffolgenden Niveauhebevorgang wieder aufgefüllt werden muß .

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine

niveauregelbare Federungseinrichtung für ein Schienenfahrzeug anzugeben, welche keine fahrzeugseitige Druckluftversorgung benötigt . Die Aufgabe wird durch eine niveauregelbare

Federungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Schienenfahrzeug nach Anspruch 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.

Dem Grundgedanken der Erfindung nach wird eine

niveauregelbare Federungseinrichtung für ein Schienenfahrzeug aufgebaut, welche zwischen einem Wagenkasten und einem

Drehgestell anordenbar ist und wobei die niveauregelbare Federungseinrichtung eine Luftfeder und ein kraftbetrieben in seiner Länge veränderbares Höhenverstellelement umfasst, wobei die Luftfeder mittels einer Fülleinrichtung mit Gas befüllbar ist und wobei eine Längenveränderung des

Höhenverstellelements eine Niveauveränderung des Wagenkastens in Bezug auf das Drehgestell bewirkt.

Dadurch ist der Vorteil erzielbar, eine Federungseinrichtung für ein Schienenfahrzeug schaffen zu können, welches keine fahrzeugseitige Druckluftversorgung benötigt und dabei trotzdem alle Vorteile einer konventionellen Luftfederung besitzt, als auch eine Niveauregulierung bietet.

Erfindungsgemäß umfasst die niveauregelbare

Federungseinrichtung zwei Hauptkomponenten. Die erste

Hauptkomponente ist eine Luftfeder, welche als geschlossenes, mit Druckgas gefülltes System arbeitet. Dieses geschlossene System hält über lange Zeiträume den Gasdruck aufrecht. Die zweite Hauptkomponente ist ein Höhenverstellelement, welches unterhalb der Luftfeder, d.h. an dem dem Fahrwerk

näherliegenden Ende der Luftfeder angeordnet sein kann und welches mittels einer Kraftbetätigung seine geometrischen Abmessungen innerhalb eines bestimmten Bereichs verändern imstande ist. Die Anordnung dieses Höhenverstellements kann auch an dem wagenkastenseitigen Ende der Luftfeder erfolgen, wodurch insbesondere die ungefederte Masse des Fahrwerks verringert ist sowie die Führung von Leitungen (elektrische oder hydraulische Leitungen) vereinfacht wird.

Als Höhenverstellelement könn< n beispielsweise

Hydraulikzylinder eingesetzt ' erden, wozu eine elektrisch betriebene Hydraulikpumpe und entsprechende Leitungen sowie Ventile erforderlich sind.

Eine weitere Möglichkeit, ein Höhenverstellelement zu realisieren ist mittels eines Schraubengetriebes.

Beispielsweise können zwei Innengewindeteile über einen Gewindebolzen verbunden werden, wobei eine der beiden

Gewindeverbindungen ein Rechtsgewinde und die zweite

Gewindeverbindung ein Linksgewinde ist. Dabei ist der

Gewindebolzen mit einem elektrischen Antrieb auszustatten. Diese Art der Höhenverstellung ähnelt dem Prinzip, welches den sogenannten Spannschlössern zugrundeliegt.

Eine andere Möglichkeit, ein Höhenverstellelement zu

realisieren ist mittels einer Hubscherenkonstruktion wie sie beispielsweise bei Hebebühnen zum Einsatz kommt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, einen Zusatzvolumenbehälter im Nahebereich der Luftfeder anzuordnen, dessen Gasvolumen mittels eines Ventils mit dem Gasvolumen der Luftfeder verbindbar ist. Der Gasdruck dieses Zusatzgasvolumens wird auf denselben Wert wie in der

Luftfeder aufgefüllt. Durch komplettes oder teilweises Öffnen des Ventils kann das Zusatzvolumen an das Luftfedervolumen angekoppelt werden, wodurch die Federkonstante, bzw. die Federkennlinie der Luftfeder während des Betriebs veränderbar ist .

Erfindungsgemäß ist das von der Luftfeder umfasste Gasvolumen über eine Fülleinrichtung mit Gas befüllbar, bzw. ist das Gas über diese Fülleinrichtung ablaßbar. Diese Gasfüllung ist bei Inbetriebnahme der Luftfedereinrichtung vorzunehmen und es kann gegebenenfalls bei einem Druckverlust Gas nachgefüllt werden. Ein gegebenenfalls vorhandenes Zusatzvolumen ist gemeinsam mit dem Gasvolumen der Luftfeder befüllbar.

Vorteilhafterweise ist die Luftfedereinrichtung mit einer Druckbestimmungseinrichtung (Manometer) ausgestattet, welche ein Signal an eine Fahrzeugsteuerung abzugeben imstande ist welches dem in der Luftfeder herrschenden Druck proportional ist. Dadurch kann ein auftretender Druckverlust frühzeitig erkannt werden und eine Gasnachfüllung vorgenommen werden. Sollte die Luftfeder, eine Leitung oder ein ggf. vorhandenes Zusatzvolumen undicht werden, d.h. die gesamte Gasfüllung verlieren, so sinkt die Luftfeder auf ihr geometrisch tiefstmöglichstes Niveau. Ein Passagierschienenfahrzeug ist jedoch gemäß der relevanten Zulassungsnormen auch bei entlüfteter Luftfedereinrichtung noch sicher betreibbar, sodass von einem Versagen der Luftfedereinrichtung keine Gefahr ausgeht. Es ist jedoch mit einem verringerten

Einstiegskomfort für die Passagiere zu rechnen, da eine Stufe zwischen dem Passagierraumboden und dem Bahnsteigniveau unvermeidbar ist.

Die Zuverlässigkeit einer erfindungsgemäßen

Federungseinrichtung ist höher als jene der gebräuchlichen, an eine zentrale Druckluftversorgung angeschlossenen

Luftfedern. Die geringere Anzahl an Komponenten, Bauteilen und Dichtstellen bei einer erfindungsgemäßen

Luftfedereinrichtung bewirken eine geringere Ausfallrate

Der Antrieb des kraftunterstützten Höhenverstellelements erfolgt mittels eines elektrischen Motors und einer

geeigneten Steuer- bzw. Regeleinrichtung. Dabei umfasst die Regeleinrichtung Mittel um das momentane Niveau des

Wagenkastens über dem Gleis zu ermitteln und aus diesem Messwert auf eine erforderliche Druckerhöhung- oder

Druckreduktion in der Luftfeder zu schließen und um den elektrischen Motor entsprechend anzusteuern.

Weiters ist es empfehlenswert, das Luftfederungssystem mit einem anderen Gas als Luft zu befüllen. Dabei sind Gase die sich für die Befüllung von Reifen eignen besonders

vorteilhaft, da aufgrund der niedrigeren

Diffusionsgeschwindigkeit dieser Gase durch Gummi der

Systemdruck über wesentlich längere Zeiträume

aufrechterhalten werden kann. Typischerweise ist Stickstoff, oder mit Stickstoff angereicherte Luft für diesen Einsatz geeignet .

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die

niveauregelbare Federungseinrichtung in einem

Schienenfahrzeug angeordnet, welches eine fahrzeugseitige Steuerungseinrichtung umfasst. An diese Steuerungseinrichtung ist mindestens ein Niveausensor angeschlossen, welcher das Niveau des Wagenkastens über dem Schienenniveau erfasst und an die Steuerungseinrichtung übermittelt und wobei die

Steuerungseinrichtung die Kraftantriebe der

Höhenverstellelemente ansteuert. Dabei werden die Höhenverstellelemente vorteilhafterweise so angesteuert, dass kein Niveauunterschied zwischen dem Passagierraumboden und dem Bahnsteig auftritt.

Weiters kann die Steuerungseinrichtung so ausgeführt sein, dass bei Erreichen eines bestimmten Mindestdrucks im

Gasdrucksystem der niveauregelbaren Federungseinrichtung ein Alarmsignal abgegeben wird. Dieses Alarmsignal kann

einerseits zu einer optischen oder akustischen Warnung des Fahrzeugführers oder andererseits zu einer Übermittlung dieses Warnzustandes an eine streckenseitige Einrichtung herangezogen werden. Letzteres ist insbesondere bei

Fahrerlosen Schienenfahrzeugen vorteilhaft. In weiterer Fortbildung der Erfindung empfiehlt es sich, das Alarmsignal dazu heranzuziehen, bestimmte fahrdynamische Parameter zu beeinflussen. Beispielsweise kann dadurch bei einem

Druckverlust in einer niveauregelbaren Federungseinrichtung die maximale Geschwindigkeit oder die maximale Beschleunigung des Schienenfahrzeugs begrenzt werden.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Es zeigen beispielhaft:

Fig.l Eine niveauregelbare Federungseinrichtung.

Fig.2 Eine niveauregelbare Federungseinrichtung mit einem

Zusatzvolumen .

Ausführung der Erfindung Fig.l zeigt beispielhaft und schematisch eine niveauregelbare Federungseinrichtung. Es ist eine niveauregulierbare

Federungseinrichtung dargestellt, welche zwischen einem Wagenkasten 2 und einem Drehgestell 3 angeordnet ist. Diese niveauregulierbare Federungseinrichtung umfasst eine

Luftfeder 1, eine Druckbestimmunseinrichtung 6 zur Ermittlung des in der Luftfeder 1 herrschenden Gasdrucks und eine

Fülleinrichtung 5, wobei die genannten Komponenten mit

Druckgasleitungen verbunden sind. Weiters umfasst die niveauregulierbare Federungseinrichtung ein

Höhenverstellelement , welches in gezeigtem

Ausführungsbeispiel am drehgestellseitigen Ende der Luftfeder angeordnet ist. Dieses Höhenverstellelement ist so

ausgebildet, dass es seine Längsabmessung in einem bestimmten Bereich verändern kann und somit auch der Abstand zwischen dem Wagenkasten 2 und dem Drehgestellt 3 veränderbar ist.

Fig.2 zeigt beispielhaft und schematisch eine niveauregelbare Federungseinrichtung mit einem Zusatzvolumen. Es ist die niveauregelbare Federungseinrichtung aus Fig.l dargestellt, wobei ein in einem Zusatzvolumenbehälter 7 enthaltenes

Gasvolumen über ein Ventil 8 an den Gasraum der Luftfeder 1 ankoppelbar ist.

Liste der Bezeichnungen

1 Luftfeder

2 Wagenkasten

3 Drehgestell

4 HöhenverStellelement

5 Fülleinrichtung

6 DruckbeStimmungseinrichtung

7 Zusatz olumenbehälter

8 Ventil