DE102013001973B3 - Spurführung eines Schienenfahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Basierend auf dem Konzept „Hochgeschwindigkeitszug mit geringem Energieumsatz” wird vorgeschlagen, mindestens zwei der vier einzeln aufgehängten Räder eines Fahrmoduls oder eines Kopfdrehgestells von jeweils einem individuell regelbaren Fahrmotor anzutreiben, durch geeignet angeordnete Sensoren das Laufverhalten des Fahrmoduls oder Kopfdrehgestells auf dem Schienenweg zu erfassen und die Messsignale der Sensoren zur individuellen Regelung der Fahrmotoren zu verwenden mit dem Ziel, das Laufverhalten des Fahrmoduls oder des Kopfdrehgestells auf dem Schienenweg zu optimieren. Neben einer sauberen Spurführung des Schienenfahrzeugs und damit einer Verbesserung des Fahrkomforts ergeben sich weitere Vorteile, wie Reduzierung von mechanischen Belastungen, Verschleiß und Geräuschentwicklung. Es besteht die Möglichkeit, die Sensoren auch als Signalgeber für Fahrgeschwindigkeit, Gleitschutz, Schleuderschutz und als Entgleisungsdetektor zu nutzen.

Description

  • Die Anmeldung betrifft eine „Spurführung eines Schienenfahrzeugs”. Sie basiert auf der zeitgleich eingereichten Anmeldung „Hochgeschwindigkeitszug mit geringem Energieumsatz”.
  • In der zeitgleich eingereichten Anmeldung „Hochgeschwindigkeitszug mit geringem Energieumsatz” wird ein neues Konzept zur Reduzierung des Energieumsatzes eines Hochgeschwindigkeitszuges beschrieben. Dieser Zug besteht aus mindestens einem Kopfmodul (3) mit Kopfdrehgestell (2), mindestens einer Fahrgastsänfte (4) und mindestens einem Fahrmodul (1), welches vier einzeln aufgehängte Räder (5) enthält und zwei Dreh- und Aufhängepunkte für Fahrgastzellen, wobei der erste Aufhängepunkt im Bereich der Radachsen (30) des vorlaufenden Radpaares und der zweite Punkt im Bereich der Radachsen (30) des nachlaufenden Radpaares im Fahrmodul (1) angeordnet ist, wobei Einstieg (7) und Zugang (8) zu den Fahrgastzellen von oben gesehen kreuzförmig zwischen den Rädern (5) des Fahrmoduls (1) angeordnet sind.
  • Stand der Technik
  • Schienenfahrzeuge sind spurgebunden. Das bedeutet, ein Schienenfahrzeug benötigt für seine Grundfunktion keine spezielle Lenkung, weil es durch den Verlauf der Schienen geführt wird. Die Führung erfolgt dabei vom Schienenkopf über den Spurkranz des Rades. Um ein häufiges Anlaufen des Spurkranzes am Schienenkopf und damit verbundenen Verschleiß zu reduzieren, wird die Lauffläche des Rades in der Regel nicht zylindrisch, sondern leicht kegelförmig ausgeführt. Damit erreicht man mit einem Radsatz, welcher aus zwei fest auf der Radsatzwelle montierten Rädern besteht, den sogenannten Sinuslauf.
  • Der Sinuslauf tritt auf bei Rad-Schiene-Systemen mit konisch profilierten, sich nach außen hin vejüngenden, starr gekoppelten Rädern. In Kurven rollt das nach außen versetzte Rad mit größerem Umfang auf der Schiene ab als das zur Gleismitte versetzte Rad, welches gegenüber dem äußeren zurückbleibt, so dass die Achse in die Kurve einlenkt. Übergangsbögen erlauben eine proportionale Entwicklung von Versatz und Gleiskrümmung. Abweichungen von der Ideallinie werden allerdings durch dieses Prinzip der Spurführung überkompensiert, sodass eine Schlingerbewegung entsteht.
  • Diese Bewegung ist bei kleinen Amplituden sinusförmig und hat eine konstante Wellenlänge, also eine mit der Fahrgeschwindigkeit zunehmende Frequenz. Sie wird bei hoher Geschwindigkeit durch dynamische Kräfte angefacht bis hin zum Zick-Zack-Lauf mit Anschlagen der Spurkränze an die Schienenköpfe, so dass Maßnahmen zur Dämpfung getroffen werden müssen, um übermäßigen Verschleiß und Komforteinbußen zu vermeiden.
  • Es ist Stand der Technik, hydraulische Schlingerdämpfer zwischen Drehgestellrahmen und Wagenkasten einzusetzen, um die aus dem Sinuslauf resultierende Schlingerbewegung zu dämpfen.
  • Dadurch ergeben sich jedoch mehrere Nachteile:
    • – Die erzwungene Dämpfung des Sinuslaufs führt zu Mikroschlupf zwischen Rad und Schiene mit der Folge von Geräuschbildung und Verschleiß in der Kontaktfläche Rad/Schiene. Dadurch verliert der Radkegel seine Idealform, was wiederum das Laufverhalten verschlechtert. Eine Möglichkeit, korrigierend auf die Form des Radkegels einzuwirken beschreibt die Schutzrechtanmeldung EP 1 910 701 B1 .
    • – Die Radsatzwelle eines Schienenfahrzeugs ist hohen Belastungen ausgesetzt: Die Hauptbelastung ist eine Umlauf-Biegebelastung durch die Übertragung das Fahrzeuggewichts auf die Schiene. Hinzu kommen Torsionsmomente durch Antrieb und Bremse sowie zusätzliche Biegemomente infolge von Seitenführungskräften in Kurven oder bei Schienenstößen. Durch die Zwangsdämpfung von Schlingerbewegungen ergibt sich zusätzlich eine hochfrequente Torsions-Wechselbelastung der Radsatzwelle.
    • – Bei einem Hochgeschwindigkeitszug, welcher eine längere gerade Strecke mit annähernd konstanter Geschwindigkeit zurücklegt, besteht die Gefahr, dass durch den wechselweise pulsierenden Schlupf zwischen Rad und Schiene, hervorgerufen durch die Schlingerdämpfer, eine Polygonbildung an der Radlauffläche gefördert wird. Eine derartige Polygonbildung hat sehr negative Folgen wie vorzeitigen Radverschleiß, starke Schwingungen verbunden mit Geräuschentwicklung und sehr hohen mechanischen Belastungen von Rad, Radsatzwelle und Drehgestell.
  • Um solche Nachteile zu vermeiden gibt es eine Vielzahl unterschiedlicher Lösungsvorschläge, wie z. B:
    DE 30 19 573 C2 beschreibt einen Losradsatz mit einer Kupplung zwischen den beiden Rädern welche ein variables Kupplungsmoment zwischen den Rädern erzeugt. Diese Lösung erfordert einen relativ großen zusätzlichen Aufwand am Radsatz und es erhöhen sich die ungefederten Massen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass diese Lösung nur bei Laufdrehgestellen, nicht aber bei Triebdrehgestellen anwendbar ist.
  • DE 31 11 087 C2 zeigt eine Einzelradanordnung mit schwenkbaren Radachsen. Die Realisierung dieser Anordnung erfordert einen relativ großen technischen Aufwand in Form zusätzlicher Gelenke und Lagerstellen. Ein Verschleiß in diesen, z. T. hoch belasteten Lagern führt zu Ungenauigkeiten in der Spurführung.
  • DD 297 121 A5 beschreibt ein angetriebenes Fahrwerk mit lenkbaren Einzellaufwerken für Niederflur-Schienenfahrzeuge. Diese Konstruktion ist in erster Linie für langsame Schienenfahrzeuge gedacht, die enge Gleisradien befahren müssen, wie z. B. Straßenbahnen.
  • EP 0 374 290 B1 beschreibt ein Schienenfahrzeug mit horizontal schwenkbaren Einzelrädern, welche durch das Signal einer Schienenverlaufsmesseinrichtung einzeln gelenkt werden.
  • DE 42 31 346 C2 beschreibt eine induktive Sensoreinrichtung, welche den Verlauf von linker und die rechter Schienenkante misst um ein Signal für die Lenkung von Einzelrädern zu liefern.
  • DE 44 12 952 C1 beschreibt ein Fahrwerk mit zwei Fahrwerksholmen, die jeweils zwei horizontal schwenkbare Einzelräder tragen. Die Einzelräder werden mittels einer hydraulischen Steuervorrichtung tangential zur Schiene eingestellt.
  • DE 198 05 268 C1 zeigt Verfahren zur Spurführung von Achseinheiten eines Schienenfahrzeugs, dessen Räder drehfest mit jeweils einer Halbwelle verbunden sind, wobei zwischen den beiden Rädern jeder Achseinheit ein Relativmoment zur Beeinflussung der Relativdrehzahl eingeleitet wird.
  • Alle diese Lösungsvorschläge erfordern einen relativ großen technischen Aufwand mit entsprechend hohen Kosten. Die zusätzlichen Lagerstellen und Gelenke unterliegen während des Betriebes einem Verschleiß, der wiederum Ungenauigkeiten in der Spurführung zur Folge haben kann.
  • Einen weiteren Stand der Technik offenbaren die Druckschriften DE 10 2009 042 870 A1 , DE 195 13 244 A1 und DE 10 2006 001 221 A1 .
  • – Aufgabenstellung
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend von einem „Hochgeschwindigkeitszug mit geringem Energieumsatz” mit geringem Mehraufwand eine wirkungsvolle und zuverlässige Stabilisierung des Laufverhaltens der Kopfdrehgestelle (2) und Fahrmodule (1) bei hohen Geschwindigkeiten zu erzielen.
  • Ein Hochgeschwindigkeitszug bewegt sich meist auf gerader Strecke oder in Kurven mit großen Bogenradien. Enge Kurven werden nur selten und nur mit niedriger Geschwindigkeit durchfahren. Deshalb ist insbesondere ein ruhiger und stabiler Geradeauslauf bei hohen Geschwindigkeiten von Bedeutung.
  • Durch die einzeln aufgehängten Räder ist keine starre Drehzahlkoppelung zwischen den Rädern vorhanden. Es besteht also die Möglichkeit, durch gezielte Ansteuerung der Fahrmotoren eine Spurführung des Kopfdrehgestells (2) und Fahrmoduls (1) so zu generieren, dass ein Anlaufen der Spurkränze (52) am Schienenkopf (53) weitgehend vermieden wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
  • – Ausführungsbeispiele
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und im nachfolgenden Beschreibungsteil näher erläutert.
  • In den Zeichnungen zeigt
  • 1 eine Seitenansicht und Vorderansicht des Hochgeschwindigkeitszuges gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
  • 2 zeigt ein komplettes Fahrmodul in perspektivischer Darstellung
  • 3 zeigt das Fahrmodul bei abgenommenem Chassis und Drehgestellrahmen
  • 4 zeigt ein Radmodul in perspektivischer Darstellung.
  • 5 zeigt ein horizontal geschnittenes Radmodul.
  • 6 zeigt ein vorteilhaft gestaltetes Rad.
  • 7 zeigt dieses Rad in perspektivischer Darstellung.
  • 8 zeigt das vergrößerte Detail X aus 6 (rechtes Rad) und spiegelbildlich dazu das linke Rad.
  • 9 zeigt ein Diagramm mit Darstellung der Abstände a und b aus 8 über der Zeitachse.
  • 10 zeigt beispielhaft ein Schaltschema für die Ansteuerung von zwei Fahrmotoren.
  • Beschreibung der Ausführungsbeispiele:
  • Der in 1 dargestellte Abschnitt eines Hochgeschwindigkeitszuges zeigt dessen modularen Aufbau, bestehend aus Fahrmodul 1, Kopfdrehgestell 2, Kopfmodul 3 und Fahrgastsänfte 4. Man erkennt, dass eine Fahrgastsänfte 4 jeweils zwischen zwei Fahrmodulen 1 angeordnet ist.
  • 2 zeigt ein komplettes Fahrmodul 1 in perspektivischer Darstellung mit Chassis 10, Einstiegstüre 13, Fußboden 11 und Drehgestellrahmen 12. Einstieg 7 und Zugang 8 befinden sich von oben gesehen kreuzförmig zwischen den vier Rädern des Fahrmoduls.
  • Bei ausgeblendetem Chassis, Einstiegstüre, Fußboden und Drehgestellrahmen nach 3 erkennt man vier Radmodule 16, welche schwenkbar um die Aufhängeachse 17 angeordnet sind. Das Fahrmodul beinhaltet vier einzeln aufgehängte Räder 5 und die Fahrmotoren 6.
  • Diese Einzelradaufhängung hat unter anderem den Vorteil, dass keine Radsatzwelle zwischen zwei gegenüberliegenden Rädern vorhanden ist. Dadurch werden eine durchgängige Niederflurausführung und eine sehr flache Bauweise des Schienenfahrzeugs ermöglicht.
  • 4 zeigt ein Radmodul 16 in größerer Darstellung. Das Modul ist als Baugruppe komplett vormontierbar. Die Verbindung zum Drehgestellrahmen erfolgt über die Aufhängeachse 17. Diese Achse bildet auch den Drehpunkt für Federbewegungen.
  • Die Zuführung der Strom- und Steuerleitungen 31 befindet sich nahe der Aufhängeachse 17 um Bewegungen und Beschleunigungskräfte auf die Kabel gering zu halten.
  • Durch den relativ großen Abstand zwischen Radachse 30 und Aufhängeachse 17 hat eine Federbewegung des Drehgestells nur einen geringen Schwenkwinkel des Radmoduls um die Aufhängeachse 17 zur Folge. Dadurch bleiben die Belastungen des Fahrmotors durch Schwingungen in Grenzen. Der Abstützpunkt 18 für die Primärfederung befindet sich in großem Abstand zur Aufhängeachse 17. Damit ergeben sich große Federwege und ein gutes Ansprechverhalten der Primärfederung. In diesem Bereich kann ein hydraulischer Dämpfer für die Federbewegungen der Primärfeder angeordnet sein. Ein Wankstabilisator, z. B. in Form einer Drehstabfeder, welche eine torsionselastische Verbindung zwischen linkem und rechtem Radmodul darstellt, kann Wankbewegungen des Drehgestells begrenzen.
  • Alternativ dazu ist auch ein elektronisch gesteuertes, aktives Federbein denkbar. Solche Anordnungen sind bereits aus der Automobilindustrie bekannt. Damit können Federungs- und Dämpfungscharakteristik automatisch an Beladungszustand, Schienenzustand und Fahrgeschwindigkeit angepasst werden. Der Laufkomfort eines Drehgestells kann damit optimiert werden.
  • 5 zeigt einen horizontalen Teilschnitt durch das Radmodul 16 auf Höhe der Radachse 30. Man erkennt die Komponenten Rad 5, Getriebe 27, Fahrmotor 6, Bremsscheibe 28 und Bremssattel 29.
  • Eine hohe Festigkeit von Rad und Radachse bei geringem Gewicht lässt sich durch rohrförmige Gestaltung der Radachse erzielen, wie in 6 und 7 dargestellt. Um die Sicherheit von Schienenfahrzeugen zu gewährleisten ist es üblich, in regelmäßigen Intervallen Rissprüfungen von Rad und Radachsen durchzuführen. Solche Rissprüfungen werden durch eine rohrförmige Radachse wesentlich erleichtert.
  • Das Detail X aus 6 ist in 8 vergrößert dargestellt. Spiegelbildlich zu dem in 8 vergrößert dargestellten Detail X des rechten Rades ist Detail X des linken Rades dargestellt. Die Gewichtskraft und Traktions- oder Bremskräfte werden über das Radprofil 50 auf den Schienenkopf 53 übertragen. Im Idealfall läuft das Schienenfahrzeug mittig zwischen linker und rechter Schiene. Das bedeutet, der Abstand a ist gleich dem Abstand b.
  • Dieser Zustand kann bei konventionellen Radsätzen mit zwei Rädern auf einer Radsatzwelle unter günstigen Bedingungen näherungsweise durch den oben erwähnten Sinuslauf in Kombination mit Schlingerdämpfern erreicht werden. Dazu wird das Radprofil 50 leicht kegelförmig ausgeführt. Meist wird in der Nähe des Spurkranzradius ein flacher Kegel gewählt (z. B. 1:40), der nach außen in einen steileren Kegel (z. B. 1:20) übergeht. Um bei höheren Geschwindigkeiten einen Zickzacklauf und ein häufiges Anlaufen des Spurkranzes 52 am Schienenkopf 53 zu vermeiden, kommen Schlingerdämpfer zum Einsatz. Diese verursachen aber erhöhte mechanische Belastungen des Laufwerks und erhöhten Verschleiß von Rad und Schiene sowie eine erhöhte Geräuschentwicklung. Durch Verschleiß des Radprofils verändern sich die Laufeigenschaften des Drehgestells. Deshalb ist in regelmäßigen Abständen ein Überdrehen der Räder erforderlich, um das Idealprofil wiederherzustellen. Dabei dürfen die Durchmesser von linkem und rechtem Rad eines Radsatzes nur geringfügig voneinander abweichen. Der kleinste Durchmesser eines verschlissenen Radsatzes bestimmt also, wie viel von beiden Rädern eines Radsatzes bei einer Profilkorrektur abzudrehen ist.
  • Bei einem Fahrzeug mit Einzelradaufhängung ist eine größere Abweichung zwischen den Raddurchmessern eines Drehgestells zulässig, weil die Drehzahlen der einzelnen Räder unterschiedlich sein können.
  • Bei der erfindungsgemäßen Spurführung eines Schienenfahrzeugs bietet sich ohne großen Aufwand die Möglichkeit, den Fahrmotor 6 am rechten Rad und den Fahrmotor 6 am linken Rad individuell so zu regeln, dass ein sanfter Geradeauslauf erzielt wird, d. h. der Abstand a und der Abstand b sollen immer größer als Null sein, ohne große Belastungen, Verschleiß und Geräuschbildung an Rädern und Schiene. Eine Momentenregelung erscheint dabei vorteilhafter als eine Drehzahlregelung, weil die Drehzahl der Motoren infolge voneinander abweichender Raddurchmesser oder beim Durchfahren von Gleisbögen unterschiedlich sein kann.
  • Für einen solchen Regelkreis ist pro Drehgestell mindestens ein Sensor, bevorzugt zwei oder mehrere Sensoren erforderlich, welche eine Aussage über das Laufverhalten des jeweiligen Drehgestells liefern.
  • Im einfachsten Fall kann die Gierrate des Drehgestells gemessen werden mit dem Ziel, die Schlingerbewegungen zu minimieren. Dazu kann z. B. ein Trägheitssensor eingesetzt werden, wie er in ähnlicher Form in der Automobilindustrie beim elektronischen Stabilitätsprogramm (ESP) Anwendung findet.
  • Alternativ können auch relative Winkelbewegungen zwischen Kopfdrehgestell 2 und Kopfmodul 3 bzw. zwischen Fahrmodul 1 und Fahrgastsänfte 4 gemessen werden. Das Messsignal liefert ein Weg- oder Drehwinkelsensor, welcher im Bereich der Dreh- und Aufhängepunkte von Kopfmodul bzw. Fahrgastsänfte angeordnet ist.
  • Diese beiden Varianten haben jedoch den Nachteil, dass sie keine direkte Aussage über die Abstandsmaße a und b liefern. Beim Befahren eines Kreisbogens können z. B. die kurvenäußeren Spurkränze gegen den Schienenkopf laufen. Der Gierratensensor würde jetzt eine konstante Gierrate messen. Aufgrund dieses Signals kann aber nicht gezielt gegengesteuert werden um die Bedingung a = b zu erfüllen. Starker Seitenwind kann auch beim Befahren einer geraden Strecke zum Anlaufen der äußeren Spurkränze gegen den Schienenkopf führen ohne dass bei dieser Meßmethode ein gezieltes Gegensteuern möglich wäre.
  • Eine weitere Variante für die Messung des Abstands a und b kann darin bestehen, induktive Abstandssensoren (ähnlich DE 42 31 346 C2 ) in geringer Höhe über dem Schienenkopf 53 am Gehäuse des Radmoduls 16 zu befestigen. Die Sensoren sind nahe am Rad angeordnet und messen die Lage des Schienenkopfes quer zur Fahrtrichtung relativ zum Getriebegehäuse und liefern so eine Aussage über den Abstand a oder b. Nachteilig dabei ist die Tatsache, dass in diesem Bereich mit Eis- oder Steinschlag gerechnet werden muss, wodurch eine sehr robuste und aufwändige Befestigung der Sensoren erforderlich wird.
  • Der direkteste Ort für eine Messung der Abstände a und b ist in 8 dargestellt: Ein oder mehrere Abstandssensoren 54 befinden sich gut geschützt und sehr nahe am Schienenkopf 53 in einer oder mehreren Ausfräsungen im Spurkranz 52. Bei Verwendung mehrerer Ausfräsungen pro Rad sind diese gleichmäßig verteilt am Radumfang angeordnet. Da sich der oder die Sensoren mit dem Rad um die Radachse 30 mitdrehen, liefern sie bei jeder Radumdrehung ein oder mehrere Signale für die Abstände a bzw. b. Durch Verwendung von Mehrfachsensoren besteht die Möglichkeit einer redundanten Ausführung des Mess-Systems.
  • Die Signale für die Abstände a und b werden zur Signalverarbeitung an den Rechner 56 geleitet (siehe 10). Das Signal des Sensors kann über eine Bohrung 55 in den geschützten Innenbereich des Rades geführt werden und von dort über die Hohlwelle zum Rechner 56 gelangen. Für den Übergang vom rotierenden Rad zum fest installierten Rechner 56 kommen neben Schleifkontakten auch eine induktive, berührungslose Signalübertragung oder Telemetrie in Frage.
  • Im Rechner 56 wird der Wert a mit dem Wert b verglichen und die Mittenabweichung des Drehgestells zur Gleismitte berechnet. Unlogische Werte, die z. B. beim Überfahren einer Weiche entstehen können, werden ausgefiltert. Die gültigen Werte für die Mittenabweichung werden an den Regler 57 übergeben.
  • Neben der Abstandsmessung ergeben sich durch diese intermittierenden Signale für die Werte a und b zusätzliche Möglichkeiten:
    • – Es kann daraus die Raddrehzahl errechnet werden.
    • – Bei bekanntem Raddurchmesser kann eine theoretische Fahrzeuggeschwindigkeit errechnet werden, für den Fall, dass zwischen Rad und Schiene kein Schlupf auftritt, z. B. bei gelöster Bremse und Motormoment gleich Null.
    • – Werden alle so errechneten Fahrzeuggeschwindigkeiten im gesamten Zug addiert, so kann daraus ein Mittelwert gebildet werden, welcher die Fahrzeuggeschwindigkeit mit hoher Genauigkeit wiedergibt.
    • – Abweichungen in der Drehzahl einzelner Räder vom Sollwert können als Signal für die Ansteuerung des Gleitschutzes (Verhinderung von unzulässig hohem Schlupf zwischen Rad und Schiene beim Bremsvorgang) oder des Schleuderschutzes (Verhinderung von unzulässig hohem Schlupf zwischen Rad und Schiene beim Beschleunigungsvorgang) dienen.
    • – Das System kann sich selbst überwachen durch logischen Vergleich und Auswertung mehrerer Messwerte.
    • – Bei funktionierendem System und Ausfall mehrerer Signalwerte für die Abstände a und b an einem Drehgestell über längere Zeit kann daraus auf eine Unregelmäßigkeit, z. B. Entgleisung des Drehgestells, geschlossen werden (Entgleisungsdetektor).
  • Der Regler 57 errechnet ein erforderliches Differenzdrehmoment, das zwischen linkem und rechtem Motor erforderlich ist, um das Drehgestell in eine mittige Lage zurückzulenken. Dieses Moment wird durch die Leistungselektronik 58 durch Variation der Motorströme I links und I rechts realisiert.
  • Gleichzeitig werden vom Regler 57 auch Signale mit dem zentralen Steuergerät 59 ausgetauscht und verwertet, wie z. B. die Forderung „generatorisch Bremsen” oder „Beschleunigen”.
  • In 9 ist beispielhaft ein Verlauf der Abstände a und b über der Zeit dargestellt. Durch dynamische Einflüsse, beim Durchfahren eines Gleisbogens, oder durch Ungenauigkeit der Schienenlage kann sich eine aussermittige Lage des Drehgestells auf den Schienen ergeben. Um ein zuverlässiges Arbeiten des Regelkreises zu gewährleisten ist es wichtig, den zeitlichen Verlauf der Mittenabweichung zu beobachten um dann unter Berücksichtigung der Fahrgeschwindigkeit und anderer Parameter eine gezielte und sanfte Rückführung in eine annähernd mittige Lage zu ermöglichen.
  • Diese Spurführung dient dem Ziel, den Fahrkomfort zu erhöhen und mechanische Belastungen, Verschleiß und Geräuschbildung an Fahrzeug und Schienenweg zu reduzieren.
  • Die Auslegung des Gesamtsystems erfolgt so, dass der Ausfall einzelner Komponenten keine sicherheitsrelevanten Folgen nach sich zieht.
  • Durch das zentrale Steuergerät 59 wird die Funktion der einzelnen Komponenten kontinuierlich überwacht. Leichte Störungen werden protokolliert oder es erfolgt eine Meldung an den Fahrzeugführer. Bei schwerwiegenden Fehlern kann die Geschwindigkeit des Fahrzeugs automatisch reduziert werden.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Fahrmodul
    2
    Kopfdrehgestell
    3
    Kopfmodul
    4
    Fahrgastsänfte
    5
    Rad
    6
    Fahrmotor
    7
    Einstieg
    8
    Zugang
    10
    Chassis
    11
    Fußboden
    12
    Drehgestellrahmen
    13
    Einstiegstüre
    16
    Radmodul
    17
    Aufhängeachse
    18
    Abstützpunkt für Primärfederung
    27
    Getriebe
    28
    Bremsscheibe
    29
    Bremssattel
    30
    Radachse
    31
    Strom- und Steuerleitungen
    50
    Radprofil
    51
    Spurkranzradius
    52
    Spurkranz
    53
    Schienenkopf
    54
    Abstandssensor
    55
    Bohrung für Signalleitung
    56
    Rechner zur Signalverarbeitung
    57
    Regler
    58
    Leistungselektronik
    59
    Zentrales Steuergerät

Claims (8)

  1. Spurführung eines Schienenfahrzeugs, insbesondere eines Hochgeschwindigkeitszugs mit geringem Energieumsatz, bestehend aus mindestens einem Kopfmodul (3) mit Kopfdrehgestell (2), mindestens einer Fahrgastsänfte (4) und mindestens einem Fahrmodul (1), welches vier einzeln aufgehängte Räder (5) enthält und zwei Dreh- und Aufhängepunkte für Fahrgastzellen, wobei der erste Aufhängepunkt im Bereich der Radachsen (30) des vorlaufenden Radpaares und der zweite Punkt im Bereich der Radachsen (30) des nachlaufenden Radpaares im Fahrmodul (1) angeordnet ist, wobei Einstieg (7) und Zugang (8) zu den Fahrgastzellen von oben gesehen kreuzförmig zwischen den Rädern (5) des Fahrmoduls (1) angeordnet sind dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der vier Räder (5) eines Fahrmoduls (1) oder Kopfdrehgestells (2) von jeweils einem individuell regelbaren Fahrmotor (6) angetrieben werden und dem Fahrmodul (1) oder Kopfdrehgestell (2) mindestens ein Sensor zugeordnet ist, der Mess-Signale über das Laufverhalten des Fahrmoduls oder Kopfdrehgestells auf dem Schienenweg liefert, wobei es sich bei dem mindestens einen Sensor um Abstandssensoren (54) handelt, welche im Spurkranz (52) eines Rades (5) angeordnet sind und den seitlichen Abstand (a, b) zwischen Spurkranz (52) und Schienenkopf (53) erfassen und die Messsignale des oder der Abstandssensoren (54) zur Signalverarbeitung an den Rechner (56) geleitet werden, der die Werte der seitlichen Abstände (a, b) vergleicht und die Werte für die Mittenabweichung des Drehgestells zur Gleismitte berechnet und an den Regler (57) übergibt, wodurch die Regelung der Fahrmotoren (6) erreicht wird mit dem Ziel, das Laufverhalten des Fahrmoduls (1) oder des Kopfdrehgestells (2) auf dem Schienenweg zu optimieren und das Drehgestell in eine mittige Lage zurückzulenken.
  2. Spurführung eines Schienenfahrzeugs nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem oder den Sensoren um Trägheitssensoren handelt, welche die Gierrate des Fahrmoduls (1) oder Kopfdrehgestells (2) erfassen.
  3. Spurführung eines Schienenfahrzeugs nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem oder den Sensoren um Weg- oder Drehwinkelsensoren handelt, welche im Bereich der Dreh- und Aufhängepunkte von Kopfmodul (3) oder der Fahrgastsänfte (4) angeordnet sind und Winkelbewegungen des Kopfdrehgestells (2) oder des Fahrmoduls (1) relativ zu den Fahrgastzellen erfassen.
  4. Spurführung eines Schienenfahrzeugs nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Sensoren um Abstandssensoren handelt, welche fest am Gehäuse eines Radmoduls (16) geführt sind und den seitlichen Abstand zwischen Radmodulgehäuse und Schienenkopf (53) erfassen.
  5. Spurführung eines Schienenfahrzeugs nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Abstandssensoren (54) im Spurkranz (52) auch als Signalgeber für die Gleitschutzfunktion dienen.
  6. Spurführung eines Schienenfahrzeugs nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Abstandssensoren (54) im Spurkranz (52) auch als Signalgeber für die Schleuderschutzfunktion dienen.
  7. Spurführung eines Schienenfahrzeugs nach Anspruch 1, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Abstandssensoren (54) im Spurkranz (52) auch als Entgleisungsdetektoren dienen.
  8. Spurführung eines Schienenfahrzeugs nach einem oder mehreren der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die korrekte Funktion aller wesentlichen Komponenten durch ein zentrales Steuergerät (59) überwacht wird und bei grober Fehlfunktion die Fahrgeschwindigkeit des Zuges automatisch reduziert wird.
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