DE1926687A1

DE1926687A1 - Schienenfahrzeug

Info

Publication number: DE1926687A1
Application number: DE19691926687
Authority: DE
Inventors: Bing Alan John
Original assignee: British Railways Board
Current assignee: British Railways Board
Priority date: 1968-05-29
Filing date: 1969-05-24
Publication date: 1969-12-04
Also published as: ES367800A1; SU486499A3; FR2009592A1; US3631810A; CH507116A; GB1205161A; HU162360B

Description

DIPL.-ING. H. STENMANN . 85 Nürnberg 2

E8SENWEINSTRASBE 4-«

DIPL.-PHYS. DR. K. SCHWEINZER _TEl:KANZLE| _mm

PATENTANWÄLTE · ΤΒΙΕββΑ^Μ-ΑΟΚΕββΕ: 8TEHPATEMT

1926687 BANKKONTEN:

DEUTSCHE BANK AG. NÜRNBERG NR. 3411*4 POSTSCHECKKONTO: NORNBEKG «7081

Nürnberg, 25.5.69 15/W47

British-Railways Board, 222 Marylebone Rd., London/England "Schienenfahrzeug"

Die Erfindung bezieht sich auf Schienenfahrzeuge und insbesondere, aber nicht ausschließlich, auf Eisenbahnwagen in schnellfahrenden Eisenbahnzügen mit Geschwindigkeiten bis zu mehr als 160 km/h.

Bei dem Entwurf eines Eisenbahnwagens für sehne11fahrende Züge, die auf nicht für solche hohe Geschwindigkeiten gebauten Gleisen laufen sollen, m uß die Wirkung der Fliehkraft auf das Wohlbefinden von Fahrgästen verhindert werden, welche Wirkung aus ungenügender Neigung des Gleises in vom Zug mit den vorgesehenen hohen Geschwindigkeiten durchlaufenen Kurven entspringt; ein Weg hierfür besteht darin, den Wagenkasten seitlich gegenüber den Radsätzen zu kippen. Für das Wohlbefinden der Fahrgäste ist es wünschenswert, den Wagenkasten so zu kippen, daß die auf einen Fahrgast wirkende resultierende Kraft senkrecht oder nahezu senkrecht zum Viagenboden gerichtet ist. Im Idealfall wird daher der Wagenboden so gekippt, daß er gegen die Gleisebene einen (im folgenden mit θ/) Winkel einschließt, welcher der Neigungsabweichung des Gleises gleichkommt; die Neigungsabweichung Q^ ist, wie ersichtlich, eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Radius der vom Fahrzeug zu durchlaufenden Kurve. Zur besten Ausnutzung des innerhalb des Ladeprofils der Strecke verfügbaren Raums wird normalerweise das Kippzentrum, um welches der Wagen tatsächlich

j
zu schwenken ist, verhältnismäßig hoch innerhalb des Wagenkastens zu liegen kommen. Um den Wagenkasten körperlich um dieses Kippzentr^um zu schwenken, wären daher Konstruktionsteile erforderlich, die in den Fahrgastraum hineinragen, und dies ist sehr unerwünscht.

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pie Erfindung hat das Ziel, einen Mechanismus zu schaffen, der den Wagenkasten wirksam um das erwähnte Kippzentrum schwenkt, aber im allgemeinen unter dem Wagenboden liegt.

Die Erfindung betrifft dementsprechend ein Schienenfahrzeug mit nindestens einem Radsatz an jedem Ende und ist gekennzeichnet äurch eine von dem Radsatz mittels seitlicher Aufhängung getragenen Auflage, die sich gegenüber dem Radsatz seitlich in der Aufhängung entgegen vorausbestimmter Steifheit derselben bewegen kann, durch Verbindungsmittel zwischen jener Auflage und dem Wagenkasten, die ihn zu seitlicher Bewegung mit der Auflage .zwingen, wobei Wagenkasten und Auflage miteinander, unter der Wirkung der Fliehkraft um einen durch die Steifheit der seitlichen Aufhängung bedingten Betrag verschoben werden, welche Verbindungsmittel aber seitliches Kippen des Kastens gegenüber 3er Auflage zulassen, und durch hilfskraftgesteuerte Antriebsnittel zum Kippen des Wagenkastens gegenüber der Auflage um einen nit der Fliehkraft und gleichzeitig seiner seitlichen Verschiebung zusammenhängenden V/inkel, wobei das effektive Kippzentrum des Wagenkastens in der senkrechten Längsmittelebene des Fahrzeugs und oberhalb des Kastenbodens liegt.

dem Ausdruck "Auflage" ist jede hierfür geeignete Form eines Tragbalkens oder Rahmens gemeint.

ersichtlich ist die erfindungsgemäße Kippanordnung für ein Schienenfahrzeug in vorteilhafter Weise mit einer derartigen seit-Lichen Aufhängung für das Fahrzeug verbunden, daß dieses eine «/eiche seitliche Unterstützung und geringe ungefederte Masse erhält.

Im Fall eines einfachen Vierradfahrzeugs wird eine solche Auflage

Ki pp-.ünd vorrichtung an jedem Radsatz vorgesehen. Ebenso wird bei einem

breiiges te Hf ahr zeug mit zwei oder drei Radsätzen je Drehgestell £ine solche Auflage und Kippvorrichtung in jedem Drehgestell des

Fahrzeugs vorgesehen.

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Falls zwei Schienenfahrzeuge durch einen GeDaikbalken verbunden (sind, der an- seinen Enden mit den beiden Wagenkasten in Abständen von den Kastenenden angelenkt ist, können die Verbindungsmittel !zwischen diesem Balken und einer Auflage an einem einzelnen Radisatz, oder entsprechende Auflagen an einem Paar von Radsätzen vorgesehen sein, die jeder eine Kippvorrichtung für einen zugehörigen Wagenkasten tragen.

Mit Vorteil werden jene Verbindungsmittel so angeordnet, daß der Wagenkasten um si. schwenken kann; die seitliche Aufhängung hat konstante Steifheit k und die erwähnte Antriebsvorrichtung kippt den Kasten um seine Schwenkachse um einen der wirkenden Fliehkraft direkt proportionalen Winkel KO (K ist eine Proportionalitätskonstante, die größer, gleich oder kleiner als 1 sein kann), wobei das tatsächliche Kippzentrum des Wagenkastens von jener Schwenkachse um einen Abstand d entfernt ist, der dem Ausdruck entspricht

d = Mg/Kk

j(worin M die Masse d/es Kastens und der Auflage und g die Erdbeschleunigung ist).

t)ie Erfindung; wird nunmehr anhand der Zeichnung näher erläutert; JLn dieser zeigt schematisch

BVg. 1 ein Beispiel des Kippsystems in ungekippter Stellung, PL-S. 2- -das System· nach Fig. 1 in einer gekippten Stellung,

FIj;. O ein zweites Beispiel eines Kippsystems in ungekippter

Stellung; ■ ...-.-

ViQ. 4 das System nach Fig. J in einer gekippten Stellung,

FLf.. 5 den Grundriß eines Fahrzeugs eines Zuges in Verbindung mit einem anderen Fahrzeug durch einen Steuerbalken, beide Fahrzeuge in ihrer relativen Stellung bei Durchlaufen,- einer Kurve, . - . . _;:> , · ■

F g. 6· die perspektivische Ansicht eines Konstruktionsbeispiels des Radeatrer- v.nd Aul'lagerrahmens und ■-■■""..--■"■- '

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Pig. 7 eine vereinfachte Darstellung der hilfskraftgesteuerten Kippvorrichtung.

Die Fig. 1 und 2 zeigen die Anordnung an einem der Radsätze eines Vierradfahrzeuges; die Anordnung am anderen Radsatz ist ähnlich. Die strichpunktierte Linie 1 bedeutet die Mittellinie der das Radpaar tragenden und drehbar in Achsbüchsen gelagerten Radsatzachse. Das Fahrzeug hat eine quer verlaufende Auflage 2, die mit ihren Enden gelenkig an den unteren Enden von Pendelstangen 3 gelagert ist. Die Pendelstangen 3 sind ihrerseits an einem unmittelbar auf den Achsbüchsen des Radsatzes ruhenden Rahmen k angelenkt. Dies ergibt eine weich nachgiebige seitliche Aufhängung. Das System arbeitet jedoch mit jeder Art von seitlicher Aufhängung, ob sie - wie Pendelstangen - potentielle Energie oder - wie einfache Federn - Formänderungsenergie verwendet. Die Auflage kann so frei in Seitenrichtung des Fahrzeugs und relativ zum Radsatz unter Fliehkrafteinfluß schwingen, hat aber keine Freiheit zu Rollbewegungen. Der Wagenkasten 5 ist bei P an einen mit der schwingenden Auflage 2 starr verbundenen Bauteil 6 angelenkt, und durch ein ähnliches Gelenk an eine schwingende Auflage am anderen Radsatz, ist aber gezwungen, sich mit der Auflage 2 seitlich zu bewegen. Ein Kippantrieb, in diesem Fall mit hydraulischen Hebern 7 und 8, ist vorgesehen, um den Wagenkasten um die Schwenkachse P um einen Betrag zu kippen, der mit der durch einen am Wagenkasten montierten Beschleunigungsmesser festgestellten Fliehkraft in Beziehung steht. Die Steuerung des Kippantriebs wird später anhand von Fig. 7 beschrieben.

Die senkrechte Längsmittelebene des Fahrzeugs ist durch die strichpunktierte Linie 9 und die Mittelebene des Wagenkastens durch die strichpunktierte Linie 10 angedeutet. Der Punkt 0 bezeichnet das gewünschte Kippzentrum des Wagenkastens in der Längsmittelebene 9, und G den Schwerpunkt des Wagenkastens.

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Pig. 2 zeigt die geometrischen Verhältnisse des Systems bei * stetigem Kurvenlauf mit einer beträchtlichen Neigungsabweichung 0,, so daß also der Fahrzeugkasten durch den Kippantrieb 7 und 8 um die gewünschte Schwenkachse O um einen Winkel 0, gekippt ist. Unter der Fliehkraft MgQ_d wird sich die Auflage gegenüber der Radsatzachse seitlich um eine Strecke

PQ = MgO_d/k_y

bewegen, wobei k die seitliche Aufhängungssteifheit ist. Bei geometrisch richtigen Kippverhältnissen muß der Punkt 0 sich dort befinden, wo die Mittelebene des gekippten Kastens 5 die senkrechte Mittellinie der Radachse, d.h. die senkrechte Längsmittelebene des Fahrzeugs schneidet; es ist also

OP = PQ/sinO_d

! da O, klein ist, und nach Substition für PQ

OP =

Dies gilt für jede Form von seitlicher Aufhängung mit linearer Steifheit k zwischen der Auflage 2 und der Radsatzachse. Bei der Pendelstangenaufhängung nach Fig. 2 ist die seitliche 'Steifheit k = Mg/L (wobei L die Länge der Pendelstange ist) und daher OP = L.

Der Abstand OP hängt daher von der seitlichen Steifheit ab, ist aber von solcher Länge, daß das Gelenk P für ein erfordertes Kippzentrum 0 gewöhnlich unterhalb des Wagenbodens liegt.

Ist die Aufhängung für senkrechte und für Rollbewegungen zwischen dem Kasten 5 und der Auflage 2 angeordnet, wie schematisch in Fig. 5 und k gezeigt, wo diese Aufhängungen beispielsweise als Schraubenfedern 12 in Reihe mit den hydraulischen Hebern 7 und zwischen dem Wagenkasten und der Auflage dargestellt sind, so besteht eine relative Vertikalbewegung Zwischen dem Kasten und

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der schwingenden Auflage. Das Gelenk P wird dann durch eine bei R und S mit dem Kasten 5 und dem Teil 6 verbundene Kuppelstange; j

j 11 ersetzt. Die Stange 11 gestattet diese senkrechte Rollbewe- [

gung, begrenzt jedoch seitliche Bewegungen zwischen der schwingenden Auflage und dem Kasten. . |

Es kann gewünscht werden, daß der Wagenkasten weniger kippt, I als der Neigungsabweichung O^ entspricht. Ist der erforderliche ^! Kippwinkel KO^, so ist, da die seitliche Bewegung der Auflage

unverändert MgO_d/k beträgt, ,

OP = MgO,/k sin (KO,)

= Mg / Kk_y - ■ '

= L/K,

denn die Länge OP der Pendelaufhängung wird so im Verhältnis l/K vergrößert.

Fig. 5 zeigt im Grundriß eine Zuganordnung, bei der ein Paar aufeinanderfolgender Fahrzeuge an ihren Wagenkästen 5a und 5b durch einen Steuerbalken 15 miteinander verbunden sind, der an seinen Enden auf den Mittellinien der beiden Wagenkästen 5 durch senkrechte Gelenke und Rollgelenke 14 angelenkt ist. Die anschließenden Enden der Kästen 5 sind bei 15 so gekuppelt, daß sie beim Kurvenlauf die entsprechende Lage einnehmen können. Der Steuerbalken I^ ist an zwei Radsätzen im wesentlichen in der gleichen Art gelagert, wie der Fahrzeugkasten an dem Radsatz nach Fig. 3 gelagert ist, d.h. mittels einer Verbindungsstange, einer Auflage und Pendelstangen. Eine geeignete konstruktive Anordnung für den Radsatz ist in Fig. 6 gezeigt, wo soweit möglich die gleichen Bezugsziffern und Buchstaben wie in Fig. 3 und 5 benutzt worden sind.

Nach Fig. 6 ist die ein Paar von Rädern 17 tragende Radsatzachse drehbar in Achsbüchsen gelagert, die in Achslagergehäusen 16 untergebracht und daher in Fig. 6 nicht sichtbar sind. Das Lagergehäuse 16 entspricht so dem Rahmen 4 nach den Fig. 1 - 4. Die

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j Auflage 2 hat die Form eines den Radsatz umgebenden starren '- Rahmens und ist an Pendelstangen 3 aufgehängt, die an ihrei*6beren Enden an Joche l6a am Lagergehäuse 1.6 angelenkt sind. Die hydraulischen Heber 7 und 8 sind doppelt vorhanden und dementsprechend mit den Indexbuchstaben a und b bezeichnet. Der Steuer-• balken 13 ist mit dem Auflager durch den Balken 11 verbunden. Die Heber 7a, 7b, 8a und 8b sind mit einem hydropneumatischen oder hydromechanisehen System verbunden, das Aufhängungen für vertikale und für Rollbewegungen in der in Fig. 7 beispielsweise gezeigten Art ergibt.

Die hydraulischen Heber 7a, 7b, 8a und 8b sind an ihren oberen Enden mit einem der Wagenkasten, z.B. 5'a, verbunden. Bei einem ähnliehen Radsatz, der den zweiten der in Fig. 5 gezeigten Radsätze bildet, sind die zugehörigen hydraulischen Heber an den oberen Enden mit dem Wagenkasten 5b verbunden.

Die beiden in Fig. 5 gezeigten Radsätze könnten natürlich durch einen einzigen Radsatz ersetzt werden, in welchem Fall dessen hydraulische Heber mit beiden Wagenkästen 5a und 5b zusammenhängen.

Es ist ferner ersichtlich, daß die Radsatzanordnung nach Fig. auch für ein Fahrzeug wie nach Fig. 3 verwendet werden könnte, wobei die Verbindung R unmittelbar am Wagenkasten anzubringen wäre. - ■ '

Für richtiges Kippen müssen die Gelenke R und S an der Kuppelstange 11 um eine Entfernung Mg/k unter dem Kippzentrum liegen, welche Entfernung für die gezeigte PendelStangenaufhängung gleich der Länge L dieser Pendelstangen ist. Daher sollten die seitlichen Verbindungen von der Auflage 2 zum Steuerbalken 13 und zum Kasten 5 um eine Entfernung L unterhalb des Kippzentrume liegen.

Fig. 7 zeigt eine einfache Form von Kippäntrieb mit den hydraulischeri Hebern 7 und 8. Diese sind doppeltwirkend, d.h. sie haben Arbeitsräume 18, 19,'20 und 21 oberhalb und unterhalb ihrer

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Kolben 22, wobei die Arbeitsräume oberhalb Jedes Kolbens mit dem Arbeitsraum unterhalb des anderen durch Verbindungen I9,- und 20 zusammenhängen. Die beiden Verbindungen I9 und 20 sind selbst durch eine hydraulische Pumpe 210 miteinander verbunden, die durch einen Beschleunigungsmesser 221 gesteuert wird. Veranlaßt durch ein von diesem gegebenes Kippsignal wird hydraulisches Arbeitsmittel aus einem Paar von Arbeitsräumen 18 und 21 in das andere Paar I9 und 20 gepumpt und umgekehrt, je nach der erforderlichen Kipprichtung. Dies veranlaßt die Kolben etwa die in Fig. 2 und 4 gezeigten Stellungen einzunehmen.

Speicher 23 können als pneumatische oder mechanische Federungen ausgeführt sein und so Aufhängungen für senkrechte oder für Rollbewegungen schaffen, wie sie gleichwertig durch die in Fig. 4 dargestellten Federn 12 gebildet werden.

Bei einer Abwandlung der beschriebenen Systeme können die einfachen Gelenkanordnungen zwischen der Auflage und dem Wagenkasten durch ein Gelenksystem ersetzt werden, das im wesentlichen eine Rotationsbewegung um einen gewünschten Schwenkpunkt hervorbringt, der in diesem Fall ein imaginärer Punkt ist. Dies kann nützlich sein, wenn der gewünschte Schwenkpunkt, d.h. das wirkliche Rotationszentrum der Kastenbewegung, in den Fahrgastraum des Wagenkastens hineinfällt, da dann die Gelenkverbindungen vollständig unter dem Kastenboden angeordnet werden können.

Ansprüche -

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Claims

Ansprüche

1.) Schienenfahrzeug mit mindestens einem Radsatz an jedem Ende, ^-gekennzeichnet durch eine von dem Radsatz mittels seitlicher Aufhängung (j) getragenen Auflage (2), die sich gegenüber dem Radsatz seitlich in der Aufhängung "entgegen vorausbestimmter Steifheit derselben bewegen kann., durch Verbindungsmittel (6,11) zwischen jener Auflage (2) und dem Wagenkasten (5)* die ihn zu seitlicher Bewegung mit der Auflage zwingen, wobei Wagenkasten und Auflage miteinander unter der Wirkung der Fliehkraft um einen durch die Steifheit der seitlichen Aufhängung (5) bedingten j Betrag verschoben werden, welche Verbindungsmittel (6,ll) aber seitliches Kippen des Kastens (5) gegenüber der Auflage (2-) zulassen, und durch hilfskraftgesteuerte Antriebsmittel (7*8) zum Kippen des Wagenkastens gegenüber der Auflage um einen mit der Fliehkraft und zugleich seiner seitlichen Verschiebung zusammenhängenden Winkel, wobei das effektive Kippzentrum des Wagenkastens in der senkrechten Längsmittelebene (9) des Fahrzeugs ! und oberhalb des Kastenbodens liegt.

2. Schienenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

der Wagenkasten (5) um seine Verbindung (P,6,11) mit der Auflage '■ (2) schwenkbar ist, die seitliche Aufhängung konstante Steifhext (k ) aufweist, und der Kippantrieb (7,8) den Kasten um einen

der einwirkenden Fliehkraft direkt proportionalen Winkel (KO, wobei K größer, gleich oder kleiner als l) kippt, wobei das ; effektive Kippzentrum des Kastens von dem Schwenkgelenk um eine

Strecke d = Mg/Kk entfernt ist (worin M die Masse des.Kastens ! und der Auflage und g die Sehwerbeschleunigung ist).

■j

3. Schienenfahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die seitliche Aufhängung Pendelstangen (von der Länge L) enthält und ihre Steifheit k = Mg/L ist, so daß der Abstand-zwischen effektivem Kippzentrum und Schwenkgelenk des Kastens d = L/K ist.

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4. Schienenfahrzeug nach Anspruch 2 oder J5* dadurch gekennzeichnet, daß der Wagenkasten (5) um ein einfaches Gelenk (P) schwenkbar :

5. Schienenfahrzeug nach Anspruch 2 oder 3* dadurch gekennzeichnet, daß der Wagenkasten (5) gegenüber der Auflage (2) sowohl für vertikale als auch für Rollbewegungen federnd beweglich ist und ein Verschwenken mittels einer an ihren Enden am Kasten (5) und an der Auflage (2) angelenkten, die vertikale Bewegung zulassenden Kuppelstange (11) bewirkt wird, (Fig.3*4-).

6. Schienenfahrzeug nach Anspruch 2 oder 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen dem Wagenkasten (5) und der.Auflage

(2) ein das Schwenken des Kastens um einen imaginären Schwenk- ■ punkt zulassendes Gelenksystem ist. .

7. Schienenfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kippantrieb zwischen der Auflage (2) und dem Wagenkasten (5) angeordnete hydraulische Heber (7*8) enthält. ■

8. Schienenfahrzeug nach Anspruch 5 und 7, dadurch gekennzeich- ! net, daß die hydraulischen Heber (7,8) mechanisch in Reihe mit der vertikalen Fed/erung (12) zwischen der Auflage (2) und dem Wagenkasten (5) angeordnet sind.

9. Aus Schienenfahrzeugen nach einem der Ansprüche 1 - 8 zusammengesetztes "Fahrzeugpaar, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrzeuge durch einen an seinen Enden an die beiden Fahrzeugkörper (5a,5b) in Abstand von deren Enden angelenkten Steuerbalken (I?) gekuppelt sind und die Verbindungsmittel (6,11) für jedes Fahrzeug zwischen dem Steuerbalken (I3) und je einer der Auflagen (2) angeordnet sind.

10. Fahrzeugpaar nach Anspruch 9* dadurch gekennzeichnet, daß ! mit dem Steuerbalken (I3) nur ein Radsatz verbunden ist.

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11. Fahrzeugpaar nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Steuerbalken zwei Radsätze über entsprechende Auflagen (2) verbunden und die Kippantriebe (7*8) zwischen jeder der Auflagen und je einem zugehörigen Wagenkasten (5a,5b) des Fahrzeugpaares angeordnet sind.

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