DE19502670A1

DE19502670A1 - Fahrwerk für Schienenfahrzeuge

Info

Publication number: DE19502670A1
Application number: DE19502670A
Authority: DE
Inventors: Mahmud Dipl In Keschwari-Rasti; Edgar Wischnat
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: KNORR-BREMSE SYSTEME FUER SCHIENENFAHRZEUGE GMBH, 8
Priority date: 1995-01-20
Filing date: 1995-01-20
Publication date: 1996-07-25
Anticipated expiration: 2015-01-21
Also published as: DE59505301D1; DE19502670C2; ATE177381T1; EP0736439B1; EP0736439A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrwerk für Schienenfahrzeuge, bestehend aus einem, mit mindestens einer Laufradachse und mit einem Fahrzeugaufbau versehenen Fahrwerk, sowie mit Mitteln zur elektrischen oder elektropneumatischen oder elektrohydraulischen Beeinflussung der Fahrwerksdämpfung.

Im Automobilbau sind elektrisch oder elektropneumatisch oder elektrohydraulisch beeinflußbare Fahrwerksdämpfungseinrichtungen bekannt. Diese dienen jedoch lediglich dazu, je nach Wahl einstellen zu können, ob die Fahrwerksdämpfung eher sportlich, d. h. hart, oder komfortabel, d. h. weich, gewünscht wird. Bei Schienenfahrzeugen ist eine Fahrwerksdämpfung jedoch nicht alleine, eine Frage des Fahrkomforts, sondern in erheblichem Maße eine Frage der Sicherheit. Ferner geht es bei Schienenfahrzeugen darum, Schwingungen, die durch Gleisunebenheiten oder durch Überfahren von Weichen angeregt werden, zu dämpfen. Dies ist dann weniger eine Frage des Komforts als vielmehr eine Frage der Sicherheit, nämlich die Fahrwerke mitsamt des Fahrzeugaufbaus sicher über solche Gleisabschnitte fahren zu können und ein Entgleisen zu verhindern. Wichtig ist dabei auch, Schwingungen zu vermeiden, die durch oben genannte Gleisabschnitte angeregt werden und entweder im einzelnen Fahrzeug oder im Zugverband resonant weiterschwingen. Solche Fahrzustände sind deshalb extrem gefährlich, weil sich die Schwingungsamplituden beim Ausbleiben einer Dämpfung erhöhen, bis das Schienenfahrzeug aus den Schienen springt. Ferner sind sogenannte Querfederungen bekannt, die Schwingungen oder Auslenkungen zwischen Fahrwerk und Fahrzeugaufbau dämpfen. Bei dieser Art Dämpfeinrichtung werden druckmittelbetriebene Stellglieder zur Dämpfung angesteuert, deren Auslenkung bzw. Einstellrichtung parallel zur Laufradachse verlaufen. Diese Schwingungsbeeinflussung erfordert jedoch in der Re gel die Ausführung eines langsamen Stellweges und eignet sich eher dazu, die o.g. Relativbewegungen oder Schwingungen zwischen Fahrzeugaufbau und Fahrzeug zu dämpfen bzw. zu beeinflussen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem Fahrwerk für Schienen fahrzeuge sicherheitsgefährdende Schwingungen besser zu dämpfen.

Bei einem Fahrwerk für Schienenfahrzeuge der gattungsgemäßen Art wird die ge stellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß direkt am Fahrwerk mindestens ein Sensor angeordnet ist, aus dem oder aus denen Fahrwerksbeschleunigungen ermittelbar sind. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Sensor daher der art angebracht, daß Beschleunigungen im wesentlichen parallel zur Laufradachse ermittelbar sind. Abhängig von dem ermittelten Beschleunigungswert parallel zur Laufradachse, d. h. also in Seitenversatzrichtung des Drehgestelles führt das Stellglied zur Dämpfung jedoch eine Bewegung senkrecht zur Laufradachse, d. h. in der Vertika len aus. D.h. bei der vorliegenden Erfindung liegen Dämpf- bzw. Hub- oder Stellrich tung senkrecht zu der Richtung, in welcher die Beschleunigung gemessen wird. Normalerweise, und so ist es bisher im Stand der Technik bekannt, erscheint eine Dämpfung nur dann effizient und wirkungsvoll, wenn parallel oder antiparallel zu der Richtung, in der die Schwingungen oder Auslenkungen gemessen werden, auch der Stellhub der Dämpfungseinrichtung liegt. Mit anderen Worten heißt dies, daß bei bekannten Einrichtungen der Kompensationshub immer in der Ebene liegt, in der auch die Auslenkung liegt, am besten noch parallel bzw. antiparallel dazu. Bei der vorliegen den Erfindung wird dieses Dämpfungssystem völlig neu artig gelöst, indem die Querbe schleunigungen am Fahrwerk, also die Beschleunigungen parallel zur Laufradachse ermittelt werden und der darauf ausgelöste Stellhub jedoch senkrecht dazu, d. h. beispielsweise in der Vertikalen liegt. Versuche haben gezeigt, daß eine Anstellung der Dämpfung in Vertikalrichtung in sehr effizienter Weise Querschwingungen parallel zur Laufradachse dämpft. Eine zweite Erfindungsvariante, bei der die Anstellung der Dämpfung im wesentlichen parallel und/oder antiparallel zur Fahrtrichtung erfolgt, macht Gebrauch von sogenannten Schlingerdämpfern. Auch hierbei wird das erfindungsgemäße Prinzip angewendet. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Sensor ein nach dem Massenträgheitsprinzip arbeitender Beschleunigungssensor, aus der eine der Beschleunigung direkt proportionale Meßgröße erhalten wird. Desweiteren sind in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung elektronische Mittel vorhanden, mit deren Hilfe das Fahrverhalten ermittel- und/oder aufzeichenbar ist, und daß mit Hilfe der Elektronik Stellsignale zur Beeinflussung der Fahrwerksdämpfung erzeugbar sind. Beim Zusammenstellen eines Zugverbundes ist daher weiterhin vorgesehen, eine Busleitung durch den gesamten Zugverbund zu ziehen, welche am Zugfahrzeug mit einem Diagnoserechner verbunden ist. In diesem können Fahrprogramme abgelegt werden, nach denen die Dämpfungsverhalten veränderbar sind. Desweiteren ist vorgesehen, daß die an jedem Fahrwerk, d. h. an jedem Drehgestell eines Fahrzeugverbundes ermittelten Beschleunigungswerte adressiert auf die Busleitung aufgegeben werden, und beispielsweise im Führerfahrzeug genau diagnostiziert werden können, wo möglicherweise eine Schwin gungsschwachstelle oder eine Schwingungsanregungsstelle im Zugverbund vorliegt, deren Dämpfer dann konkret adressiert, angesteuert werden können, um die Schwingungen beseitigen zu können.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im nachfolgenden näher beschrie ben.

Es zeigt

Fig. 1 Fahrwerk mit Beschleunigungssensor und Vertikaldämpfeinrichtung.

Fig. 2 Fahrwerk mit Beschleunigungssensor und Schlingerdämpfer.

Fig. 3 Signal- und regelungstechnische Einbindung in den Zugverbund.

Fig. 1 zeigt ein Fahrwerk eines Schienenfahrzeugs unter Verwendung der ersten erfindungsgemäßen Variante. Direkt am Fahrwerk 1 ist ein Beschleunigungssensor 3 angeordnet. Dieser Beschleunigungssensor mißt dabei Beschleunigungen im wesentlichen parallel zu den Laufradachsen 2. Der Beschleunigungssensor ist hinsichtlich seines erzeugten, der Beschleunigung proportionalen elektrischen Größe mit einer Elektronik 10 verbunden, welche ihrerseits wiederum mit einer Wagen- und/oder Zugdiagnoseeinheit 20 verbunden sein kann. Aus dieser Zugdiagnose 20 bzw. aus der Elektronik 10 wird abhängig vom Beschleunigungssignal und ggf. abhängig von gewählten Fahrprogrammen das Stellglied 5 einer Dämpfungseinrichtung bestehend aus Stellglied 5 und Stoßdämpfer 4 angesteuert.

Fig. 2 zeigt eine 2. erfindungsgemäße Variante, bei der in der gleichen erfindungsgemäßen Weise ein Beschleunigungssensor 3 an einem Fahrwerk 1 eines Schienenfahrzeuges angebracht ist. Hierbei handelt es sich um ein typisches neuartiges Hochgeschwindigkeitsfahrwerk. Gegenüber dem in Fig. 1 dargestellten relativ starren Drehgestell, ist dieses Schwanenhals-Drehgestell der Fig. 2 in sich elastischer als das in Fig. 1 dargestellte System mit festen Achslagerführungen. Aus diesem Grund wird bei solchen Hochgeschwindigkeitsdrehgestellen wie in Fig. 2 der Einsatz sogenannter Schlingerdämpfer notwendig, die ihren Stellhub bzw. ihre Anstellrichtung im wesentlichen parallel bzw. antiparallel zur Fahrtrichtung haben. Auch hierbei findet die Erfindung einen vorteilhaften Einsatz, indem der Beschleunigungssensor 3 im wesentlichen Beschleunigungen parallel bzw. antiparallel zu den Laufachsen mißt. Das Ausgangssignal dieses Beschleunigungssensors 3 wird wie in Fig. 1 ebenfalls einer Elektronik und/oder einer Wagen- bzw. Zugdiagnoseeinheit 20 zugeführt. Aus dieser heraus werden dann die Schlingerdämpfer 5, in entsprechender Weise angesteuert. Auch bei diesem System ist die Anstellrichtung der Schlingerdämpfer 5′ im wesentlichen senkrecht zu der Richtung, in der die Beschleunigungen gemessen werden, d. h. im wesentlichen senkrecht zu den meßbaren Beschleunigungsvektoren.

Fig. 3 zeigt die meß- und regelungstechnische Einbindung des Systems in eine Elektronik bzw. in ein Zugdiagnosesystem. Der Sensor 3 ist beispielsweise ein nach dem Massenträgheitsprinzip arbeitender Sensor, bei dem auf kapazitivem Wege die Auslenkung einer massebehafteten Membran gemessen wird. Ebenso wäre ein Sensor denkbar, der im wesentlichen aus einem lediglich einer Auslenkung messenden Element besteht, aus welchem durch die 2. zeitliche Ableitung des Ortes nach der Zeit die Beschleunigung gebildet wird. Der Sensor 3 ist ausgangsseitig mit einem Meßwandler 11 verbunden, der ein aufbereitetes elektrisches Signal am Ausgang auf einen Verstärker 12 gibt. Der Ausgang des Verstärkers ist mit einem Tiefpaß 13 verbunden, der hochfrequente Störungen bzw. Schwingungen aus dem System herausnehmen soll und lediglich Signale, die sich aus niederfrequenten Störungen ergeben an den Auswerterechner 14 weitergeben soll. Der Auswerterechner 14 ist in diesem Falle noch mit einem Diagnoserechner 21 verbunden, der zudem noch das ungefilterte Meßwandlersignal erhält. Dieser Diagnoserechner 21 steht in beidseitigem Datenfluß mit einem Monitor 23, der beispielsweise im Zugfahrzeug installiert sein kann. Desweiteren weist in dieser Ausgestaltungsform der Diagnoserechner 21 eine Schnittstelle 22 auf, die mit dem sogenannten Zugbus verbunden ist, über welchen die Beschleunigungssensorsignale, aller Drehgestelle bzw. aller Fahrwerke in adressierter Weise zusammengenommen werden können, und möglicherweise auch Ansteuersignale in adressierter Form an die Dämpfereinrichtungen der Fahrgestelle gegeben werden können, an denen die auftretenden Schwingungen gedämpft werden müssen.

Claims

1. Fahrwerk für Schienenfahrzeuge, bestehend aus einem, mit mindestens einer Laufradachse und mit einem Fahrzeugaufbau versehenen Fahrwerk, sowie mit Mitteln zur elektrischen oder elektropneumatischen oder elektrohydraulischen Beeinflussung der Fahrwerksdämpfung, dadurch gekennzeichnet, daß direkt am Fahrwerk (1) mindestens ein Sensor (3) angeordnet ist, aus dem oder aus denen Fahrwerksbeschleunigungen ermittelbar ist bzw. sind.

2. Fahrwerk für Schienenfahrzeuge, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (3) derart angebracht ist, daß Beschleunigungen im wesentlichen parallel zur Laufradachse (2) ermittelbar sind.

3. Fahrwerk für Schienenfahrzeuge, nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (4, 5, 5′) zur elektrischen, elektropneumatischen oder elektrohydraulischen Beeinflussung der Fahrwerksdämpfung hinsichtlich ihres Stellhubes derart angebracht sind, daß der Stellhub im wesentlichen senkrecht zum gemessenen Beschleunigungsvektor liegt.

4. Fahrwerk für Schienenfahrzeuge, nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellhub in der Vertikalen liegt.

5. Fahrwerk für Schienenfahrzeuge, nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellhub im wesentlichen parallel und/oder antiparallel zur Fahrtrichtung liegt.

6. Fahrwerk für Schienenfahrzeuge, nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (3) ein nach dem Massenträgheitsprinzip arbeitender Beschleunigungssensor ist.

7. Fahrwerk für Schienenfahrzeuge, nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (4, 5, 5′) zur elektrischen, elektropneumatischen oder elektrohydraulischen Beeinflussung der Fahrwerksdämpfung eine Elektronik (10) umfassen, mit deren Hilfe das Fahrverhalten ermittel- und/oder aufzeichenbar ist, und daß mit Hilfe der Elektronik Stellsignale zur Beeinflussung der Fahrwerksdämpfung erzeugbar sind.

8. Fahrwerk für Schienenfahrzeuge nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrwerk mindestens einen Stoßdämpfer (4) enthält und ein den Stoßdämpfer im Dämpfungsverhalten beeinflussendes elektrisches, elektropneumatisches oder elektrohydraulisches Stellglied (5, 5′) aufweist.

9. Fahrwerk für Schienenfahrzeuge nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (4, 5, 5′, 10) zur elektrischen, elektropneumatischen oder elektrohydraulischen Beeinflussung der Fahrwerksdämpfung eine Schnittstelle (22) zu einer Busleitung aufweist, welche im Falle eines Zugverbundes von einem Schienenfahrzeug zum anderen bis hin zum Zugfahrzeug durchverbunden ist.

10. Fahrwerk für Schienenfahrzeuge nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest im Zugfahrzeug oder in mindestens einem der zu einem Zugverbund zusammengekuppelten Schienenfahrzeuge ein Diagnoserechner (21) vorgesehen ist, welcher mit der Busleitung zumindest per Datenfluß verbunden ist und in welchem Fahrprogramme ablegbar sind.

11. Fahrwerk für Schienenfahrzeuge, nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem oder den Sensoren (3) jeweils eines Fahrwerkes jeweils eine Datenadresse zugeordnet ist, derart, daß im Diagnoserechner (21) die übermittelten Beschleunigungssensorwerte jedem einzelnen Fahrwerk im Schienenfahrzeugverbund zugeordnet werden können.