DE1961553B2 - Einrichtung zur Verminderung der Einwirkung von Querkräften auf in einem Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug, befindliche Personen oder Gegenstände - Google Patents

Description

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch während das Tiefpaßfilter zur Unterdrückung höhergekennzeichnet, daß dem Regler (3) außer dem a₅ frequenter Störschwingungen im Hinblick auf das Ausgangssignal des Fühlers (1) noch das Aus- günstigste Regelverhalten und die bestmögliche Untergangssignal eines auf die Winkelgeschwindigkeit scheidung zwischen Nutz- und Störsignalen ausgelegt des Fahrzeugs um seine Hochachse ansprechenden wird. Ein solches Filter hat im Grenzbereich eine Wendekreisels (13) zugeführt wird. wesentlich steilere Kennlinie als die Frequenzkurve

30 eines herkömmlichen Pendels. Außerdem kann die Frequenzgrenze ohne Eingriff in den Beschleunigungs-

messer eingestellt werden.

Weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Einrichtung sind in den Unteransprüchen gekenn-

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Ver- 35 zeichnet. Die Erfindung wird im folgenden an Hand minderung der Einwirkung von Querkräften bei der Zeichnungen erläutert.

Kurvenfahrt auf in einem Fahrzeug, insbesondere Durchfährt ein Eisenbahnwagen mit konstanter

Schienenfahrzeug, befindliche Personen oder Gegen- Geschwindigkeit ν eine Kurve, so wirken auf die Instände, wobei am Wagenkasten ein auf Querbeschleu- sassen bekanntlich zwei Kräfte ein, nämlich die Fliehnigungen ansprechender Fühler angebracht ist und das 40 kraft F und das Gewicht G. In den F i g. 1 a bis Id Ausgangssignal eines an den Ausgang des Fühlers an- ist der typische Verlauf einer Eisenbahnkurve dargegeschlossenen Reglers auf einen Antrieb zum Kippen stellt, und zwar zeigt des Wagenkastens gegenüber dem Fahrgestell um eine Fig. 1 a die Kurve selbst,

zur Fahrzeuglängsachise parallele Achse einwirkt. Fig. Ib ihre Abwicklung,

Bei einer in »Glasers Annalen, Zeitschrift für Eisen- 45 F i g. 1 c den Verlauf der gesamten Fliehbeschleunibahnwesen und Verkehrstechnik ZEV«, 89. Jahrgang, gung und

Heft 7, insbesondere den S. 272 und 273, beschriebenen F i g. 1 d die Aufteilung der Gesamtfliehbeschleuni-

Einrichtung dieser Art dient als Fühler ein in Quer- gung in einen bereits durch die Kurvenüberhöhung richtung wirksames Fliehkraftpendel, dessen Kon- ausgeglichenen und deshalb nach unten gerichteten taktzunge in der Ruhelage zwischen zwei gestellfesten 50 Teil bh, den Bereich der zulässigen Restquerbeschleuni-Kontakten liegt und beim Auftreten einer Fliehkraft gung b_z und den durch Kippen des Wagenkastens ausin der einen Richtung einen elektrischen Kontakt zuglcichenden Anteil bk jeweils über der Streckenschließt. Hierdurch wird ein Stromkreis für die Ein- abwicklung s der Kurve aufgetragen, schaltung eines pneumatischen oder hydraulischen Da sowohl in der Fliehkraft F als auch im Ge-

Kippantriebes an der einen Wagenseite geschlossen, 55 wicht G jeweils die Masse in als Proportionalitätswodurch der Wagenkasten bis zu einem bestimmten faktor auftritt, sind in Fig. Ic und Id nur die entBetrag um seine Längsachse gekippt wird. sprechenden Beschleunigungen aufgetragen.

Mit dem Wagenkasten werden zugleich die Fest- Eine Kurve in einer Eisenbahnstrecke besteht aus

kontakte gegenüber dem Fahrgestell gekippt. Bei zwei Übergangsbogen A und dem eigentlichen Gleis-Kurvenfahrt mit entgegengesetzter Kurvenrichtung 60 bogen B (F i g. la). Beim Einlauf in die Kurve steigt tritt der gegenüberliegende Festkontakt in Funktion. auf dem ersten Übergangsbogen die Fliehbeschleuni-

Nachteilig bei dieser Anordnung ist, daß das Pendel gung b_R zunächst bis zum Beginn des Gleisbogens B auch auf relativ kurz und häufig auftretende Quer- an, bei dessen Durchfahrt die Fliehbeschleuiiigung bei kräfte anspricht, welche beispielsweise bei Über- gleichbleibender Fahrgeschwindigkeit einen konstanfahren von Weichen auftreten oder durch Schlinger- 65 ten Wert beibehält. Am Ende des Gleisbogens B bewegungen bedingt sind. Außerdem bleibt der Wagen, folgt der zweite Übergangsbogen A, auf dem die falls er in der Kurve anhält, unter Umständen in der Fliehbeschleunigung bR wieder bis auf den Wert Null geneigten Lage stehen, wenn nämlich die Neigung abnimmt (F i g. 1 c).

Durch die Fahrbahn- bzw. Gleisüberhöhung in der Kurve wird ein bestimmter Betrag fc_Ä der gesamten Fliehbeschleunigung b_R bereits ausgeglichen. Dieser Betrag ist in F i g. 1 d deshalb mit negativem Vorjeichen über der Ordinate s aufgetragen. Die dann eoch verbleibende Querbeschleur igung b_a entsprechend der ausgezogenen Kurve in F i g. 1 d soll durch Kippen des Wagenkastens WK beseitigt werden. Dieser Ausgleich braucht jedoch nicht vollständig zu ,ein, weil eine geringe restliche Querbeschleunigung b_z dem Fahrgast zugemutet werden kann. Somit hat die Regelung dafür zu sorgen, daß die Querbeschleunitung nie größer wird als der vorgegebene Wert ^, welcher in Fig. Id als strichpunktierte Linie eingetragen ist.

Zur Veranschaulichung der Kräfte, welchen eine Masse m im Schwerpunkt S des Wagenkastens unterworfen ist, soll F i g. 2 dienen. Der Wagen durchfährt eine Kurve mit dem Spurradius R, d. h. dem in die Horizontalebene HE projizierten Radius der Krümmung des Gleisbogens B, von beispielsweise K = 1500 m. Der Schwerpunkt 5 liegt um den Betrag H über der Horizontalebene HE. Die Fliehkraft verläuft parallel zur Horizontalebene HE, demzufolge auch die Fliehbeschleunigung bR. Die Schwerpunkthöhe liegt in der Größenordnung von H = 2 m, d. h., es gilt

Angestrebt wird, die Querkraft Q zum Verschwinden zu bringen, d. h. Q = 0 oder

F ■ cos γ = G · sin γ

(VI)

Setzt man hier die bekannte Beziehung für die Fliehkraft

IO (VIl)

worin m die Masse und ν die Fahrgeschwindigkeit ist, sowie für das Gewicht, dessen Definition

G = m- g

(VIII)

(g = Erdbeschleunigung) ein, so erhält man für den querkraftfreien Zustand Q = 0 für die Zwischenregelgröße ■/ die Beziehung

F v>

¹^' = G=TTg
bzw. für die Querbeschleunigung b_q den Wert

(IX)

tg* = 1=1^^^ = 0,08.

C) b_q = ^- · cos γ - g ■ sin γ

= b_R · cos γ — g · sin γ.

(X)

Auf den Massenpunkt wirkt außer der Fliehkraft F noch das Gewicht G senkrecht zur Horizontalebene HE.

Die Gleise GL sind um den Betrag h überhöht, so daß sie gegenüber der Horizontalebene HE um den Winkel« geneigt sind. Bezogen auf die Spurweite w, gilt die Beziehung

sin u = — .

Vereinfachend wird hier angenommen, daß das Fahrgestell FG mit seiner Ebene parallel zu den Gleisen liegt. Der Wagenkasten WK ist gegenüber dem Fahrgestell FG um den Winkel β geneigt. Hierzu ist, bezogen auf F i g. 2, die rechte Kante des Wagenkastens WK gegenüber der linken um den Betrag k angehoben, was sich durch geeignete hydmulische oder pneumatische Stellzylinder erreichen läßt. Der Wagenkasten WK ist somit mit seinem Boden WB gegenüber der Horizontalebene HE insgesamt um den Querneigungswinkel γ geneigt, d. h.

γ = _Λ + β. (HI)

Zerlegt man nunmehr sowohl die Fliehkraft F als auch das Gewicht G jeweils in eine parallel zum Wagenboden WB verlaufende und in eine senkrecht auf den Wagenboden gerichtete Komponente, so erhält man für die gesamte Bodenbelastung L den Wert

L = G · cos γ + F ■ sin γ

(IV)

und für die resultierende Querkraft Q den Wert

O — F · cos y — G · sin y. (V)

Rechnet man mit einer maximalen Zuggeschwindigkeit in der Kurve von 160 km/h und einem minimalen Spurradius von 1210 m, so ergibt sich ein Gesamtquerneigungswinkel γ = 9,4°. Bei einer Gleisüberhöhung h — 150 mm und einer Spurweiten· von 1500 mm ergibt sich für den Gleisneigungswinkel ein Wert von 0. = 5,7°. Somit braucht der Wagenkasten gegenüber dem Fahrgestell nur um 3,7° geneigt zu werden, um die Fahrgäste völlig querbeschleunigungsfrei durch die Kurve zu fahren. Es zeigt sich nebenbei auch, daß der Uleisneigungswinkel α und der Gesamtneigungswinkel γ wesentlich größer sind als der Winkel ό.

An Hand von F i g. 3 soll nunmehr der Aufbau und die Wirkungsweise einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung erläutert werden: Der den verschiedenen Kräften und Neigungswinkeln ausgesetzte Wagenkasten WK ist mit seinem Stellantrieb im rechten Teil der F i g. 3 in Form eines Funktionsschaltbildes dargestellt und punktiert umrandet, während der linke Teil gestrichelt umrandet den Regelkreis RG wiedergibt. Zunächst soll von beiden Teilen jeweils nur der unterhalb der strichpunktierten Linie Z befindliche Teil betrachtet werden. Wie man sieht, besteht der Regelkreis ^G aus einem Beschleunigungsfühler 1, dessen Ausgangssignal über ein Tiefpaßfilter 2 dem einen Eingang des Reglers 3 zugeführt wird, dessen Ausgangssignal den Stellantrieb 4 zum Kippen des Wagenkastens WK steuert. Der Beschlcunigungsfühler 1 ist der Querbeschleunigung bq ausgesetzt, und der Stellantrieb 4 bestimmt den Kippwinkel β des Wagenkastens. Der Wagenkasten WK ist ferner der Gleisüberhöhung λ sowie der Fliehbeschleunigung bR ausgesetzt. Seine gesamte Querneigung γ entspricht der Summe aus Gleisüberhöhung « und Kippneigung ß, was durch den

Summierpunkt 5 angedeutet wird. Die gesamte Quer- so liefert die Logikschaltung 11 ein Signal an die beschleunigung b_q setzt sich entsprechend Gleichung (X) Differenzierstufe 12, welche dieses Signal dem weiteren aus den Anteilen Or, cosy und g-siny zusammen. Eingang des Reglers 3 zuleitet. Die Schaltun gsgrup-Diese Ableitung und Summierung der Querbeschleuni- pen 11 und 12 können Teil des Reglers 3 sein.
gungfcj aus dem Gesamtneigungswinkel γ und der 5 Die erfindungsgemäße Regelschaltung läßt sich Beschleunigung or kann man sich durch ein cosinus- durch einen Hilfsregelkreis mit einem auf die Winkelbildendes Netzwerk 6 und einen Multiplikator 7 bzw. _{geschwindigkeit ω =} * _{des Fahr}zeugs um seine Hochein sinus-bildendes Netzwerk 8 mit einer nachge- K

schalteten Konstanten 9 sowie einen Summierer 10 achse ansprechenden Fühler, vorzugsweise einem

veranschaulichen. to Wendekreisel 13, noch verbessern. Der Kreisel 13

Das Tiefpaßfilter 2 läßt nur Frequenzen unterhalb dient hier nicht als Dämpfungsrückführung, sondern einer vorgegebenen Eckfrequenz von beispielsweise spricht auf eine andere Bewegungsgröße des Wagens, 2 Hz voll durch, so daß kurze Stöße beim Überfahren nämlich seine Winkelgeschwindigkeit um die Hochvon Weichen sowie durch Schlingerbewegungen des achse an, während der Beschleunigungsmesser 1, wie Wagens in den Gleisen hervorgerufene kurzzeitige 15 erwähnt, die Querbeschleunigung mißt. Durch den Querbeschleunigungen den Regler 3 nicht zum An- zusätzlichen Wendekreisel 13 wird also noch eine sprechen bringen können. Die bei Kurvenfahrt auf- zweite Bewegungsgröße erfaßt und damit dem Regtretenden Querbeschleunigungen folgen auf Grund ler 3 ein weiteres für den jeweiligen Fahrzustand des des Streckenausbaues in wesontlich größeren Ab- Wagens charakteristisches Eingangssignal zur Verständen, so daß mit einem Tiefpaßfilter Auswirkungen ao fügung gestellt.

der erwähnten kurzzeitigen Störbeschleunigungen Im oberen Teil der F i g. 3 ist dieser zusätzliche

wirkungsvoll unterdrückt werden können. Hilfsregelkreis, und zwar oberhalb der strichpunk-

Um am Ende einer Kurve den Wagenkasten WK tierten Linie Z dargestellt. Auf den am Wagenmöglichst schnell wieder in die Normallage abzu- kasten WK befestigten Kreisel 13 wirkt von der senken, kann in Weiterbildung der erfindungsgemäßen 35 Kurvenfahrt die Komponente ω · cos γ der Winkel-Einrichtung einem weiteren Eingang des Reglers 3 ein _{geschwindigkeit ω=}' _{ein Im} Funktionsdiagramm Vorhaltesignal eingegeben werden. Hierzu ist eine R °
Logikschaltung 11 vorgesehen, welche mit ihrem einen des Wagenkastens kann man sich dies als eine MultiEingang an den Ausgang des Beschleunigungsfühlers 1 plikation des Ausgangssignals des Cosinusbildners 6 und mit ihrem anderen Eingang entweder an den Aus- 30 mit der Winkelgeschwindigkeit ω des Wagens in gang des Reglers 3 oder an den Stellantrieb 4 ange- einem Multiplikator 14 vorstellen. Aus der Winkelschlossen ist und somit entscheidet, ob das Ausgangs- geschwindigkeit ω läßt sich außerdem durch Multiplisignal des Beschleunigungsfühlers 1 ein Absenken oder kation mit der Fahrzeuggeschwindigkeit ν in einem ein weiteres Anheben des Wagenkastens WK auf der weiteren Multiplikator 15 die Fliehbeschleunigung or einen Seite erfordert. Ist ein Absenken erforderlich, 35 entstanden denken.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

nicht so groß ist, aaß das Pendel eine Absenkung oder Patentansprüche: ein entgegengerichtetes Kippen kommandiert. Diese Einrichtungen haben sich deshalb in der Praxis als

1. Einrichtung zur Verminderung der Einwir- unzufriedenstellend erwiesen und nicht eingeführt, kung von Querkräften bei Kurvenfahrt auf in 5 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Eineinem Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug, richtung der eingangs genannten Art zu schaffen, befindliche Personen oder Gegenstände, wobei am welche selbsttätig die Geschwindigkeit des Fahrzeuges Wagenkasten ein auf Querbeschleunigungen an- und auch eine etwa schon vorhandene Gleis- oder sprechender Fühler angebracht ist und das Aus- Fahrbahnüberhöhung berücksichtigt, auf kurzzeitige gangssignal eines an den Ausgang des Fühlers an- io Störbeschleunigungen nicht anspricht und die zuvor geschlossenen Reglers auf einen Antrieb zum Kip- geschilderten Nachteile der bekannten Einrichtung pen des Wagenkastens gegenüber dem FahrgesteU mit Zweipunktregler vermeidet, um eine zur Fahrzeuglängsachse parallele Achse Diese Aufgabe wird gelost durch die im Anspruch 1

einwirkt, dadurch gekennzeichnet, gekennzeichnete Erfindung.

daß zwischen den Ausgang des Fühlers (1) und den 15 Während bei einem herkömmlichen Pendel eine Eingang des Reglers (3) ein Tiefpaßfilter (2) einge- niedrige Eigenfrequenz zwangsläufig mit einer relativ schaltet ist, dessen ungedämpfte Eigenfrequenz hohen Dämpfung verbunden ist und zu einer Anetwa 2 Hz beträgt. sprecbverzögerung führt, hat die Verwendung eines

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- Tiefpaßfilters den Vorteil, daß der Beschleunigungskennzeichnet, daß in den Regelkreis eine nur beim ao messer selbst nicht die frequenzmaßige Ansprech-Absenken des Wagenkastens (WK) ein Vorhalte- schwelle der Regeleinrichtung zu bestimmen braucht, signal liefernde Differenzierstufe (12) eingeschaltet sondern eine wesentlich höhere Eckfrequenz, beispielsist. weise in der Größenordnung von 20 Hz haben kann,