DE19818223C1 - Querneigeeinrichtung für Schienenfahrzeuge - Google Patents

Abstract

Bei einer rollenbasierten Querneigeeinrichtung für den Wagenkasten (3) eines Schienenfahrzeuges mit Abstützung zwischen Fahrgestell (6) und Wagenkasten (3) über Neigetraversen (2) mit Stützflächen (4, 4') und Gegenrollen (5, 5') weisen die Stützflächen (4, 4') im Bereich der Berührungsstelle mit den Rollen (5, 5') bei neutraler Neigestellung Vertiefungen (8, 8') auf, welche die Rollen (5, 5') und damit die Relativlage von Wagenkasten (3) und Fahrgestell (6) in dieser Stellung stabilisieren. DOLLAR A Bei Ausfall des Stellantriebes (7, 7') für die Querneigung, insbesondere unter Betriebsbedingungen bei Hochgeschwindigkeits-Neigezügen, ist mit dieser Einrichtung eine passive Selbstzentrierung sichergestellt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Querneigeeinrichtung zwischen Wagenkasten und Fahrgestell eines Schienenfahrzeuges, bei welcher die Abstützung zwischen Wagenkasten und Fahrgestell über Neigetraversen mit Stützflächen vorbestimmter Geometrie und Rollen, deren Drehachsen in Fahrzeuglängsrichtung ausge­ richtet sind, erfolgt und ein zwischen Wagenkasten und Fahrge­ stell wirkender Stellantrieb vorgesehen ist, um den Wagenkasten bezüglich des Fahrgestells durch eine Relativbewegung (Seitenbewegung mit rotatorischer Komponente) zwischen den Nei­ getraversen und den Rollen um dessen Längsachse gesteuert zu neigen.

Derartige Einrichtungen sind bekannt und beispielsweise in DE- OS 15 30 117, EP-A-0 271 592 oder DE-OS 21 45 738 vom Prinzip her beschrieben.

Teilweise handelt es sich bei den bekannten Einrichtungen um solche, welche der Stabilisierung der Fahrzeuge dienen und da­ bei auftretende Querkräfte ausgleichen. Probleme würden bei all diesen Systemen dann auftreten, wenn die Stellantriebe (hydraulisch, elektromechanisch) aus irgend einem Grund ausfal­ len. Die Bewegungen um die Längsachse der Wagenkasten wären dann sich selbst überlassen, d. h. eine Lagestabilisierung wäre unter bestimmten Bedingungen, abhängig von der Lage des Schwer­ punktes relativ zum Neigepol, nicht ausreichend.

Die Lagestabilisierung im Falle einer passiven Notzentrierung ohne aktive Rückstellung des Notantriebes ist unter bestimmten Bedingungen gewährleistet. Die Zentriergüte ist in erster Linie abhängig von der Schwerpunktlage und dem Ort des Neigepoles. Liegt der Schwerpunkt oberhalb des Neigepoles, so liefert die bei Durchfahren einer Kurve einwirkende Querbeschleunigung ein Moment, das den Wagenkasten nach bogenaussen rollen lässt. Aus diesem Grunde ist es wichtig, dem gesamten System ein energe­ tisch günstiges Niveau in der neutralen 0°-Umgebung aufzuprä­ gen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, diese Situation zu verbessern und bei Schienenfahrzeugen mit Querneigeeinrichtung bei Ausfall des Stell- bzw. Neigeantriebes, insbesondere unter Betriebsbedingungen von Hochgeschwindigkeits-Neigezügen, eine ausreichende passive Lagestabilisierung durch Selbstzentrierung sicherzustellen.

Diese Aufgabe wird bei einer Querneigeeinrichtung der ein­ gangs definierten Art erfindungsgemäss durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

Grundlage der erfindungsgemässen passiven Selbstzentrierung ist der reversible Energieeintrag während des Neigeprozesses. Dabei ist der Energieeintrag (durch den Stellantrieb) eine Funktion des eingestellten Neigewinkels und kann auf verschiedene Lei­ stungsprofile variiert werden.

Die gefundene Lösung ist verblüffend einfach und mit geringem Aufwand zu realisieren.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung dar­ gestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die erfindungsgemässe Querneigeeinrichtung, rein schema­ tisch;

Fig. 2 die schematische Darstellung des Neigeprozesses und

Fig. 3 eine Darstellung der Lagestabilisierung, ausgehend von einem erzwungenen Energieniveau.

Fig. 1 der Zeichnung zeigt rein schematisch eine Querneigeein­ richtung für einen über Federsysteme 1, 1' auf einer Neigetra­ verse 2 angeordneten Wagenkasten 3 eines Schienenfahrzeuges. Die Neigetraverse 2 ist mit mindestens zwei Stützflächen 4, 4' ausgerüstet. Diese Stützflächen 4, 4' liegen auf Rollen 5, 5' auf, welche drehbeweglich fest am Fahrgestell 6 montiert sind und deren Drehachsen parallel zur Wagenlängsachse verlaufen. Durch einen Stellantrieb 7, 7', vorzugsweise einen elektrome­ chanischen Stellantrieb, lässt sich die Neigung des Wagenka­ stens 3 bezüglich des Drehgestells 6 auf den jeweils gewünsch­ ten Wert einstellen. Die Stützflächen 4, 4' sind prismatisch und symmetrisch zur Mittelachse der Neigetraverse 2 angeordnet.

In Fig. 1 ist die neutrale Neigestellung, d. h. die 0°- Relativneigung, gezeigt.

Um einen neigewinkelabhängigen Energieeintrag in das System zu erzeugen, ist der momentane Ort des Neigepols von elementarer Bedeutung. Der orthogonale Abstand des Neigepols zum resultie­ renden Vektor (Gewichtskraft und Fliehkraft) liefert den Hebel­ arm des Rückstellmomentes. Durch die spezielle Konturformgebung der Stützflächen können der Ort des Momentanneigepols und somit der wirksame Hebelarm beliebig manipuliert werden. Das ganze System wird auf den Momentanbetrag des Stellkraftvektors opti­ miert, so dass eine auf das jeweils geforderte Leistungsprofil angepasste Stellkraftcharakteristik entsteht. D. h. dass nicht nur eine passive Zentrierung gewährleistet wird, es ist ebenso möglich, eine Stellkraftbegrenzung zu realisieren, die weitest­ gehend unabhängig vom Fahrzeuggewicht ist.

Die erwähnte Konturoptimierung desensiviert das System gegen­ über:

• - innere Reibung
• - parasitären Steifigkeiten
• - dem Einfluss der Schwerpunktvertikallage bei einwirkender Querbeschleunigung
• - Schwerpunktquerexzentrizitäten.

Die Zeichnung zeigt, wie in der dargestellten Stellung die Rol­ len 5, 5' in konkaven Vertiefungen 8, 8' der Stützflächen 4, 4' liegen und durch die alleinige Einwirkung der Schwerkraft in dieser Position stabilisiert werden. Die Vertiefungen 8, 8' ge­ hen beidseitig stetig, z. B. konvex, in die geraden Abschnitte der Stützflächen 4, 4' über, so dass durch Einwirkung der Stel­ lantriebe 7, 7' eine beliebige, der jeweils befahrenen Strecke angepasste Neigung eingestellt und gehalten werden kann.

Bei eventuellem Ausfall der Stellantriebe würde durch Rückstel­ lung (Nutzung des reversiblen Energieeintrages) die Neigetra­ verse mit den Stützflächen selbsttätig in die neutrale Neige­ stellung zurückkehren, in welcher die Rollen 5, 5' in den Ver­ tiefungen 8, 8' gehalten werden. Damit ist eine sogenannte pas­ sive Selbstzentrierung in der neutralen Neigestellung sicherge­ stellt. Eine solche Selbstzentrierung ist insbesondere bei Aus­ fall des Stellantriebes unter Betriebsbedingungen von Hochge­ schwindigkeits-Neigezügen von grossem Vorteil und erhöht die Betriebssicherheit auch im Falle eines Ausfalles des Stell- bzw. Neigeantriebes.

Zur Gestaltung der Stützflächen und der darin vorgesehenen Ver­ tiefungen müssen selbstverständlich die Neigebewegung mit zuge­ hörigen Kraftkomponenten berechnet werden.

Da der Energieeintrag durch den Stellantrieb eine Funktion des Neigewinkels ist, kann auf verschiedene Leistungsprofile vari­ iert werden.

Wesentlich bei der erfindungsgemässen Konstruktion ist die Nei­ getraverse mit den speziell ausgebildeten Stützflächen, insbe­ sondere den genannten Vertiefungen zur Stabilisierung in der neutralen Neigestellung für die damit zusammenwirkenden Rollen.

Grundsätzlich können die Neigetraversen am Wagenkasten und die Rollen am Drehgestell angeordnet sein, wie beim gezeigten Bei­ spiel, oder umgekehrt, d. h. die Rollen am Wagenkasten und die Neigetraverse mit den Stützflächen am Drehgestell.

Ausgehend von einer prismatisch ausgeführten Neigetraverse kom­ men aufgrund der beliebigen Konturformgebungen eine Vielzahl an möglichen Kurvencharakteristiken für die Auflagen in Frage.

Beim gezeigten Beispiel besitzen die symmetrisch angeordneten Stützflächen 4, 4' jeder Neigetraverse 2 eine prismenförmige Geometrie (zueinander geneigte Flächen). Die Stützflächen könn­ ten statt prismenförmig auch jede Art von Kurvenform aufweisen.

Der vorzugsweise elektromechanische Stellantrieb ist in der Re­ gel zwischen Neigetraverse und Fahrgestell angeordnet.

Durch Ein- und Ausfahren des Stellantriebes wird der Neigetra­ verse und damit dem Wagenkasten, bedingt durch die Geometrie der Stützflächen, ein Neigewinkel aufgezwungen, was eine Rota­ tion des Wagenkastens um seine Längsachse ergibt.

Mit der Energiezufuhr (Stellantrieb) erfolgt eine definierte Erhöhung der potentiellen Energie durch Manipulation des Rück­ stellmomentes in Funktion des Neigewinkels. Die Geometrie der Stützflächen liefert die gewünschte Energieeintragscharakteri­ stik, welche bei Ausfall des Stellantriebes dafür sorgt, dass der Wagenkasten in die neutrale Neigestellung (0°- Relativneigung zum Fahrgestell) bewegt wird. Dank den Vertie­ fungen in den Stützflächen wird das System ohne aktive Rück­ stellung in dieser Stellung gehalten (stabilisiert).

Die Fig. 2 und 3 illustrieren die Vorgänge der Kräfte in Abhän­ gigkeit der Neigungswinkel.

Claims (6)

1. Querneigeeinrichtung zwischen Wagenkasten und Fahrgestell eines Schienenfahrzeuges, bei welcher die Abstützung zwischen Wagenkasten (3) und Fahrgestell (6) über Neigetraversen (2) mit Stützflä­ chen (4; 4') vorbestimmter Geometrie und Rollen (5; 5'), deren Drehachsen in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet sind, erfolgt und ein zwi­ schen Wagenkasten (3) und Fahrgestell (6) wirkender Stellantrieb (7; 7') vorge­ sehen ist, um den Wagenkasten (3) bezüglich des Fahrgestells (6) durch eine Relativbewegung zwischen den Neigetraversen (2) und den Rollen (5; 5') um dessen Längsachse gesteuert zu neigen, dadurch gekennzeich­ net, dass in den Stützflächen (4; 4') der Neigetraverse (2) im Bereich der Berührungsstelle mit den Rollen bei neutraler Neigestellung, d. h. 0°-Relativneigung, Vertiefungen (8; 8') vorgesehen sind, welche die Lage der Rollen (5; 5') und damit des Wagenkastens (3) bezüglich des Fahrgestells (6) dieser Stellung stabilisieren.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für sämtliche Rollen (5; 5') im Bereich der genannten Berührungsstellen lagestabilisierende, z. B. konvexe Vertiefungen (8; 8') vorgesehen sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, dass die Vertiefungen (8; 8') beidseitig stetig, z. B. über eine konvexe Kurve, in die übrigen Abschnitte der Stützflächen über­ gehen.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Neigetraversen (2) auf der Wagenkastenseite an­ geordnet sind, während die Rollen (5; 5') am Fahrgestell (6) montiert sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Wagenkasten über Federsysteme (1; 1') an den Neigetraversen (2) abstützt.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekenn­ zeichnet, dass jede Neigetraverse (2), bezüglich der Wagenkasten­ längsachse paarweise symmetrisch angeordnete Stützflächen (4; 4') auf­ weist, welche prismenförmig zueinander ausgerichtet sind oder bogenförmig verlaufen.