DE19826449C2 - Vorrichtung zur Achsausrichtung von spurgeführten Fahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Achsausrichtung von spurgeführten Fahrzeugen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Insbesondere bei Straßenbahnen, die oftmals aufgrund der durch die Straßenverhältnisse vorgegebenen Trassenführung enge Kurven zu bewältigen haben, ist die Verwendung von starren Radsatzwellen mit hohem Verschleiß an Rad und Schiene verbunden. Um diesem Verschleiß entgegenzuwirken, werden drehbare Radträger verwendet, die um horizontale Achsen drehbar gelagert sind.

Aus der DE 195 38 379 C1 ist ein zweirädriges Fahrwerk mit Einzelradantrieb für spurgeführte Fahrzeuge mit gesteuerter Lenkung bekannt, das pro Radträger zwei jeweils außerhalb der Radaufstandspunkte befindliche vertikale Schwenkachsen aufweist. Dabei wird - unter Arretierung der Position der aktuellen, bogenäußeren Schwenkachse - abwechselnd der Radträger um genau diese Achse geschwenkt.

Es ist bei einem einachsigen Lenkachslaufwerk auch bekannt (DE 43 37 385 A1, DE 195 10 706 A1), einen Fahrwerkrahmen nach Art eines Gelenkvierecks aufzubauen, bei dem zwei parallel zur Laufrichtung des Laufwerks gerichtete Radsatzlenker vor und nach dem Radsatz mittels quer verlaufender Verbindungsmittel miteinander gekuppelt sind. Dadurch wird ein fiktiver Dreh- und Anlenkpunkt in Radsatzmitte durch eine mittelbare Anlenkung des Radsatzes über die Radsatzlenker und die als Ausgleichseinrichtung wirkenden Verbindungsmittel geschaffen. Dabei wird zusätzlich eine Dämpfung der vertikalen, lateralen und longitudinalen Bewegungen der Radsatzlager durch hydraulische Dämpfer und Abstimmung der Federrate und -charakteristik in allen drei Koordinaten durch Schraubenfedern mit definierter Seitensteifigkeit bei zusätzlicher partieller Wirkung und Elastomerpuffern angestrebt. Hier werden bei der Fahrt in der Geraden ein ruhiger Fahrzeuglauf erreicht und gegenradiale Einstellungen unter ungünstigen Einflüssen im Gleisbogen vermieden. Bei Anwendung eines so aufgebauten Lenkachslaufwerks bei Gliederfahrzeugen kann die Ausgleichseinrichtung über ein Hebelwerk mit einer Koppelstange und eingefügtem Federwerk mit einem benachbarten Wagenkasten gekoppelt werden. Dadurch wird der Knickwinkel zwischen den benachbarten Wagenkästen zur bogenradialen Steuerung des betreffenden Lenkachslaufwerks herangezogen. Das Federwerk besteht aus zwei schwachen, gegeneinander verspannten Federn, die zwischen einem Federteller der Koppelstange und einem Federgehäuse angeordnet sind, wobei die Federwirkung so weich bemessen ist, daß der Sinuslauf des Radsatzes nicht unterdrückt wird. Zusätzlich ist noch ein doppelt wirkender Begrenzungsanschlag vorhanden, dessen Spiel der Amplitude des Sinuslaufs des Radsatzes entspricht.

Problematisch bei Schienenfahrzeugen mit einer um ein Gelenk drehbaren Achse ist, daß die Achse aufgrund von unterschiedlichen Störeinflüssen eine entgleisungskritische Pendelbewegung ausführen kann. Diese Pendelbewegung hat insbesondere auf geraden Strecken einen negativen Einfluß auf die Spurstabilität.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die eine drehbare Achse auf geraden Strecken in ihre Neutralposition bewegt, sie dort arretieren kann und Pendelbewegungen der Achse vermeidet.

Gelöst wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1. Weitere vorteilhafte Maßnahmen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Durch Schließen des Sperrmittels wird der Fluß der Hydraulikflüssigkeit durch das Umströmmittel unterbrochen, wodurch der Kolben im Hydraulikzylinder blockiert wird. Da der Kolben ebenfalls mit der Achse verbunden ist, wird ebenfalls die Achse blockiert.

Weiterhin wirken während der Kurvenfahrt Spurführungskräfte, deren Wirkungsrichtung aufgrund der Rad/Schienen-Geometrie immer radial sind. Wenn auch die Achsstellung radial ist, haben die Spurführungskräfte keine Lenkwirkung zur Folge. In der neutralen Achsstellung jedoch hat die Spurführungskraft einen Hebel bzgl. des Drehpunkts, so daß eine Lenkkraft resultiert. Die neutrale Position kann im Falle des Ausfalls der drehmomentgeregelten, aktiven Ausrichtung der Achse durch eine einfache Rückstellfeder nicht gehalten werden. Statt dessen wird die Spurführungskraft die Achse soweit in Richtung gegenradiale Stellung verdrehen bis das resultierende Drehmoment, was u. U. trotz des Ausfalls der aktiven Ausrichtung gegeben sein kann, im Gleichgewicht mit der Rückstellfeder ist.

Um diesem Problem entgegenzuwirken, sind in einer weiteren Ausführungsform die Zylinderkammern durch mindestens zwei Verbindungsleitungen miteinander verbunden. Dabei ist in jeder Verbindungsleitung mindestens ein Absperrventil und mindesten ein Rückschlagventil angeordnet.

Die Rückschlagventile weisen gegenläufige Durchlaßrichtungen auf. Durch Schließen eines der Absperrventile kann die Drehrichtung der Achse vorgegeben werden. Hierdurch ist es auch bei einem Ausfall der aktiven Lenkung möglich, die Achse in die neutrale Position zu bewegen.

Eine weitere Lösung besteht aus mindestens zwei Rückstellfedern, die so um den Drehpunkt der Achse angeordnet sind, daß bei einem Drehen der Achse über die Neutralposition hinweg nur die Spannkraft einer Rückstellfeder auf die Achse wirkt. Somit wird verhindert, daß sich die Vorspannkräfte der einzelnen Rückstellfedern kompensieren.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben; es zeigt:

Fig. 1a ein Schienenfahrzeug auf gerader Strecke, dessen hintere Achse durch eine Rückstellfeder und einen Hydraulikzylinder mit einer Bodengruppen verbunden ist, wobei die hintere Achse durch den Hydraulikzylinder blockiert ist, dessen Absperrventil geschlossen ist;

Fig. 1b das Schienenfahrzeug nach Fig. 1a in einer Kurve, wobei die vorderen Laufräder selbstlenkend sind und die Achse der hinteren Räder durch eine aktiven, drehmomentgesteuerten Einzelradantrieb ausgerichtet sind, wobei das Absperrventil des Hydraulikzylinders geöffnet ist;

Fig. 2a-2c das Verhalten der aktiv ausgerichteten Achse beim Ausfall, der Drehmomentsteuerung;

Fig. 3a-3c das Verhalten der aktiv ausgerichteten Achse beim Ausfall der Drehmomentsteuerung, wobei die Neigung der Achse durch einen Hydraulikzylinder begrenzt wird, der Hydraulikzylinder zwei Verbindungsleitungen aufweist, die jeweils ein gegenläufiges Rückschlagventil und ein Absperrventil aufweisen, und die Absperrventile je nach Stellung der Achse unterschiedlich geschaltet sind;

Fig. 4a-4b das Verhalten der aktiv ausgerichteten Achse beim Ausfall der Drehmomentsteuerung, wobei die Neigung der Achse durch zwei symmetrisch um den Drehpunkt der Achse angeordnete Rückstellfedern begrenzt wird, von denen immer nur eine belastet ist.

Das in den Fig. 1a und 1b dargestellte Fahrzeug 10 besteht aus einer Bodengruppe 25, an der vordere Laufräder 13 und hintere Laufräder 12 befestigt sind. Die in Fahrtrichtung vorderen Laufräder 13 sind selbstlenkend durch eine Einzelradaufhängung 26 mit der Bodengruppe 25 befestigt. Die hinteren Laufräder 12 sind an einer Achse 11 unabhängig voneinander drehbar gelagert.

Die hinteren Laufräder 12 werden vorzugsweise einzeln durch - nicht dargestellte - drehmomentgesteuerte Antriebseinheiten in Rotation versetzt. Hierdurch kann die Ausrichtung der Achse 11, die in einem Gelenk 23 drehbar angeordnet ist, bestimmt werden. Bei einem Ausfall der Antriebseinheiten bewegt eine Rückstellfeder 14 die Achse 11 in ihre neutrale Position.

Für gerade Strecken hat es sich zur Vermeidung von Pendelbewegungen als vorteilhaft erwiesen, die Achse 11 zu arretieren. Ein entsprechendes Arretierungsmittel 27, das mit der Bodengruppe 25 und der Achse 11 verbunden ist, bestimmt die neutrale Position der Achse 11 während der Fahrt auf einer geraden Strecke.

Das Arretierungsmittel 27 besteht aus einem Hydraulikzylinder 15, in dem ein Kolben 17 geführt ist. Der Kolben 17 unterteilt den Hydraulikzylinder 15 in zwei Zylinderkammern 21a und 21b. Die Position des Kolbens 17 wird durch eine Pleuelstange 28 bestimmt, die mit der Achse 11 in Verbindung steht.

Die durch den Kolben 17 gebildeten Zylinderkammern 21a und 21b sind durch eine Verbindungsleitung 18 miteinander verbunden. Bei einer Bewegung der Achse 11, und somit des Kolbens 17, wird die Hydraulikflüssigkeit 22 von der einen Zylinderkammer 21a durch die Verbindungsleitung 18 in die andere Zylinderkammer 21b geleitet, bzw. umgekehrt.

In der Verbindungsleitung 18 ist ein Absperrventil 16 angeordnet, das von einer - nicht dargestellten - Steuerung je nach Bedarf geöffnet und geschlossen werden kann. Bei einer neutralen Stellung der Achse 11 wird das Absperrventil 16 von der Steuerung geschlossen.

Um die Bewegung der Achse 11 zu dämpfen, ist in der Verbindungsleitung 18 ein Drosselventil 19 angeordnet. Der Grad der Dämpfung ist durch ein Stellmittel variabel einstellbar.

Die Fig. 2a bis 2c zeigen das Verhalten des Fahrzeuges ohne Arretierungsmittel. Wie oben bereits ausgeführt, wirken während der Kurvenfahrt Spurführungskräfte, deren Wirkungsrichtung aufgrund der Rad/Schienen-Geometrie immer radial sind. Die Wirkungsrichtungen der Kräfte sind durch entsprechende Pfeile in den Zeichnungen gekennzeichnet. Wenn ebenfalls die Achsstellung radial ist, haben die Spurführungskräfte im wesentlichen keine Lenkwirkung zur Folge.

In neutraler Achsstellung haben die Spurführungskräfte einen Hebelarm bezüglich des Gelenks 23, aus dem eine Lenkkraft resultiert. Die neutrale Position kann bei Ausfall der drehmomentgeregelten, aktiven Ausrichtung der Achse 11 durch eine einfache Rückstellfeder nicht gehalten werden. Statt dessen wird die Spurführungskraft die Achse 11 soweit in Richtung gegenradiale Stellung verdrehen, bis das resultierende Drehmoment, was u. U. trotz des Ausfalls der aktiven Ausrichtung gegeben sein kann, im Gleichgewicht mit der Rückstellfeder 14 ist. Eine solche gegenradiale Stellung ist entgleisungskritisch.

Die Fig. 3a bis 3c zeigen, wie durch eine weitere Ausführungsform, die gegenradiale Stellung der Achse 11 beim Ausfall der aktiven Steuerung vermieden werden kann.

Die Zylinderkammern 21a und 21b sind durch zwei Verbindungsleitungen 18a und 18b verbunden, wobei in jeder Verbindungsleitung 18a und 18b ein Absperrventil 16a bzw. 16b angeordnet ist. Zusätzlich weist jede Verbindungsleitung 18a und 18b ein Rückschlagventil 20a bzw. 20b auf, dessen Durchlaßrichtung gegenläufig ist. Hierdurch wird die Unsicherheit vermieden, daß die Rückstellfeder 14 die Achse 11 aufgrund von Störkräften nicht sofort in die richtige Richtung bewegen kann. Die Bewegungsrichtung der Achse kann durch Öffnen und Schließen eines der Absperrventile 16a und 16b bestimmt werden, um die beschriebene kritische Situation zu vermeiden.

Fig. 4 zeigt eine weitere Möglichkeit der Ausrichtung der Achse 11 mit Hilfe von zwei Rückstellfedern 14a und 14b. Diese sind so um das Gelenk 23 der Achse 11 angeordnet, daß bei einem Drehen der Achse 11 über die Neutralposition hinaus nur die Spannkraft einer Rückstellfeder 14a bzw. 14b auf die Achse 11 wirkt. Hierdurch wird erreicht, daß sich die Vorspannkräfte nicht kompensieren. Durch Anschläge 24a und 24b wird die Entspannung der Rückstellfedern 14a und 14b über die neutrale Stellung hinaus begrenzt. Hierdurch ist bei einer Rechtsdrehung der Achse 11 nur die linke und bei einer Linksdrehung nur die rechte Rückstellfeder im Eingriff. Die Rückstellfedern 14a und 14b sind vorzugsweise symmetrisch um das Gelenk 23 angeordnet.

Die Kräfte, die für eine Drehung der Achse 11 aus der Neutralstellung benötigt werden, sind dem Kurvenverlauf in Fig. 4 zu entnehmen. Die Kreuze auf den abgebildeten Funktionen stellen die aktuelle Kraft dar, die auf die Achse 11 in Abhängigkeit von der Winkelstellung wirkt.

Weiterhin umfaßt die Erfindung spurgeführte Fahrzeuge, die mit den beschriebenen Arretierungs- und Achsausrichtmitteln ausgerüstet sind.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Achsausrichtung einer um ein als Hochachse wirkendes Gelenk (23) schwenkbar gelagerten Radachse (11) eines spurgeführten Fahrzeugs (10) in eine Neutralposition und zu ihrer Arretierung in der Neutralposition, mit

• a) zwei unabhängig voneinander auf der Radachse (11) gelagerten antreibbaren Laufrädern (12),
• b) wenigstens einem Hydraulikzylinder (15), der über einen Kolben (17) mit der Radachse (11) verbunden ist,
• c) mindestens einem Sperrmittel (Absperrventil 16 oder Absperrventile 16a und 16b), das den Fluß von Hydraulikflüssigkeit (22) im Hydraulikzylinder (15) beeinflußt,
• d) mindestens einer Rückstellfeder (14, 14a bzw. 14b), die mit der Radachse (11) verbunden ist und die Radachse (11) zur Neutralposition hin beaufschlagt, und mit
• e) einer Steuerung, welche das Sperrmittel jedenfalls in der Neutralposition der Radachse (11) derart steuert, das der Fluß der Hydraulikflüssigkeit unterbrochen ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

• a) die Radachse (11) um das mittig angeordnete Gelenk (23) schwenkbar gelagert ist,
• b) mindestens eine äußere Verbindungsleitung (18, 18a bzw. 18b) vorgesehen ist, welche die durch den Kolben (17) gebildeten Zylinderkammern (21a und 21b) des Hydraulikzylinders (15) miteinander verbindet, und
• c) das Sperrmittel in der Verbindungsleitung (18, 18a bzw. 18b) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindungsleitung (18, 18a bzw. 18b) ein Drosselventil (19) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderkammern (21a und 21b) durch mindestens zwei Verbindungsleitungen (18a bzw. 18b) miteinander verbunden sind und in jeder Verbindungsleitung (18a, 18b) mindestens ein Absperrventil (16a bzw. 16b) und mindestens ein Rückschlagventil (20a bzw. 20b) angeordnet ist, wobei die Rückschlagventile gegenläufige Durchlaßrichtungen aufweisen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperrventile (16a und 16b) getrennt voneinander schaltbar sind.

5. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Radachse (11) mindestens zwei Rückstellfedern (14a bzw. 14b) zugeordnet sind, die so um das Gelenk (23) der Radachse (11) angeordnet sind, daß bei einem Drehen der Radachse (11) über die Neutralposition hinaus nur die Spannkraft einer Rückstellfeder (14a bzw. 14b) auf die Radachse (11) wirkt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfedern (14a und 14b) in der Neutralposition der Radachse vorgespannt sind, wobei das Entspannen der Rückstellfedern (14a und 14b) über die Neutralposition hinaus durch einen Anschlag (24a bzw. 24b) verhindert wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfedern (14a bzw. 14b) symmetrisch um das Gelenk (23) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichtung der Radachse (11) durch unterschiedliche Drehmomente, die durch Antriebseinheiten auf die Laufräder (12) wirken, einregelbar ist.