DE19918071C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Spurführung von lenkbaren Einzellosrädern bei Schienenfahrzeugen - Google Patents

Abstract

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Stellung einer vorgebbaren Anzahl von Einzellosrädern (1, 2) zur befahrenen Schiene (13, 14) jeweils durch eine Messung des Abstandes zwischen einem festen radnahen Fahrzeugteil (3, 4) und der Schiene (13, 14) als Abstands-Istwert (x¶1¶, x¶2¶) erfaßt; aus den Abstands-Istwerten (x¶1¶, x¶2¶) im Bereich der Einzellosräder (1, 2), die jeweils ein derselben Fahrzeugquerebene zugeordnetes Radpaar bilden, wird wenigstens ein Lenksignal (y) erzeugt; in Abhängigkeit vom Lenksignal (y) wir die Stellung der beiden Einzellosräder (1, 2) des betreffenden Radpaares derart geregelt, daß bei beiden Einzellosrädern (1, 2) der Abstand zwischen dem Spurkranz des Einzellosrades (1, 2) und die Schiene (13, 14) zumindest annähernd gleich groß ist. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist den Einzellosrädern (1, 2) jeweils wenigstens ein Sensor (11, 12) zugeordnet, der an einem festen radnahen Fahrzeugteil (3, 4) angeordnet ist; die Abstands-Istwerte (x¶1¶, x¶2¶) werden einer Auswerteeinrichtung (15) zugeführt, die daraus wenigstens ein Lenksignal (y) erzeugt.

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren und einer Vor­ richtung zur Spurführung von lenkbaren Einzellosrädern bei Schienenfahrzeugen.

Bei Niederflur-Schienenfahrzeugen ist aus konstruktiven Grün­ den keine durchgehende Achse zwischen den beiden Einzellosrä­ dern eines derselben Fahrzeugquerebene zugeordneten Radpaares möglich. Die Einzelräder sind auf sogenannten Stummelachsen gelagert und über ein tieferliegendes Gestänge derart verbun­ den, daß ein Parallellauf der Einzelräder erzwungen wird. Da keine durchgehende Achse vorhanden ist, sind die Einzellosrä­ dern in ihrer Drehzahl unabhängig voneinander.

Je nach Führung der beiden Einzellosräder spricht man entwe­ der von einer Selbstführung oder von einer Zwangsführung. Bei einer Selbstführung ergibt sich die Stellung der Einzellosrä­ der in bezug auf die vom Einzellosrad jeweils befahrene Schiene durch die Geometrie des Rad-Schiene-Kontaktes. Bei einer Zwangsführung wird durch ein Gestänge eine gleisbogen­ abhängige Stellung der Einzellosräder erzwungen.

Ein Beispiel für selbstgeführte Einzellosräder ist das aus der EP 01 35 877 A2 bekannte Einzelrad-Einachs-Fahrwerk (EEF). Bei dem aus der EP 01 35 877 A2 bekannten Fahrwerk bilden jeweils zwei in gleichem Abstand zur Fahrzeuglängsach­ se angeordnete Einzelräder ein Radpaar. Die Lagerung der Ein­ zelräder erfolgt auf Radachsen (Stummelachsen), die jeweils mit einem Lenkhebel fest verbunden sind. Die Lenkhebel zweier gegenüberliegender Einzelräder eines Radpaares sind um fahr­ zeugseitig oder fahrgestellseitig gebildete Schwenkachsen ho­ rizontal drehbar und durch eine Spurstange gelenkig miteinan­ der verbunden. Die Schwenkachsen sind bei dem bekannten Fahr­ werk gemäß einer ersten Ausführungsform hinter den vorlaufen­ den Einzelrädern und vor den nachlaufenden Einzelrädern ange­ ordnet. Der horizontale Abstand der Schwenkachsen von der Fahrzeuglängsachse ist hierbei genauso groß wie der horizon­ tale Abstand der Radaufstandspunkte der Einzelräder von der Fahrzeuglängsachse. Bei einer zweiten Ausführungsform des aus der EP 01 35 877 A2 bekannten Fahrwerks liegen die Schwenk­ achsen und die Radaufstandspunkte in der Fahrzeugquerebene, wobei die Schwenkachsen einen größeren horizontalen Abstand von der Fahrzeuglängsachse aufweisen als die Radaufstands­ punkte.

Bei der dritten Ausgestaltung des Fahrwerks gemäß der EP 01 35 877 A2 sind die Schwenkachsen hinter den vorlaufenden Einzelrädern und vor den nachlaufenden Einzelrädern angeord­ net, wobei der horizontale Abstand der Schwenkachsen zur Fahrzeuglängsachse größer ist als der horizontale Abstand der Radaufstandspunkte.

Das bekannte Fahrwerk soll einerseits eine gute Führung des Fahrzeugs im geraden Gleis auch bei hohen Fahrgeschwindigkei­ ten ermöglichen und andererseits in engsten Gleisbögen mit kleinen Gleisbogenhalbmessern einen verschleißarmen, zwän­ gungsfreien Lauf gewährleisten, wobei die Sicherheit der Spurführung in jedem Fall gewährleistet sein soll. Die für das Funktionieren der Selbstführung erforderliche Güte bei den Radprofilen und bei den Schienenkopfprofilen ist nur mit großer Mühe und Aufwand über einen längeren Zeitraum erreich­ bar. Bei schlechten Profilverhältnissen kann es dazu kommen, daß die Einstellkräfte nicht ausreichen, um ein Anlaufen des Spurkranzes zu verhindern. Dies führt zu einem erhöhten Ver­ schleiß sowohl bei den Rädern als auch bei den Schienen.

Zwangsgeführte Fahrwerke sind in der EP 04 39 573 B1 und in der korrespondierenden US 53 72 073 A beschrieben. Diese Fahrwerke weisen jeweils gekröpfte Radbrücken auf, an denen Einzelräder angeordnet sind, wobei die Radbrücken über einen Längsmitnehmer miteinander verbunden sind. Das Fahrwerk um­ faßt weiterhin einen Fahrgestellrahmen, der radaußenseitig abgestützt ist, und Steuermittel, welche die Räder der über den Längsmitnehmer verbundenen Radbrücken kurvenradial ein­ stellen. Durch die bekannten, für Niederflur-Schienenfahrzeu­ ge geeignete Fahrwerke sollen Bogenfahrten geräuschlos und verschleißfrei ausgeführt werden können.

Ein angetriebenes Fahrwerk mit lenkbaren Einzellaufwerken ist in der EP 04 39 574 B1 beschrieben. Auch in diesem Fall han­ delt es sich um gelenkte Radpaare, die über Gestänge zwangs­ geführt sind und in Kurven den Knickwinkel zwischen den Wa­ genkästen nutzen. Bei den gelenkten Radpaaren gemäß der EP 04 39 573 B1 und der EP 04 39 574 B1 kann es bei Kurvenein­ lauf und bei Kurvenauslauf zu Spurkranzanlauf kommen. Darüber hinaus sind aufgrund unvermeidbarer Toleranzen bei den Anlen­ kungsgestängen und der Wagengeometrie kleine Führungsfehler (< 0,1°) unvermeidbar. Diese kleinen Führungsfehler können allerdings selbst auf geraden Streckenabschnitten zu einem Spurkranzanlauf führen. Sowohl Einzelrad-Einachs-Fahrwerke als auch gelenkte Radpaare erreichen nur mit einem hohen War­ tungsaufwand die Standzeiten von konventionellen Drehgestel­ len.

Die DE 31 11 087 A1 beschreibt eine Einzelradanordnung für Eisenbahnfahrzeuge, wobei jedes Einzelrad um eine Schwenkach­ se verschwenkbar ist, die im wesentlichen senkrecht zur Rad­ drehachse und zur Fahrzeuglängsachse angeordnet ist. Die bei­ den Einzelräder jedes derselben Fahrzeugquerebene zugeordne­ ten Radpaares sind mittels eines Winkelhebels um ihre Schwenkachse horizontal schwenkbar. Die beiden Winkelhebel sind an ihren freien Enden mittels eines mechanischen oder hydraulischen Gestänges miteinander gekoppelt. Durch diese spurstangenähnliche Kopplung der beiden Räder werden uner­ wünschte Lenkmomente um die Schwenkachse des jeweiligen Ra­ des, die zu einem unerwünschten Schwenken des betreffenden Rades führen würde, selbsttätig erfaßt und als entgegenge­ richtetes Lenkmoment zur Kompensation aufgebracht. Damit wer­ den unerwünschte Lenkmomente selbsttätig kompensiert. Die zu kompensierenden Lenkmomente resultierenden aus unterschiedli­ chen Laufwiderständen der Räder, aus unterschiedlichen Brems­ momenten an den Rädern und aus unterschiedlichen Antriebsmo­ menten an angetriebenen Rädern. Durch die beschriebene Anord­ nung soll der durch das Laufflächenprofil erzeugte Sinuslauf der Räder ohne einen verschleißbehafteten Spurkranzanlauf nachgebildet werden.

Bei der aus der DE 31 11 087 A1 bekannten Einzelradanordnung können gemäß einer Ausgestaltung die beiden Räder jedes der­ selben Fahrzeugebene zugeordneten Radpaares jeweils mit einem Schwenkantrieb verbunden sein, der durch eine vorzugsweise elektrische oder elektronische Steuerschaltung ansteuerbar ist. Die Steuerschaltung ist mit den Ausgangssignalen von Sensoren zur Schienenabtastung bzw. zur Radabtastung beauf­ schlagbar und gibt an den Schwenkantrieb ein Steuersignal ab zur Einstellung des jeweiligen Rades um seine Schwenkachse entsprechend dem jeweiligen tatsächlichen Schienenverlauf.

Durch die EP 03 74 290 A1 ist Schienenfahrzeug mit einer Ein­ zelrad-Steuervorrichtung bekannt, bei welcher der Schienen­ verlauf durch eine Schienenverlauf-Meßeinrichtung berührungs­ los gemessen wird. Die Schienenverlauf-Meßeinrichtung umfaßt entweder eine opto-elektronische oder eine magnetische bzw. elektromagnetische Sensoreinrichtung. Die Sensoreinrichtung ist in Fahrtrichtung gesehen vor dem betreffenden Einzelrad angeordnet. Die opto-elektronische Sensoreinrichtung besteht vorzugsweise aus einem Lasersender, der einen auf die jewei­ lige Schiene gerichteten Laserstrahl emittiert. Sie umfaßt weiterhin einen Laserempfänger, der den von der jeweiligen Schiene (Schienenkopf) sowie von einem ebenfalls zur opto­ elektronischen Sensoreinrichtung gehörenden Bezugspunktre­ flektor reflektierten Laserstrahl des Lasersenders empfängt. Die auf opto-elektronischen Sensoren basierende Schienenver­ lauf-Meßeinrichtung beinhaltet ferner eine Auswerteelektro­ nik, die in Abhängigkeit vom erfaßten Schienenverlauf nöti­ genfalls Lenksignale erzeugt, durch die das betreffende Ein­ zelrad jeweils für sich - also unabhängig von den anderen Einzelrädern des Schienenfahrzeugs - entsprechend dem Schie­ nenverlauf gelenkt wird.

Die in der EP 03 74 290 A1 beschriebene opto-elektronische Sensoreinrichtung kann bei vereisten oder schneebedeckten bzw. stark verschmutzten Schienen möglicherweise fehlerhafte Meßergebnisse liefern. Darüber hinaus erfordert die Schienen­ verlauf-Meßeinrichtung zur Vermeidung von langen Rechenzeiten eine relativ komplexe Auswerteelektronik. Weiterhin muß der Laserempfänger in seiner Größe so dimensioniert sein, daß auch bei einem Einfedern des Schienenfahrzeugs noch ein si­ cherer Empfang des reflektierten Laserstrahls gewährleistet ist. Außerdem sind bei der Einzelrad-Steuervorrichtung gemäß der EP 03 74 290 A1 häufige Wartungsarbeiten erforderlich, um mögliche Beschädigungen der Witterungseinflüssen ausgesetzten opto-elektronischen Sensoreinrichtung rechtzeitig zu erken­ nen. Die (elektro-)magnetische Sensoreinrichtung besteht im wesentlichen aus einem Magneten aufweisenden Magnetträger, der am unteren Ende eines vor dem betreffenden Einzelrad an­ geordneten Teleskop-Pendels befestigt ist. Der Magnetträger ist im Teleskop-Pendel, das um einen Schwenkpunkt seitlich schwenkbar ist, horizontal drehbar gelagert. Aufgrund seiner Schwenkbarkeit kann der Magnetträger dem Maximum des Magnet­ feldes zwischen seinen Magneten und der Schiene selbsttätig folgen. Abhängig von der Stellung des Magnetträgers und eines damit gekoppelten Winkelschrittgebers, der den eigentlichen Sensor bildet, wird dann über ein Stellglied das zugehörige Einzelrad entsprechend dem Schienenverlauf gelenkt. Die in der EP 03 74 290 A1 beschriebene magnetische Sensoreinrich­ tung ist zwar gegen Witterungseinflüsse unempfindlicher als die opto-elektronische Sensoreinrichtung, erfordert jedoch relativ viel Bauraum.

DE 42 31 346 C2 beschreibt eine Einzelrad-Steuervorrichtung für horizontal drehbewegliche Einzelräder eines Schienenfahr­ zeugs mit einer Schienenverlauf-Meßeinrichtung zur berüh­ rungslosen Messung des Schienenverlaufs sowie einer Auswerte­ elektronik. Die Schienenverlauf-Meßeinrichtung umfaßt eine induktive Sensoreinrichtung mit einem Sensorpaar, dessen Sen­ soren als U-förmige, mit wenigstens einer Wicklung versehene Ferrit-Kerne ausgebildet sind. Die Pole der Ferrit-Kerne zei­ gen mit ihren Stirnflächen zur Lauffläche der Schiene (Schie­ nenkopf) und sind mit ihrer Längsachse parallel zur Längsach­ se des Schienenfahrzeugs angeordnet. Die Sensoren des Sensor­ paares sind hierbei derart angeordnet, daß durch den einen Sensor der Verlauf der linken Schienenkante und durch den an­ deren Sensor der Verlauf der rechten Schienenkante meßbar ist. Die Messung des Schienenverlaufs ist bei der Einzelrad- Steuervorrichtung gemäß der DE 42 31 346 C2 abhängig vom Zu­ stand des Schienenkopfes. Weist dieser bereits stärkere Ver­ schleißspuren auf, dann treten möglicherweise ungenaue Mes­ sungen auf, die von der Auswerteelektronik nicht erkannt wer­ den. Aufgrund der daraus resultierenden fehlerhaften Lenkung der Einzelräder kann es dann zum Spurkranzanlauf kommen. Wei­ terhin können im Bereich von Weichen oder Kreuzungen Probleme bei der Meßgenauigkeit auftreten.

Durch die DE 22 57 560 A1 ist ein Fahrwerk für Schienenfahr­ zeuge mit einem oder mehreren Radsätzen oder Losrädern be­ kannt. An diesem Fahrzeug sind zur Führung der Radsätze bzw. der Losräder magnetische oder elektrodynamische Elemente so angeordnet, daß sie mit ihren Polen eine vorgebbare magneti­ sche Kraft auf die Schienen ausüben. Die magnetische Kraft der Elemente wird von Sensoren geregelt, die die Lage des Fahrwerkrahmens und/oder der Radsätze relativ zum Gleis mes­ sen. Sowohl die Pole der Elemente als auch die Sensoren kön­ nen z. B. mit dem zur Gleismitte hin liegenden Seitenflächen der Schienenköpfe oder mit der Lauffläche der Schienen zusam­ menwirken. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung können die Sen­ soren auch mit einer Leitschiene, die zwischen oder neben den Schienen verlegt ist, zusammenwirken. Bei einer auftretenden seitlichen Abweichung des Fahrwerks vom Normallauf, der durch den Gleisverlauf vorgegeben ist, erfolgt eine der Abweichung entgegenwirkende Regelung der von den Elementen erzeugten magnetischen Kraft. Dadurch werden der Radsatz bzw. die Los­ räder wieder in ihre Normallage gezwungen. Die magnetischen oder elektrodynamischen Elemente dienen also zur Führung des starren Radsatzes bzw. des Radsatzes mit Losrädern. Die er­ zeugte magnetische Kraft muß relativ hoch sein und muß stän­ dig aufrechterhalten werden, um die Zwangsführung des Fahr­ werks nach dem Gleisverlauf sicherzustellen. Dies erzeugt er­ hebliche zusätzliche Fahrwiderstände, vergleichbar mit einer permanent wirkenden Wirbelstrombremse. Die hierdurch erfor­ derliche größere Traktionsenergie ist wirtschaftlich nicht zu vertreten. Durch die Zwangsführung des Fahrwerks wird darüber hinaus bei einem unregelmäßigen Gleisverlauf der Fahrkomfort der Fahrzeuge beeinträchtigt.

Die DE 23 36 736 A1 beschreibt eine weitere Ausgestaltung des Radsatzfahrwerkes gemäß der DE 22 57 560 A1. Die Elemente zur Erzeugung der magnetischen Kraft sind paarweise symmetrisch zur Fahrwerkslängsachse angeordnet. Die Pole der Elemente und die Sensoren wirken mit den zur Gleismitte hin liegenden Sei­ tenflächen der Schienenköpfe zusammen. Die Pole und gegebe­ nenfalls die Sensoren müssen deshalb vor dem Überfahren von Weichen, Kreuzungen und sonstigen profilbeschränkten Gleis­ stellen von den Seitenflächen der Schienenköpfe entfernt wer­ den. Dies kann z. B. durch Herausschwenken aus dem Gleisbe­ reich erfolgen.

Die DE 24 14 228 A1 behandelt in einer weiteren Ausgestaltung des Radfahrwerkes gemäß der DE 22 57 560 A1 die Messung der Fahrzeuglage bzw. der Fahrwerklage relativ zum Gleis sowie die Regelung der magnetischen Kraft der Elemente, durch die die Radsatzfahrwerke zwangsgeführt werden. Die sich laufend ändernde Lage der Radsatzfahrwerke soll hierbei beispielswei­ se durch Messung des Abstandes, des Verstellweges, der Ver­ stellgeschwindigkeit bzw. der Verstellbeschleunigung oder der Verstellfrequenz mittels Sensoren erfaßt werden. Wenn eine Störung in der Seitenführung der Radsätze beginnt, d. h. nachdem diese vom Normallauf abgewichen sind, werden die Ele­ mente derart geregelt, daß die von den Elementen erzeugte magnetische Kraft der Abweichung der Radsätze vom Normallauf entgegenwirkt. Auch in diesem Fall wird also eine Zwangsfüh­ rung der Radsätze mittels seitlich auf die Räder der Radsatz­ fahrwerke einwirkender magnetischer Kräfte vorgenommen.

Die DE 24 58 101 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Spurfüh­ rung von Rädern, die um eine im wesentlichen vertikale Achse schwenkbar gelagert sind, wobei die Schwenkung durch Sensoren auslösbar ist, die die Ungleichmäßigkeiten der das Fahrzeug tragenden Fahrbahn (Schiene) erfaßt. Die Räder können dadurch in die gewünschte Stellung geschwenkt werden, unmittelbar be­ vor sie die Ungleichmäßigkeiten des Gleises überfahren, wo­ durch Spurkranzanlauf und Seitenstöße auf den Wagenkörper ganz beseitigt werden. Sobald ein Rad eine Ungleichmäßigkeit passiert hat, gibt der Sensor ein Rückstellsignal ab, so daß das Rad in seine normale Stellung zurückgeführt wird, der Spurkranz des Rades also erneut von der Schiene entfernt oder wieder der Schiene genähert wird.

Die DE 23 15 948 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Seiten­ führung von Radsätzen eines Schienenfahrzeugs, die am Radsatz befestigte Magneten aufweist. Diese Magneten erzeugen ein Magnetfeld, durch das infolge einer Kraft-Wechselwirkung zwi­ schen Magnetpolen einerseits und wenigstens einer Schiene an­ dererseits die seitliche Führung des Radsatzes berührungslos bewirkt wird. Gemäß einer Ausgestaltung dieser Vorrichtung kann eine seitliche Auslenkung der Radsätze von der Schiene durch Sensoren gemessen werden und die gemessene Auslenkung durch eine geeignete Regelung der Elektromagneten korrigiert werden. So kann z. B. dem Elektromagneten, der sich von der Schiene entfernt, über die Spulen ein größerer Strom zuge­ führt werden als dem Magneten, der sich der Schiene nähert.

Hierbei handelt es sich wiederum um eine magnetische Zwangs­ führung.

Die AT 165 180 B beschreibt eine Lenkachse für Schienenfahr­ zeuge, bei der die Stellkraft durch unmittelbar über den Schienen angeordnete Steuerorgane, die als Permanentmagneten (als Stabilmagneten bezeichnet) oder als Elektromagneten aus­ geführt sind. Auch hierbei handelt es sich wieder um eine magnetische Zwangsführung, bei der der Spurkranzanlauf des Führungsradsatzes durch Magnete ersetzt wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Spurführung von lenkbaren Einzellosrädern bei Schienenfahr­ zeugen zu schaffen, durch das die Einzellosräder sowohl bei Geradeausfahrt als auch bei Kurvenfahrt spurfehlerfrei lenk­ bar sind.

Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine Vor­ richtung zur Spurführung von lenkbaren Einzellosrädern bei Schienenfahrzeugen zu schaffen, durch die die Einzellosräder sowohl bei Geradeausfahrt als auch bei Kurvenfahrt spurfeh­ lerfrei lenkbar sind.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach An­ spruch 1 bzw. durch eine Vorrichtung nach Anspruch 4 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weite­ ren Ansprüchen beschrieben.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Spurführung von lenkbaren Einzellosrädern bei Schienenfahrzeugen umfaßt folgende Merk­ male:

• a) Die Stellung einer vorgebbaren Anzahl von Einzellosrädern zur befahrenen Schiene wird jeweils durch eine Messung des Abstandes zwischen einem festen radnahen Fahrzeugteil und der Schiene als Abstands-Istwert erfaßt,
• b) aus den Abstands-Istwerten im Bereich der Einzellosräder, die jeweils ein derselben Fahrzeugquerebene zugeordnetes Radpaar bilden, wird wenigstens ein Lenksignal erzeugt,
• c) in Abhängigkeit vom Lenksignal wird die Stellung der bei­ den Einzellosräder des betreffenden Radpaares derart ge­ regelt, daß bei beiden Einzellosrädern der Abstand zwi­ schen dem Spurkranz des Einzellosrades und der Schiene zumindest annähernd gleich groß ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Spurführung von lenkba­ ren Einzellosrädern bei Schienenfahrzeugen umfaßt folgende Merkmale:

• a) Einer vorgebbaren Anzahl von Einzellosrädern ist jeweils wenigstens ein Sensor zugeordnet, der an einem festen radnahen Fahrzeugteil angeordnet ist und durch den die Stellung des betreffenden Einzellosrades zur befahrenen Schiene durch eine Messung des Abstandes zwischen dem festen radnahen Fahrzeugteil und der Schiene als Ab­ stands-Istwert erfaßbar ist,
• b) wenigstens eine Auswerteeinrichtung, welcher die Ab­ stands-Istwerte im Bereich der Einzellosräder, die je­ weils ein derselben Fahrzeugquerebene zugeordnetes Rad­ paar bilden, zuführbar sind und in der aus den Abstands- Istwerten wenigstens eine Lenksignal erzeugbar ist,
• c) jeweils wenigstens ein Stellglied für die beiden Einzel­ losräder eines Radpaares, dem das erzeugte Lenksignal zu­ führbar ist, wodurch die Stellung der beiden Einzellosrä­ der derart regelbar ist, daß bei beiden Einzellosrädern der Abstand zwischen dem Spurkranz des Einzellosrades und der Schiene zumindest annähernd gleich groß ist.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß bei Schienen­ fahrzeugen in Fahrzeugquerrichtung konstante geometrische Verhältnisse zwischen einem festen radnahen Fahrzeugteil und einem Einzellosrad vorliegen. Damit kann der Abstand zwischen einem festen radnahen Fahrzeugteil und der befahrenen Schiene zur Spurführungsregelung - das heißt zur Regelung des Abstan­ des zwischen dem Spurkranz des Einzellosrades und dem Schie­ nenkopf - herangezogen werden.

Ist bei beiden Einzellosrädern der Abstand zwischen dem Spur­ kranz des Einzellosrades und der Schiene zumindest annähernd gleich groß, dann ist bei Geradeausfahrt die Laufrichtung des betreffenden Einzellosrades im Mittel parallel zur Schiene. Bei Kurvenfahrt stellt sich die Laufrichtung des betreffenden Einzellosrades im Mittel tangential zum Schienenbogen ein. Sowohl bei Geradeausfahrt als auch bei Kurvenfahrt ist durch das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 1 bzw. durch die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung nach Anspruch 4 si­ chergestellt, daß der Spurkranz jedes in seiner Spurführung geregelten Einzellosrades einen ausreichenden Abstand vom Schienenkopf einhält. Der durch das Laufflächenprofil der Einzellosräder erzeugte Sinuslauf führt damit im allgemeinen weder beim Befahren von geraden Streckenabschnitten noch beim Befahren von Gleisbögen zu einem Spurkranzanlauf der Einzel­ losräder.

Ein Einzelachs-Fahrwerk, dessen Einzellosräder gemäß dem Ver­ fahren nach Anspruch 1 bzw. durch eine Vorrichtung gemäß An­ spruch 4 gelenkt werden, fährt im allgemeinen mittig auf den Schienen.

Ein zumindest annähernd gleich großer Abstand zwischen dem Spurkranz des Einzellosrades und der befahrenen Schiene liegt bei den beiden Einzellosrädern eines Radpaares immer dann vor, wenn die Differenz der beiden Abstands-Istwerte bzw. die Differenz der aus den beiden Abstands-Istwerten resultieren­ den Abstandssignale zumindest annähernd zu Null wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird deshalb eine Spurführungsre­ gelung durch eine Differenzbildung aus beiden Abstandssigna­ len bevorzugt. Voraussetzung hierfür ist, daß beide Einzel­ losräder eines Radpaares spurstangenähnlich gekoppelt sind und gemeinsam gelenkt werden (Parallelogramm-Lenkung). Der Vorteil der Differenzbildung liegt darin, daß Abstandsände­ rungen der Schienen eines Gleises zueinander und/oder Tempe­ raturabhängigkeiten der Sensoren selbsttätig ausgeglichen werden, da nicht die Absolutmessung der Abstands-Istwerte, sondern nur die Differenz hieraus, die idealerweise zu Null wird, ausgewertet wird. Man erhält damit auf einfache Weise eine adaptive Spurführungsregelung.

Im Rahmen der Erfindung kann es sich bei dem festen radnahen Fahrzeugteil beispielsweise um den Fahrwerksrahmen handeln. Die Sensoren werden damit während ihrer Abstandsmessung nicht von der Sekundärfederung des Schienenfahrzeugs beeinflußt. Die unvermeidbaren Einflüsse der Primärfederung sind demge­ genüber wesentlich kleiner und beeinflussen damit die Ermitt­ lung der Abstands-Istwerte nur äußerst gering.

Falls die Sensoren an einem mit der jeweiligen Stummel- oder Portalachse fest verbundenen Teil, z. B. am Lenkhebel oder am Radlagergehäuse, angeordnet sind, wird die Messung weder von der Sekundärfederung noch von der Primärfederung beeinflußt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung, die eine Draufsicht auf ein Radpaar eines Schienenfahrzeugs zeigt, schematisch dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

In der Zeichnung sind mit 1 und 2 zwei Einzellosräder be­ zeichnet. Beide Einzellosräder 1 und 2 sind derselben Fahr­ zeugquerebene zugeordnet und bilden ein Radpaar.

Das Einzellosrad 1 ist auf einer Stummelachse 3 und das Ein­ zellosrad 2 ist auf einer Stummelachse 4 drehbar gelagert. Beide Stummelachsen 3 und 4 sind jeweils um einen Drehpunkt 5 bzw. 6 um eine vertikale Drehachse horizontal schwenkbar. Die Einzellosräder 1 und 2 sind dadurch lenkbar.

Beide Stummelachsen 3 und 4, im allgemeinen an einer Portal­ achse befestigt, sind im dargestellten Ausführungsbeispiel über jeweils einen Lenkhebel 7 bzw. 8 mit einem gemeinsamen Querlenker 9 verbunden. Man erhält dadurch eine spurstange­ nähnliche Kopplung der beiden Einzellosräder 1 und 2, so daß ein Parallellauf der beiden Einzellosräder 1 und 2 erzwungen wird.

Bei der in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung zur Spur­ führung ist sowohl dem Einzellosrad 1 als auch dem Einzel­ losrad 2 jeweils ein Sensor 11 bzw. 12 zugeordnet. Die Senso­ ren 11 und 12 sind an einem festen radnahen Fahrzeugteil, z. B. an einem mit der jeweiligen Stummelachse 3 bzw. 4 fest verbundenen Teil (Radlagergehäuse des betreffenden Einzel­ losrades 1 bzw. 2), angeordnet.

Falls das Schienenfahrzeug eine Sandstreuanlage aufweist, sollten die Sensoren 11 und 12 möglichst auf der der Sand­ streuanlage abgewandten Seite angeordnet sein.

Als Sensoren sind prinzipiell alle verfügbaren Sensoren, z. B. Laser-, Video-, Infrarot- oder Radarsensoren, einsetzbar. Als besonders vorteilhaft hat sich jedoch die Verwendung von Ul­ traschall-Sensoren erwiesen. Diese Sensoren sind einerseits hinreichend genau, andererseits zeichnen sie sich durch eine große Unempfindlichkeit gegenüber Umwelteinflüssen aus. Auf­ grund ihres konstruktiv einfachen Aufbaus erfordern Ultra­ schall-Sensoren darüber hinaus nur einen geringen Wartungs­ aufwand.

Durch den Sensor 11 wird der Abstand zwischen einem festen radnahen Fahrzeugteil und der befahrenen Schiene 13 (vorzugs­ weise deren Schienenkopf) als Abstands-Istwert x₁ erfaßt.

Analog wird durch den Sensor 12 der Abstand zwischen einem festen radnahen Fahrzeugteil und der befahrenen Schiene 14 (vorzugsweise deren Schienenkopf) als Abstands-Istwert x₂ er­ faßt.

Aufgrund der in Fahrzeugquerrichtung konstanten geometrischen Verhältnisse zwischen dem festen radnahen Fahrzeugteil und dem Einzellosrad 1 bzw. zwischen dem festen radnahen Fahr­ zeugteil und dem Einzellosrad 2 ist der Abstands-Istwert x₁ bzw. x₂ bei dem betreffenden Einzellosrad 1 bzw. 2 ein Maß für den Abstand seines Spurkranzes vom Schienenkopf der be­ fahrenen Schiene 13 bzw. 14.

Die erfaßten Abstands-Istwerte x₁ und x₂, die im Bereich der Einzellosräder 1 und 2 ermittelt wurden, werden einer Auswer­ teeinrichtung 15 zugeführt. Im dargestellten Ausführungsbei­ spiel wird in der Auswerteeinrichtung 15 aus den Abstands- Istwerten x₁ und x₂ ein gemeinsames Lenksignal y erzeugt. Dieses Lenksignal wird einem Stellglied 16 zugeführt, das auf den Querlenker 9 wirkt. Das Stellglied 16 ist hierzu mit dem freien Ende seiner Schubstange 17 außermittig am Querlenker 9 angelenkt.

Das Stellglied 16 kann beispielsweise als elektromechani­ sches, hydraulisches oder pneumatisches Stellglied ausgeführt sein.

Durch den Lenkmechanismus, der die Drehpunkte 5 und 6, die Lenkhebel 7 und 8 sowie den Querlenker 9 umfaßt, wird die Stellung der beiden Einzellosräder 1 und 2 derart beeinflußt, daß bei beiden Einzellosrädern 1 und 2 der Abstand zwischen dem Spurkranz des Einzellosrades 1 bzw. 2 und dem Schienen­ kopf der Schiene 13 bzw. 14 zumindest annähernd gleich groß ist.

Ein zumindest annähernd gleich großer Abstand zwischen dem Spurkranz des Einzellosrades 1 bzw. 2 und dem Schienenkopf der befahrenen Schiene 13 bzw. 14 liegt bei den beiden Ein­ zellosrädern 1 und 2 eines Radpaares immer dann vor, wenn die Differenz der beiden Abstands-Istwerte x₁ und x₂ bzw. die Differenz der aus den beiden Abstands-Istwerten x₁ und x₂ re­ sultierenden Abstandssignale zumindest annähernd zu Null wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird deshalb eine Spurführungsregelung durch eine Differenzbildung aus beiden Abstandssignalen bevorzugt. Voraussetzung hierfür ist, daß beide Einzellosräder 1 und 2 eines Radpaares spurstangenähn­ lich gekoppelt sind und gemeinsam gelenkt werden (Parallelo­ gramm-Lenkung). Der Vorteil der Differenzbildung liegt darin, daß Abstandsänderungen der Schienen 13 und 14 eines Gleises zueinander und/oder Temperaturabhängigkeiten der Sensoren 11 und 12 selbsttätig ausgeglichen werden, da nicht die Absolut­ messung der Abstands-Istwerte x₁ und x₂, sondern nur die Dif­ ferenz hieraus ausgewertet wird. Man erhält damit auf einfa­ che Weise eine adaptive Spurführungsregelung.

Claims (7)

1. Verfahren zur Spurführung von lenkbaren Einzellosrädern bei Schienenfahrzeugen, das folgende Merkmale umfaßt:

• a) Die Stellung einer vorgebbaren Anzahl von Einzellosrädern (1 und 2) zur befahrenen Schiene (13 bzw. 14) wird je­ weils durch eine Messung des Abstandes zwischen einem festen radnahen Fahrzeugteil (Achse 3 bzw. 4) und der Schiene (13 bzw. 14) als Abstands-Istwert (x₁ bzw. x₂) erfaßt,
• b) aus den Abstands-Istwerten (x₁ bzw. x₂) im Bereich der Einzellosräder (1 und 2), die jeweils ein derselben Fahr­ zeugquerebene zugeordnetes Radpaar bilden, wird wenigs­ tens ein Lenksignal (y) erzeugt,
• c) in Abhängigkeit vom Lenksignal (y) wird die Stellung der beiden Einzellosräder (1 und 2) des betreffenden Radpaa­ res derart geregelt, daß bei beiden Einzellosrädern der Abstand zwischen dem Spurkranz des Einzellosrades (1 bzw. 2) und der Schiene (13 bzw. 14) zumindest annähernd gleich groß ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, das das folgende weitere Merk­ mal umfaßt: Die Messung des Abstandes erfolgt zwischen Fahrwerksrah­ men und Schiene, vorzugsweise zwischen Fahrwerksrahmen und Schienenkopf.

3. Verfahren nach Anspruch 1, das zusätzlich folgendes Merk­ mal umfaßt: Die Messung des Abstandes erfolgt zwischen einem mit der Stummelachse (3 bzw. 4) des betreffenden Einzellosrades (1 bzw. 2) fest verbundenen Teil, z. B. Lenkhebel oder Radlagergehäuse, oder der Portalachse und der Schiene (13 bzw. 14) bzw. dem Schienenkopf.

4. Vorrichtung zur Spurführung von lenkbaren Einzellosrädern bei Schienenfahrzeugen, die folgende Merkmale umfaßt:

• a) Einer vorgebbaren Anzahl von Einzellosrädern (1 und 2) ist jeweils wenigstens ein Sensor (11 bzw. 12) zugeord­ net, der an einem festen radnahen Fahrzeugteil (Achse 3 bzw. 4) angeordnet ist und durch den die Stellung des betreffenden Einzellosrades zur befahrenen Schiene (13 bzw. 14) durch eine Messung des Abstandes zwischen dem festen radnahen Fahrzeugteil (Achse 3 bzw. 4) und der Schiene (13 bzw. 14) als Abstands-Istwert (x₁ bzw. x₂) erfaßbar ist,
• b) wenigstens eine Auswerteeinrichtung (15), welcher die Ab­ stands-Istwerte (x₁ bzw. x₂) im Bereich der Einzellosrä­ der (1 und 2), die jeweils ein derselben Fahrzeugquerebe­ ne zugeordnetes Radpaar bilden, zuführbar sind und in der aus den Abstands-Istwerten (x₁ bzw. x₂) wenigstens ein Lenksignal (y) erzeugbar ist,
• c) jeweils wenigstens ein Steilglied (16) für die beiden Einzellosräder (1 und 2) eines Radpaares, dem das erzeug­ te Lenksignal (y) zuführbar ist, wodurch die Stellung der beiden Einzellosräder derart regelbar ist, daß bei beiden Einzellosrädern der Abstand zwischen dem Spurkranz des Einzellosrades (1 bzw. 2)und der Schiene (13 bzw. 14) zu­ mindest annähernd gleich groß ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, die folgendes Merkmal um­ faßt: Der Sensor (11 bzw. 12) ist am Fahrwerksrahmen angeord­ net.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, die folgendes Merkmal um­ faßt: Der Sensor (11 bzw. 12) ist an einem mit der Stummelachse (3 bzw. 4) des betreffenden Einzellosrades (1 bzw. 2) fest verbundenen Teil, z. B. Lenkhebel oder Radlagerge­ häuse, oder der Portalachse angeordnet.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, die folgendes Merkmal umfaßt: Der Sensor (11 bzw. 12) ist von oben in einem Winkel von etwa 45° zum Schienenkopf geneigt.