DE2259035B2

DE2259035B2 - Arrangement for track guidance of wheelsets

Info

Publication number: DE2259035B2
Application number: DE19722259035
Authority: DE
Inventors: Karl Dr.-Ing. 1000 Berlin Bopp; Rudolf Dipl.-Ing. Mahrt; Fritz Dipl.-Phys. Dr. Schneider
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1972-11-29
Filing date: 1972-11-29
Publication date: 1979-09-20
Also published as: DE2259035A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Spurführung von Radsätzen gleisgebundener Fahrzeuge, bei der die Radsätze jeweils um eine in ihrer Achsmitte gedachte Senkrechte geschwenkt werden, wobei Lageabweichungen der in Achsmitte gedachten Senkrechten von der Sollstellung zur Mittelebene der Gleise mittels den Schienenabstand messender Sensoren erfaßt und durch eine aktive Lageregelung über auf den Radsatz wirkende Stellglieder zu Null gemacht werden.The invention relates to an arrangement for the tracking of wheelsets of track-bound vehicles, in which the wheelsets are each pivoted around an imaginary vertical line in the center of their axis, where positional deviations of the vertical, imagined in the center of the axis, from the nominal position to the center plane of the Tracks are detected by sensors measuring the distance between the rails and activated by active position control actuators acting on the wheelset are made zero.

Solange die Geschwindigkeiten der Schienenfahrzeuge die heute üblichen Werte nicht überschreiten, reichen im allgemeinen die Eigenschaften des passiven, d. h. ungesteuerten starren Radsatzes mit konischen Laufflächen zur Spurführung aus. Fährt dabei ein solcher Radsatz zeitweise nicht in Gleismitte, so rollen das nach außen verschobene Rad auf einem größeren und das nach innen verschobene auf einem kleineren Durchmesser ab. Da über die Starrachse eine Drehzahlgleichheit der beiden Räder erzwungen wird, erhält der Radsatz durch das nach außen verschobene Rad eine größere Geschwindigkeit in Fahrtrichtung, so daß er selbsttätig in die Schienenmitte zurücklenkt. Dieses Verhalten führt zu der als Sinuslauf bekannten Bewegung des Radsatzes. Eine zufällige Störung der Fahrzeuglage klingt somit in Form einer durch Reibung gedämpften Sinusschwingung ab; das Fahrverhalten ist stabil. Die kritischen Frequenzen werden entweder nicht erreicht (unterkritischer Lauf) oder schnell durchfahren (überkritischer Lauf).As long as the speeds of the rail vehicles do not exceed today's normal values, they are sufficient in general the characteristics of the passive, i.e. H. uncontrolled rigid wheelset with conical treads for lane guidance. If such a wheel set does not run in the middle of the track at times, it will roll over outwardly shifted wheel on a larger and the inwardly shifted wheel on a smaller diameter away. Since the rigid axle forces the two wheels to rotate at the same speed, the wheelset is given a greater speed in the direction of travel by the outwardly shifted wheel, so that it is automatic steers back into the middle of the rail. This behavior leads to the movement of the known as the sinusoidal run Wheelset. An accidental disturbance of the vehicle position sounds in the form of one that is dampened by friction Sine oscillation from; the driving behavior is stable. The critical frequencies are either not reached (subcritical run) or drive through quickly (supercritical run).

Bei den wesentlich höheren Geschwindigkeiten, die heute angestrebt werden, müssen die bislang vernachlässigten Faktoren, wie Gleiten und Verformung der Räder, berücksichtigt werden, um die voraussichtliche Stabilität bzw. Instabilität des Fahrverhaltens vorherbestimmen zu können. Es entstehen wesentlich kompliziertere Zusammenhänge zwischen dem Fahrverhalten und dem Fahrzeugparameter. Es genügt nicht mehr, nur einzelne zu Resonanzen führende Geschwindigkeiten zu vermeiden, vielmehr existieren endliche Bereiche der Fahrgeschwindigkeit, in denen der bekannte Sinuslauf instabil werden kann. In diesen instabilen BereichenGiven the much higher speeds that are striven for today, those that have been neglected up to now have to be Factors, such as sliding and deformation of the wheels, are taken into account to make the expected To be able to predict the stability or instability of the driving behavior. Much more complicated ones arise Relationships between driving behavior and vehicle parameters. It's just not enough anymore to avoid individual velocities leading to resonances, rather there are finite ranges of the Driving speed at which the well-known sinusoidal run can become unstable. In these unstable areas

ίο verlaufea die durch unvermeidliche Unregelmäßigkeiten des Gleises angestoßene Sinusschwingungen nicht mehr gedimpfl, sondern wachsen so lange exponentiell an, bis die Spurkränze abwechselnd an den Schienen anschlagen. Düse Instabilität beeinträchtigt die Sicher-ίο run through unavoidable irregularities Sinus vibrations triggered by the track are no longer dampened, but grow exponentially for a long time until the flanges hit the rails alternately. Nozzle instability affects safety

'5 heit der Spurführung und führt bei unzulässig schlechtem Fahrkomfort zu hohem Verschleiß an Spurkränzen, Schienen und Oberbau.'5 is called the track guidance and leads in the event of impermissibly bad Driving comfort to high wear on wheel flanges, rails and superstructure.

Es ist bereits versucht worden, die Schwenkbewegung des Radsatzes bei außermittigem Lauf zu dampfen. Zur Verbesserung des Sinuslaufes ist es dazu bekannt, die Räder nicht auf einer Starrachse, sondern einer geteilten Achse zu befestigen und die gegenseitige Drehbarkeit der Räder durch eine zwischengeschaltete, auch steuerbare Brems·; zu beeinflussen. Nach demselben Prinzip arbeiten auch Ausführungen mit selbständig gelagerten Rädern auf einer Tragachse, wobei die Radnaben verlängert und mit Bremsscheiben ausgestattet sind (DF.-PS 9 50011). Derartige Systeme sind jedoch passiv, nur grob einstellbar, verschleißbehaftet und nicht für aktive Lageregelung vorgesehen.Attempts have already been made to swivel of the wheelset when running off-center. To the To improve the sinusoidal run, it is known that the wheels are not on a rigid axle, but on a split one Axle to attach and the mutual rotatability of the wheels through an intermediary, too controllable brake ·; to influence. According to the same principle, executions with work independently mounted wheels on a support axle, whereby the wheel hubs are lengthened and equipped with brake discs are (DF.-PS 9 50011). Such systems are however passive, only roughly adjustable, subject to wear and tear and not intended for active position control.

Eine steuerbare Reibung zwischen zwei Halbachsen ermöglicht zwar eine Dämpfung des Sinuslaufes, aber, wie aus der Theorie bekannt auf Kosten der Amplitude und des Kurvenverhaltens. Eine weitere bekannte Möglichkeit besseres Fahrverhalten bei höheren Geschwindigkeiten zu erzielen, stellen sogenannte gelenkte Losräder dar. Darunter versteht man lose, auf einer Achse gelagerte Räder, die in Kurven oder bei Abweichungen von der Mittellage mechanisch so gelenkt werden, (laß der Radsatz in die Mittellage zurückfährt Bis zu einer Spitzengeschwindigkeit von 170 km/h haben Züge mit solchen Radsätzen ausgezeichnete Laufeigenschaften (»Glasers Annalen« 76 (1952) S. 110 bis 115). Infolge des verwendeten PrinzipsA controllable friction between two semi-axes allows a damping of the sinusoidal run, but as known from theory at the expense of amplitude and curve behavior. Another well-known Possibility to achieve better driving behavior at higher speeds, so-called steered loose wheels. This means loosely, on an axle mounted wheels, which in curves or with Deviations from the central position are steered mechanically so, (let the wheelset in the central position drives back Up to a top speed of 170 km / h trains with such wheelsets have excellent results Running properties ("Glasers Annalen" 76 (1952) pp. 110 to 115). As a result of the principle used

⁴S der Deichselkette ist jedoch kein Rückwärtsfahren möglich, was betriebstechnisch zu erheblichen Schwierigkeiten führt ⁴ S of the drawbar chain, however, reversing is not possible, which leads to considerable operational difficulties

Für Geschwindigkeiten > 200 km findet zweckmäßig eine aktive Anordnung zur Spurführung Anwendung,For speeds> 200 km, an active arrangement for lane guidance is expediently used,

^o wie sie z. B. durch die DE-PS 8 82 563 bekanntgeworden ist und von der im Oberbegriff des Patentanspruches ausgegangen wird. Dabei erfolgt über eine Hydraulik und spezielle Lenkersysteme ein direktes Lenken, d. h. Drehen des Radsatzes. Das System muß große Kräfte übertragen können und ist insbesondere wegen der Lenkersysteme, relativ verschleißanfällig.^ o how they z. B. became known from DE-PS 8 82 563 and which is assumed in the preamble of the claim. This takes place via a hydraulic system and special steering systems direct steering, i. H. Turning the wheel set. The system must be able to transmit large forces and is particularly due to the Handlebar systems, relatively susceptible to wear.

Aufgabe der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung ist es, eine verbesserte Anordnung zur Spurführung der Radsätze von Hochgeschwindigkeitsfahrzeugen zu schaffen, die einfach aufgebaut und in hohem Maße stör- und betriebssicher istThe object of the invention specified in claim 1 is to provide an improved arrangement for To provide tracking of the wheelsets of high-speed vehicles that are simply constructed and in is highly fail-safe and operationally safe

Diese Aufgabe wird für eine Anordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst daß eine auf eine Drehzahldifferenz der beiden Räder der Radsätze abzielende Regelung Verwendung findet bei der als Stellglied für die Drehzahldifferenz ein gesteuertes Differential vorgesehen ist, das zwischen den beiden Halbachsen des Radsatzes angeordnet einen separatenThis object is achieved for an arrangement of the type mentioned in that one on a Speed difference of the two wheels of the wheel sets targeting control is used in the as Actuator for the speed difference a controlled differential is provided between the two Semi-axles of the wheelset arranged a separate one

steuernden Antriebsmotor aufweisthaving controlling drive motor

Von besonderem Vorteil ist dabei eine Ausführung, bei der bei angetriebenen Achsen der Antrieb auf einen Käfig des gesteuerten Differentials erfolgtOf particular advantage is a design in which the drive is on one when the axles are driven Cage of the controlled differential takes place

Für Radsätze mit konischen Laufflächen kann darüber hinaus auch one auf eine Drehzahldifferenz der beiden Räder der Radsätze abzielende Regelung Verwendung finden, bei der eine Drehzahldifferenz durch eine gesteuerte Verschiebung nur eines Rades siuf der Radsatzachse gegenüber dem Fahrzeugschwerpunkt erfolgt Es ist zwar bekannt, die über eine steuerbare Kupplung verbundenen Halbachsen von Radsätzen durch den Abstand der Räder zur Achsmitte beeinflussende Fhiiddmckmittel trennbar zu machen (US-PS 9 61375). Dabei wird jedoch der Abstand beider Räder zur Achsmitte verändert und ein Verschwenken der Radsätze ist weder beabsichtigt noch erzielbar. Ein Vergleich mit dem Erfindungsgegenstand ist somit nicht möglich.For wheel sets with conical treads can In addition, a regulation aimed at a speed difference between the two wheels of the wheel sets Find use in which a speed difference siuf by a controlled displacement of only one wheel The wheelset axis is carried out against the vehicle's center of gravity. It is known to have a Controllable coupling connected semi-axles of wheelsets by the distance between the wheels and the center of the axle to make influencing lubricants separable (U.S. Patent 9,61375). In doing so, however, the distance between the two Wheels changed to the center of the axle and pivoting of the wheel sets is neither intended nor achievable. A Comparison with the subject matter of the invention is therefore not possible.

Anhand von schematichen Ausführun&jbeispielen wird die Erfindung im nachstehenden näher erläutert Es zeigtUsing schematic examples the invention is explained in more detail below shows

F i g. 1 the principle of position-controlled lane guidance,

Fig.2 eine Spurführung durch Änderung des Radabstandes,2 shows a track guidance by changing the Wheelbase,

Fig.3 eine Spurführung durch ein gesteuertes Differential.Fig. 3 a track guidance by a controlled Differential.

In F i g. 1 wird das Prinzip der lagegeregelten Spurführung anhand einer Achsschwenkung um die Vertikale dargestelltIn Fig. 1, the principle of position-controlled track guidance is based on an axis pivoting by the Vertical shown

Ein auf einem Schienenpaar 1 laufender Radsatz mit starren ode losen Rädern 2 und 2a und einer Achse 3 wird van einem Stellglied 4 in seiner zum Sinuslauf führenden Querbewegungsmöglichkeit beschränkt Das Stellglied 4 ist Teil eines Lageregelkreises auf dem Fahrzeug, bestehend aus den weiteren Regelkreiselementen: Regelverstärker 5, Sensoren 6 und 7 und Sollwertgeber 8. Die Sensoren 6 und 7 geben die Istwerte der Achslage wieder. Diese werden im Regelverstärker 5 mit dem Sollwert des Sollwertgebers 8 verglichen. Lageabweichungen der Achsmittelpunkte der Radsätze zur Mittelebene det Gleises nach der einen oder anderen Seite werden vom Regelverstärker 5 in Kommandos umgesetzt, die das Stellglied 4 betätigen. Dieses schwenkt die Radachse 3 derart, daS eine Abweichung gegen Null gebt Die Schwenkrichtung ist durch einen Doppelpfeil in der Zeichnung angedeutet Das Stellglied 4 greift direkt am Achsmittelpunkt des Radsatzes an. Die Räder können gegebenenfalls auch einzeln »gelenkt« werden. Bei angetriebenenA wheel set running on a pair of rails 1 with rigid or loose wheels 2 and 2a and an axle 3 is restricted by an actuator 4 in its possible lateral movement leading to the sinusoidal run.The actuator 4 is part of a position control loop on the vehicle, consisting of the further control loop elements: control amplifier 5 , Sensors 6 and 7 and setpoint generator 8. Sensors 6 and 7 reflect the actual values of the axis position. These are compared in the control amplifier 5 with the setpoint value of the setpoint generator 8. Deviations in the position of the center points of the axles of the wheelsets in relation to the center plane of the track to one side or the other are converted into commands by the control amplifier 5, which actuate the actuator 4. This pivots the wheel axle 3 in such a way that there is a deviation towards zero. The pivoting direction is indicated by a double arrow in the drawing. The actuator 4 acts directly on the center point of the axle of the wheelset. The wheels can also be "steered" individually if necessary. When powered

ίο Achsen ist aber im allgemeinen die Radsatzlenkung, d.h.ίο axles is generally the wheelset steering, i.e.

Pivoting the common wheel axle is preferable. A conical design of the wheel tread is here

nicht erforderlich.not mandatory.

Fig. 2 shows another way of tracking

rung. Bei dieser Ausführung werden z. B. Starrachsen 11 verwendet, bei denen ein Rad 9 in Achsrichtung gegen das andere verschiebbar ist (Betrag JfJl Die Verschie-. bung wird über den bereits bekannten Regelkreis vom angedeuteten Stellglied 4 gesteuert Wird das bewegliehe Rad 9 nach außen oder innen verschoben, so wird das mit einer großen Masse 10 des Fahrzeugkörpers verbundene gegenüberliegende Rad 9a nur eine sehr viel kleinere gegenläufige Bewegung ausführen. Die Verschiebung soll so erfolgen, daß der Kegelwinkel des verschobenen Rades wie beim normalen Sinuslauf die Achse 11 in Richtung auf die GSeismitte zurückführttion. In this embodiment, for. B. Rigid axles 11 are used, in which one wheel 9 is displaceable in the axial direction against the other (amount JfJl The displacement is controlled via the already known control loop of the indicated actuator 4 the opposite wheel 9a, which is connected to a large mass 10 of the vehicle body, only executes a much smaller counter-rotating movement The shift should take place in such a way that the cone angle of the shifted wheel, as in normal sinusoidal running, returns the axis 11 towards the center of the ice

F i g. 3 deutet die Führung eines Radsatzes mit einzeln angetriebenen Rädern an. Die Führung erfolgt hier durch Vorgabe einer Drehzahldifferenz zwischen den Rädern einer Achse. Diese Ausführungsform ist insbesondere dann zu wählen, wenn die Achse von vornherein über ein Kegelradgetriebe 12 und 13 angetrieben wird. Das Kegelradgetriebe 12 und 13 braucht dann nur durch ein Differential 14 ergänzt zu werden, dessen mit einem Käfig 15 umlaufendes Räderpaar mit einer Winkelgeschwindigkeit angetrieben werden muß, die der gewünschten Drehzahldifferenz proportional ist Dem Käfig ist hierzu noch ein Antriebsmotor 16, z. B. ein Elektromotor, zwischenF i g. 3 indicates the management of a wheel set with individually driven wheels. The tour takes place here by specifying a speed difference between the wheels of an axle. This embodiment is to be selected in particular if the axis has a bevel gear 12 and 13 from the outset is driven. The bevel gear 12 and 13 then only needs to be supplemented by a differential 14 are driven with a cage 15 rotating pair of wheels at an angular speed which is proportional to the desired speed difference. The cage is also a Drive motor 16, e.g. B. an electric motor, between

Assigned to cage and right half-axis 1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Arrangement for the tracking of wheelsets of track-bound vehicles, in which the wheelsets be pivoted around an imaginary vertical line in its axis center, with positional deviations the vertical, imaginary in the center of the axis, from the nominal position to the central plane of the tracks detected by sensors measuring the distance between the rails and activated by active position control actuators acting on the wheelset are made to zero, characterized in that a regulation aimed at a speed difference between the two wheels of the wheel sets finds, in which a controlled differential (14) is provided as an actuator for the speed difference, the Arranged between the two semi-axles of the wheel set, a separate controlling drive motor (16)

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that that with driven axles the drive on a cage (15) of the controlled differential (14) he follows.

3. Arrangement according to claim 1 for wheel sets with conical running surfaces, characterized in that a regulation aimed at a speed difference between the two wheels of the wheel sets finds, at which the speed difference by a controlled displacement of only one wheel on the Wheelset axis takes place opposite the center of gravity of the vehicle