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Räderfahrwerk für Schienenfahrzeuge mit magnetischer oder elektrodynamischer
Beeinflussung der Führung im Gleis.
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Die Hauptpatentanmeldung P 22 57 56o.6 betrifft Fahrwerke für Schienenfahrzeuge
mit mindestens einem am Fahrwerkrahmen angeordneten Radsatz oder Losradpaar. Solche
Fahrwerke sind als Fahrzeugrahmen oder als Drehgestell mit mindestens zvjei Radsätzen
oder Losradpaaren bekannt. Bekannt sind auch Fahrzeugrahmen (TALGO-Zug) und Drehgestelle
(Lenkdreiachser oder Lenkzweiachser) mit nur einem Radsatz oder Losradpaar, deren
Halterung im Fahrzeug und deren Stellung in Gleisrichtung durch besondere an sich
bekannte Massnahmen erfolgt.
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Den Vorschlägen der Hauptpatentanmeldung liegt die Aufgabe zugrunde,
die Radsätze oder Losräder bei ihrer Aufgabe der Seitenführung des Fahrzeugs im
Gleis zu kontrollieren und zu unterstützen und dann sofort durchgreifend einzugreifen
wenn eine Störung in der Seitenführung beginnt; Die Eriinc'u ermöglicht es auch,
auf die Seitenführung des Fahrzeugs durch die Radsätze oder Losräder ganz zu verzichten
und diese AUÎ-gabe ausschliesslich den Massnahmen der Erfindung zu überlassen.
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Diese Aufgabe wird nach den Vorschlägen der Hauptpatentanmeldung dadurch
gelöst, dass die Pole von am Fahrwerk angeordneten magnetischen oder elektrodynamischen
Elementen mit den Schienen oder besonderen Leitschienen zusammenwirken und in den
Eigenschaften ihrer Kraftwirkung wie Kraftgrösse, Kraftn Verstellweg-Charakteristik
und deren Abhägigkeit von Verstellgeschwindigkeit, Verstellbeschleunigung, Verstellfrequenz
und dergleichen über elektronische Rechenwerke von Sensoren gesteuert werden, die
die laufend sich ändernde Lage des Fahrwerkrahmens und/oder der Radsätze oder Losräder
relativ zum Gleis laufend messend erfassen und für eine optimale Seitenführung auswerten.
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Die erste Zusatzpatentanmeldeung P 23 36 786.4 schlägt Möglichkeiten
der Gestaltung, Anordnung und Wirkungsweise der
erfindungsmässigen
Massnahmen eingehender vor. Sie schlägt beispielsweise vor, am vor- und nachlaufenden
Ende eines Fahrwerks die nicht zur Gleisebene parallel liegenden Kraft vllrkungen
der Elemente gegenläufig so zu steuern, dass Nickbewegungen des Fahrwerkrahmens
entgegengewirkt wird. Sie schlägt weiterhin vor, die magnetischen oder elektrodynamischen
Elemente ur.d/oder ihre relativ zum Gleis messenden Sensoren wahlweise oder zusätzlich
unmittelbar am Wagenkasten anzuordnen sowie die Kraftwirkung der Elemente unter
Umständen von Hand oder von am Gleis angeordneten oder von zwischen relativ zueinander
sich bewegenden F.ahrzeugteilen oder Fahrwerkteilen angeordneten und messenden Befehlsgebern
zu steuern.
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Die lirkungsreise der von der Hauptpatentanmeldung und von der erster
Zusatzpatentanmeldung voroeschlagellen Massnahmen ist wie folgt: Weicht das Fahrzet:'-
oder Fahrwerk seitlich von der Sollmittellinie des Gleises ab, dann registrieren
die Sensoren auf der einen Seite eine Abstandsvergrösserung und auf der anderen
Seite eine Abstandsverminderung von der Leitfläche ihrer Leitschiene und steuern
die Kraftwirkung der Pcle so, dass sofort bei Beginn einer solchen Abweichtendenz
dieser entgegengewirkt wird und das Fahrzeug oder Fahrwerk in die Mittellage zurückgeführt
wird.
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Neben dieser unmittelbaren Einwirkung auf die Seltenführung des Fahrzeugs
oder Fahrwerks erfolgt auch eine mittelbare Einwirkung auf die Seitenführung im
Gleiskanal, nämlich durch eine Einwirkung auf den die Seitenführung bewirkenden
Sinuslauf der Radsatze oder Schräg- beziehungsweise Geradeauslauf der Losräder.
Will beispielsweise der vorlaufende Radsatz oder das vorlaufende Losrad an der rechten
Schiene anlaufen und kommt demzufolge das Fahrwerk mit den Radsätzen oder Losrädern
in eine Winkelstellung zur Gleislängsachse, so wird die Kraftwirkung der Pole durch
die von den Sensoren registrierten Abstandsänderungen dem entgegenwirkend so gesteuert,
dass
die Pole am vorlaufenden Ende des Fahrwerks diesem eie Krafteinvrirkung nach links
und unter Umständen die Pole am nachlaufenden Ende des Fahrwerks diesem eine Krafteinwir.-kung
nach rechts erteilen. Dadurch erhalten die Radsatze oder Losräder wieder ihre für
eine gute Seitenführung richtige Winkelstellung relativ zur Gleislängsachse, womit
auf deren die Seitenführung bewirken den Sinuslauf beziehungsweise Laufrichtung
berichtigend eingewirkt wird.
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In der vorstehend aufgezeigten Weise kann eine kleinere Wrattwirkung
der Pole mittels ihrer Einwirkung auf die Winkels tellung und Winkelbewegung der
Radsätze oder Losräder relativ zur Gleislängsachse die stärkere Sinuslauf-Seitenführungskraft
der Radsätze beziehungsweise Seitenführungskraft der Losräder als Servokraft so
steuern, dass das Fahrwerk mit seinen Radsätzen oder Losrädern die angestrebte Führung
in Gleismitteö mit nur sehr geringen seitlichen Abweichnungen bewahrt beziehungsweise
bereits bei beginnender Störung zurückerhält.
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Die hier vorliegende zweite Zusatzpatentanmeldung erläutert die Wirkungsweise
der Messung der Lage des Fahrzeugs, des Fahrwerks und/oder der Radsätze oder Losräder
relativ zum Gleis oder Teile dieser zueinander durch die Sensoren und/ oder Befehlsgeber
so wie sie die Hauptpatentanmeldung und die erste Zusatzpatentanmeldung beinhalten,
nämlich dass die Lage, die sich beim Lauf des Fahrzeugs laufend ändert, mit allen
ihren Faktoren wie Abstand, Verstellweg, Verstellgeschwindigkeit, Verstellbeschleunigung,
Verstellfrequenz und dergleichen laufend messend erfasst wird und dass diese Daten
zur Steuerung der Kraftwirkung der Elemente für eine optimale Seitenführung in elektronischen
Rechenwerken ausgewertet werden.
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Die zweite Zusatzpatentanmeldung schlägt weiterhin vor, nicht nur
die Lage beziehungsweise die Verstellbewegungen von Fahrzeugteilen
relativ
zum Gleis sondern auch zusätzlich dazu oder wahlweise die Lage und die Verstellbewegungen
von Fahrzeugteilen relativ zu einem orstfesten Koordinatensystem laufend messend
zu erfassen und auszuwerten.
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Zwecks einer besonders kräftigen und schnellwirkenden Beeinflussung
der Winkelstellung und Winkelbewegung der Radsätze oder Losräder relativ zur Gleislängsachse
und damit des die Seitenführung bewirkenden Sinuslaufs beziehungsweise Geradauslaufs
wird weiterhin vorgeschlagen, an sich bekannte (OS 2.251.978 und ZEV-Glas.Ann. 96
(1972) Nr.6 8.
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183-18l+) zva£chen Fahrzeugteilen wirkende bezüglich ihrer Kraftvdrkung
von Sensoren und/oder Befehlsgebern iiber elektronische Rechenwerke laufend gesteuerte
magnetische oder elelitrodynamische Elemente so anzuordnen, dass sie erfindungsmässig
die Winkelstellung und Winkelbewegung der Radsätze oder Losräder relativ zur Gleislängsachse
beeinflussen.
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Diese zwischen Fahrzeugteilen wirkenden Elemente können zusätzlich
zu den mit dem Gleis zusammenwirkenden Elementen oder ausschliesslich dieser angeordnet
werden oder wirken.
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Auf die vorbeilaufenden Schienen wirken die magnetischen oder elektrodynamischen
Elemente mit ihrer freiliegenden Polfläche über eine eine gegenseitige Berührung
ausschliessende Nindestdistanz ein, die andererseits auch nicht zu gross werden
darf, um die Kraftwirkung nicht Ubermässig zu beeintthtigen. Damit sind ihrer Kraftwirkung
in Grösse und Charakteristik enge Grenzen gesetzt, zumal der Einbauraum für die
Pole dieser Elemente im Spurkranzlichtraumprofil neben den Schienenköpfen sehr begrenzt
ist.
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Dagegen können zwischen Fahrzeugteilen wirkende magnetische oder elektrodynamische
Elemente beiderseits mit festen Kraftangriffsstellen an den Fahrzeugteilen ausgeführt
werden und es steht für diese Elemente mehr Einbauraum zur Verfügung.
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Diese Elemente können beispielsweise als Solenoide oder
dergleichen
ausgebildet werden, denen eine wesentlich grössere Kraftwirkung gegeben werden kann
und die bezüglich ihrer Kraft-Verstellweg-Charakteristik und deren Abhängigkeit
von Verstellgeschwindigkeit, Verstellbeschleunigung, Verstellfrequenz und dergleichen
sehr freizügig ausgelegt werden können.
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Die zwischen Fahrzeugteilen wirkenden Elemente, die die Winkelstellung
und Winkelbewegung der Radsätze oder Losräder relativ zur Gleislängsachse unmittelbar
beeinflussen sollen, können besonders günstig unmittelbar zwischen Achslagern und
Fahrwerkrahmen angeordnet werden. Dort finden die berichtigenden Verstellkräfte
die geringstmöglichen zu verstellenden Massen vor und können dementsprechend optimal
schnell bereich tigend starken.
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Die Elemente können aber auch beispielsweise zwischen Wagenkasten
und Drehgestell angeordnet werden. Uber die Winkelverstellung des Drehgestells relativ
zum Wagenkasten werden die Radsätze oder Losräder in ihrer Winkelstellung relativ
zur Gleislängsachse unmittelbar beeinflusst, sofern sie in Horizontalebene ausreichend
starr im Drehgestellrahmen gehaltert sind.
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Die Elemente können aber auch unmittelbar zwischen den beiden Drehgestellen
eines Wagens wirkend eingebaut werden. Damit kann auch die an sich bekannte Kopplung
beider Drehgestelle miteinander für eine optimale Seitenführung und ge ringsmöglichen
Spurkranzverschleiss beeinflusst werden. Mit gleicher Wirkung können die Elemente
auch zwischen den Gliedern von Gliederzügen wirkend angeordnet werden.
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Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in Zeichnungen dargestellt
und werden im folgendem näher beschrieben. Es zeigen
Figur 1 die
Draufsicht auf eine Hälfte eines zweiachsigen Drehgestells, bei dem mittels zwischen
Achslagern und Drehgestellrahmen angeordneten Solenoiden die Winkelverstellung der
Radsätze relativ zur Gleislängsachse beeinflussende Kräfte, Bewegungen und Hemmungen
ausgeübt werden können, Figur 2 die Draufsicht auf eine Hälfte eines Drehgestellwagens
bei dem mittels zwischen Drehgestell und Wagenkasten angeordneten Solenoiden die
Winkelverstellung relativ zur Gleislängsachse beeinflussende Kräfte, Bewegungen
und Hemmungen auf das Drehgestell und auf die im Drehgestell ausreichend starr gehalterten
Radsätze ausgeübt werden können, Figur 3 die Draufsicht auf einen Drehgestellwagen,
bei dem mittels zwischen den beiden Drehgestellen angeordneten Solenoiden die gleichgrosse
über gegenl.äufige Winkelverstellung relativ zur Gleislängsachse beeinflussende
Kräfte, Bewegungen und Hemmungen auf beide Drehgestelle und auf die in beiden Drehgestellen
ausreichend starr gehalterten Radsätzen ausgeübt werden können.
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In Figur 1 ist der Radstz 1 über seine Achslager 2 und 3 und über
der Ubersichtlichkeit wegen nicht dargestellte in Pendelschaaken aufgehängte Blattfedern
oder andersartige Federanordnungen am Drehgestellrahmen 4 gehaltert. Das Achslager
2 ist in bekannten Gleitbahnen 5 in Vertikalrichtung beweglich und in Horizontallängs-
und -querrichtung jedocho mit nur sehr geringem SDiel gehalten. Das Achslager 3
ist nicht in solchen Gleitbahnen gehalten wie das Achslager 2 und kann deshalb in
Horinzontallängsrichtung verstellt werden.
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Durch eine solche Verstellung wird der Radsatz aus seiner Ausrichtung
in Gleislängsachse herausgenommen und kommt in eine Winkelstellung zur Gleislängsachse,
was eine Laufrichtungstendenz
des Radsatzes zu einer der beiden
Schienen hin verursacht, Am Halterungsauge 6 des Achslagers 3 sind die beiden Solenoide
7 und 8 gehaltert, die an ihren anderen Enden an den Augen 9 und lo gehaltert sind,
die ihrerseits am Drehgestellrahmen 4 befestigt sind.
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Bei ungestörter Gleislage werden die beiden Solenoide 7 urld 8 durch
hier nicht dargestellte Sensoren und elektronische Rechenwerke in ihren Kräften,
Bewegungen und Hemmungen so gesteuert, dass der Radsatz mit möglichst geringen Auslenkungsamplituden
in einer solchen Ausrichtung in Gleislangsachse gehalten wird, mit der eine optimale
Seitenführung erreicht wird.
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Läuft durch eine Störung in der Seitenführung beispielsweise durch
einen Lagefehler im Gleis der in der Figur 1 dargestellb te vorlaufende (siehe Fahrtrichtungspfeil)
Radsatz mit seinem linken (unteren) Rad an der linken (unteren) Schiene an beziehungsweise
erhält er eine dementsprechende Tendenz, dann werden~durch die von den Sensoren
registrierten Abstandsän; derungen die Solenoide so gesteuert, dass das Solenoid
7 sich dementsprechnd kürzt und das Solenoid 8 sich dementsprechend längt. Durch
die dementsprechend geänderte Ausrichtung deS Radsatzes in Gleislängsachse wird
sein Sinuslauf beziehungsweise seine Laufrichtung so beeinflusst, dass der Radsatz
sich von der linken Schiene löst beziehungsweise seine Ånlauftendenz umgelenkt wird
ehe die Abweichung aus der Sollmittellage und die Anlaufkräfte zu gross geworden
sind.
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Hat sich der Radsatz von der linken Schiene bereits wieder gelöst
beziehungsweise ist die Anlauftendenz behoben, dann werden die Solenoide durch die
Sensoren und Rechenwerke so gesteuert, dass der Radsatz nur in seine richtige Ausrichtung
in Gleislängsachse zurückgeführt wird, ohne dass er über die Mittellage hinaus die
Tendenz zum Anlaufen an die rechte Schiene erhält.
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Bein Einlaufen in eine Kurve sowie beim Durchlaufen und Herauslaufen
aus dieser werden die beiden Solenoide analog Vorstehendem so gesteuert, dass der
Radsatz ohne Anlaufen an einer der beiden Schienen insbesondere an der kurvenaussenseitigen
mit nur geringen Auslenkungsamplituden in der Mitte des Glelskanals geführt wird,
wenn die Gleislage in der Kurve dem Soll entspricht. Der Radsatz erhält jedoch eine
zusitzliche Laufkorrektur durch eine entsprechende für die Gleisgerade bereits erläuterte
Steuerung der Solenoide wenn die Gleislage in der Kurve von der Sollage abweicnt.
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Es erscheint für viele Fälle zwecluässig, die Solenoide nur einseitig
am Radsatz anzuordnen. Grundsätzlich ist es jedoch möglich und es kann in gewissen
Fällen vorteilhaft sein, an beiden Achslagern des Radsatzes Solenoide so anzuordnen,
wie es für d Achslager 3 in der Figur 1 dargestellt ist. Selbstverstandlich erhält
der andere Radsatz des dargestellten Drehgestells gleichartig angeordnete Solenoide,
entweder an der gleichen Drehgestellseite oder an der diagonalliegenden Seite, um
in analoger eise in seinem Sinuslauf beziehungsweise in seiner Laufrichtung beeinflusst
werden zu können, In Figur 2 ist der Drehgestellrahmen 11 mit seinem Drehzapfen
12 am Querträger 13 des Fahrzeugrahmens 14 gehalten. Am Drehgestellrahmen 11 sind
die beiden Radsätze 15 und 16 in Horizontallängs- und -querrichtung ausreichend
starr gehalten, so dass beide Radsätze und das Drehgestell immer in gleicher Ausrichtung
in Gleislängsachse stehen. Am Endquerträger 17 des Drehgestellrahmens 11 ist ein
Auge 18 befestigt, dn dem die beiden Solenoide 19 und 20 gehaltert sind, die mit
ihren anderen Enden über die Augen 21 und 22 am Fahrzeugrahmen 14 gehaltert sind.
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Läuft beispielsweise der vorlaufende Radsatz 15 (siehe Fahrtrichtungspfeil)
mit seinem linken (unteren) Rad an der linken
(unteren) Schiene
an, dann werden die Solenoide durch die von den hier nicht dargestellten Sensoren
registrierten Abstandsänderungen und die Pechenwerke so gesteuert, dass das Solenoid
21 sich dementsprechend längt und das Solenoid 22 sich dementsprechend kürzt. Durch
die dementsprechend geänderte Ausrichtung des Drehgestells mit seinen Radsatzen
in Gleislängsachse wird der Sinuslaufbeziehungsweise die Laufrichtung der Radsätze
so beeinflusst, dass der Radsatz 15 sich von der linken Schiene löst beziehungsweise
seine Anlauftendenz umgelenktö«ard und der Radsatz in seine Solllaufrichtung zurückgeführtöwird.
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In analoger Weise kann auch bei Anordnung der Solenoide nach Figur
2 allen Gleisführungsbedingungen entsprochen und allen Seitenführungsstörungen begegnet
werden, vsie es für die Anordnung der Solenoide nach Figur 1 eingehend erläutert
w wurde.
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In Figur 3 sind die beiden Endquerträger 23 und 24 mit ihren Enden
über diagonalliegende Verbindungsstreben 25 und 26, in die je ein Solenoid 27 und
28 eingebaut ist, initeinander verbunden. Die Verbindungsstreben 25 und 26 sind
in Höhenrichtung räumlich so angeordnet, dass sie sich an ihrer Kreuzungsstelle
nicht berühren. Werden durch die von den hier nicht dargestellten Sensoren registrierten
Abstandsänderungen und die Rechenlrerke die Solenoide 27 und 28 so gesteuert, dass
das Solenoid 27 sich längt und das Solenoid 28 sich kürzt, dann wird dem vorlaufenden
Drehgestell beziehungsweise dem vorlaufenden Radsatz 29 (siehe Fahrtrichtungspfeil)
eine eventuelle Anlauftendenz an der linken (unteren) Schiene genommen. Analog zu
den Ausführungsbeispielen nach Figur 1 und 2 kann auch bei der Anordnung nach Figur
3 allen Gleisführungsbedingungen entsprochen und allen Seitenführungsstörungen Degegenet
werden, Uber diese drei Ausführungsbeispiele hinaus sind zahlreIche
weitere
erfindungsmässige Ausführungen denkbar. Beispielsweise können die Anordnungen nach
Figur 2 und 3 miteinander kombiniert werden. Bei der Anordnung nach Figur 2 können
auch beide Drehgestelle durch an sich bekannte sich nicht längende oder kürzende
Diagonalverbindungsstreben bezüglich ihrer Winkelverstellung miteinander gekoppelt
werden.
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Die von der hier vorliegenden Zusatzpatentanmeldung vorgeschlagenen
Massnahmen erweitern, verbessern und ergänzen die von der Mauptpatentanmeldung und
der ersten Zusatzpatentanmeldung vorgeschlagenen Massnahmen. Sie lösen die der Erfindung
gestellte Aufgabe, nämlich eine aktive Regelung der Seitenführung eines Schienenfahrzeuges,
die elektronisch verzögerungsfrei und gezielt auf beginnende Störungen jeder Art
reagiert, wirksamer, einfacher, leichter und ökonomischer, 8 Patentansprüche