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Gelenksteuerung für Schienenfahrzeuge
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Gelenksteuerung für Schienenfahrzeuge,
insbesondere Straßenbahnwagen mit zwei- oder mehrgliedrigen in der Mitte gelenkig
verbundenen Wagenkästen, welche jeweils für sich auf ein zweiachsiges Drehgestell
aufgelagert sind und bei denen die Stabilisierung der Wagenkästen in Geradeausfahrt
sowie das Ausknicken in Kurvenfahrt von Antriebsorganen übernommen wird, welche
die Wagenkästen so steuern, daß ein sie verbindendes Gelenk bei Geradeaus fahrt
über Gleismitte steht, während es bei Kurvenfahrt nach Bogenaußenseite ausknickt.
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Bei mehrgliedrigen Schienenfahrzeugen mit Drehgestellen ist es bekannt,
die beiden benachbarten Wagenkästen mittels Drehgelenk und Deichsel so zu verbinden,
daß sie in vertikaler Richtung stabil verbunden sind, während das Gelenk bei Kurvenfahrt
eine Drehung und gleichzeitig eine Bewegung nach außen erlaubt, um die Ausnutzung
des lichten Raumes in Gleisbögen zu verbessern. Bei einer Anordnung
dieser
Art sind die beiden Drehgestelle mit einer durch das Drehgelenk verlaufenden Gelenkstange
funktionell miteinander verbunden. Die stabile Lage beider Wagenkästen bei Geradeausfahrt
übernehmen zwei symmetrisch zur Längsachse und in Fahrtrichtung weisende federbelastete
Stabilisatoren. Bei Einfahrt in den Gleisbogen dreht zunächst das vordere Drehgestell
aus, während das nachlaufende in Geradeausstellung bleibt.
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Uber die Gelenkstange wird nun das Drehgelenk nach außen abgelenkt,
die Wagenkästen selbst drehen ebenfalls um das Drehgelenk aus, während die überragen
de Deichsel eines der Wagenkästen eine Feder des Stabilisators zusammendrückt, während
der andere Stabilisator davon unberührt bleibt. Zur Uberwindung der Federkraft des
Stabilisators ist ein Kolben vorgesehen, welcher pneumatlsch oder hydraulisch beaufschlagt
werden kann, um die Ausdrehung zu erleichtern.
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(DE-AS 1530 o86.) Eine Anordnung dieser Art gewährleistet zwar eine
bessere Ausnutzung des lichten Raumes bei Kurvenfahrt und verhindert ein Ausknicken
der Wagenkästen bei Geradeausfahrt, jedoch ist die Aufgabe der Entlastung der Drehgestelle
bei Einfahrt in die Kurve nicht gelöst, so daß eine derartige Einrichtung hohen
Verschleiß der Spurkränze sowie der Schienen zur Folge haben wird.
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Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, geteilte Wagenkästen bei
Anwendung von nur zwei Drehgestellen so mit einer Gelenksteuerung zu versehen, daß
zusätzliche Kräfte auf die Drehgestelle bei Kurvenfahrt vermieden werden, aber dennoch
durch gesteuerte Auslenkurlg
der Wagenkästen air Bogenaußenseite
der lichte Raum bei Kurvenfahrt besser genutzt wird.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch die dem Kennzeichen des Anspruches
t entnehmbaren Mittel.
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Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß zwar die Ausdrehbewegungen
der Drehgestelle erfaßt und in der Elektronik weiterverarbeitet ein Antriebsorgan
zur Drehung und Aus lenkung der Wagenkästen steuert, dadurch aber keinesfalls zusätzliche
Kräfte auf das Drehgestell einwirken. Durch eine solche Steuerung ist gewährleistet,
daß die Bewegungen der Drehgestelle und die Drehung und Auslenkung der Wagenkästen
zu Jedem Zeitpunkt aufeinander abstimmbar sind und so durch die Hinzunahme des elektronischen
Steuergerätes ähnlich wie mit einer Mechanik verbunden sind, ohne deren Nachteile,
wie zusätzlicher Kraftbedarf oder Verschleiß in Kauf nehmen zu müssen. Der Verschleiß
der Spurkränze und der Schienen wird dadurch wesentlich herabgesetzt. Eine weitere
Schonung der Spurkränze wird durch das drehzapfenlose Drehgestell erreicht, das
den Radsätzen ein Querspiel erlaubt und die Unterbringung des Antriebsmotors erleichtert.
Die Ausdrehung und Auslenkung um ein die Wagenkastenhälften verbindendes Gelenk
wird vom Antriebsorgan übernommen, welches von dem elektronischen Steuergerät geregelt
mit Fremdenergie versorgt wird, so daß die Drehgestelle von dieser Kraft absolut
getrennt sind.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist Anspruch 2 entnehmbar. Um kleine
Drehbewegungen der Drehgestelle aus dem Sinuslauf nicht an die Elektronik und die
Antriebsorgane weiterzugeben, werden die Wegaufnehmer
mit einem
entsprechenden Spiel versehen, andernfalls würden die Schwingungen aus dem Sinus
lauf ebenso wie bei einer Mechanik an die Wagenkästen weitergegeben.
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Um die Drehbewegungen aus dem Sinuslauf zu unterdrücken, zeichnet
sich ein weiteres Merkmal nach Anspruch 3 dadurch aus, daß das elektronische Steuergerät
kleine Bewegungen der an die Quertraversen angelenkten Fühler der Weggeber resultierend
aus dem Sinuslauf der Drehgestelle unterdrückt.
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Durch diese Maßnahme wird ebenfalls eine Entkopplung der Bewegungen
von Drehgestell und Wagenkasten bei kleinen Ausdrehungen erreicht und dies ohne
mechanische Manipulationen, welche niemals ganz frei von Verschleiß oder Witterungseinflüssen
(Vereisung) sind.
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Um das Ausdrehen der Wagenkästen um einen gemeinsamen Drehpunkt mit
Fremdenergie zu bewerkstelligen, wird nach Anspruch 4 vorgeschlagen, daß das Antriebsorgan
als eine hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit ausgebildet ist, daß die Beaufschlagung
dieser Einheit mit Hydraulikflüssigkeit von Servoventilen regelbar ist, welche wiederum
durch das elektronische Steuergerät beeinflußbar sind, und daß die Energie zur Bewegung
des Antriebsorgans von einer motorgetriebenen Pumpe aufgebracht wird, sowie ein
Tank vorgesehen ist, wel cher Leckölverluste ausgleicht.
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Durch einen hydraulischen Antrieb des Antriebsorgans wird -das Drehgestell
vollkommen von der Funktion des Kraftspenders befreit, ohne daß nicht stets eine
ein wandfreie Führung in jeder Lage gewährleistet würde.
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Sind in Geradeausfahrt beide Servoventile in Schließstellung, so sind
die Wagenkästen starr miteinander verbunden, da die Kompressibilität der Hydraulikflüssigkeit
bei
Einwirkung von Kräften auf die Kolben-Zylinder-Einheit vernachlässigbar ist. Durch
die mit den Zylindern verbundenen Weggeber kann in Zusammenarbeit mit den drehgestellseitigen
Weggebern stets eine eindeutige Lage der Drehgestelle zum Wagenkasten über die Elektronik
bestimmt werden und es können die entsprechenden Steuerimpulse an die Servoventile
erteilt werden.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist nach Anspruch 5 darin zu sehen,
daß das Antriebsorgan als mindestens ein elektrischer Stellmotor ausgebildet ist,
welcher zwischen den beiden Wagenkästen und mit diesen jeweils gelenkig verbunden
angeordnet ist.
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Diese Anordnung hat den Vorzug, daß nicht nur die Steuerung elektrisch
erfolgt, sondern auch der Antrieb, und daß die Antriebsenergie direkt einem Bordnetz
entnommen werden kann, ohne daß eine Umwandlung der Energieform (Motor-Pumpe bei
Hydraulik) erforderlich wäre. Bei Anwendung eines Stellmotors kann außerdem auf
die Weggeber des Antriebsorgans verzichtet werden, da die Position durch den Stellmotor
selbst wiedergegeben wird.
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Um auf die Verwendung eines teueren Stellmotors verzichten zu können,
zeichnet sich nach Anspruch 6 ein weiteres Merkmal dadurch aus, daß das Antriebsorgan
von mindestens einem gewöhnlichen Elektromotor gebildet wird, welcher zwischen den
beiden Wagenkästen und mit diesen jeweils gelenkig verbunden angeordnet ist, und
daß einer von diesem Elektromotor angetriebenen Vorschubeinrichtung ein Weggeber
parallel geschaltet ist, welcher seine Befehle an das elektronische Steuergerät
weitergibt.
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Bei dieser Ausführung kann ein einfacher handelsüblicher Elektromotor
Anwendung finden, wobei die Lage der Vorschubeinrichtung durch eigens vorgesehene
Weggeber an die Elektronik gemeldet wird.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind den Fig. l bis 6 entnehmbar.
Es zeigen: Fig. l Draufsicht auf die Wagenkästen in Geradeausfahrt mit hydraulischer
Antriebsanordnung und elektrisch-hydraulischem Schaltschema, Fig. 2 Draufsicht.'auf
die Wagenkästen bei Einfahrt in einen Gleisbogen, Fig. 5 Draufsicht auf die Wagenkästen
bei voller Kurvenfahrt, Fig. 4 Draufsicht auf die Wagenkästen in Geradeausfahrt
mit elektrischem Stellmotor als Antriebsorgan und angedeuteter Vorschubeinrichtung,
Fig. 5 Draufsicht auf die Wagenkästen bei Einfahrt in den Gleisbogen, Fig. 6 Draufsicht
auf die Wagenkästen bei voller Kurvenfahrt.
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Um die Ausnutzung des lichten Raumes bei Kurvenfahrt von Gelenkzügen
zu verbessern, werden zwischen die in ihrer Mitte mit Gelenken versehenen Wagenkastenhälften
Antriebsorgane eingebaut, welche die Wagenkästen gegeneinander ausdrehen und den
Gelenkpunkt nach der Außenseite der Kurve verschieben. In Fig. 1 ist eine solche
Anordnung in der Ausführung des Antrieborgans als hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit
dargestellt.
Die Wagenkastenhälften la, 1b sind in der Mitte mit einem Gelenk 2 verbunden, welches
Ausdrehbewegungen und Verschiebungen in horizontaler Ebene erlaubt. Die Wagenkästen
sind jeweils auf zweiachsige Drehgestelle 5a, db aufgelagert, welche drehzapfenlos
ausgebildet sind und zur Ubertragung der Zug- und Stoßkräfte über beidseitige, in
Quermittelebene der Drehgestelle angreifende Längslenker 4a, 4b, 4c, 4d an Quertraversen
5a, 5b angelenkt sind, welche ihrerseits mittels Drehzapfen 6a, 6b im Untergestell
der Wagenkästen la, Ib drehbar gelagert sind. Die Querführung der Drehgestelle wird
von elastischen Elementen übernommen, welche nicht dargestellt sind, da sie nicht
Gegenstand der Erfindung sind. Um nun Drehbewegungen der Drehgestelle zu erfassen,
sind Weggeber 7a, 7b vorgesehen, deren feststehendes Teil mit dem Untergestell der
Wagenkästen la, 1b fest verbunden ist, während die beweglichen Fühler 8a, 8b mit
einem der Enden der Traversen 5a, 5b verbunden sind, um so Ausdrehbewegungen der
Drehgestelle Da, 5b relativ zu den Wagenkästen la, 1b in elektrische Daten umzusetzen
und sie einem elektronischen Steuergerät 9 zu übermitteln. Ein Antriebsorgan lo,
welches nach dem AusSührungsbeispiel entsprechend den Fig. l bis 3 als hydraulische
Kolben-Zylinder-Einheit 11a, lib ausgebildet ist, veranlaßt ein Ausknicken der beiden
Wagenkästen la, lb um Gelenk 2, wenn eines der Drehgestelle la, 1b in eine Kurve
einfährt. Vorher ist es aber notwendig, Daten über die Stellung der Wagenkästen
la, lb zueinander an das elektronische Steuergerät 9 zu geben. Zu diesem Zweck sind
Weggeber 12a, 12b vorgesehen, welche der hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit zugeordnet
sind, um deren Stellung aufzunehmen. Durch Auswertung der
Meßdaten
der Weggeber 7a, 7b in Bezug auf Meßdaten der Weggeber 12a, 12b im elektronischen
Steuergerät 9 ist es möglich, sinnvolle Befehle an Servoventile 15a, lnb weiterzuleiten,
welche die Beaufschlagung der hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit 11a,llb mit
Hydraulikflüssigkeit veranlassen und die Wagenkästen ta, ib um Gelenke 2 ausknicken.
Die dafür erforderliche Energie liefert ein Motor 14, welcher Pumpe 15 antreibt
und Hydraulikflüssigkeit aus dem Tank 16 zum Antrieb der Kolben-Zylinder-Einheit
lla, lib fördert. Die Verteilung der Hydraulikflüssigkeit erfolgt von der Pumpe
15 ausgehend über die zu den Servoventilen 13a, 15b parallel geschaltete Leitung
t7. Die Servoventile verteilen die Hydraulikflüssigkeit über die Leitungen 18, 19
auf die Zylinder lla, lib bzw. nehmen rückströmende Flüssigkeit auf und führen sie
über eines der Servoventile 15a, 13b und Leitung 20 in den Tank 15 zurück. Dieser
enthält auch stets genügend Hydraulikflüssigkeit, um Leckverluste auszugleichen.
Um der hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit liga, lib räumliche Bewegung zu gestatten,
sind ihre Enden gelenkig mit den Wagenkästen ta, lb verbunden. Die Weggeber 12a,
12b, welche die Stellung der Kolben-Zylinder-Einheit lla, lib angeben, können auch
durch einen, den Knickwinkel der Wagenkästen anzeigenden Weggeber ersetzt werden.
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Fig. 2 zeigt die Stellung der Wagenkästen la, 1b zur Lage der Drehgestelle
5a, 3b, während der Einfahrt in einen Gleisbogen 21. Das vorlaufende Drehgestell
3a steht voll im Gleisbogen 21 und nimmt eine zur Mittellinie tangierende Stellung
ein, wobei die Quertraverse 5a synchron zum Drehgestell da ausgedreht ist und den
Fühler 8a des Weggebers 7a ausgelenkt hat. Das andere Drehgestell db steht noch
voll in der Geraden, der Weggeber 7b jedoch ist durch den ausgelenkten Wagenkasten
ib
bereits verschoben. Uber das elektronische Steuergerät und die Kolben-Zylinder-Einheit
lla, 11b sind die Wagenkästen la, 1b zur Bogenaußenseite verschoben und nutzen so
den vollen zur Verfügung stehenden lichten Raum aus.
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Fig. 3 zeigt die Stellung der Wagenkästen la, 1b sowie die der Drehgestelle
5a, 3b bei Fahrt im vollen Gleisbogen. Die Wagenkästen sind stark ausgeknickt und
Gelenk 2 weit nach Bogenaußenseite hin verschoben. Man Erkennt, daß durch dieses
Verhalten die Wagenkästen la, ib spürbar breiter ausführbar sind, als wenn sich
die Wagenkästen in Sehnenrichtung der Drehpunkte der Drehgestelle da, 3b einstellen
würden, bzw. wenn bei Verwendung eines dritten Drehgetelles sich dessen Drehpunkt
und damit t auch der Gelenkpunkt der beiden Wagenkisten über Gleismitte einstellt.
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Die Fig. 4 bis 6 zeigen ein Ausführungsbeispiel mit elektrischem Antrieb
der Gelenksteuerung. Das elektronische Steuergerät 9 mit den drehgestellseitigen
Weggebern 7a, 7b ist identisch mit der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung.
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Fig. 4 stellt die Wagenkästen la, 1b dar, welche wiederum auf Drehgestellen
a, 5b aufgelagert sind.
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Deren Drehbewegung wird von den Weggebern 7a, 7b registriert und an
das elektronische Steuergerät 9 weitergeleitet. Als Antrieb der Gelenksteuerung
ist ein elektrischer Stellmotor 22 vorgesehen. Dieser ist zwischen den Wagenkästen
la, 1b gelenkig mit diesen verbunden angeordnet und meldet seine Stellung an das
elektronische Steuergerät 9 zurUck. J)le Drehbewegung des Stellmotors 22 wird über
eine nicht näher dargestellte Vorschubeinrichtung 25 (Spindeltrieb etc.) in lineare
Bewegung umgesetzt.
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Alternativ dazu kann auch ein gewöhnlicher Elektromotor vorgesehen
werden, der allerdings zur Rückmeldung seiner Lage eines Weggebers bedarf, wie dies
bei hydraulischem Antrieb nach Fig. 1 bis 3 der Fall ist. Auf zeichnerische Darstellung
dieser Altrnative wird verzichtet.
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Die Fig. 5, 6 zeigen die Gelenksteuerung bei Einfahrt in einen Gleisbogen
21 und bei Fahrt im vollen Gleisbogen. Auf die Funktion wird auf das zu den Fig.
2, 3 gesagte verwiesen.
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