DE3305607A1

DE3305607A1 - Drehgestell-schienenfahrzeug

Info

Publication number: DE3305607A1
Application number: DE3305607A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl.-Ing. Budde; Wolfgang Dipl.-Ing. 4330 Mülheim Michels
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Fried Krupp AG
Priority date: 1983-02-18
Filing date: 1983-02-18
Publication date: 1984-08-23
Also published as: GB2135643A; FR2541212A1; IT8419604A0; IT1173263B; GB8404078D0

Description

FRIED. KRUPP GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG

in Essen

Drehgestell-Schienenfahrzeug

Die Erfindung betrifft ein Drehgestell-Schienenfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die mechanisch-hydraulische Kopplung dient - sowohl für sich als auch im Zusammenwirken - zum einen, insbesondere bei drehzapfenlosen Triebfahrzeugen, der Übertragung der Zug- und Druckkräfte von den Drehgestellen zum Fahrzeugrahmen bzw. umgekehrt, und zum anderen der kontrollierten Ausdrehbewegung der Drehgestelle.

Ein Drehgestell-Schienenfahrzeug, bei dem jedem Drehgestell zwei Hydraulikzylinder zugeordnet sind, von denen je einer an jeder Seite des Fahrzeugkastens befestigt ist, wobei jede Zylinderkammer des einen Zylinders mit der entsprechenden Kammer des anderen Zylinders durch eine Leitung ver-

T5 bunden ist, ist aus der DE-OS 20 OO 747 bekannt.

Die Radsätze von Schienenfahrzeugen besitzen im allgemeinen konisch profilierte Laufflächen, durch die sich die Radsätze beim Lauf in der Geraden ständig zur Gleismitte hin zentrieren, so daß ein Spurkranzanlauf in der Regel vermieden wird. Ein mit derartigen Radsätzen ausgerüstetes Laufwerk stellt ein selbst^erregbares Schwingungssystem dar, dessen Dämpfung mit steigender Geschwindigkeit abnimmt. Bei der sog. kritischen Geschwindigkeit wird die Dämpfung zumindest einer Schwingform Null. Ab dieser Geschwindigkeit ist das dynamische Verhalten des Laufwerks durch Anlaufen der Spurkränze an die Schiene gekennzeichnet, bei dem sehr hohe Kräfte zwischen Rad und Schiene übertragen werden. Das Anlaufen der Spurkräfte hat eine deutliche Beeinträchtigung des Fahrkomforts und einen erhebliehen Verschleiß und eine Minderung der Betriebssicher-,3/81 heit zur Folge.

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Zur Verminderung von störenden Drehschwingungen und damit zur Erhöhung der kritischen Geschwindigkeit - ist es bekannt, den Drehgestellrahmen über einzelne, unabhängig voneinander wirkende Dämpfungs-'

. 5 zylinder mit dem Fahrzeugrahmen zu verbinden. Bei dieser Anordnung handelt es sich um eine nicht variierbare Dämpfungskopplung zwischen den Drehgestellen und dem Fahrzeugrahmen. Diese -Kopplung weist unabhängig von der Geschwindigkeit immer den gleichen Dämpfungswert auf. Bei Fahrten in der Geraden mit hohen Geschwindigkeiten, bei denen eine große Dämpfung wünschens-

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wert wäre, ist also die gleiche Dämpfung vorhanden, wie bei einer Fahrt durch enge Bögen mit niedrigen Geschwindigkeiten/ bei denen freie Ausdrehbewegungen wünschenswert sind.

Es ist auch versucht worden, die Laufruhe von Schienenfahrzeugen bei hohen Geschwindigkeiten durch Reibdämpfer zu erhöhen. Nachteilig hierbei ist jedoch, daß für jede Drehbewegung ein bestimmtes Losreißmoment erforderlich ist, was sich nur bei entsprechend hohen Anlaufkräften einstellt, die wiederum großen Verschleiß verursachen. Außerdem gehen die Drehgestelle nicht von alleine in ihre Geradeausstellung zurück, so daß die Drehgestelle in der Geraden ausgedreht zur Gleislängsachse laufen, was wiederum zu großem Verschleiß an Rad und Schiene führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ,die Laufruhe des Schienenfahrzeugs unter Beibehaltung der guten Kurvenläufigkeit in der Drehbewegung ungedämpfter Drehgestell-Schienenfahrzeuge bei hohen Geschwindigkeiten zu verbessern bzw. die Geschwindigkeit, bei der wegen des SchwingungsVerhaltens des Drehgestells ein periodisches Anlaufen der Spurkränze an die Schiene beginnt, heraufzusetzen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Durch die Blockier- — einrichtung kann das Drehgestell bei hohen Geschwindigkeiten festgestellt werden, was einer unendlich großen Dämpfung gleich kommt.

Zweckmäßigerweise wird die Blockiereinrichtung gemäß Anspruch 2 von einem Ge^schwindigkeitsgeber beeinflußt, wobei die Geschwindigkeit, bei der die Blockiereinrichtung betätigt wird, vorgebbar ist.

Mit der Lehre nach Anspruch 3 ist eine besonders vorteilhafte Lösung der Aufgabe für Fahrzeuge mit mechanisch-

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hydraulischer Kopplung zwischen den Drehgestellen und dem Fahrzeugrahmen gegeben. Während die Drehgestelle bei niedrigen Geschwindigkeiten im wesentlichen dämpfungsfrei ausdrehen können, wird ein geradeausgestelltes Drehgestell bei einer vorgebbaren Geschwindigkeit durch Betätigen eines Steuerventils an einer ein Schwingungsverhalten ermöglichenden Drehbewegung gehindert.

Die die Laufruhe des Fahrzeugs erhöhende Maßnahme kann bei einer Ausbildung nach den Ansprüchen 4 und 5 noch stufenweise bzw. stufenlos verfeinert werden, wobei die Geradeausstellung der Drehgestelle nach Anspruch 5 durch ein Paar von Gebern sichergestellt ist.

Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schienenfahrzeug mit zwei Drehgestellen und hydraulisch-mechanischer Kopplung zwischen diesen und dem Hauptrahmen in einer schematisierten Draufsicht,

Fig. 2 die Zylinder .und Drehgestelle des Fahrzeugs

gemäß Fig. 1 , bei dem die 'beiden jedem Drehgestell zugeordneten Hydraulikzylinder durch zwei mit einem gemeinsamen Steuerventil versehenen Leitungen verbunden sind^insymbolischer Darstellung,

Fig. 3 eine Hälfte der Ausführungsform gemäß Fig. 2 in einer ausführlicheren symbolischen Darstellung,

Fig. 4 die Hydraulikzylinder des Fahrzeugs gemäß Fig. 1 mit einer kreuzweisen Leitungsver

bindung,

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Fig. 5 die Hydraulikzylinder des Fahrzeugs nach Fig. 1, von denen jeder Zylinder mit dem Zylinder auf der anderen Fahrzeugseite und dem Zylinder auf der anderen Fahrzeughälfte an der gleichen Seite verbunden ist,

Fig. 6 eine mechanisch-hydraulische Kopplung der Drehgestelle mit dem Fahrzeugrahmen über zwei einfachwirkende Zylinder je Drehgestellseite, bei der die in der Fahrzeugmitte liegenden Zylinder kreuzweise miteinander verbunden

sind,

Fig. 7 eine mechanisch-hydraulische Kopplung, bei der die beiden jedem Drehgestell zugeordneten einfachwirkenden Hydraulikzylinder in · einer Richtung angeordnet sind, wobei jeweils

zwei Zylinder je Drehgestell mit je zwei Zylindern des anderen Drehgestells kreuzweise verbunden sind,

Fig. 8 zwei einer Drehgestellseite zugeordnete, übereinander angeordnete Hydraulikzylinder in pers

pektivischer Darstellung,

eine hydraulische Kopplung für ein Schienenfahrzeug mit zwei Drehgestellen, bestehend aus zwei jeweils zwei Kolben aufweisenden Zylindern,

Fig. 10 . eine mechanisch-hydraulische Kopplung mit

zwischen Drehgestell und Fahrzeugrahmen gelenkig angeordneten Hydraulikzylindern und

Fig. 11 zwei Verbindungsleitungen der hydraulischen Kopplung mit einem drosselnden Wegeventil.

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Das Drehgestell-Schienenfahrzeug besteht bei der Ausführ ungs form nach Fig. 1 aus einem Hauptrahraen 1 und zwei zweiachsigen Drehgestellen 2, 3. Der Hauptrahmen 1 ruht über Flexicoil-Federn 4 auf den Drehgestellen 2 bzw. 3.

Die Flexicoil-Federn 4 erlauben ein Ausdrehen der Drehgestelle 2, 3 um ihren jeweiligen Drehpunkt 5 bzw. 6, der insbesondere als drehzapfenloser, ideeller Drehpunkt ausgebildet sein kann.

Das Schienenfahrzeug weist vier Hydraulikzylinder 11 bis 14 auf, die über jeweils eine Konsole 7 an dem Fahrzeugrahmen 1 befestigt sind. Die Kolbenstangen 15 der Zylinder 11 und 12 sind über eine gelenkig mit ihr verbundene Zug- und Druckstange 16 mit dem Drehgestell 2 verbunden, wobei das von dem Zylinder wegweisende Ende der' Zug- und Druckstange 16 gelenkig mit einer am Drehgestell 2 befestigten Halterung 17 verbunden ist. In gleicher Weise sind die Kolbenstangen 15 der Zylinder 13 und 14 gelenkig mit dem Drehgestell 3 verbunden.

Von den beiden doppelt wirkenden Zylindern 11 und 12 des Fahrzeugs gemäß Fig. 1 sind bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 jeweils die Zylinderkammern 11a, 12a, 11b, 12b durch eine Leitung 41 bzw. 42 miteinander verbunden. Die dem Drehgestell 3 zugeordneten Zylinderkammern 13a, 14a, 13b, 14b sind mit je einer Leitung 43 bzw. 44 verbunden.

In die Leitungen 41, 42 und 43, 44 ist jeweils paarweise ein magnetisch betätigbares 4/2-Wegeventil 37 - im folgenden auch kurz als "Magnetventil" bezeichnet - eingebaut, das im stromlosen Zustand von einer Feder in der dargestellten Durchflußstellung gehalten wird und von einem Elektromagneten in die Sperrstellung geschaltet werden kann.

An einem Drehgestell ist ein Tachogenerator 61 mit der Achse 8 eines Radsatzes verbunden und wird von dieser (8) angetrieben. Zwischen dem Tachogenerator 61 und dem Magnetventil 37 sind folgende Elemente angeordnet: ^ein Schwellwertschalter 62, ein magnetisch betätigter Einschalter 63 und ein Verstärker 64.

An einer Stirnseite eines Drehgestells ist ein Positionsgeber 65 und an einer entsprechenden Stelle des Fahrzeugrahmens 1 ein zugehöriger Po'sitionsaufnehmer 66 angeordnet. Der Positionsgeber 65 kann beispielsweise als

der

Lichtquelle und Positionsaufnehmer 66 als Fotozelle ausgebildet sein. Bei der Geradeausstellung des Drehgestelles erzeugt der Positionsgeber 65 in dem Positionsaufnehmer 66 ein elektrisches Signal das den Einschalter 63 schließt.

Der Tachogenerator 61 gibt ein der Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs proportionales elektrisches Signal ab. Unter einem vorgebbarem Sollwert gibt der Schwellwertschalter 62 kein Signal ab. Ab dem einer vorgebbaren Geschwindigkeit entsprechenden Sollwert gibt der Schwellwertschalter 62 ein konstantes elektrisches Signal ab, das, wenn das Drehgestell geradeaus steht und der Einschalter 63 geschlossen ist, durch den Verstärker 64 verstärkt, den Elektromagneten 37 in die Sperrstellung schal tet.

Damit die Drehgestelle 2, 3 beim Auftreten von Kraftspitzen oder Störkräften auch bei geschlossenem Magnetventil 37 bzw. bei gesperrten Leitungen 41, 42, usw. noch ausdrehen können, weist jede Leitung 41, 42, usw. eine Anordnung von zwei parallel geschalteten, in entgegengesetzten Richtungen wirksamen Druckbegrenzungsventilen 58, 59 bzw. 58', 59' auf.

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Wird beispielsweise dem Drehgestell 2 in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 bei geschlossenem Magnetventil 37 von außen eine Ausdrehbewegung im Sinne des Uhrzeigers aufgezwungen, so wird der Kolben des Zylinders 11 nach oben und der Kolben des Zylinders 12 nach unten bewegt. Infolge dessen fließt Druckmittel aus der Zylinderkammer 11a durch das Druckbegrenzungsventil 57 in die Druckkammer 12a und das Druckmittel aus der Zylinderkammer 12b über das Druckbegrenzungsventil 58' in die Zylinderkammer 11b.

Zur Aufrechterhaltung des zur Funktion der hydraulischen Kopplung notwendigen Druckes ist ein Hydrospeicher 27 vorgesehen. Um die durch die Federwirkung des Hydrospeicher s 27 gegebene Möglichkeit von Schwingungen des hydraulischen Systems - und damit auch ein Schwingen der Drehgestelle 2, 3 - insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten auszuschließen, ist dem Hydrospeicher 27 ein Schaltventil 28 vorgeschaltet, das nur bei Stillstand des Fahrzeugs geöf ßie t werden kann.

In Abwandlung des beschriebenen Ausführungsbeispiels sind bei der Anordnung gemäß Fig. 4 die Zylinderkammern 11a und 12a wieder mit der Leitung 41 und die Zylinderkammern 13a und 14a mit der Leitung 43 verbinden, während die Zylinderkammern 11b und 14b und die Zylinderkammern 13b und 12b kreuzweise mit einer Leitung 45 bzw. 46 verbunden sind. Die Leitungen 41 und 43 weisen jeweils ein magnetisch betätigbares 2/2-Wegeventil 38 auf, das, wie im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 beschrieben, geschaltet werden kann. Bei dieser Anordnung kann jedes Drehgestell bzw. 3 - bei geöffnetem Magnetventil 38" - nur gegensinnig im gleichen Winkel und zusammen mit dem anderen Drehgestell ausschwenken. Bei gleicher Anordnung der Verbindungsleitungen können aber auch jeweils zwei Leitungen, z.B.

41, 45 und 43, 46 paarweise von einem 4/2-Wegeventil, wie

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beschrieben, geschaltet werden.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 sind die Zylinderkammern 11a, 12a, in der beschriebenen Weise mit der Leitung 41 verbunden. Abweichend von den bisherigen Anordnungen sind hier die Zylinderkammern 11b, 13a und 12b, 14a durch je eine Leitung 47 bzw. verbunden und die Zylinderkammern 13b, 14b durch eine - wie die Leitung 41 - ein Magnetventil 38 aufweisende Leitung 49.

Bei dem Ausführungsbeipiel gemäß Fig. 6 sind jedem Drehgestell 2 bzw. 3 auf jeder Fahrzeugseite zwei sich gegenüberliegende einfachwirkende Hydraulikzylinder 21', 21" bzw. 22', 22" im Falle des Drehgestells 2 und im Falle des Drehgestells 3 die Zylinder 23', 23" und 24', 24"·zugeordnet. Die Kolbenstangen 15 jeweils zweier sich gegenüberliegender Zylinder 21', 21" bzw. 22", 22", usw. sind über zwei Zug- und Druckstangen 16 mit den Halterungen 17 der Drehgestelle 2 bzw. 3 verbunden. Die Zylinder 21' bzw. 22' und 23", 24' sind jeweils unmittelbar über eine ein Magnetventil 38 aufweisende Leitung 51 bzw. 52 miteinander verbunden, während die Zylinder 21", 24" und 22", 23" kreuzweise über je eine Leitung 53 bzw. 54 miteinander verbunden sind.

Bei diesem Ausführungsbeipiel können auch die Leitungen 53 ,54 mit je einem 2/2-Wegeventil 38 ausgerüstet sein. Es ist aber auch möglich, wie beschrieben, jeweils zwei Leitungen z.B. 51 und 53 mit einem gemeinsamen 4/2-Wege-Ventil auszurüsten.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die einem Drehgestell zugeordneten einfachwirkenden Zylinder 21' bis 22" bzw. 23' bis 24" jeweils von einer Seite her an die Drehgestelle angelenkt (vgl. Fig. 7 und 8), wobei

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die hydraulische Anordnung derjenigen des Ausführungsbeispiels nach Fig. 6 entspricht. Die an den Drehgestellen 2, 3 vorgesehenen Halterungen 17' haben dazu zwei übereinander angeordnete Anlenkpunkte (vgl. Fig. 8).

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 weist das Fahrzeug an seinem Hauptrahmen lediglich zwei Hydraulikzylinder 31, 32 auf, die jeweils zwei unabhängig voneinander bewegbare Kolben 33, 34 bzw. 35, 36 aufweisen. Durch die Kolben werden die Zylinder 31, 32 jeweils in drei verschiedene Zylinderkammern 31a, 31b, 31c bzw. 32a, 32b, 32c aufgeteilt. Die Zylinderkammern 31a, 32a sind durch eine Leitung 55 miteinander verbunden, die Zylinderkammern 31b, 32b durch die Leitung 56 und die mittleren oder inneren Zylinderkammern 31c, 32c durch die Leitung 57. Die Leitungen 55, 56 weisen jeweils ein Magnetventil 38 auf. Die Kolbenstangen 15 der Kolben 33, 35 sind jeweils über eine Zug- und Druckstange 16 an Halterungen 17 des Drehgestells 2 angelenkt, während die Kolbenstangen 15 der Kolben 34, 36 in gleicher Weise an das Drehgestell 3 angelenkt sind. Bei der beschriebenen Anordnung können die Leitungen 55,56 und 57 selbstverständlich auch gemeinsam durch ein 6/2-Wegeventil geschaltet werden.

In Abwandlung der beschriebenen Ausführungsbeispiele können die Hydraulikzylinder 11 bis 14 und 21 bis 24" statt am Hauptrahmen 1 befestigt - auch gelenkig mit diesem verbunden sein, wobei die Kolbenstangen 15 der Hydraulikzylinder dann, wie in Fig. 10 angedeutet, unmittelbar an den Halterungen 17 bzw. 17' der Drehgestelle 2, 3 angelenkt sind.

In den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die die Hydraulikzylinder verbindenden Leitungen 41 bis 57 mit nichtdrosselnden Steuer- oder Wegeventilen 37 bzw. 38 mit einer geöffneten und einer sperrenden Schaltstellung

versehen, wobei die sperrende Schaltstellung nur bei geradeausgestellten Drehgestellen möglich ist. In Abwandlung dieser Ausführungsbeispiele können die Leitungen 41 bis 57 auch mit drosselnden Wegeventilen mit einer ganz geöffneten Endstellung einer anderen den Durchfluß endlich oder unendlich drosselnden Endstellung und mindestens einer Zwischenschaltstellung versehen sein. In Fig. 11 sind die Leitungen 41 und 42 gemäß Fig. 2 und 3 mit einem drosselnden 4/2-Wegeventil 37' mit einer geöffneten und einer gesperrten Endstellung und einer unendlichen Anzahl von Zwischenschaltstellungen mit veränderlicher Drosselwirkung versehen. Das Ventil 37' ist mit einem magnetischen Betätigungsorgan versehen, das direkt von dem Tachogenerator 61 über den Verstärker 64 - ggf. ab einer vorgebbaren Mindestgeschwindigkeit - gesteuert wird.

Claims

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Patentansprüche

Drehgestell-Schienenfahrzeug, bestehend aus mindestens einem Fahrzeugrahmen und mindestens zwei Drehgestellen, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Drehgestell (2, 3) eine Einrichtung (37; 38) zum Blockieren seiner Drehbewegung gegenüber dem bzw. einem Fahrzeugrahmen (1) zugeordnet ist.
2. Schienenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (37; 38) zum Blockieren von einem Geschwindigkeitsgeber (61) beeinflußbar ist.
3. Schienenfahrzeug nach Anspruch 2 mit einer mechanischhydraulischen Kopplung zwischen den Drehgestellen und dem bzw. den HauptrahmtenV -'tooBei die hydraulische Kopplung mindestens-, Zwei' Zylinder'· aufweist, für jedes Drehgestell mindestens zwei Zylinderkammern mit jeweils einer anderen Zylinderkammer des bzw. eines anderen Zylinders in Leitungsverbindung stehen und wobei die mechanische Verbindung über die Kolbenstangen der Zylinder erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß für jedes Drehgestell (2> 3) mindestens eine zwei Zylinderkammern (11a, 12a ...) verbindende Leitung

(41, ...) mit einem Steuerventil (37; 38) ausgestattet ist, dessen Betätigungsorgan über eine Steuerleitung mit dem Ausgang eines Tachogenerators (61) verbunden ist.
4. Schienenfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (37; 38) als drosselndes Wegeventil mit einer geöffneten und einer geschlossenen Endstellung und mindestens einer Zwischenschaltstellung

ausgebildet ist.
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5. Schienenfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

daß das Steuerventil (37; 38) als nichtdrosselndes Wegenventil mit einer Durchlaß- und einer Sperrstellung ausgebildet ist,

daß jedem Drehgestell (2, 3) ein seine Geradeausstellung registrierendes Paar von Gebern (65, 66) zugeordnet ist, von denen ein Geber (65) am Drehgestell (2, 3) und ein Geber am Fahrzeugrahmen (1) angeordnet ist, und

daß die Steuerleitung zwischen dem Betätigungsorgan des Steuerventils (37; 38) und dem Tachogenerator (61) mit einem Schalter (63) versehen ist, der durch die Geber (65, 66) bei Geradeausstellung des Drehgestells (2, 3) in die eingeschaltete, verbindende Schaltstellung überführbar ist.

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