DE3713615A1 - Schienenfahrzeug mit querneigungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug mit Querneigungseinrichtung, bei dem zwischen dem Wagen­ kasten und dem Drehgestell ein den Wagenkasten gegen­ über dem Drehgestell abstützendes Federsystem angeord­ net ist sowie ein in Querrichtung verlaufender Zwischen­ träger, der über zueinander und gegen die Wagenlängsmit­ telebene geneigte Pendel mit dem Wagenkasten derart ver­ bunden ist, daß eine Querneigung des Wagenkastens gegen­ über dem Zwischenträger möglich ist.

Die Geschwindigkeit eines Schienenfahrzeugs, das Perso­ nen befördert, ist bei der Fahrt durch einen Gleisbogen dadurch begrenzt, daß die auf den Reisenden wirkende Fliehkraft einen bestimmten Wert nicht überschreiten soll. Für die nicht ausgeglichene parallel zum Wagenfuß­ boden gemessene Fliehbeschleunigung sind Grenzwerte festgesetzt, die je nach Bahngesellschaft zwischen 0,65 und 1 m/sec² liegen. Diese Grenzwerte bestimmen die zulässige Bogengeschwindigkeit. Andere Grenzwerte bezüg­ lich der Oberbaubeanspruchung und der Fahrsicherheit werden erst bei größeren Bogengeschwindigkeiten er­ reicht.

Es sind deshalb Einrichtungen entwickelt worden, die den Wagenkasten in der Kurve nach Bogeninnen neigen. Hier­ durch entsteht ein Hangabtrieb, der die im Wagenkasten wirkende Fliehbeschleunigung ganz oder teilweise kompen­ siert, so daß eine im Vergleich zu einem Normalfahrzeug höhere Bogengeschwindigkeit zulässig ist.

Es sind unterschiedliche Systeme von Einrichtungen zur Erzielung einer Querneigung des Wagenkastens bekannt (siehe z. B. DE-OS 21 45 738, DE-AS 21 45 747).

• 1. Tragende Systeme mit geneigten Pendeln.
• Bei diesen Systemen stützt sich der Wagenkasten über ein Federungssystem auf einem Zwischenträger ab, der seinerseits durch Pendel am Drehgestellrahmen aufge­ hängt ist.
• Die Pendel sind derart gegen die Vertikale geneigt, daß sich die Verlängerungen ihrer Mittellinien bei aufrecht stehendem Wagen in der Fahrzeuglängsmittel­ ebene annähernd in der Höhe des Wagenschwerpunkts schneiden. Eine Neigung des Wagenkastens wird er­ reicht durch einen Antrieb, der den Zwischenträger relativ zum Drehgestellrahmen seitlich verschiebt. Dadurch wird die Neigung der Pendel auf der einen Drehgestellseite verkleinert und auf der anderen vergrößert. Die am Zwischenträger angeschlossenen Pendelenden ändern ihre Höhenlage und der Zwischen­ träger neigt sich entsprechend.
• Damit die Gesamtanordnung stabil ist, müssen hän­ gende Pendel verwendet werden. Die Einrichtung zur Querneigung muß, da sich der Wagenkasten auf dem Zwischenträger abstützt, das Gewicht des einen Wagenendes tragen und wird deshalb entsprechend schwer.
• Als weiterer Nachteil kommt hierbei hinzu, daß durch die hängenden Pendel eine Umkehrung des Kraftflusses erfolgt, da das drehgestellseitige Pendelende oben und das wagenkastenseitige Pendelende unten liegt.
• Schließlich besitzt dieses System eine sehr hohe Eigenstabilität. Dies bedeutet, daß eine große Kraft erforderlich ist, um den Zwischenträger aus seiner Mittelposition auszulenken, was einen entsprechend starken Antrieb erfordert. Aus diesem Grunde ist ein solches System auch nicht als passives System ohne eigenen Antrieb verwendet.
• 2. Tragende Systeme mit Rollen.
• Bei diesen Systemen zur Erzielung einer Querneigung des Wagenkastens wird ebenfalls ein Zwischenträger verwendet, der sich jedoch auf Rollen im Drehgestell abstützt.
• Am Zwischenträger sind Rollbahnen angeordnet, mei­ stens in Form von Kreissegmenten, deren Mittelpunkt in Wagenmitte annähernd auf der Höhe des Wagenschwer­ punktes liegt, so daß bei einer Querverschiebung des Zwischenträgers relativ zum Drehgestell eine Drehbe­ wegung um die Wagenlängsachse entsteht.
• Die mit Hilfe von Rollen und Rollbahnen arbeitenden Systeme haben gegenüber den Pendelsystemen den Vor­ teil, daß die Eigenstabilität über die Geometrie der Rollbahnen in weiten Grenzen beeinflußbar ist. So kann z. B. der Mittelpunkt der Kreissegmente, an denen die Rollbahnen angeordnet sind, auf eine Höhe deutlich über den Wagenschwerpunkt gelegt werden, so daß ein passives Querneigungssystem erhalten wird, also ein System, das sich unter dem Einfluß der Fliehkraft selbsttätig nach Bogeninnen neigt.
• Nachteilig an diesem System ist, daß auch hier die Einrichtung zur Querneigung das Gewicht des Wagens tragen muß.
• Da die Stützrollen wegen des begrenzten Raums im Drehgestellbereich relativ klein ausgeführt werden müssen, entsteht eine sehr hohe Pressung zwischen Rolle und Laufbahn. Es müssen deshalb gehärtete Werkstoffe verwendet werden. Damit es nicht zur Kantenpressung zwischen Rollen und Laufbahnen kommt, ist eine steife Konstruktion der tragenden Teile und eine besonders präzise Fertigung notwendig.
• Querneigungseinrichtungen nach diesem System sind also schwer und kostspielig.
• 3. Systeme mit im Dachbereich abgestütztem Wagen­ kasten (siehe z. B. "Elektrische Bahnen", 83. Jahr­ gang, Heft 5/1985, S. 160 bis 162).
• Bei diesen Systemen ist das Federsystem (Luft­ federn) im Dachbereich des Fahrzeugs angeordnet. Dies hat zur Folge, daß der Schwerpunkt des Wagens deutlich unter der Abstützung liegt, so daß sich der Wagenkasten unter dem Einfluß der Fliehkraft ohne äußeren Antrieb selbsttätig nach Bogeninnen neigt. Es handelt sich hier also um ein passives System.
• Nachteilig an diesem System ist, daß es im wesent­ lichen nur für Gliederzüge verwendbar ist, wo zwi­ schen den Wagenenden, die sich gemeinsam auf einem Laufwerk abstützen, Platz für die Stützen der Federung ist.

Die Erfindung geht aus von einem Schienenfahrzeug mit Quer­ neigungseinrichtung der eingangs und im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erwähnten Bauart, wie es beispielswei­ se in der DE-OS 21 45 738 beschrieben ist. Bei diesem bekannten System stützt sich der Zwischenträger über das Federsystem auf dem Drehgestell ab und der Wagenkasten ist über die Pendel am Zwischenträger aufgehängt. Die Einrichtung fällt damit grundsätzlich unter die oben unter 1 beschriebenen Systeme.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe bestand darin, ein solches Schienenfahrzeug mit Querneigungs­ einrichtung derart auszubilden, daß die Einrichtung zur Erzielung der Querneigung des Wagenkastens einerseits konstruktiv einfach aufgebaut ist und ein hohes Gewicht und hohe Kosten vermieden werden, andererseits aber eine hohe Flexibilität gestattet, indem sie sowohl als akti­ ves als auch passives System ausgebildet werden kann und sowohl an Schienenfahrzeugen ohne Wiegenträger als auch an Schienenfahrzeugen mit Wiegenträger leicht verwirk­ licht werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe geschieht erfindungsgemäß mit den Merkmalen aus dem kennzeichnenden Teil des Patentan­ spruchs 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, daß die bei den bekannten Systemen auftretenden Schwierigkeiten vermieden werden können, wenn dafür gesorgt wird, daß die Abstützung des Wagenkastens auf dem Drehgestell über das Federsystem nicht über den Zwischenträger erfolgt. Dies hat zur Folge, daß die Einrichtung zur Erzielung der Querneigung des Wagenkastens nicht durch das Gewicht des Wagenkastens belastet ist.

Bei einem Schienenfahrzeug ohne Wiegenträger bedeutet dies, daß sich der Wagenkasten, wie bei einem normalen Drehgestell, über das Federsystem direkt auf dem Drehge­ stell abstützt. Die Nachgiebigkeit des Federsystems in vertikaler und horizontaler Richtung ermöglicht die Neigung des Wagens um einen Drehpol, der durch die nunmehr parallel zur Federung liegende Neigungseinrich­ tung bestimmt wird.

Bei einem Schienenfahrzeug mit einem Wiegenträger ist dieses Grundprinzip in der gleichen Weise anwendbar. Dabei kann der Wiegenträger in bekannter Weise entweder unterhalb des Federsystems auf dem Drehgestell angeord­ net sein oder oberhalb des Federsystems am Wagenkasten. Im ersten Fall ist der Wiegenträger gegenüber dem Dreh­ gestellrahmen um eine vertikale Achse drehbar gelagert. Der Drehgestellrahmen kann also ausdrehen, ohne dabei das Federsystem zu verformen. Im zweiten Fall ist der Wiegenträger gegenüber dem Untergestell des Wagenkastens um eine vertikale Achse drehbar gelagert, so daß sich der Wagenkasten ausdrehen kann, ohne das Federsystem zu verformen.

In beiden Fällen dient der Wiegenträger lediglich dazu, das Ausdrehen des Drehgestelles unabhängig vom Feder­ system zu ermöglichen. Er hat jedoch keinen Einfluß auf die Funktion der Einrichtung zur Querneigung des Wagen­ kastens.

Im folgenden wird anhand der Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel für ein Schienenfahrzeug mit Quer­ neigungseinrichtung nach der Erfindung näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Querschnitt durch ein Schienenfahrzeug nach der Linie A-A in Fig. 2;

Fig. 2 in schematischer Seitenansicht das Schienenfahr­ zeug nach Fig. 1 im Bereich eines Drehgestelles.

Von dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Schienenfahrzeug, also beispielsweise einem Eisenbahnwaggon, sind nur die im Zusammenhang mit der Einrichtung zur Querneigung des Wagenkastens im Gleisbogen interessierenden Teile darge­ stellt.

Es handelt sich um ein Schienenfahrzeug mit einem wie­ genträgerlosen Drehgestell, bei dem sich der Wagenkasten 1 über das Federsystem 2 direkt auf dem Drehgestell 3 abstützt. Bei dieser Drehgestellbauart ist die Federung auch in der horizontalen Längsrichtung nachgiebig, so daß ein Ausdrehen des Drehgestells 3 um die vertikale Achse relativ zum Wagenkasten 1 möglich ist. Weiterhin ermöglicht die Nachgiebigkeit des Federsystems 2 in vertikaler und horizontaler Richtung die Neigung des Wagenkastens 1 um einen Drehpol P, der durch eine paral­ lel zum Federsystem 2 liegenden Neigungseinrichtung bestimmt wird.

Diese Neigungseinrichtung weist zwei zueinander und zur Längsmittelebene des Wagens geneigte Pendel 4 auf, deren oberes Ende jeweils am Wagenkasten 1 und deren unteres Ende an einem Zwischenträger 5 befestigt ist. Die Nei­ gung der Pendel 4 ist so gewählt, daß sich die Ver­ längerungen ihrer Mittellinien bei aufrecht stehendem Wagen auf der Höhe des Schwerpunktes S oder oberhalb dieser Höhe schneiden.

Der Zwischenträger 5 wird durch eine an sich bekannte Wankstütze 6 annähernd parallel zur horizontalen xy- Ebene des Drehgestellrahmens 3 gehalten und durch eine Querfederung 7 in Querrichtung geführt.

Die oben beschriebene Einrichtung zur Neigung des Wagenkastens in Querrichtung kann als aktives oder als passives System ausgebildet sein.

Bei einem aktiven System liegt der Schnittpunkt der Verlängerungen der Pendel 4 bei aufrecht stehendem Wagen mindestens angenähert in Höhe des Wagenkastenschwerpunk­ tes S. Die Neigung des Wagenkastens 1 relativ zum Zwi­ schenträger 5 beim Fahren durch einen Gleisbogen wird durch einen Stellantrieb erzwungen. Dieser Stellantrieb kann beispielsweise ein Elektromotor sein, der über ein nicht dargestelltes Getriebe auf den in Fig. 1 darge­ stellten Kurbelmechanismus 8 wirkt. Der Antrieb kann mit einem Regelsystem verbunden sein. Da derartige Antriebe und Regelsysteme an sich bekannt sind, werden sie im folgenden nicht näher erläutert.

Bei einem passiven System liegt der Schnittpunkt der Verlängerung der Mittellinien der Pendel 4 deutlich oberhalb des Schwerpunktes S des Wagenkastens 1. Unter dem Einfluß der Fliehkraft, die im Schwerpunkt S an­ greift, tendiert der Wagenkasten 1 dazu, auf dem quer­ weichen Federsystem 2 nach Bogenaußen zu treiben, wird aber durch die schrägstehenden Pendel 4, deren Wirkungs­ linie in Höhe des Schnittpunkts der Mittellinien ober­ halb des Schwerpunktes S liegt, gehalten. Auf diese Weise entsteht ein Moment, das den Wagenkasten 1 nach Bogen­ innen neigt.

Aus dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ersicht­ lich, daß sich bei diesem System das Gewicht des Wagen­ kastens 1 nicht auf der Einrichtung zur Erzeugung der Querneigung abstützt. Diese Einrichtung hat daher nur Stellkräfte zu übertragen, die sehr viel kleiner sind als das Wagenkastengewicht und kann deshalb erheblich leichter gebaut sein als bei herkömmlichen Systemen.

Das anhand der Fig. 1 und 2 beschriebene System ist auch anwendbar in Verbindung mit einem Wiegenträger.

Bei Anordnung des Wiegenträgers unterhalb des Feder­ systems 2 stützen sich Feder 2 und Wankstütze 6 auf diesem Wiegenträger ab. Der Wiegenträger wird über seitliche Anlenkstangen (an jeder Wagenseite eine) gegen den Wagenkasten geführt.

Bei Anordnung des Wiegenträgers oberhalb des Feder­ systems 2 ist der Wiegenträger gegen den Drehgestell­ rahmen durch seitliche Anlenkstangen oder Gleitflächen geführt. In diesem Falle schließen die schrägstehenden Pendel 4 der Neigungseinrichtung am Wiegenträger an und nicht am Wagenkasten.

Claims (3)

1. Schienenfahrzeug mit Querneigungseinrichtung, bei dem zwischen dem Wagenkasten und dem Drehgestell ein den Wagenkasten gegenüber dem Drehgestell abstützendes Federsystem angeordnet ist, sowie ein in Querrichtung verlaufender Zwischenträger, der über zueinander und gegen die Wagenlängsmittelebene geneigte Pendel mit dem Wagenkasten derart verbunden ist, daß eine Querneigung des Wagenkastens gegenüber dem Zwischenträger möglich ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Wagenkasten (1) über das Federsystem (2) gegebenenfalls unter Zwi­ schenschaltung eines Wiegenträgers auf dem Drehgestell (3) abstützt und der Zwischenträger (5) über die Pendel (4) am Wagenkasten (1) oder einem zwischen dem oberen Ende des Federsystems und dem Wagenkasten angeordneten Wiegenträger frei aufgehängt ist und über Wankstützen (6) sowie in Querrichtung wirkende Federn (7) mit dem Drehgestell (3) oder einem zwischen dem unteren Ende des Federsystems und dem Drehgestell angeordneten Wiegenträ­ ger verbunden ist.

2. Schienenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Pendel (4) so angeordnet sind, daß sich ihre Mittellinien mindestens angenähert auf der Höhe des Wagenschwerpunktes (S) schneiden und die Quer­ neigung des Wagenkastens gegenüber dem Zwischenträger (5) durch einen geregelten Antrieb (8) erzwingbar ist.

3. Schienenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Pendel (4) so angeordnet sind, daß sich ihre Mittellinien auf einer Höhe oberhalb des Wagenschwerpunktes (S) schneiden.