DE4240720C2 - Fahrwerk für ein Schienenfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fahrwerk für ein Schienenfahrzeug gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges Fahrwerk ist in der DE 35 46 493 C2 beschrieben. Dieses einfache, niedrigbauende und gering­ gewichtige Fahrwerk ermöglicht die Konstruktion eines fahr­ gastfreundlichen Schienenfahrzeuges, das aufgrund seines tiefliegenden Wagenbodens (Niederflur-Bauweise) sowie seiner guten Kurvenlauffähigkeit einen hohen Fahrkomfort aufweist.

Bei dem bekannten Fahrwerk entsteht in Gleiskurven eine Lenkgeometrie, die zu einer Verkleinerung des führungswirk­ samen Spurmaßes führt. Dadurch können Schienenfahrzeuge, die ein Fahrwerk gemäß der DE 35 46 493 C2 aufweisen, nur begrenzt in Schienennetzen eingesetzt werden, die durch eine bautechnische Gleisspurerweiterung in den Kurven für die Spurführungsbedingungen von Drehgestell- oder Starrahmenfahrzeugen ausgelegt sind. Insbesondere bei kleinen Gleisradien wirkt sich die Spurspielvergrößerung, die unter anderem von dem Fahrwerksabstand der jeweiligen Fahrzeugkonstruktion abhängig ist, besonders stark aus, so daß bei Verwendung schmaler Radreifenbreiten, wie dies im Bereich von Schmalspur- und Straßenbahnen üblich ist, fahr­ zeugseitig konstruktive Kompensationsmaßnahmen notwendig werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das eingangs beschriebene Fahrwerk für den Einsatz in Gleisnetzen zu ertüchtigen, die auf die Spurführungsbedingungen von Dreh­ gestell- oder Starrahmenfahrzeugen ausgelegt sind.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Ansprüchen 2 bis 14 beschrieben.

Durch die DE 37 15 761 A1 ist ein Bahnsystem zum Betrieb eines entgleisungssicheren Hochgeschwindigkeits- Schienenfahrzeuges bekannt, bei dem die Räder, entsprechend der Schienenneigung auf der Hochgeschwindigkeitsstrecke, um einen Winkel α gegen die Gleismitte geneigt werden. Das Neigen der Räder erfolgt um den im Spurpunkt liegenden Mittelpunkt einer Kulissenführung bis die Vertikalkomponente der Spurkranz-Normalkraft Null wird oder nach unten gerichtet ist, wobei die verlegte Schienenneigung dem Schwenkwinkel α in einem Übergangsabschnitt kontinuierlich folgt und ein beispielsweise induktiver Stellimpuls den Schwenkvorgang mit der Schrägstellung der Schiene in Übereinstimmung bringt. Gemäß einer Ausgestaltung werden die Radführungselemente mittels Kulissenführungen und Stellglieder zur Gleismitte geneigt und die Abstandshaltung der Radführungselemente mittels Spurstangen und Distanzänderungselementen analog dem Neigungswinkel α verändert.

Bei der Verstelleinrichtung gemäß der DE 37 15 761 A1 handelt es sich um eine seitliche Neigungsvorrichtung von Einzel- oder Mehrräderfahrwerken, bei der die Radpaarspur über den gesamten Neigungsbereich konstant gehalten wird. Die für die Seitenneigung der Räder vorgesehene Kulissenführung ist so ausgebildet und angeordnet, daß in jeder Neigungslage der Radaufstands- und Spurführungspunkt gegenüber der Vertikalstellung der Räder unverändert beibe­ halten wird. Die von beiden Rädern oder Mehrräderfahrholmen vorgenommene gegensinnige Neigungsrichtung verkürzt die Abstände vorhandener Spurstangenführungen in ihren Angriffspunkten. Diese müssen deshalb mittels Distanzänderungselementen entsprechend angepaßt werden. Eine funktionelle Spurpunktsänderung wird hierdurch nicht vorgenommen.

Bei dem Fahrwerk gemäß Patentanspruch 1 ist durch die Verstellbarkeit wenigstens einer Radführungsschwinge quer zur Fahrzeug-Längsachse das zulässige Spurspiel der Radpaare einstellbar. Die Radpaarspur wird hierbei in der rechtwinkelig zur Fahrzeug-Längsachse liegenden Verbindungslinie beider Raddrehzapfen verändert. Durch die erfindungsgemäße Spurspielverstellung sind Schienen­ fahrzeuge mit Fahrwerken gemäß Anspruch 1 problemlos in herkömmlichen Schienennetzen, die für die Spurfüh­ rungsbedingungen von Drehgestell- oder Starrahmenfahrzeugen ausgelegt sind, einsetzbar. Selbst in engen Kurven, also bei kleinen Gleisradien, und bei schmalen Radreifenbreiten ist ein sicherer, spurtreuer Kurvenlauf mit hohem Fahr­ komfort gewährleistet.

Erfindungsgemäß reicht es bereits aus, nur eine Radfüh­ rungsschwinge eines Fahrwerkes verschiebbar auszugestalten, um das zulässige Radpaar-Spurspiel zuverlässig zu regu­ lieren. Für bestimmte Anwendungsfälle ist es jedoch auch denkbar, die beiden Radführungsschwingen eines Fahrwerkes querverschiebbar zur Fahrzeug-Längsachse anzuordnen.

Prinzipiell kann das erfindungsgemäß ausgebildete Fahrwerk so ausge­ bildet sein, daß bei allen auftretenden Gleisradien eine kontinuierliche Radpaar-Spurspielregulierung vorgenommen wird. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei großen Gleisbögen und den hierbei möglichen höheren Geschwindigkeiten des Schienenfahrzeuges auf eine Radpaar-Spurspielregulierung verzichtet werden kann, so daß die Einstellvorrichtung in vorteilhafter Weise nur beim Durchfahren kleiner Gleisbögen aktiviert werden muß (Anspruchs 5).

Um bei einer fehlerhaften Funktion der Einstellvorrichtung die Normalspureinstellung für den Geradeauslauf zuverlässig wieder herzustellen, kann das Fahrwerk gemäß Anspruch 6 ausgebildet sein. Durch eine ständig wirksame Rückstell­ feder wird in vorteilhafter Weise sowohl bei einer vorüber­ gehenden Betriebsstörung als auch bei einem andauernden Ausfall der Einstellvorrichtung die querverschiebbare Rad­ führungsschwinge zurückgeführt. Die Zurückführung der Rad­ führungsschwinge ist besonders einfach möglich, wenn die Quer-Verstelleinrichtung in der Lagerung der Radführungs­ schwinge angeordnet ist (Anspruch 3). Es versteht sich in diesem Zusammenhang von selbst, daß ein fehlerhafter Betriebszustand der Fahrautomatik des Schienenfahrzeuges gemeldet wird, die dann gegebenenfalls ein Stillsetzen des Fahrzeuges bewirkt.

Die für einen sicheren und spurtreuen Kurvenlauf erforder­ liche Radpaar-Spurspielregulierung kann alternativ entweder durch eine pneumatisch-hydraulisch arbeitende Einstellvor­ richtung (Anspruch 7) oder durch eine elektro-motorische Einstellvorrichtung (Anspruch 10) erreicht werden.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sowie ihrer vorteil­ haften Ausgestaltungen wird auf die Zeichnung bezug genommen, in der anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sowie der funktionale Ablauf der Radpaar-Spur­ spielregulierung ersichtlich sind. Es zeigt

Fig. 1 eine wagenbodenseitige Draufsicht auf eine erste Ausführungsform des Fahrwerks, die in einem Teilaufbruch eine pneumatisch- hydraulische Verstelleinrichtung und eine Längen- Verstelleinrichtung aufweisen,

Fig. 2 eine wagenbodenseitige Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform des Fahrwerks mit einer elektro-mechanischen Quer-Verstell­ einrichtung sowie einer elektro-motorischen Längen-Verstelleinrichtung.

In Fig. 1 und 2 ist mit 1 eine Radführungsschwinge bezeich­ net, die zusammen mit einer zweiten, ebenfalls mit 1 bezeichneten Radführungsschwinge Bestandteil des in der DE 35 46 493 C2 beschriebenen Fahrwerks ist. In beiden Rad­ führungsschwingen 1 ist jeweils ein Einzelrad 2 drehbar gelagert. Die Einzelräder 2 sind jeweils um einen Raddreh­ zapfen 3 schwenkbar und mittels eines Stellgliedes lenkbar.

Die Radführungsschwingen 1 sind an ihrem einen Ende über Schwingenlager 4 und 5 vertikal beweglich und horizontal fest mit dem Radkasten 6 verbunden. Das andere Ende jeder Radführungsschwinge 1 ist über ein regelbares Federsystem, das im wesentlichen aus Luftfedern 7 besteht, am Wagen­ kasten 8 abgestützt. Zur Seitenführung der Radführungs­ schwinge 1 ist in Höhe der Luftfedern 7 jeweils ein Querlenker 9 angeordnet, der gleichzeitig Verdrehkräfte der Radführungsschwinge 1 aufnehmen kann.

Um das aus der DE 35 46 493 C2 bekannte Fahrwerk für den Einsatz in Gleisnetzen zu ertüchtigen, welche auf die Spur­ führungsbedingungen von Drehgestell- oder Starrahmenfahr­ zeugen ausgelegt sind, weisen die in den Fig. 1 und 2 darge­ stellten Fahrwerke jeweils eine Einstellvorrichtung auf, durch die wenigstens eine der beiden Radführungsschwingen 1 quer zur Fahrzeug-Längsachse verschiebbar ist, um dadurch das zulässige Spurspiel des betreffenden Radpaares einzu­ stellen. Die Radpaarspur ist hierbei in der rechtwinkelig zur Fahrzeug-Längsachse liegenden Verbindungslinie der Raddrehzapfen 3 zu messen.

Die Einstellvorrichtung umfaßt im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 eine Quer-Verstelleinrichtung 10, durch die eine der beiden Radführungsschwingen 1 quer verschiebbar ist. Weiterhin umfaßt die Einstellvorrichtung eine Längen-Ver­ stelleinrichtung 11, durch die eine, beide Einzelräder 2 koppelnde Spurstange 12 in ihrer Länge an das wirksame Rad­ paarspurmaß anpaßbar ist.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Quer-Verstelleinrichtung 10 handelt es sich um eine pneumatisch-hydraulische Quer-Ver­ stelleinrichtung, die bei Druckbeaufschlagung ihrer Steuer­ leitung 13 einen Zylinderkolben 14 entgegen der Rückstell­ kraft eines Federelementes 15 verstellt. Da der Zylinder­ kolben 14 über einen Lagerzapfen an der Radführungsschwinge 1 befestigt ist, führt eine Verstellung des Zylinderkolbens 14 zu einer Querverschiebung der Radführungsschwinge 1.

Das Federelement 15 führt die Radführungsschwinge 1 bei Druckminderung oder Druckausfall wieder in ihre Ausgangs­ stellung zurück.

Über die Steuerleitung 13 wird parallel zur vorstehend beschriebenen Druckbeaufschlagung des Zylinderkolbens 14 auch die Längen-Verstelleinrichtung 11 der Spurstange 12 mit Druck beaufschlagt, wodurch die Spurstange 12 in ihrer Länge verändert wird. Die Längen-Verstelleinrichtung 11 weist hierzu ebenfalls einen Zylinderkolben 24 auf, der gegen ein Federelement 25 bewegbar ist.

Der Arbeitsdruck in der Quer-Verstelleinrichtung 10 sowie in der Längen-Verstelleinrichtung 11 wird durch ein Dreh­ schieberventil 16 geregelt. Die Regelung erfolgt ausgehend von der Sperrstellung bei Geradeausfahrt und unabhängig von der Winkelrichtung der Radauslenkung. Durch eine entspre­ chende Ausbildung der Schließ- und Öffnungsstellungen des Drehschieberventils 16 wird der Arbeitsdruck erst nach einem vorgegebenen Schwenkwinkel des Einzelrades 2 auf die Zylinderkolben 14 bzw. 24 der Quer- und Längen-Verstell­ einrichtungen 10 bzw. 11 gegeben. Damit wird die Spurspiel­ regulierung erst bei kleinen Kreisbögen aktiviert.

Das zur gezielten Lenkbarkeit der horizontal schwenkbar gelagerten Einzelräder 2 erforderliche Stellglied ist im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 als Radstellzylinder 17 ausgeführt. Der Radstellzylinder 17 wird entsprechend dem von einem Sensor 18 erfaßten Schienenverlauf von einem Proportional-Wegeventil 19 mit Druck beaufschlagt. Die für die Erfassung des Schienenverlaufs notwendige Sensorik sowie notwendige Steuer- und Regelungsverfahren sind z. B. in der EP 03 74 290 B1 beschrieben.

Die benötigte Druckölversorgung wird, falls vorhanden, über eine Zuleitung 20 dem Drehschieberventil 16 und dem Proportional-Wegeventil 19 zugeführt. Bei Druckluftversor­ gung wird das Drucköl einem in Fig. 1 nicht dargestellten pneumatisch-hydraulischen Druckübersetzer entnommen.

In Fig. 2 sind die gleichen Teile wiederum mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Aus­ führungsbeispiel ist zur Radpaar-Spurspielregulierung eine elektro-mechanische Einstellvorrichtung vorgesehen. Die Einstellvorrichtung umfaßt in dem in Fig. 2 darstellten Fall eine elektro-motorische Quer-Verstelleinrichtung 21 sowie eine ebenfalls elektro-motorische Quer-Verstelleinrichtung 22, die beide die Lage der Radführungsschwinge 1 bzw. die Länge der Spurstange 12 ebenso verändern, wie die Quer- Verstelleinrichtung 10 und die Längen-Verstelleinrichtung 11 gemäß Fig. 1. Die vom Sensor 18 erhaltenen und von einem Rechner ausgewerteten Steuerimpulse werden in den Verstelleinrichtungen 21 und 22 und im Stellglied 23 sowohl für die tangentiale Einstellung des Einzelrades 2 als auch für die Querverschiebung mindestens einer Radführungsschwinge 1 sowie auch für die Längenveränderung der Spurstange 12 umgesetzt. Dabei erfolgt die Querverschiebung der Radführungsschwinge 1 und die Längenveränderung der Spurstange 12 erst nach einem vorgegebenen Mindestradius im Schienenverlauf. Werden die beiden Einzelräder 1 eines Radpaares unabhängig vonein­ ander durch zwei Sensoren 18 gesteuert, so entfällt die Spurstange 12 sowie die hierfür benötigte Längen-Ver­ stelleinrichtung 11 (Fig. 1) bzw. 22 (Fig. 2). Dieses Duplex- Verfahren vermeidet die Quergleitreibung der Einzelräder 2 infolge ihrer unterschiedlichen Tangentialstellungen bei Kurvenfahrt.

Claims (13)

1. Fahrwerk für ein Schienenfahrzeug mit zwei voneinander unabhängigen Radführungsschwingen (1) für jeweils ein Einzelrad (2), das um einen Radzapfen (3) schwenkbar und mittels eines Stellgliedes (23 bzw. Stellzylinder 17) lenkbar ist, wobei jede Radführungsschwinge (1) mit ihrem einen Ende vertikal beweglich und horizontal fest im Radkasten (6) des Schienenfahrzeuges angeordnet und mit ihrem anderen Ende über ein Federsystem (Luftfeder) am Wagenkasten (8) abgestützt ist, gekennzeichnet durch eine Verstelleinrichtung (10 und 11 bzw. 21 und 22), durch die wenigstens eine Radführungsschwinge (1) quer zur Fahrzeug-Längsachse zur Einstellung des zulässigen Spurspiels der Radpaare verschiebbar ist, wobei die Radpaarspur in der rechtwinklig zur Fahrzeug-Längsachse liegenden Verbindungslinie der Raddrehzapfen (3) zu messen ist.

2. Fahrwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei mittels einer Spurstange (12) gekoppelten Einzelrädern (2) eines Radpaares die Verstelleinrichtung (11 bzw. 22) eine Einrichtung zur Längenänderung der Spurstange (12) umfaßt.

3. Fahrwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quer-Verstelleinrichtung (10 bzw. 21) in Schwingenlagern (4 und 5) angeordnet ist, mit denen das eine Ende der Radführungsschwinge (1) vertikal beweglich und horizontal fest im Radkasten (6) des Schienenfahrzeugs befestigt ist.

4. Fahrwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der beiden Radführungsschwingen (1) in Abhängigkeit vom Schwenkwinkel des zugehörigen Einzelrades (2) gegenüber der Fahrzeug-Längsachse querverschiebbar ist.

5. Fahrwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Quer-Verstelleinrichtung (10 bzw. 21) nur beim Durch­ fahren kleiner Gleisbögen aktivierbar ist.

6. Fahrwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Quer-Verstelleinrichtung (10) der Radführungs­ schwinge (1) einen Zylinderkolben (14) aufweist, der gegen die Rückstellkraft eines vorgespannten Federelementes (15) verschiebbar ist und durch diese Rückstellkraft in seine Ausgangslage rückführbar ist.

7. Fahrwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Radpaar-Spurspielregulierung eine pneumatisch- hydraulische Quer-Verstelleinrichtung (10) vorgesehen ist.

8. Fahrwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drehschieberventil (16) von einem auf dem Raddreh­ zapfen (3) angeordneten Drehschieber drehrichtungsunab­ hängig und erst nach einem beidseitig vorgegebenen, den Arbeitsbereich begrenzenden Winkelweg betätigbar ist.

9. Fahrwerk nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spurstange (12) durch die Längen-Verstelleinrich­ tung (11 bzw. 22) abhängig von der Quer-Verstelleinrichtung (10 bzw. 21) der Radführungsschwinge (1) der veränderten Rad­ paarspur angepaßt wird, wobei ein vom Steuerdruck des Dreh­ schieberventils (16) synchron beaufschlagter Zylinderkolben (24) gegen die Rückstellkraft eines vorgespannten Feder­ elementes (25) arbeitet und durch diese Rückstellkraft in seine Ausgangslage rückführbar ist.

10. Fahrwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Radpaar-Spurspielregulierung eine elektro- mechanische Quer-Verstelleinrichtung (21) vorgesehen ist.

11. Fahrwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Längenänderung der Spurstange (12) eine elektro- motorische Längen-Verstelleinrichtung (22) vorgesehen ist.

12. Fahrwerk nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die elektro-mechanische Quer-Verstelleinrichtung (21), die elektro-motorische Längen-Verstelleinrichtung (22) und die Rad-Schwenkeinrichtung (17, 23) mit Steuersignalen einer Schienenverlauf-Meßeinrichtung, die wenigstens einen Sensor (18) zur Erfassung des Schienenverlaufs umfaßt, beaufschlagbar sind.

13. Fahrwerk nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsbereich der Quer-Verstelleinrichtung, (10 bzw. 21) der Längen-Verstelleinrichtung (11 bzw. 22) sowie der Rad-Schwenkeinrichtung (17, 23) mittels eines einstellbaren Funktionsfreilaufs begrenzbar ist.