DE4412952C1 - Fahrwerk für ein Schienenfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fahrwerk für ein Schienenfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 2.

Ein derartiges Fahrwerk ist in der DE 42 14 066 A1 beschrieben. Im bekannten Fall wird durch die Sehnenführung der Fahrwerksholme und ihre paarweise Lenkung mittels eines Kupplungsgliedes ein eindeutig definierter Geradeauslauf sowie ein tangential angepaßter Kurvendurchlauf gewährleistet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Fahrwerk der eingangs genannten Art zu schaffen, das gegenüber dem bisher bekannten Fahrwerk ein nochmals verbessertes Kurvenlaufverhalten, insbes. im Hin­ blick auf Verschleiß- und Geräuschentwicklung, aufweist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Anspruch 1 bzw. im Anspruch 2 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.

Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Fahrwerk sind die horizontal dreh­ beweglichen Einzelräder gemäß einer ersten Lösung (Anspruch 1) mittels einer hydraulischen Steuervorrichtung tangential auf den Radius der von den Einzelrädern jeweils befahrenen Schiene einstellbar. Die für die horizontale Einlenkung der Einzelräder notwendigen Stellkriterien sind aus der Änderung zwischen Fahrzeuglängsachse und Fahrwerksholm ableitbar.

Nach einer zweiten Lösung (Anspruch 2) sind die horizontal drehbeweglichen Einzelräder mittels einer hydraulischen Steuervorrichtung tangential zum mittleren Gleisradius, der aus den beiden Schienenradien gebildet ist, einstellbar. Die hierfür erforderlichen Stellkriterien sind aus der Führungs­ geometrie zwischen der Stellung der Fahrwerksholme und der Lage des Kupplungsgliedes ableitbar.

Es versteht sich in diesem Zusammenhang von selbst, daß die Steuervorrichtung nur bei Bogenfahrt aktiviert ist und daß bei Geradeausfahrt die Steuervorrichtung durch geeignete Maßnahmen gesperrt ist. Bei einem Fahrwerk gemäß Anspruch 4 oder 5 ist es besonders vorteilhaft, die hydraulische Steuer­ vorrichtung bei Geradeausfahrt mittels fremdgesteuerter Sperrventile, wie in Anspruch 9 beschrieben, zu sperren.

Um auf eine einfache Weise eine Geradeausstellung der Einzelräder zu bewirken sowie, insbesondere beim Bogen­ einlauf, Systemschwingungen außerhalb kritischer Bereiche zu verlagern, sind Ausführungsformen nach den Ansprüchen 6 bis 8 besonders vorteilhaft.

Die erfindungsgemäß ausgebildeten Fahrwerke sind sowohl für Schienenfahrzeuge in konventioneller Bauweise als auch - aufgrund der kompakten Anordnung der hydraulischen Steuervorrichtung besonders für Niederflur-Schienenfahrzeuge geeignet.

Aus der nachfolgenden Beschreibung von zwei Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnung ergeben sich weitere Vorteile und Einzelheiten. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des Fahrwerks bei Geradeausfahrt,

Fig. 2 das Fahrwerk nach Fig. 1 bei Bogenfahrt,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausfüh­ rungsform des Fahrwerks bei Geradeausfahrt,

Fig. 4 das Fahrwerk nach Fig. 3 bei Bogenfahrt.

In den Fig. 1 bis 4 ist mit 1 und 2 jeweils ein Fahrwerksholm bezeichnet. Die beiden Fahrwerksholme 1 und 2 sind um jeweils einen Drehzapfen 3 bzw. 4 horizontal schwenkbar und durch ein Kupplungsglied miteinander verbunden. An jedem Ende der beiden Fahrwerksholme 1 und 2 ist jeweils ein Einzelrad 6 bzw. 7 sowie 8 bzw. 9 horizontal drehbeweglich angeordnet.

Das Kupplungsglied ist in den dargestellten Ausführungsbei­ spielen als Trapez-Spurstange 5 ausgebildet. Durch die Trapez- Spurstange sind die beiden Fahrwerksholme 1 und 2 im Sinne eines schlingerfreien Geradeauslaufs sowie eines weitest­ gehend quergleitfreien Kurvendurchlaufs horizontal lenkbar.

Bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 bis 4 ist jedes Einzelrad 6 bis 9 über jeweils einen Lenkhebel 10 bis 13 mit einer Stellstange eines Stellzylinders 14 bis 17 verbunden.

Die Ausführungsform nach der ersten Lösung (Fig. 1 und 2) weist weiterhin zwei Arbeitszylinder 18 und 19 auf, wobei jeweils einem Fahrwerksholm 1 bzw. 2 jeweils ein Arbeitszylinder 18 bzw. 19 zugeordnet ist. Die Kolbenstangen der Arbeitszylinder 18 und 19 sind über die Anlenkpunkte 20 bzw. 21 am Wagenkasten 22 des Schienenfahrzeugs und die Zylinder über die Anlenkpunkte 23 bzw. 24 am Winkelhebel 25 bzw. 26 des Fahrwerksholms 1 bzw. 2 horizontal beweglich befestigt. Die Winkelhebel 25 und 26 sind auf Höhe der Drehzapfen 3 und 4 der Fahrwerksholme 1 und 2 angeordnet.

Jeder Arbeitszylinder 18 bzw. 19 ist über hydraulische Verbindungsleitungen 27 und 28 bzw. 29 und 30 mit den Stell­ zylindern 14 und 15 bzw. 16 und 17 der beiden Einzelräder 6 und 7 bzw. 8 und 9 des betreffenden Fahrwerksholms 1 bzw. 2 invers wirkend verbunden.

Invers wirkend bedeutet in diesem Zusammenhang, daß der Zylinderraum 18′ des Arbeitszylinders 18 über die Verbindungsleitung 27 sowohl mit dem Zylinderraum 14′′ des Stellzylinders 14 als auch mit dem Zylinderraum 15′′ des Stellzylinders 15 verbunden ist. Weiterhin ist der Zylinderraum 18′′ des Arbeitszylinders 18 über die Verbindungsleitung 28 sowohl mit dem Zylinderraum 14′ des Stellzylinders 14 als auch mit dem Zylinderraum 15′ des Stellzylinders 15 verbunden.

Analog ist der Zylinderraum 19′ des Arbeitszylinders 19 durch die Verbindungsleitung 30 sowohl mit dem Zylinderraum 16′′ des Stellzylinders 16 als auch mit dem Zylinderraum 17′′ des Stellzylinders 17 verbunden. Ferner ist der Zylinderraum 19′′ des Arbeitszylinders 19 über die Verbindungsleitung 29 sowohl mit dem Zylinderraum 16′ des Stellzylinders 16 als auch mit dem Zylinderraum 17′ des Stellzylinders 17 verbunden.

Der Fachmann erkennt, daß sich bei Änderung der Lenkstellung von Geradeausfahrt (Fig. 1) in Bogenfahrt (Fig. 2) die Volumina der Zylinderräume aufgrund der Auslenkung des Fahrwerksholms 1 wie folgt ändern: Der Zylinderraum 18′ des Arbeitszylinders 18 wird kleiner und gibt seine Hydraulikflüssigkeit über die Verbindungsleitung 27 an die Zylinderräume 14′′ und 15′′ der Stellzylinder 14 und 15 ab, die ihre Volumina entsprechend vergrößern. Gleichzeitig mit der Verringerung des Zylinderraumes 18′ im Arbeitszylinder 18 vergrößert sich der Zylinderraum 18′′ des Arbeitszylinders 18 und über die Verbindungsleitung 28 strömt die Hydraulikflüssigkeit aus den sich verkleinernden Zylinderräumen 14′ und 15′ der Stellzylinder 14 und 15. Aufgrund der Kopplung der beiden Fahrwerksholme 1 und 2 mittels der Trapez-Spurstange 5 schwenkt auch der Fahrwerksholm 2 in gleicher Drehrichtung ein. Die Zylinderräume 19′ und 19′′ des Arbeitszylinders 19 sowie die Zylinderräume 16′ und 17′ der Stellzylinder 16 und 17 ändern sich in umgekehrter Weise wie die Zylinderräume 18′ und 18′′ des Arbeitszylinders 18 und der Stellzylinder 14 und 15. Die Einzelräder 6 bis 9 stellen sich infolgedessen, bei entsprechender Auslegung der hydraulischen sowie der mechanischen Übersetzungsverhältnisse an den Übertragungsgliedern, tangential auf den Radius der von ihnen befahrenen Schiene 31 bzw. 32 ein.

In den Verbindungsleitungen 27 bis 30 ist jeweils ein Sperr­ ventil 33 bis 36 angeordnet, durch die die hydraulische Steuer­ vorrichtung bei Geradeausfahrt gesperrt wird. Die Sperr­ ventile 33 und 34 sind hierbei dem Fahrwerksholm 1 mit seinen Einzelrädern 6 und 7 zugeordnet, wohingegen die Sperrventile 35 und 36 dem Fahrwerksholm 2 mit seinen Einzelrädern 8 und 9 zugeordnet sind. Die Sperrventile 33 und 34 werden durch ein Geberglied 37 und die Sperrventile 35 und 36 durch ein Geber­ glied 38 in Abhängigkeit von den Stellkriterien sowie von vorgebbaren Toleranzwerten für den Auslenkwinkel der Fahrwerksholme 1 und 2 fremdgesteuert. Die Geberglieder 37 und 38 sind hierzu zwischen dem Gehäuse des betreffenden Arbeitszylinders 18 bzw. 19 sowie seiner Kolbenstange angeord­ net. Bei Auslenkung der Fahrwerksholme 1 und 2 über einen vorgebbaren Winkel hinaus werden die Verbindungsleitungen 27 bis 30 zu den Stellzylindern 14 bis 17 freigegeben, so daß die vorstehend beschriebene tangentiale Einstellung der Einzelräder 6 bis 9 auf den Radius der jeweils befahrenen Schiene 31 bzw. 32 erfolgt.

Die Arbeitszylinder 18 und 19 weisen jeweils Mittenstellungsfedern 39 bzw. 40 auf, die die Geradeaus­ stellung der Einzelräder 6 bis 9 definieren. Anstelle von Mittenstellungsfedern in den Arbeitszylindern 18 und 19 können alternativ Mittenstellungsfedern in den Stellzylindern 14 bis 17 vorgesehen werden (in Fig. 1 und 2 nicht dargestellt). Durch die Rückstellfedern wird weiterhin ein kontinuierlicher Bogenanlauf des jeweils führenden Einzelrades - in Fig. 2 ist dies das Einzelrad 6 - erreicht.

Bei dem Fahrwerk nach den Fig. 1 und 2 leitet sich die tangentiale Radeinlenkung von den Winkeländerungen ab, die sich zwischen den Fahrwerksholmen 1 und 2 und der Fahrzeug­ längsachse 41 beim Einlauf der Einzelräder 6 und 7 in den Radius der Außenschiene (in Fig. 2 ist dies die Schiene 31) eines Gleisbogens einstellen. Da die sekundären Wagenkasten­ federwege in die Gestängelenkung der Einzelräder 6 bis 9 eingehen, ist die Wagenkastenfederung in vorteilhafter Weise, z. B. als Luftdruckfeder mit konstanter Niveauregulierung, auszuführen, so daß nur die Durchfederung als Änderungsgröße wirksam wird. Dieser als wechselnder Schwellwert auftretende Steuereinfluß läßt sowohl im Geradeaus- wie im Kurvenlauf kleine, überlagerte Richtungsänderungen der Radlaufebene entstehen, die einen Ablaufspiegel in der Radreifenlaufbreite erzeugen, der zu einem gleichmäßig verteilten Laufflächenverschleiß führt.

Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich, ist die Steuerung von der Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs sowie von der Bogen­ lage der Schienen 31 und 32 unabhängig. Durch Anschlagbegren­ zungen 42 bis 45 der horizontal drehbeweglichen Einzelräder 6 bis 9 am Fahrwerksholm 1 bzw. 2 wird auch bei Ausfall der hydraulischen Steuervorrichtung ein betrieblicher Notlauf erreicht.

Einzelradgesteuerte Holmfahrwerke sind darüber hinaus mit Ausschlagbegrenzungen der Fahrwerksholme auszurüsten, um einen definierten Fahrzeuglauf im Störungsfall zu erreichen.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach der zweiten Lösung (Fig. 3 und 4) ist nur ein Arbeitszylinder 46 vorgesehen, dessen Kolbenstange über einen Anlenkpunkt 47 am Fahrwerksholm 1 und der Zylinder über einen Anlenkpunkt 48 am Winkelhebel 49 des Kupplungsgliedes (Trapez-Spurstange 5) horizontal beweglich befestigt ist.

Der Arbeitszylinder 46 ist über hydraulische Verbindungs­ leitungen 50 bis 53 mit den Stellzylindern 14 bis 17 der Einzelräder 6 bis 9 verbunden. Der Arbeitszylinder 46 ist hierbei über die Verbindungsleitungen 50 und 52 invers wirkend mit dem Stellzylinder 14 und über die Verbindungs­ leitungen 51 und 53 invers wirkend mit dem Stellzylinder 15 verbunden.

Weiterhin ist der Arbeitszylinder 46 über die Verbindungs­ leitungen 50 und 52 gleichwirkend mit dem Stellzylinder 16 und über die Verbindungsleitungen 51 und 53 gleichwirkend mit dem Stellzylinder 17 verbunden.

Unter invers wirkend ist auch bei der in Fig. 3 und 4 darge­ stellten Ausführungsform zu verstehen, daß der Zylinderraum 46′ des Arbeitszylinders 46 mit den Zylinderräumen 14′ und 15′ der Stellzylinder 14 und 15 und der Zylinderraum 46′′ des Arbeitszylinders 46 mit den Zylinderräumen 14′′ und 15′′ der Stellzylinder 14 und 15 verbunden sind. Unter gleichwirkend ist in diesem Zusammenhang die Verbindung des Zylinderraumes 46′ des Arbeitszylinders 46 mit den Zylinderräumen 16′′ und 17′′ der Stellzylinder 16 und 17 sowie die Verbindung des Zylinderraumes 46′′ des Arbeitszylinders 46 mit den Zylinderräumen 16′ und 17′ der Stellzylinder 16 und 17 zu verstehen.

Bei Änderung der Lenkstellung von Geradeausfahrt (Fig. 3) in Bogenfahrt (Fig. 4) läuft das Einzelrad 6 mit seinem Spurkranz an der kurvenäußeren Schiene 31 an. Dadurch schwenkt der Fahrwerksholm 1 um seinen Drehzapfen 3, wodurch der Zylinderraum 46′ des Arbeitszylinders 46 vergrößert und der Zylinderraum 46′′ des Arbeitszylinders 46 verkleinert wird. Die Verkleinerung des zweiten Zylinderraumes des Arbeits­ zylinders 46 führt zu einem Transport der Hydraulikflüssig­ keit über die Verbindungsleitungen 52 und 53 in die entspre­ chenden Zylinderräume der Stellzylinder 14 bis 17. Gleich­ zeitig wird Hydraulikflüssigkeit über die Verbindungslei­ tungen 50 und 51 von den Stellzylindern 14 bis 17 in den Zylinderraum 46′′ des Arbeitszylinders 46 transportiert. Die Einzelräder 6 bis 9 stellen sich dadurch tangential zum mittleren Gleisradius 54 ein, der aus den Radien der beiden Schienen 31 und 32 gebildet wird. In Fig. 3 stimmt der mittlere Gleisradius 54 mit der Fahrzeuglängsachse 41 überein.

In den Verbindungsleitungen 50 bis 53 ist jeweils ein Sperr­ ventil 55 bis 58 angeordnet, durch die die hydraulische Steuervorrichtung bei Geradeausfahrt gesperrt wird. Die Sperrventile 55 bis 58 werden von einem Geberglied 59, das z. B. als Magnet- oder Druckschalter ausgebildet sein kann, fremdgesteuert. Bei Auslenkung der Fahrwerksholme 1 und 2 über einen vorgebbaren Winkel hinaus werden die Verbindungs­ leitungen 50 bis 53 zu den Stellzylindern 14 bis 17 freige­ geben (Bogeneinlauf) bzw. bei Unterschreiten des vorgegebenen Winkels gesperrt (Bogenauslauf).

Durch im Arbeitszylinder 46 angeordnete Mittenstellungsfedern 60 wird die Mittenstellung des Arbeitskolbens bewirkt und rückstellend die Geradeausstellung der Einzelräder 6 bis 9 definiert. Anstelle der Mittenstellungsfedern 60 im Arbeitszylinder 46 können ebenfalls alternativ Mittenstellungsfedern in den Stellzylindern 14 bis 17 vorgesehen werden (in Fig. 3 und 4 nicht dargestellt). Durch die Mittenstellungsfedern 60 im Arbeitszylinder 46 bzw. in den Stellzylindern 14 bis 17 wird ein kontinuierlicher Spurkranzanlauf des jeweils führenden Einzelrades (in Fig. 4 ist dies das Einzelrad 6) erreicht.

Auch das in den Fig. 3 und 4 dargestellte Fahrwerk weist Anschlagbegrenzungen 42 bis 45 auf, durch die bei Ausfall der hydraulischen Steuervorrichtung ein betrieblicher Notlauf erreicht wird.

Die in den Fig. 1 bis 4 beschriebenen Fahrwerke führen zu einem an die Schienenbögen eines Gleises angepaßten, stoß­ freien Kurveneinlauf. Hierdurch wird der Schienenkopf- und Spurkranzverschleiß wesentlich herabgesetzt und die Lauf­ geräusche, insbesondere in engen Gleiskurven, entscheidend minimiert.

Claims (10)

1. Fahrwerk für ein Schienenfahrzeug, das zwei von einander unabhängig um einen Drehzapfen (3 bzw. 4) horizontal schwenkbare Fahrwerksholme (1 und 2) aufweist, an deren beiden Enden jeweils ein Einzelrad (6 bis 9) gelagert ist, wobei die Fahrwerksholme) (1 und 2) mittels eines Kupplungsgliedes paarweise miteinander verbunden und im Sinne eines schlingerfreien Geradeauslaufs sowie eines weitestgehend quergleitfreien Kurvendurchlaufs horizontal lenkbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelräder (6 bis 9) horizontal drehbeweglich angeordnet und mittels einer hydraulischen Steuervorrichtung tangential auf den Radius der von den Einzelrädern (6 bis 9) jeweils befahrenen Schiene (31 bzw. 32) einstellbar sind, wobei die Stellkriterien aus der Änderung des Winkels zwischen Fahrzeuglängsachse (41) und Fahrwerksholm (1 bzw. 2) ableitbar sind.

2. Fahrwerk für ein Schienenfahrzeug, das zwei von einander unabhängige um einen Drehzapfen (3 bzw. 4) horizontal schwenkbare Fahrwerksholme (1 und 2) aufweist, an deren beiden Enden jeweils ein Einzelrad (6 bis 9) gelagert ist, wobei die Fahrwerksholme (1, 2) mittels eines Kupplungsgliedes paarweise miteinander verbunden und im Sinne eines schlingerfreien Geradeauslaufs sowie eines weitestgehend quergleitfreien Kurvendurchlaufs horizontal lenkbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelräder (6 bis 9) horizontal drehbeweglich angeordnet und mittels einer hydraulischen Steuervorrichtung tangential zum mittleren Gleisradius (54) einstellbar sind, wobei die Stellkriterien aus der Führungsgeometrie zwischen der Stellung der Fahrwerksholme (1 bzw. 2) und der Lage des Kupplungsgliedes (Trapez-Spurstange 5) ableitbar sind.

3. Fahrwerk nach Anspruch 1 oder 2, daß das Kupplungsglied als Trapez-Spurstange ausgebildet ist.

4. Fahrwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. daß jedes Einzelrad (6 bis 9) über einen Lenkhebel (10 bis 13) mit einer Kolbenstange eines Stellzylinders (14 bis 17) verbunden ist und daß jedem Fahrwerksholm (1 bzw. 2) ein Arbeitszylinder (18 bzw. 19) zugeordnet ist, der sowohl am Wagenkasten (22) als auch am Fahrwerksholm (1 bzw. 2) horizontal beweglich befestigt ist und der jeweils auf die Stellzylinder (14 und 15 bzw. 16 und 17) der beiden Einzelräder (6 und 7 bzw. 8 und 9) des betreffenden Fahrwerksholms (1 bzw. 2) wirkt, wobei die Arbeitszylinder (18 bzw. 19) jeweils invers wirkend mit den Stellzylindern (14 und 15 bzw. 16 und 17) verbunden sind.

5. Fahrwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Einzelrad (6 bis 9) über einen Lenkhebel (10 bis 13) mit einer Kolbenstange eines Stellzylinders (14 bis 17) verbunden ist und daß ein Arbeitszylinder (46) vorgesehen ist, der sowohl an einem der beiden Fahrwerksholme (1 bzw. 2) als auch an einem Anlenkpunkt (48) an dem Kupplungsglied horizontal beweglich befestigt ist und der gleichzeitig auf die Stellzylinder (14 bis 17) der Einzelräder (6 bis 9) wirkt, wobei der Arbeitszylinder (46) invers auf die Stellzylinder (14 und 15 bzw. 16 und 17) der Einzelräder (6 und 7 bzw. 8 und 9) und gleichsinnig auf die Stellzylinder (15 und 17 bzw. 14 und 16) der Einzelräder (7 und 9 bzw. 6 und 8) wirkt.

6. Fahrwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Arbeitszylinder (18 bzw. 19) Mittenstellungsfedern (39 bzw. 40) aufweist, die eine Mittenstellung des Arbeitskolbens bewirkt, und die rückstellend die Geradeausstellung der Einzelräder (6 bis 9) definiert.

7. Fahrwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitszylinder (46) Mittenstellungsfedern (60) aufweist, die eine Mittenstellung des Arbeitskolbens bewirkt und die rückstellend die Geradeausstellung der Einzelräder (6 bis 9) definiert.

8. Fahrwerk nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Stellzylinder (14 bis 17) jeweils Mittenstellungsfedern aufweist, die jeweils eine Mittenstellung des Stellkolbens bewirkt und die jeweils rückstellend die Geradeausstellung jedes Einzelrades (6 bid 9) definiert.

9. Fahrwerk nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Verbindungsleitung (27 bis 30 bzw. 50 bis 53) zwischen dem Arbeitszylinder (18 und 19 bzw. 46) und den Stellzylindern (14 bis 17) und/oder die hydraulischen Verbindungsleitungen (27 bis 30 bzw. 50 bis 53) zwischen den Stellzylindern (14 bis 17) fremdgesteuerte Sperrventile (33 bis 36 bzw. 55 bis 58) aufweisen, die in Abhängigkeit von den Stellkriterien sowie von vorgebbaren Toleranzwerten für den Auslenkwinkel der Fahrwerksholme (1 bzw. 2) die hydraulische Steuervorrichtung bei Geradeausfahrt sperren.

10. Fahrwerk nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkhebel (10 bis 13) durch an den Fahrwerksholmen (1 und 2) angeordnete Anschlagbegrenzungen (42 bis 45) in ihrer horizontalen Auslenkung mechanisch begrenzt sind.