DE4423636A1 - Neigevorrichtung für Schienenfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Neigung eines Wagenkastens eines Schienenfahrzeuges relativ zu seiner Längsachse, bei der mindestens ein Stellelement den Wagenkasten relativ zu einem Fahrwerksrahmen posi­ tioniert.

Derartige Vorrichtungen dienen dazu, die bei einer Kurvenfahrt auf reisende Passagiere einwirkenden Be­ schleunigungskräfte durch ein Neigen des Wagenkastens zur Kurveninnenseite zu kompensieren. Bei einem ent­ sprechenden Neigungswinkel können auf vorhandenen Strecken die Fahrgeschwindigkeiten erhöht werden, da durch das Neigen des Wagenkastens eine erhöhte Bogen­ fahrgeschwindigkeit ohne Komforteinbußen für den Fahr­ gast ermöglicht wird.

Aus der WO 90/03 906 ist bereits ein passives Neige­ system bekannt. Durch eine relativ hohe Lage der Dreh­ achse oberhalb des Wagenschwerpunktes wird es gewähr­ leistet, daß die Neigung automatisch durch die Fliehbe­ schleunigung bei der Bogenfahrt eingestellt wird. Nach einer Beendigung der Bogenfahrt erfolgt aufgrund der Schwerkrafteinwirkung eine automatische Rückstellung.

Für größere Neigewinkel, die bei höheren Bogenfahrge­ schwindigkeiten erforderlich sind, werden aktive Systeme eingesetzt, die über Stellelemente den Winkel zwischen dem Wagenkasten und dem Fahrwerksrahmen vor­ geben. Aus der DT 21 45 738 und der CH 60 04 26 sind bereits Kreisbogenführungen zur Realisierung der Dreh­ beweglichkeit bekannt, bei denen eine feste Drehachse vorgegeben ist. Es sind jedoch stark verschleißan­ fällige Führungen erforderlich, die einen relativ großen Einbauraum beanspruchen. Aus der EP 0 189 382 ist zur Realisierung der Drehbeweglichkeit bereits die Verwendung eines Gelenkvierecks bekannt, das aus zwei Pendeln gebildet ist, deren Mittellinienverlängerungen sich in der Drehachse schneiden. Durch die Verwendung eines Gelenkvierecks wandert die Drehachse mit zu­ nehmendem Neigungswinkel in Richtung auf das Innere des durchfahrenen Bogens. Die Größe der Drehachsen­ verlagerung ist über die Geometrie der Pendel beein­ flußbar, grundsätzlich ist sie jedoch ohne zusätzliche Kompensationselemente nicht vermeidbar. Eine Möglich­ keit zur Reduzierung dieser Drehachsenverschiebung über ein mechanisches Kompensationssystem wird in der EP 0 040 105 beschrieben.

Allen bekannten aktiven Neigesystemen gemeinsam ist die Verwendung hydraulischer Antriebe. Diese bieten den Vorteil hoher Stellkräfte bei einer gleichzeitigen kompakten Bauweise der Hydraulikzylinder. Es sind jedoch zum Betrieb der Hydraulikzylinder zusätzliche Einrichtungselemente im Bereich des Schienenfahrzeuges erforderlich, da generell bei Schienenfahrzeugen keine hydraulischen Betätigungselemente vorgesehen sind. Die Wartung des komplexen Hydrauliksystems erfordert zudem geschultes Fachpersonal, wodurch die Betriebskosten erhöht werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der einleitend genannten Art derart zu konstruieren, daß eine einfache und zuverlässige Möglichkeit zur Durchführung der Neigung des Wagen­ kastens bereitgestellt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen dem Wagenkasten und dem Fahrwerksrahmen eine Zwischenplattform angeordnet ist, die einerseits ein Sekundärfedersystem und andererseits das Stellelement haltert und daß das Stellelement aus einem Elektromotor ausgebildet ist sowie ein Konverter zur Umsetzung einer Drehbewegung des Elektromotors in eine Translations­ bewegung im Bereich des Elektromotors angeordnet ist.

Durch die Verwendung einer Zwischenplattform wird es ermöglicht, sowohl eine mechanisch definierte Ver­ stellung des Wagenkastens vorzunehmen, als auch zur Gewährleistung eines ausreichenden Fahrkomforts eine Sekundärfederung zu realisieren. Die Verwendung eines Elektromotors als Stellelement ermöglicht eine Durch­ führung der Neigung mit den standardmäßig im Bereich von Schienenfahrzeugen vorgesehenen Betriebsmitteln. Es wird somit vermieden, zusätzliche Betriebseinrichtungen installieren und warten zu müssen. Durch die Konver­ tierung der Drehbewegung des Elektromotors in eine Translationsbewegung wird in einfacher Weise die er­ forderliche Hubbewegung durchgeführt.

Reproduzierbare Fahreigenschaften sowohl bei Rechts­ als auch bei Linkskurven werden dadurch vorgegeben, daß je Fahrwerksrahmen zwei Stellelemente angeordnet sind.

Eine günstige Richtung der Verstellbewegung wird dadurch vorgegeben, daß das Stellelement relativ zu einer vertikalen Richtung geneigt angeordnet ist.

Zur Lagerung des Wagenkastens wird vorgeschlagen, daß zur Halterung des Wagenkastens eine Pendelaufhängung vorgesehen ist, die als Vier-Gelenksystem ausgebildet ist.

Insbesondere ist für die Lagerung des Wagenkastens vor­ gesehen, daß die Pendelaufhängung aus zwei Trägerele­ menten und zwei verschwenkbar mit den Trägerelementen verbundenen Pendelelementen ausgebildet ist.

Eine günstige Positionierung der wirksamen Drehachse des Wagenkastens erfolgt dadurch, daß eine Längsachse der Pendelelemente derart geneigt zu einer vertikalen Richtung angeordnet sind, daß eine im Schnittbereich der Längsachsen angeordnete Drehachse im Bereich eines Innenraumes des Wagenkastens lokalisiert ist.

Eine Blockierung des Wagenkastens in der geneigten Position kann dadurch vermieden werden, daß durch die Pendelaufhängung eine automatische Rückstellung des Wagenkastens in eine horizontale Grundposition reali­ siert ist.

Eine aktive Rückführung des Wagenkastens kann dadurch erfolgen, daß zur Rückführung des Wagenkastens in eine horizontale Grundposition ein separater Antrieb vorge­ sehen ist.

Zur Verhinderung unbeabsichtigter Verstellungen des Wagenkastens wird vorgeschlagen, daß eine den Wagen­ kasten vorgebbar in einer horizontalen Grundposition arretierende Haltevorrichtung vorgesehen ist.

Die Bereitstellung einer kompakten Ausführungsform wird dadurch unterstützt, daß die Haltevorrichtung in mindestens eines der Stellelemente integriert ist.

Zur Gewährleistung der Betriebsfähigkeit auch bei einem Ausfall der Hauptenergieversorgung wird vorgeschlagen, daß zur Steuerung mindestens eines der Stellelemente eine unabhängige Notfallenergieversorgung vorgesehen ist.

Eine weitere Unabhängigkeit des Betriebes kann dadurch bereitgestellt werden, daß zur Durchführung einer Rück­ stellung des Wagenkastens in die horizontale Grund­ position ein zusätzlicher Stellantrieb mit einer separaten Energieversorgung mit dem Wagenkasten ver­ bunden ist.

Eine zweckmäßige Konstruktion für das Stellelement be­ steht darin, daß der Konverter zur Umsetzung der Dreh­ bewegung des Elektromotor in eine Translationsbewegung als eine Spindel ausgebildet ist.

Eine preiswerte Realisierung besteht darin, daß das Verstellelement als ein Reluktanzmotor ausgebildet ist.

Eine weitere Verringerung der Baugröße kann dadurch erfolgen, daß das Verstellelement als ein Linearmotor ausgebildet ist.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Er­ findung schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Schienenfahrzeug, bei dem die Stellelemente zwischen einem Wagenkasten und einem Zwischenboden angeordnet sind und Sekundärfederelemente zwischen dem Fahrwerksrahmen und dem Zwischenboden montiert sind und

Fig. 2 einen Querschnitt entsprechend Fig. 1, bei dem die Sekundärfederelemente zwischen dem Wagen­ kasten und der Zwischenplattform angeordnet sind und die Stellelemente zwischen dem Fahr­ werksrahmen und der Zwischenplattform montiert sind.

Die Vorrichtung zur Neigung eines Wagenkasten (1) relativ zu einem Fahrwerksrahmens (3) weist eine Zwischenplattform (2) auf, die zwischen dem Wagenkasten (1) und dem Fahrwerksrahmen (3) angeordnet ist. Gemäß der Ausführungsform in Fig. 1 ist die Zwischenplattform (3) über eine Pendelaufhängung (4) mit dem Wagenkasten (1) verbunden. Die Zwischenplattform (2) ist über eine Sekundärfederung (6) mit dem Fahrwerksrahmen (3) verbunden. Zur Dämpfung sind parallel zur Sekundär­ federung (6) Schwingungsdämpfer (5) angeordnet. Eine Positionierung des Wagenkastens (1) relativ zur Zwischenplattform (2) erfolgt mit Hilfe von Stellele­ menten (7).

Insbesondere ist daran gedacht, jedem Fahrwerksrahmen (3) eine separate Zwischenplattform (2) zuzuordnen. Die Sekundärfederung (6) kann beispielsweise aus Luftfedern ausgebildet sein und als Schwingungsdämpfer (5) können hydraulische Dämpfungselemente zum Einsatz kommen. Aufgrund der auftretenden hohen Querbeschleunigungen kann im Bereich der Sekundärfederung (6) ein inte­ grierter oder separater Wankstabilisator angeordnet werden.

Die Pendelaufhängung (4) bildet ein Gelenkviereck aus. Trägerelemente (8) zur Halterung der Pendelaufhängung (4) sind starr mit einem Boden (9) des Wagenkastens (1) verbunden. Die Trägerelemente (8) sind im wesentlichen symmetrisch und mit einem Abstand zu einer Mittellinie (10) angeordnet und verlaufen ausgehend vom Boden (9) schräg in Richtung auf die Mittellinie (10). Im Bereich ihrer dem Boden (9) abgewandten Ausdehnung weisen die Trägerelemente (8) Gelenke (11) auf, die eine dreh­ bewegliche Verbindung mit Pendelelementen (12) reali­ sieren. Im Bereich ihrer den Gelenken (11) abgewandten Ausdehnung sind die Pendelelemente (12) über Gelenke (13) drehbeweglich mit der Zwischenplattform (2) ver­ bunden. Die Pendelelemente (12) verlaufen ausgehend von den Gelenken (11) in Richtung auf den Boden (9) derart geneigt zur Mittellinie (10), daß sich Längsachsen (14) der Pendelelemente (12) innerhalb des Wagenkastens (1) kreuzen und hier eine wirksame Drehachse (15) aus­ bilden. Die Neigung der Pendelelemente (12) wird derart vorgegeben, daß die Drehachse (15) etwa auf einer Sitz­ höhe von Fahrgastsitzen (16) angeordnet ist.

Durch die Verwendung der Kombination aus den Träger­ elementen (8) und den Pendelelementen (12) wandert die Drehachse (15) mit zunehmendem Neigewinkel in Richtung auf das Innere der durchfahrenen Kurve. Aufgrund der Schwerkrafteinwirkung auf den Wagenkasten (1) wird durch die Hebelwirkung relativ zur Drehachse (15) ein Rückstellmoment erzeugt, das ein automatisches Rück­ stellen in die ungeneigte Grundposition bewirkt. Die Größe der Querverlagerung und die Größe des Rückstellmomentes sind über die Geometrie des Gelenk­ viereckes vorgebbar.

Je Fahrwerksrahmen (3) wird mindestens ein Stellelement (7) verwendet. Zweckmäßig ist die gemäß Fig. 1 vorge­ sehene Verwendung von zwei Stellelementen (7), die in Richtung auf den Wagenkasten (1) bezüglich der Mittel­ linie (10) nach außen geneigt angeordnet sind. Das Stellelement (7) besteht aus einem Elektromotor, der mit einem Getriebe und einem Spindeltrieb ausgestattet sein kann. Durch den Spindeltrieb wird die Rotations­ bewegung des Motors in eine Translation des Spindel­ endes relativ zur Spindelmutter umgesetzt.

Zur Vermeidung eines Belassens des Wagenkastens in der geneigten Position bei einem Ausfall der Stellelemente (7) werden die Stellelemente (7) derart konstruiert, daß keine Selbsthemmung auftritt. Dies kann durch eine spezielle Ausführung des Getriebes und der Spindel er­ reicht werden. Zusätzlich sind Haltelemente vorgesehen, die den Wagenkasten (1) bei einer Fahrt mit deakti­ viertem Neigesystem oder bei Betriebspausen in der ungeneigten Stelle arretieren. Es ist beispielsweise möglich, die Halteelemente als Bremsen in die Stellele­ mente (7) zu integrieren.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist die Zwischen­ plattform (2) relativ zum Fahrwerksrahmen (3) lediglich abgefedert, es erfolgt jedoch keine Verschwenkung. Die Schwenkbewegung zur Erzeugung der Neigung des Wagen­ kastens (1) wird lediglich durch eine Positionierung des Wagenkastens (1) relativ zur Wagenplattform (2) erreicht. Die Sekundärfederung (6) gehört somit nicht zum zu neigenden Teil des Schienenfahrzeugs. Die Stell­ elemente (7) sind verschwenkbar im Bereich der Zwischenplattform (2) gelagert und ebenfalls ver­ schwenkbar am Boden (9) des Wagenkastens (9) angelenkt.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Se­ kundärfederung (6) zwischen dem Wagenkasten (1) und der Zwischenplattform (2) angeordnet ist. Die Stellelemente (7) sind zwischen der Fahrwerksrahmen (3) und der Zwischenplattform (2) angeordnet. Die Sekundärfederung (6) ist somit bei dieser Ausführungsform Teil des re­ lativ zum Fahrwerksrahmen (3) neigbaren Fahrzeugbe­ reiches.

Claims (15)

1. Vorrichtung zur Neigung eines Wagenkastens eines Schienenfahrzeuges relativ zu seiner Längsachse, bei der mindestens ein Stellelement den Wagenkasten relativ zu einem Fahrwerksrahmen positioniert, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Wagen­ kasten (1) und dem Fahrwerksrahmen (3) eine Zwischenplattform (2) angeordnet ist, die einer­ seits eine Sekundärfederung (6) und andererseits das Stellelement (7) haltert und daß das Stell­ element (7) aus einem Elektromotor ausgebildet ist sowie ein Konverter zur Umsetzung einer Drehbe­ wegung des Elektromotors in eine Translationsbe­ wegung im Bereich des Elektromotors angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß je Fahrwerksrahmen (3) zwei Stellelemente (7) angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Stellelement (7) relativ zu einer vertikalen Richtung geneigt angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß zur Halterung des Wagen­ kastens (1) eine Pendelaufhängung (4) vorgesehen ist, die als Vier-Gelenksystem ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Pendelaufhängung (4) aus zwei Trägerelementen (8) und zwei verschwenkbar mit den Trägerelementen (8) verbundenen Pendel­ elementen (12) ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Längsachse (14) der Pendelelemente (12) derart geneigt zu einer vertikalen Richtung angeordnet sind, daß eine im Schnittbereich der Längsachsen (14) angeordnete Drehachse (15) im Bereich eines Innenraumes des Wagenkastens (1) lokalisiert ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Pendelauf­ hängung (4) eine automatische Rückstellung des Wagenkastens (1) in eine horizontale Grundposition realisiert ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Rückführung des Wagenkastens (1) in eine horizontale Grundposition ein separater Antrieb vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine den Wagenkasten (1) vorgebbar in einer horizontalen Grundposition arretierende Haltevorrichtung vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung in mindestens eines der Stellelemente (7) integriert ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß zur Steuerung mindestens eines der Stellelemente (7) eine unabhängige Not­ fallenergieversorgung vorgesehen ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß zur Durchführung einer Rückstellung des Wagenkastens (1) in die hori­ zontale Grundposition ein zusätzlicher Stellantrieb (7) mit einer separaten Energieversorgung mit dem Wagenkasten (1) verbunden ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß der Konverter zur Um­ setzung der Drehbewegung des Elektromotor in eine Translationsbewegung als eine Spindel ausgebildet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, daß das Verstellelement (7) als ein Reluktanzmotor ausgebildet ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, daß das Verstellelement (7) als ein Linearmotor ausgebildet ist.