DE4423637C2 - Vorrichtung zur gleisbogenabhängigen Steuerung eines Wagenkastens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur gleisbo­ genabhängigen Steuerung eines Wagenkastens für Schienen­ fahrzeuge.

Bei dem Betrieb von Schienenfahrzeugen zur Beförderung von Passagieren ist es bekannt, zur Reduzierung der bei einer Bo­ genfahrt auf den Reisenden einwirkenden Querbeschleunigung ein Neigen des Wagenkastens zur Bogeninnenseite vorzunehmen. Hierdurch ist es möglich, die Fahrgeschwindigkeit der Züge bei Kurvenfahrten auf vorhandenen Strecken zu erhöhen. Für einen Fahrgast wird auch bei einer erhöhten Bogenfahrge­ schwindigkeit durch die Schrägneigung des Wagenkastens eine Komforteinbuße vermieden.

Es ist ferner bereits bekannt, eine Drehbewegung des Wagen­ kastens relativ zu seiner Längsachse durch Ansteuern von Luftfedern einer Sekundärfederstufe durchzuführen. Hier wird jedoch eine relativ tiefe Lage der Drehachse unterhalb eines Fußbodens des Wagenkastens hervorgerufen. Darüber hinaus liegt ein relativ träges dynamisches Verhalten des pneumati­ schen Systems vor. Aufgrund der begrenzten Federwege können auch nur relativ kleine Neigewinkel realisiert werden. Eine derartige Drehbeweglichkeit des Wagenkastens um eine tieflie­ gende Drehachse wird in der EP 00 55 739 beschrieben. Zur ak­ tiven Beeinflussung der Neigung ist gemäß dieser Druckschrift ein aktiver Wankstabilisator vorgesehen.

Bei einer relativ hohen Anordnung der Drehachse oberhalb des Schwerpunktes des Wagenkastens ist eine Durchführung der Nei­ gung des Wagenkastens aufgrund der Fliehbeschleunigung bei einem Durchfahren von Gleisbögen möglich. Hierbei handelt es sich um eine passive Wagenkastensteuerung. Eine entsprechend hohe Lage der Drehachse kann beispielsweise durch eine rela­ tiv hohe Lage der Sekundärluftfedern mit gleichzeitiger Ab­ senkung der Schwerpunktlage erfolgen. Hierzu sind jedoch spe­ zielle Fahrwerke erforderlich, um eine Tieferlegung des Fahr­ zeugfußbodens zu ermöglichen.

Aus der WO 90/03 906 A1 ist die Realisierung einer hochlie­ genden Drehachse durch Verwendung eines Gelenkviereckes zwi­ schen Wagenkasten und dem Fahrwerk bekannt. Es wird ebenfalls eine passive Vorgabe des Neigungswinkels durchgeführt. Diese Neigungsbewegung wird durch eine speziell ausgebildete Quer­ luftfeder unterstützt. Nachteilig ist hier jedoch der ledig­ lich geringe erzielbare Neigungswinkel.

Aus der DE-AS 21 45 738 und der CH 6 00 462 A sind aktive Neigesysteme bekannt, bei denen eine Neigung um eine feste Achse erfolgt, die im Zentrum einer Kreisbogenführung liegt. Wird die Drehachse derart gelegt, dass sie etwa auf einer Hö­ he eines im Bereich des Wagenkastens sitzenden Reisenden an­ geordnet ist, so kann ein guter Fahrkomfort realisiert wer­ den. Ebenfalls sind nur relativ kleine Stellkräfte zur Durch­ führung der Neigung erforderlich. Bei einer derartigen Reali­ sierung liegt jedoch der Wagenkastenschwerpunkt relativ dicht im Bereich der Drehachse, so dass eine automatische Rück­ stellbewegung in die Ausgangsposition nur gering ausgeprägt ist. Es ist somit stets erforderlich, entweder eine aktive Rückführung des Wagenkastens vorzusehen oder eine mit Federn ausgestattete Zentriervorrichtung einzubauen.

Eine Neigungsbewegung des Wagenkastens mit Hilfe eines Ge­ lenkviereckes wird außer in der DE-AS 21 45 738 auch in der EP 01 89 382 A2 beschrieben. Bei einer Durchführung der Nei­ gungsbewegung tritt jedoch stets eine Auswanderung einer mo­ mentanen Drehachse in Richtung eines inneren Kurvenradius auf. Da der Schwerpunkt bei der Neigungsbewegung nur relativ gering aus der Fahrzeugmitte ausgelenkt wird, erzeugt die Schwerkraft über den Hebelarm relativ zur momentanen Dreh­ achse stets ein Rückstellmoment, das den Kasten in die unge­ neigte Stellung zurückführt. Da dem Rückstellmoment durch den Stellantrieb entgegengewirkt werden muss, müssen die Stellan­ triebe in Abhängigkeit von der Aufhängungsgeometrie ausgelegt werden. Die Variabilität der Stellantrieb ist aufgrund der beengten Einbauverhältnisse im Fahrwerk unterhalb des Wagen­ kastens aber sehr eingeschränkt.

Hydraulische Verstellungen des Wagenkastens sind aus der DE 40 40 047 C2 und der DE 41 12 879 A1 bekannt. Hier wird eine direkte Abstützung des Wagenkastens auf den Stellantrieben durchgeführt. Die Hydraulikzylinder müssen jedoch das gesamte Wagenkastengewicht aufnehmen, weil keine lasttragenden mecha­ nischen Verbindungen zwischen dem Wagenkasten und dem Fahr­ werk vorgesehen sind. Es sind somit eine aufwendige Hydraulik und eine komplexe Regelung erforderlich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung es daher, eine Vorrichtung der einleitend genannten Art derart zu konstruieren, dass ei­ ne mechanisch einfache Möglichkeit zur Neigung des Wagenkas­ tens bereitgestellt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass einer Drehbewegung des Wagenkastens um eine tiefliegende reale Drehachse eine Querverschiebung einer Wiege überlagert ist, so dass eine momentane Drehachse oberhalb eines Bodens des Wagenkastens angeordnet ist, wobei die Drehbewegung über He­ bel mit der Querverschiebung gekoppelt ist und bei der zur Querbeweglichkeit der Wiege eine Aufhängung mit Pendeln vor­ gesehen ist, die beim Neigen und gleichzeitigen Querauslenken Rückstellkräfte erzeugen, die den Wagenkasten in eine unge­ neigte Mittelstellung zurückführen.

Die Kombination der drehbeweglichen Anordnung des Wagenkas­ tens und der Querbeweglichkeit der Wiege verursacht zum einen eine bezüglich des Fahrkomforts günstige Anordnung der wirk­ samen Drehachse, darüber hinaus kann eine kompakte Ausfüh­ rungsform bereitgestellt werden. Es werden komplizierte me­ chanische Bauelemente vermieden, so dass eine robuste und störungsunanfällige Konstruktion gewährleistet ist.

Eine zweckmäßige Aufhängung der Pendel erfolgt dadurch, dass obere Endbereiche der Pendel über Gelenke mit einem Fahrwerk und untere Bereiche der Pendel über Gelenke mit der Wiege verbunden sind.

Zur definierten Positionierung des realen Drehgelenkes wird vorgeschlagen, dass das reale Gelenk starr mit der Wiege ver­ bunden ist.

Die Kupplung der Drehbewegung des Wagenkastens mit der Quer­ verschiebung der Wiege erfolgt dadurch, dass der Hebel über ein oberes Gelenk mit dem Wagenkasten und über ein unteres Gelenk mit dem Distanzelement verbunden ist.

Die geometrischen Verhältnisse bei einer Durchführung der Be­ wegungen werden dadurch definiert, dass eine Längendimensio­ nierung der Pendel, des Hebels sowie des Distanzelementes so­ wohl die Höhenlage der momentanen Drehachse als auch die Grö­ ße einer Querauswanderung der momentanen Drehachse bei einer Durchführung einer Neigungsbewegung vorgibt.

Insbesondere ist vorgesehen, dass zur Unterdrückung einer Querauswanderung der Lage der momentanen Drehachse ein unte­ rer Abstand zwischen dem realen Drehgelenk und der Wiege gleich einem oberen Abstand zwischen dem realen Drehgelenk und der momentanen Drehachse gewählt ist.

Eine alternative Ausführungsform besteht darin, dass die obe­ ren Enden der Pendel über die Gelenke mit dem Wagenkasten verbunden sind und dass das reale Drehgelenk und der Hebel zwischen der Wiege und dem Fahrwerk angeordnet sind.

Eine Variante zur Realisierung einer Sekundärfederung des Wa­ genkastens besteht darin, dass eine Sekundärfederstufe des Fahrzeuges im Bereich eines relativ zum Fahrwerk fixierten Halterungselementes angeordnet ist.

Alternativ ist es aber auch möglich, dass eine Sekundärfede­ rung über eine Halterung gemeinsam mit dem Wagenkasten ver­ schwenkbar angeordnet ist.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Anordnung des Wagenkastens in einer nichtge­ neigten Stellung und

Fig. 2 eine Anordnung der Vorrichtung gemäß Fig. 1 in einer geneigten Positionierung.

Zur Ermöglichung einer Neigung eines Wagenkastens 2 relativ zu einem Fahrwerk 1 ist unterhalb einer vom Fahrwerk 1 aufge­ spannten Ebene ein reales Drehgelenk 8 angeordnet. Das Dreh­ gelenk 8 ist über eine Mittelstrebe 9 mit einem Boden 10 des Wagenkastens 2 verbunden. Unterhalb eines Auflageelementes 11 des Fahrwerks 1 ist eine Wiege 3 angeordnet, die über Pendel 4 und 5 mit dem Auflageelement 11 verbunden ist. Die Pendel 4 und 5 sind über Gelenke 12 mit dem Auflageelement 11 verbun­ den. Darüber hinaus sind Gelenke 13 zur Verbindung der Wiege 3 mit den Pendeln 4 und 5 vorgesehen.

Die Pendel 4 und 5 sind im wesentlichen symmetrisch zu einer Mittellinie 14 mit einem Abstand angeordnet. In einer Aus­ gangsposition erstrecken sich die Pendel 4 und 5 in vertika­ ler Richtung. Im wesentlichen im Bereich der Mittellinie 14 erstreckt sich im Bereich des von der Wiege 3 einerseits und den Pendeln 4 und 5 andererseits aufgespannten Raumes eine Basisstrebe 15, die einerseits fest mit der Wiege 3 verbunden ist und andererseits über das reale Drehgelenk 8 in die Mit­ telstrebe 9 übergeleitet ist. Die Mittelstrebe 9 ist fest mit dem Boden 10 verbunden.

Über ein Distanzelement 7, das sich als Verlängerung der Wie­ ge 3 in eine Richtung quer zur Mittellinie 14 erstreckt, ist ein Hebel 6 mit der Wiege 3 verbunden. Der Hebel 6 erstreckt sich parallel zur Mittelinie 14 und ist über ein Gelenk 16 mit dem Distanzelement 7 verbunden Im Bereich seiner dem Ge­ lenk abgewandt angeordneten Ausdehnung ist der Hebel 6 über ein Gelenk 17 an eine Seitenstrebe 18 des Wagenkastens 2 an­ gekoppelt. Die Seitenstrebe 18 ist fest mit dem Boden 10 ver­ bunden und erstreckt sich parallel zur Mittelstrebe 9. Durch die Entfernung des realen Drehgelenkes 8 von der Wiege 3 wird ein unterer Abstand 19 und durch die Entfernung des realen Drehgelenkes 8 von einer momentanen Drehachse 20 wird ein o­ berer Abstand 21 vorgegeben.

Fig. 2 veranschaulicht die Anordnung in einer geneigten Posi­ tionierung des Wagenkastens 2. Es ist ersichtlich, dass durch die Querverschiebung der Wiege 3 ebenfalls eine Querverschie­ bung der Basisstrebe 15 mit dem realen Drehgelenk 8 erfolgt. Gleichzeitig wird eine Schrägstellung des Distanzelementes 7 verursacht, da dieses starr mit dem Pendel 5 verbunden ist. Hier wird also eine starre Zuordnung von etwa 90° vorgegeben. Bei einer Drehbewegung des Wagenkastens 2 erfolgt eine Anhe­ bung und Schrägstellung der Seitenstrebe 18, die ein Anheben des Gelenkes 17 sowie des Hebels 6 zur Folge hat. Darüber hinaus erfolgt eine Querverschiebung des Hebels 6. Durch die Kopplung des Hebels 6 über das Gelenk 16 mit dem Distanzele­ ment 7 und die Verbindung des Distanzelementes 7 mit dem Pen­ del 5 wird hierdurch die seitliche Auslenkung der Wiege 3 und damit die Querverschiebung des realen Drehgelenkes 8 verur­ sacht.

Die Überlagerung dieser Bewegungen verursacht eine Positio­ nierung der momentanen Drehachse 20 oberhalb des Bodens 10. Durch die Querauslenkung der Wiege 3 werden insbesondere Rückstellkräfte erzeugt, die das System nach einer Beendigung der Kurvenfahrt in eine horizontale Positionierung des Wagen­ kastens 2 zurückführen.

Das Verhältnis des unteren Abstandes 19 zum oberen Abstand 21 definiert die Größe der Drehachsenauswanderung. Bei einer gleichen Dimensionierung des unteren Abstandes 19 und des o­ beren Abstandes 21 ist eine exakte Führung ohne eine Auswan­ derung der momentanen Drehachse 20 realisierbar. Alternativ zu der in den Figuren dargestellten seitlichen Anordnungen des Hebels 6 ist auch eine zur Fahrzeugmitte weisende Anord­ nung möglich. Ebenfalls ist es denkbar, den Hebel 6 nicht vertikal, sondern geneigt zur lotrechten Richtung anzuordnen.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur gleisbogenabhängigen Steuerung eines Wa­ genkastens (2) für Schienenfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass einer Drehbewegung des Wagenkastens (2) um eine tieflie­ gende reale Drehachse (Gelenk 8) eine Querverschiebung einer Wiege (3) überlagert ist, so dass eine momentane Drehachse (20) oberhalb eines Bodens (10) des Wagenkastens (2) angeord­ net ist, wobei die Drehbewegung über Hebel (6) mit der Quer­ verschiebung gekoppelt ist und bei der zur Querbeweglichkeit der Wiege (3) eine Aufhängung mit Pendeln (4 und 5) vorgese­ hen ist, die beim Neigen und gleichzeitigen Querauslenken Rückstellkräfte erzeugen, die den Wagenkasten (2) in eine un­ geneigte Mittelstellung zurückführen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass obere Endbereiche der Pendel (4 und 5) über Gelenke (12) mit einem Fahrwerk (1) und untere Bereiche der Pendel (4 und 5) über Gelenke (13) mit der Wiege (3) verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die reale Drehachse des Wagenkastens in Form eines Ge­ lenkes (8) starr mit der Wiege (3) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (6) über ein oberes Gelenk (17) mit dem Wagen­ kasten (2) und über ein unteres Gelenk (16) mit dem Distanz­ element (7) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Längendimensionierung der Pendel (4 und 5), des He­ bels (6) sowie eines Distanzelementes (7) sowohl die Höhenla­ ge einer momentanen Drehachse (20) als auch die Größe einer Querauswanderung der momentanen Drehachse (20) bei einer Durchführung einer Neigungsbewegung vorgibt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Unterdrückung einer Querauswanderung der Lage der momentanen Drehachse (20) ein unterer Abstand (19) zwischen dem realen Drehgelenk (8) und der Wiege (3) gleich einem obe­ ren Abstand (21) zwischen dem realen Drehgelenk (8) und der momentanen Drehachse (20) gewählt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die oberen Enden der Pendel (4 und 5) über die Gelenke (12) mit dem Wagenkasten (2) verbunden sind und dass das rea­ le Drehgelenk (8) und der Hebel (6) zwischen der Wiege (3) und dem Fahrwerk (1) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sekundärfederstufe des Fahrzeuges im Bereich eines relativ zum Fahrwerk (1) fixierten Halterungselementes ange­ ordnet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sekundärfederung über eine Halterung gemeinsam mit dem Wagenkasten (2) verschwenkbar angeordnet ist.