DE4423638C2 - Vorrichtung zur gleisbogenabhängigen Steuerung eines Wagenkastens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur gleisbo­ genabhängigen Steuerung eines Wagenkastens für Schienenfahr­ zeuge, die ein Neigen des Wagenkastens gegenüber einem Fahr­ werk bei einer Bogenfahrt durchführen.

Beim Betrieb von Schienenfahrzeugen zur Beförderung von Pas­ sagieren 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 bereits bekannt, eine Drehbewegung des Wagenkastens 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 re­ lativ träges dynamisches Verhalten des pneumatischen Systems vor. Aufgrund der begrenzten Federwege können auch nur rela­ tiv kleine Neigewinkel realisiert werden. Eine derartige Drehbeweglichkeit des Wagenkastens um eine tiefliegende Dreh­ achse wird in der EP 00 55 739 B1 beschrieben. Zur aktiven 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 Neigung 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 spezielle Fahrwerke erforderlich, um eine Tieferlegung des Fahrzeugfußbodens zu ermöglichen.

Aus der WO 90/03 906 A 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 Höhe eines im Bereich des Wagenkastens sitzenden Reisenden angeordnet ist, so kann ein guter Fahrkomfort realisiert werden. Ebenfalls sind nur relativ kleine Stellkräfte zur Durchführung der Neigung erforderlich. Bei einer derartigen Realisierung liegt jedoch der Wagenkastenschwerpunkt relativ dicht im Bereich der Drehachse, so dass eine automatische Rückstellbewegung in die Ausgangsposition nur gering ausge­ prägt 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 momentanen 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 Stellantriebe 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 eine mechanisch einfache Möglichkeit zur Neigung des Wagen­ kastens bereitgestellt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zur Vorgabe der Drehbeweglichkeit zwischen dem Wagenkasten und dem Fahrwerk eine Kombination von Lenkern vorgesehen ist, die den Wagenkasten über zwei Lemmniskaten tragen und die eine virtuelle Drehachse im Wagenkasten erzeugen, wobei die Größe der Verlagerung einer momentanen Drehachse beim Neigen über Hebellängen und die Lage von Koppelpunkten zwischen einem Zwischenträger, der starr mit dem Wagenkasten verbunden ist und den Lemniskaten vorgegeben wird.

Durch diese Anordnung sind das Rückstellverhalten des Wagen­ kastens und die Größe der nötigen Stellkräfte zur Erzeugung einer bestimmten Neigung gezielt beeinflussbar. Ein mögliches Ziel der Beeinflussung kann dabei die Realisierung einer minimalen Querauslenkung der Drehachse sein. Bei Verwendung von mechanischen Elementen wird eine feste lasttragende Ver­ bindung zwischen dem Wagenkasten und dem Fahrwerk herge­ stellt. Trotzdem ist eine Drehbeweglichkeit des Wagenkastens bei einer definierten Lage der Drehachse erzeugbar. Über die Geometrie der eingesetzten Elemente kann das Auswandern der Drehachse bei einer Durchführung der Neigungsbewegung ver­ hindert oder zumindest vermindert werden.

Eine übersichtliche Konstruktion wird dadurch bereitgestellt, dass Befestigungsendpunkte der Lemniskaten über Kopfgelenke mit dem Fahrwerk verbunden sind.

Alternativ ist es aber auch möglich, dass die Lemniskaten über Kopfgelenke mit dem Wagenkasten verbunden sind und dass die Koppelpunkte mittels Gelenken des Zwischenträgers im Bereich des Fahrwerks angeordnet sind.

Ein automatisch arbeitendes System wird dadurch bereitge­ stellt, dass die virtuelle Drehachse mit einem Abstand ober­ halb des Wagenkasten-Bodens angeordnet ist, der bei einer Einwirkung einer Fliehkraftbeschleunigung durch eine auto­ matische Neigung des Wagenkastens eine passive Neigeeinrich­ tung bereitstellt.

Eine Variante zur Erhöhung des Fahrkomforts besteht darin, dass im Bereich des Fahrwerkes eine nicht mitneigende Sekun­ därfederstufe angeordnet ist.

Eine andere Alternative wird dadurch bereitgestellt, dass im Bereich des neigbaren Wagenkastens eine mitneigende Sekun­ därfederstufe angeordnet ist.

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

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugquer­ schnittes zur Veranschaulichung der Neigekinematik in einer nichtgeneigten Stellung des Wagenkastens und

Fig. 2 einen Querschnitt gemäß Fig. 1 in einem geneigten Zustand des Wagenkastens.

Fig. 1 zeigt eine Zuordnung eines Fahrwerkes 1 zu einem Wa­ genkasten 2 in einer Positionierung des Wagenkastens, in der sich ein Boden 9 des Wagenkastens 2 in horizontaler Richtung erstreckt. Zur Kopplung des Wagenkastens 2 mit dem Fahrwerk 1 ist eine Mitteltraverse 10 vorgesehen, die sich in einer Aus­ gangspositionierung in Richtung einer vertikal verlaufenden Mittellinie 11 erstreckt. Die Mitteltraverse 10 ist fest mit dem Boden 9 sowie mit einem Zwischenträger 12 verbunden, der über Gelenke 13 und 14 drehbeweglich mit Lemniskaten 15 bzw. 16 verbunden ist. Die Lemniskate 15 besteht aus Hebeln 3, 4 und 5, die über Gelenke 17 bzw. 18 miteinander verbunden sind. Die Lemniskate 16 ist aus Hebeln 6, 7 und 8 ausgebildet, die über Gelenke 19 bzw. 20 miteinander verbunden sind.

Die Lemniskaten 15 und 16 sind in einer Ausgangsposition im wesentlichen symmetrisch zur Mittellinie 11 angeordnet. Aus­ gehend von einer unteren Montageebene 21, an die die Lemnis­ katen 15 und 16 über Basisgelenke 22 bzw. 23 angelenkt sind, erstrecken sich die Hebel 3 und 8 zunächst relativ zur Mit­ tellinie 11 geneigt in Richtung auf den Wagenkasten 2. Die Hebel 4 und 7 sind relativ zu den Hebeln 3 bzw. 8 mit einem Winkel von etwas unterhalb 90° angeordnet. Gleichfalls er­ folgt eine Anordnung mit einem Winkel etwas unterhalb von 90° bezüglich der Hebel 5 und 6 relativ zu den Hebeln 4 bzw. 7. Die Hebel 5 und 6 sind über Kopfgelenke 24 bzw. 25 an eine obere Montageebene 26 des Fahrwerkes 1 angelenkt.

Aufgrund der Zwangskopplung der Lemniskaten 15 und 16 erfolgt bei einer Neigung des Wagenkastens 2 relativ zum Fahrwerk 1 eine Ausbildung einer wirksamen Drehachse 27 oberhalb des Bodens 9.

Werden die Gelenke 13 und 14 des Zwischenträgers 12 auf einer Kreisbahn um die wirksame Drehachse 27 geführt, so bleibt die Drehachse 27 zur Neigung unabhängig vom Neigewinkel fest. Dies wird dadurch gewährleistet, dass die Hebel 3 und 5 der Lemniskate 15 gleichlang ausgebildet sind und bei der in Fig. 1 dargestellten Ausgangsstellung eine zueinander parallele Anordnung aufweisen. Dieselbe geometrische Definition gilt für die spiegelbildlich zur Lemniskate 15 ausgebildete Lem­ niskate 16. Tatsächlich kann zwar keine exakte Kreisbogen­ führung realisiert werden, bei den in der Praxis auftretenden Neigungswinkeln sind die Abweichungen vom Idealzustand allerdings vernachlässigbar klein. Um ein selbsttätiges Rückkehrverhalten zu erzeugen, wird eine definierte Auslen­ kung der Drehachse in eine Innenrichtung einer durchfahrenen Kurve generiert. Die Größe der Verlagerung der Drehachse 27 kann durch eine Variation der Lenkerlängen der Lemniskaten 15 und 16 vorgegeben werden. Darüber hinaus besteht eine weitere Einflussmöglichkeit durch die Wahl der Positionierung der Ge­ lenke 13 bzw. 14.

Fig. 2 zeigt den Wagenkasten 2 in einem geneigten Zustand. Durch die Neigung wird der Zwischenträger 12 derart ausge­ lenkt, dass die gewünschte Positionierung der wirksamen Dreh­ achse 27 hervorgerufen wird.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur gleisbogenabhängigen Steuerung eines Wagenkastens (2) für Schienenfahrzeuge, die ein Neigen des Wagenkastens gegenüber einem Fahrwerk (1) bei einer Bogen­ fahrt durchführen, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vorgabe der Drehbeweglichkeit zwischen dem Wagenkas­ ten (2) und dem Fahrwerk (1) eine Kombination von Lenkern vorgesehen ist, die den Wagenkasten (1) über zwei Lemniskaten (15 und 16) tragen und die eine virtuelle Drehachse (27) im Wagenkasten (2) erzeugen, wobei die Größe der Verlagerung einer momentanen Drehachse beim Neigen über Hebellängen und die Lage von Koppelpunkten (Gelenke 13 und 14) zwischen einem Zwischenträger (12), der starr mit dem Wagenkasten (2) ver­ bunden ist, und den Lemniskaten (15 und 16) vorgegeben wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Befestigungsendpunkte der Lemniskaten (15 und 16) über Kopfgelenke (24 bzw. 25) mit dem Fahrwerk (1) verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lemniskaten (15 und 16) über Kopfgelenke (24 bzw. 25) mit dem Wagenkasten (2) verbunden sind und dass die Kop­ pelpunkte mittels Gelenken (13 und 14) des Zwischenträgers (12) im Bereich des Fahrwerks (1) angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die virtuelle Drehachse (27) mit einem Abstand oberhalb des Wagenkasten-Bodens (9) angeordnet ist, der bei einer Einwirkung einer Fliehkraftbeschleunigung durch eine automa­ tische Neigung des Wagenkastens (1) eine passive Neigeein­ richtung bereitstellt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Fahrwerkes (1) eine nicht mitneigende Sekundärfederstufe angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des neigbaren Wagenkastens (2) eine mitnei­ gende Sekundärfederstufe angeordnet ist.