EP0393177B1 - Neigungskompensator für schnellfahrende fahrzeuge, insbesondere schienenfahrzeuge - Google Patents

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EP0393177B1
EP0393177B1 EP89910596A EP89910596A EP0393177B1 EP 0393177 B1 EP0393177 B1 EP 0393177B1 EP 89910596 A EP89910596 A EP 89910596A EP 89910596 A EP89910596 A EP 89910596A EP 0393177 B1 EP0393177 B1 EP 0393177B1
Authority
EP
European Patent Office
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transverse
superstructure
tilt
bogie
pneumatic springs
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP89910596A
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English (en)
French (fr)
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EP0393177A1 (de
Inventor
Richard Schneider
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Schweizerische Industrie Gesellschaft
Original Assignee
Schweizerische Industrie Gesellschaft
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61F—RAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
    • B61F5/00—Constructional details of bogies; Connections between bogies and vehicle underframes; Arrangements or devices for adjusting or allowing self-adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves
    • B61F5/02—Arrangements permitting limited transverse relative movements between vehicle underframe or bolster and bogie; Connections between underframes and bogies
    • B61F5/22—Guiding of the vehicle underframes with respect to the bogies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61F—RAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
    • B61F5/00—Constructional details of bogies; Connections between bogies and vehicle underframes; Arrangements or devices for adjusting or allowing self-adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves
    • B61F5/02—Arrangements permitting limited transverse relative movements between vehicle underframe or bolster and bogie; Connections between underframes and bogies
    • B61F5/22—Guiding of the vehicle underframes with respect to the bogies
    • B61F5/24—Means for damping or minimising the canting, skewing, pitching, or plunging movements of the underframes

Definitions

  • the present invention relates to a device for compensating for the inclined position of the body of a rail vehicle when traveling at high speeds by means of a passive tilting system, wherein a tilt compensator has a four-bar linkage that is operatively connected to an energy store, which eliminates the parasitic stiffness of the tilt compensator and when traveling in bends excessive track, the urge of a car body to be inclined to the outside is compensated, so that a car body contour, which has at least three approximately rectangular or square sides and an upper terminating line in cross section, is inserted without a bank-related indentation in a given boundary profile.
  • a rail vehicle traveling with centrifugal force through an arch with an elevated track tends to tilt its car body outwards.
  • an active inclination system e.g. according to DE-OS 24 34 143, in which the car body of a rail vehicle is tilted by means of control and adjustment elements about a horizontal longitudinal axis into a relatively equal angle towards the inside of the arc
  • a passive inclination system e.g. according to DE-OS 25 12 008, in which the car body of a rail vehicle is suspended in a swinging manner and the longitudinal axis of the tilting movement directed towards the inside of the bow lies above the center of gravity of the vehicle.
  • the present invention therefore aims to combine the advantages of the two aforementioned systems with one another and also to eliminate the disadvantage of a special car body cross section inherent in both solutions.
  • a passive system in which the inclination compensator in the form of a four-bar linkage compensates for the urge of the car body to tilt outwards towards the curve and, supported by an energy store, converts it into an inclination towards the inside of the curve.
  • the solution according to the invention makes use of elements known per se, but with the aim of using them to overcome all the parasitic stiffnesses of the system which make it difficult for the body of the car to tilt inward as a result of the kinematics of the four-bar linkage.
  • Two transverse air springs which are arranged horizontally between the bogie and the body, in pairs, oppositely arranged and communicatively connected to one another, can serve as energy stores, which, due to their negative rigidity, are inherently unstable. Between you and the rest of the system, the energy stored in the transverse air springs to overcome the parasitic stiffness to tilt the car body towards the inside is only shifted back and forth, i.e. exchanged, but not supplied from the outside.
  • EP-PS 0 128 126 already discloses air springs arranged in pairs horizontally between the bogie and the body, which, however, essentially serve to dampen the horizontal forces and with which the body is guided by control impulses above the bogie in the sense of an arc-dependent transverse play limitation, and otherwise in the center can be.
  • the inclination angle of the body of the wagon body is varied in a substantially wide range by varying the rigidity of the transverse air spring pair, as is otherwise only possible with an active inclination system.
  • the inclination compensator can be supported by additional additional transverse springs, which are arranged in series with the actual car body suspension system.
  • transverse air springs are used for energy exchange and damping the tilting movement
  • special training forms alternatively or cumulatively allow an integrated longitudinal entrainment, as well as a vertical emergency support / anti-lift device and a speed-dependent car body transverse play limitation when traveling through bends.
  • the present solution allows the leveling linkage of the vertical car body suspension to be positioned in such a way that neither under the influence of the car body inclination or any transverse movements, nor as a result of a bogie deflection when traveling through bends, does the measuring rod become inclined, and thus in accordance with DE-PS 33 11 989 known from the prior art, complex arrangement can be avoided.
  • the prior art also includes GB-A 528,356, which discloses a device for compensating for the inclined position of the body of a rail vehicle when traveling at high speeds by means of a passive tilting system.
  • the tilt compensator is designed in the form of a pendulum system that is operatively connected to an energy store. This eliminates the parasitic stiffness of the tilt compensator.
  • the urge of a car body to tilt towards the outside of the curve is compensated for.
  • Another embodiment discloses an active tilting system, in which corresponding pressure-actuated cylinder piston devices are provided in order to inevitably transmit the corresponding control movements to the parts of the vehicle to be controlled.
  • the structure of such active control systems is significantly more complicated than that of passive ones, so that they have a significant impact on the manufacturing costs and are also more prone to failure (GB-A 1 480 806).
  • Fig. 1 shows the schematic representation of a rail vehicle in the elevated track curve 10, reduced to the essential elements.
  • a car body 1 is guided by means of a tilt compensator 3 on a bogie, not shown.
  • the inclination compensator 3 prevents the car body 1 from sloping in the elevated track 10 towards the outside of the bend and works essentially in combination with a four-bar linkage 4.
  • This is formed from a roll stabilizer 5 fastened to the bogie frame with the two laterally arranged articulated supports 6, 6 'and one floating stored crossbar 8.
  • the inclination compensator 3 compensates for an inclined position of the car body 1 toward the outside of the bend when the bend is traveling, by supporting and setting up the outer bend support 6, preferably by a pair of transverse air springs 33, 33 'having a negative stiffness as described in FIG the floating traverse 8 forces a horizontally directed rotary movement.
  • the car body 1 which has a normal cross section for UIC-standardized vehicles and which is preferably equipped with a speed-dependent transverse play limitation, fits into an internationally specified boundary profile 9.
  • a car body 1 provided with an inclination compensator 3 can therefore pass through the profile without e.g. in the roof area or on the lower edge of the car body, as is otherwise necessary, a characteristic, bank-related retraction of the car body contour 61 must be carried out.
  • Essential to the invention is the fact that a vehicle equipped with a tilt compensator 3 has a passive tilt system with which the tilt angle of the car body (1) assumes comparable values to the inside of the curve as can otherwise only be achieved with an active tilt system.
  • a bogie frame 12 is supported in a known manner on two wheel sets 11 with the likewise known means of axle guidance and suspension.
  • a car body suspension 16 is arranged in a known manner for vertical cushioning of the car body 1.
  • This consists of a known combination of an air spring 18, 18 'and an emergency spring 17, 17' arranged underneath, which can be designed as a rubber layer spring.
  • a crossbeam 8 rests on the car body suspension 16, floatingly supported between it and an additional transverse suspension 23 connected to it in series.
  • additional transverse springs as described under FIG. 3, are each clamped together in pairs and thus carry the car body 1.
  • the additional transverse suspension 23 which is connected in series with the car body suspension 16, allows the car body 1 to be turned out over the bogie 2 as a result of bowing.
  • the additional transverse suspension 23 is used to achieve good driving comfort values in the transverse direction.
  • the transverse stiffness of this suspension is therefore preferably dimensioned such that the transverse stiffness of the overall system, reduced to the center of gravity of the body, assumes a value that is optimal for driving comfort in the transverse direction, for example 0.5 Hz.
  • the characteristic curve of the additional transverse suspension 23 can be linear, progressive or degressive depending on the requirements.
  • the floating traverse 8 with longitudinal links 34, 34 'as described under FIG. 3 is connected to the car body 1.
  • the floating traverse 8 is connected to the bogie frame 12 in the form of a four-bar linkage 4. This is formed from a roll stabilizer 5, which is mounted on the cross member 15 of the bogie frame 12 in two horizontal pivot bearings 29, 29 ', and the two, at the ends of which are each fastened to a joint 30, 30' joint supports 6 and 6 '.
  • the articulated supports 6 and 6 ' are inclined in a convergent manner upwards and are fastened to the floating crossmember 8 in the articulation points 31, 31' in such a way that they force them into a horizontally directed rotational movement during transverse movement.
  • the floating crossmember 8 has a central, downwardly directed pivot pin 32 which engages between two horizontally arranged transverse air springs 33, 33 ', which in turn are supported in the transverse direction on two auxiliary long beams 14, 14'.
  • the four-bar linkage 4 can also be arranged in pairs, so that two roll stabilizers are used at the same time, which in turn are connected to the floating crossbar 8 in the manner shown by means of two linkage supports.
  • Figure 3 shows a further embodiment of a floating crossbar 38. This rests on its underside on the indicated car body suspension 16 and is connected via an additional transverse suspension 23 to the car body 1, not shown, located above it.
  • the additional transverse springs 19 and 21, 20 and 22, as well as 19 'and 21', 20 'and 22' are each clamped together in pairs with the tensioning screws 24, 25 and 24 ', 25' in order to absorb any torque which may occur due to longitudinal impacts can.
  • an elastic transverse stop 26 consisting of two transverse buffers 27, 27 ', for example on the floating cross member 38, while the stop surfaces, not shown, are assigned to the car body.
  • the articulation of the floating traverse 38 is carried out by trailing arms, which release a movement of the floating traverse 38 in the vertical and transverse directions, but block in the longitudinal direction.
  • FIGS. 4 and 5 A further preferred embodiment of the invention is shown in FIGS. 4 and 5.
  • a car body 1 is supported on a bogie 2 equipped with an inclination compensator 3.
  • the inclination compensator 3 consists of the articulated quadrilateral 4 formed by the roll stabilizer 5 with the articulated supports 6, 6 'and a floating traverse 48, supported by the two transverse air springs 33, 33' serving as an energy store 49, between which a pivot 32 is immersed.
  • the floating crossbar 48 rests here between the vertical car body suspension 16 and the simplified form of an additional transverse suspension 43, which consists of four additional transverse springs 39, 40, 41, 42 inserted into the floating crossbar 48.
  • transverse spring travel is taken over by a transverse buffer 27, 27 'provided laterally on the floating crossmember 48 in a rotationally symmetrical arrangement, the car body 1 having the corresponding stop surfaces 28, 28'.
  • the articulation of the floating traverse 48 is carried out, for example, by two longitudinal links 34, 34 'which are located in a rotationally symmetrical arrangement and which release movement of the traverse 48 in the vertical and transverse directions, but block in the longitudinal direction.
  • the damping of the horizontal vibrations between the floating cross member 48 and the car body 1 can either be taken over by a corresponding material quality of the spring elements 39, 40, 41, 42 of the additional transverse suspension 43, or by a hydraulic damper arranged between the floating cross member 48 and the car body 1 44.
  • this pairing also assumes the function of longitudinally eccentric emergency support of the car body 1 in the event of an arc when the air springs 18, 18 ′ of the car body suspension 16 are operated without pressure.
  • roller 45 and stop 46 is able to absorb the wheel load changes which occur during operation of the emergency springs 17, 17 'in such a way that the safety against derailment of the leading outer wheel on the outside of the bogie in front increases.
  • four lifting safeguards 47 can also be attached to the floating cross member 48, which prevent the cross member 48 from tipping over larger longitudinal impacts with respect to parts of the car body 1 but do not restrict their movement in the transverse direction.
  • FIG. 6 An example of use shown in FIG. 6 is essentially identical to the embodiment described in FIG. 2, but deliberately dispenses with the energy store 49 that supports the quadrilateral joint 4. In this case, the supporting effect must be provided by the vertical car body suspension 16, which is used for this has a negative transverse stiffness.
  • the floating crossmember 8 has a pivot pin 52, which takes over the longitudinal entrainment between the bogie 2 and the body 1 in a known manner via a lemniscate yoke 50 by means of two steering rods 51, 51 '.
  • This application example is intended to show that known bogie types can be converted to inclination compensation according to the invention at any time with relatively little effort.
  • FIG. 7 shows the detailed illustration of the energy store 49 already mentioned in the form of two transverse air springs 33, 33 ', which are arranged in the bogie pitch center and are as unstable as possible. These are clamped in pairs in opposite directions between the pivot pin 32 projecting from a floating crossmember 8, 38, 48 and the two auxiliary long beams 14, 14 'of the bogie frame 12.
  • the two transverse air springs 33, 33 ' With the two transverse air springs 33, 33 ', the inclination of the car body 1, which is predetermined by the kinematics of the four-bar linkage 4, toward the inside of the bow is supported when traveling through bends.
  • the two transverse air springs 33, 33 ' have a negative stiffness and, as an energy store 49, help to overcome the parasitic stiffness of the rest of the system by releasing energy to the rest of the system for the purpose of the tilting process.
  • the angle of inclination of the car body 1 can be varied within a wide range, as is otherwise only possible with an active tilting system.
  • the two transverse air springs 33, 33 ' are preferably connected to one another in a communicating manner via a throttle diaphragm 53 serving for damping, so that a horizontal damper 44 can be dispensed with.
  • Each transverse air spring 33, 33 ' has a rolling bellows 54, 54', which between an outer guide 55, 55 'fastened to the pivot 32 and a cone 56, 56' fastened to the auxiliary long beam 14, 14 'of the bogie frame 12 the shape shown is clamped.
  • the shape of the cone 56, 56 'and the outer guide 55, 55' can be used to change the effective area of the transverse air springs 33, 33 '.
  • the stiffness of the energy store 49 can be varied as a result of this and because of the variable effective diameter which results from the rolling motion of the bellows 54, 54 'as a result of the transverse movement.
  • the stiffness of the energy store 49 can also be varied via the internal pressure of the two transverse air springs 33, 33 ', which for this purpose are connected either directly or via corresponding additional valves to the vertical car body suspension 16 and are preferably controlled as a function of the load.
  • the bellows 54, 54 'of the two transverse air springs 33, 33' have on their inside, horizontally opposite, the area of the largest diameter of the cones 56, 56 'covering the entraining surfaces 57, 57' and 58 , 58 'on.
  • the free longitudinal play and the required stiffness in the longitudinal direction can be achieved either by appropriately designing the driving surfaces 57, 57 'and 58, 58' with rubber or plastic pads, or / and by specifically shaping the respective area on the outer guides 55, 55 '. can be achieved.
  • the bellows 54, 54 'of the two transverse air springs 33, 33' have on their inside, vertically opposite, the area of the largest diameter of the cones 56, 56 'covering stop surfaces 59, 59 'and 60, 60' on.
  • stop surfaces 59, 59 'and 60, 60' can also be varied either by appropriate training with rubber or plastic pads, or by targeted shaping of the respective area on the outer guides 55, 55 '.
  • an appropriately oval-shaped outer guide 55, 55 'results In the case of the entrains and stops which are offset by 90 ° for the integrated longitudinal entrainment and the integrated emergency support / anti-lift device, an appropriately oval-shaped outer guide 55, 55 'results.
  • the transverse air springs 33, 33 ' are influenced in such a way that the car body 1 fits into the conditions of an arc-dependent transverse play limitation, which may differ depending on the inside and outside of the curve.
  • FIG. 8 shows, for example, a circuit diagram for the speed-dependent limit play limitation of a car body 1 when traveling through bends, in which the two transverse air springs 33, 33 'are controlled by a change-over valve 63 which operates in a speed-dependent manner.
  • the lower position of the changeover valve 63 shown corresponds, with its de-energized state, to a slow arc travel up to approx. 40 km / h, in which the two transverse air springs 33, 33 'crosswise with the two, the transverse path of the floating traverse 8, 38, 48 tapping position valves 62, 62 'are connected.
  • the energy store 49 is interrupted and the inclination compensator 3 is returned to its central position by the position valves 62, 62 '.
  • An electrical control pulse moves the changeover valve from a driving speed of approx. 40 km / h into an upper position, in which the two transverse air springs 33, 33 'are communicatively connected to one another via a throttle orifice 53 and thus release the energy store 49, so that the tilt compensator 3 can exert its effect according to the invention.
  • any necessary replenishment of the transverse air springs 33, 33 'can take place, for example, from the air springs 18, 18' of the car body suspension 16 or directly from the feed line of the car body 1.

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Abstract

Die Vorrichtung zur Kompensation der Schräglage des Wagenkastens eines Schienenfahrzeuges bei Bogenfahrt mit hohen Geschwindigkeiten mittels eines passiven Neigesystems umfasst einen Neigungskompensator (3), der bei Bogenfahrt im überhöhten Gleis (10) den Drang eines Wagenkastens (1) zur Neigung nach bogenaussen kompensiert. Dieser weist ein Gelenkviereck (4) auf, der, mit einem Energiespeicher gekoppelt, eine Neigung des Wagenkastens (1) nach bogeninnen erzeugt. Dabei stützt sich der Wagenkasten (1) auf einer Zusatz-Querfederung ab, und fügt sich ohne einen querneigungsbedingten Einzug seiner Wagenkastenkontur (61) in ein vorgegebenes Umgrenzungsprofil (9) in diesem Profil mühelos ein. Dadurch wird bei Bogenfahrten der Drang des Wagenkastens zur Neigung nach bogenaussen kompensiert und, durch den Energiespeicher unterstützt, in eine Neigung desselben nach bogeninnen umgesetzt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kompensation der Schräglage des Wagenkastens eines Schienenfahrzeuges bei Bogenfahrt mit hohen Geschwindigkeiten mittels eines passiven Neigesystems, wobei ein Neigungskompensator ein Gelenkviereck aufweist, das mit einem Energiespeicher in Wirkverbindung steht, welcher die parasitären Steifigkeiten des Neigungskompensators aufhebt und bei Bogenfahrt im überhöhten Gleis der Drang eines Wagenkastens zur Neigung nach bogenaussen kompensiert wird, so dass sich eine Wagenkastenkontur, welche im Querschnitt mindestens drei annähernd ein Rechteck oder Quadrat festlegende Seiten und eine obere Abschlusslinie aufweist, ohne einen querneigungsbedingten Einzug in ein vorgegebenes Umgrenzungsprofil einfügt.
  • Mit den allgemeinen Bemühungen zur Steigerung der Reisegeschwindigkeit im Schienenuerkehr geht eng einher das Problem, hohe Fahrgeschwindigkeiten auch in den Bögen uneingeschränkt beibehalten zu können.
  • Vorhandene Gleisanlagen weisen, um die Wirkung der Zentrifugalkraft bei Bogenfahrt ausgleichen zu können, in den Bögen gewisse Ueberhöhungsbeträge auf. Diese vermögen jedoch in Abhängigkeit vom Bogenradius die auftretenden Fliehkräfte nur bis zu einer bestimmten Geschwindigkeit zu kompensieren.
  • Darüberhinausgehende Fahrgeschwindigkeiten erhöhen zugleich die in Bezug auf die Fahrtrichtung seitlich wirkenden Kräfte, welche auf den Reisenden während der Bogenfahrt dann unangenehm einwirken.
  • Ein so mit Fliehkraft-Ueberschuss durch einen Bogen mit überhöhtem Gleis fahrendes Schienenfahrzeug tendiert zur Neigung seines Wagenkastens nach bogenaussen.
  • Diese Situation ist jedoch unerwünscht, da dem System in die falsche Richtung weisende Lagewinkel auferlegt werden.
  • Die Folge ist eine wesentliche Komfort-Beeinträchtigung für die Reisenden, sowie ein unerlaubtes Ueberschreiten des vorgegebenen Lichtraumprofils bei einem nicht eigens angepassten Wagenkasten-Querschnitt.
  • In diesem Sinne gilt es, eine derartige, nach bogenaussen gerichtete Schräglage des Wagenkastens so zu kompensieren, dass gleichzeitig die auf den Reisenden einwirkende überschüssige Fliehkraft abgebaut wird.
  • Dies bedeutet, dem Wagenkasten eines Schienenfahrzeuges zur Verwirklichung von erhöhten Bogengeschwindigkeiten eine, zur bogeninnenseite hin gerichtete Schräglage aufzuzwingen.
  • Im Stand der Technik bedient man sich hierzu bislang zwei Betriebsweisen: entweder eines aktiven Neigungssystems, z.B. gemäss DE-OS 24 34 143, bei dem der Wagenkasten eines Schienenfahrzeuges mittels Steuer- und Verstellelementen um eine waagerechte Längsachse in einen verhältnisgleichen Winkel nach bogeninnen gekippt wird, oder eines passiven Neigungssystems, z.B. gemäss DE-OS 25 12 008, bei dem der Wagenkasten eines Schienenfahrzeuges pendelförmig schwingend aufgehängt ist und die Längsachse der nach bogeninnen gerichteten Kippbewegung jeweils oberhalb des Fahrzeugschwerpunktes liegt.
  • Beiden vorgenannten Betriebsweisen gemeinsam ist jedoch der Nachteil, dass sich in Abhängigkeit ihrer jeweiligen Drehpolhöhe spezielle, und ein für jedes System unterschiedlicher Querschnitt des Wagenkastens ergeben.
  • Während bei einem aktiven System zwar jegmögliche Kompensation des Neigewinkels erreicht werden kann, wird sie doch mit einem sehr hohen Aufwand an Steuerung und Mechanik erkauft.
  • Bei einem passiven System hingegen sind die diesbezüglichen Aufwendungen wesentlich geringer, es ist aber auch die entsprechende Kompensation des Neigewinkels bescheidener.
  • Daher bezweckt die vorliegende Erfindung die Vorteile der beiden vorgenannten Systeme miteinander zu verbinden und zudem noch den, beiden Lösungen anhaftende Nachteil eines speziellen Wagenkasten-Querschnitts zu eliminieren.
  • Erreicht wird dies durch die Massnahme gemäss einem der Ansprüche. Es wird ein passives System vorgesehen, bei dem mit einem Neigungskompensator in Form eines Gelenkvierecks bei Bogenfahrt der Drang des Wagenkastens zur Neigung nach bogenaussen kompensiert und, durch einen Energiespeicher unterstützt, in eine Neigung desselben nach bogeninnen umgesetzt wird.
  • Hierbei bedient sich die erfindungsgemässe Lösung an sich bekannter Elemente, jedoch mit dem Ziel, mit diesen sämtliche parasitären Steifigkeiten des Systems zu überwinden, welche ein durch die Kinematik des Gelenkvierecks vorgegebenes Neigen des Wagenkastens nach bogeninnen erschweren.
  • Als Energiespeicher können zwei, zwischen Drehgestell und Wagenkasten horizontal, paarweise entgegengesetzt angeordnete und kommunizierend miteinander verbundene Quer-Luftfedern dienen, die sich aufgrund ihrer negativen Steifigkeit an sich labil verhalten. Zwischen Ihnen und dem übrigen System wird so die in den Quer-Luftfedern gespeicherte Energie zur Ueberwindung der parasitären Steifigkeiten zum Neigen des Wagenkastens nach bogeninnen einzig hin- und herverlagert, das heisst ausgetauscht, jedoch nicht von aussen zugeführt.
  • Mit der EP-PS 0 128 126 sind bereits horizontal zwischen Drehgestell und Wagenkasten paarweise angeordnete Luftfedern bekannt, die jedoch im Wesentlichen der Dämpfung der Horizontalkräfte dienen und mit denen der Wagenkasten per Steuerimpuls über dem Drehgestell im Sinne einer bogenabhängigen Querspielbegrenzung, und ansonsten mittig, geführt werden kann.
  • Bei der erfindungsgemässen Lösung wird hingegen im wesentlichen durch Variation der Steifigkeit des Quer-Luftfederpaars der Neigewinkel des Wagenkastens nach bogeninnen in vergleichbar weiten Bereichen variiert, wie dies ansonsten nur mit einem aktiven Neigesystem möglich ist.
  • Zur Erzielung eines guten Querkomforts, auch bei zu niedrigen Drehpolhöhen oder bei Nichtausnutzung der Fliehkraftneigung kann der Neigungskompensator von weiteren Zusatzquerfedern unterstützt werden, welche in Serie zum eigentlichen Wagenkasten-Federungssystem angeordnet sind.
  • Dienen die Quer-Luftfedern dem Energie-Austausch und der Dämpfung der Neigebewegung, so erlauben besondere Ausbildungsformen alternativ oder kummulierend eine integrierte Längsmitnahme, sowie eine vertikale Notabstützung/Abhebesicherung und eine geschwindigkeitsabhängige Wagenkasten-Querspielbegrenzung bei Bogenfahrt.
  • Durch diese multifunktionale Ausbildung der Quer-Luftfedern hebt sich die Lösung auch im Detail deutlich von dem, in der DE-OS 22 46 881 gezeigten Stand der Technik ab, wo vergleichbare Funktionen nur durch sehr aufwendige Anordnungen erreicht werden.
  • Gleichzeitig erlaubt die vorliegende Lösung eine Plazierung des Niveaureguliergestänges der vertikalen Wagenkasten-Federung derart, dass weder unter dem Einfluss der Wagenkasten-Neigung oder allfälliger Querbewegungen, noch infolge eines Drehgestellausschlags bei Bogenfahrt eine Schrägstellung der Messstange die Folge ist, und so eine gemäss DE-PS 33 11 989 aus dem Stand der Technik her bekannte, aufwendige Anordnung vermieden werden kann.
  • Zum Stand der Technik gehört ferner die GB-A 528,356, welche eine Vorrichtung zur Kompensation der Schräglage des Wagenkastens eines Schienenfahrzeuges bei Bogenfahrt mit hohen Geschwindigkeiten mittels eines passiven Neigesystems offenbart. Dabei ist der Neigungskompensator in Form eines Pendelsystems ausgebildet, das mit einem Energiespeicher in Wirkverbindung steht. Dieser hebt die parasitären Steifigkeiten des Neigungskompensators auf. Ferner wird bei Bogenfahrt im überhöhten Gleis der Drang eines Wagenkastens zur Neigung nach Bogenaussen kompensiert.
  • Eine weitere Ausführung offenbart ein aktives Neigesystem, bei welchem entsprechende druckmittel-betätigte Zylinderkolbenvorrichtungen vorgesehen sind, um die entsprechenden Steuerbewegungen zwangsläufig auf die zu steuernden Teile des Fahrzeuges zu übertragen. Solche aktiven Steuersysteme sind in ihrem Aufbau bedeutend komplizierter als passive, sodass sie merklich bei den Herstellungskosten ins Gewicht fallen und zudem störanfälliger sind (GB-A 1 480 806).
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anschliessend anhand einer Zeichnung im einzelnen erläutert.
  • Dabei zeigt:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung eines Fahrzeug-Querschnitts mit Neigungskompensation im überhöhten Gleis
    Fig. 2
    einen Querschnitt durch ein weiteres Fahrzeug mit einem Neigungskompensator, mit Energiespeicher in Form einer Quer-Luftfederung.
    Fig. 3
    eine perspektivische Darstellung einer schwimmenden Traverse gemäss Fig. 2
    Fig. 4
    einen Querschnitt gemäss Fig. 2, jedoch mit einer Variante der schwimmenden Traverse
    Fig. 5
    eine Draufsicht auf eine schwimmende Traverse gemäss Fig. 4
    Fig. 6
    einen Querschnitt gemäss Fig. 2, jedoch ohne Quer-Luftfederung
    Fig. 7
    eine detaillierte Darstellung der Quer-Luftfederung im Teilschnitt
    Fig. 8
    ein Schaltschema der Quer-Luftfederung eines Neigungskompensators für die geschwindigkeitsabhängige Querspielbegrenzung eines Wagenkastens bei Bogenfahrt.
  • Fig. 1 zeigt die schematische Darstellung eines Schienenfahrzeuges im überhöhten Gleisbogen 10, reduziert auf die wesentlichen Elemente.
  • Hierbei ist ein Wagenkasten 1 mittels eines Neigungskompensators 3 auf einem nicht dargestellten Drehgestell geführt. Der Neigungskompensator 3 verhindert eine Schräglage des Wagenkastens 1 im überhöhten Gleis 10 nach bogenaussen und arbeitet im wesentlichen in Kombination mit einem Gelenkviereck 4. Dieses wird gebildet aus einem, am Drehgestellrahmen befestigten Wankstabilisator 5 mit den beiden seitlich angeordneten Gelenkstützen 6, 6' und einer schwimmend gelagerten Traverse 8.
  • Die schematische Darstellung beinhaltet die drei folgenden Fahrtzustände:
    • dick gezeichnet, die Stellung eines Fahrzeugs mit Neigungskompensation im überhöhten Gleis bei einer Querbeschleunigung von beispielsweise 1,8 m/S²
    • strichliert dargestellt, dasselbe Fahrzeug, jedoch alle beweglichen Elemente als starr angenommen
    • dünn gezeichnet, dasselbe Fahrzeug im überhöhten Gleis bei Stillstand und Hangabtrieb nach bogeninnen.
  • Der Deutlichkeit halber sind einige Elemente in separaten Figuren detailliert dargestellt, die jedoch in der jeweils beschriebenen Form zusammenwirken.
  • Mit dem Neigungskompensator 3 wird bei Bogenfahrt eine Schräglage des Wagenkastens 1 nach bogenaussen kompensiert, indem sich die bogenäussere Gelenkstütze 6, vorzugsweise von einem, unter Figur 7 beschriebenen, eine negative Steifigkeit aufweisendes Quer-Luftfederpaar 33, 33' als Energiespeicher 49 unterstützt, aufstellt und der schwimmenden Traverse 8 eine horizontal gerichtete Drehbewegung aufzwingt.
  • Hierbei ergibt sich in den Schnittpunkten der Wirklinien von den beiden Gelenkstangen 6,6' ein Momentan-Zentrum M₁ bis M₃, um das der Wagenkasten 1 in seiner Längsachse nach bogeninnen geneigt wird. Ein Schwerpunkt S₁ bis S₃ erfährt hierbei eine leichte Horizontalverschiebung.
  • Unter den beiden Extrembedingungen gemäss den Stellungen M₁ und M₃ fügt sich der Wagenkasten 1, der einen normalen Querschnitt für UIC-standardisierte Fahrzeuge aufweist und der vorzugsweise mit einer geschwindigkeitsabhängigen Querspielbegrenzung ausgestattet ist in ein international vorgegebenes Umgrenzungsprofil 9.
  • Ein mit Neigungskompensator 3 versehener Wagenkasten 1 ist somit profilgängig, ohne dass z.B. im Dachbereich oder an der Wagenkasten-Unterkante, wie sonst erforderlich, ein charakteristischer, querneigungsbedingter Einzug der Wagenkastenkontur 61 vorgenommen werden muss.
  • Als erfindungswesentlich gilt die Tatsache, dass ein mit Neigungskompensator 3 ausgerüstetes Fahrzeug ein passives Neigesystem aufweist, mit dem der Neigewinkel des Wagenkastens (1) nach bogeninnen vergleichbare Werte annimmt, wie sie sonst nur mit einem aktiven Neigesystem erreichbar sind.
  • Bei einer in Figur 2 gezeigten Ausführungsform ist ein Drehgestellrahmen 12 in bekannter Weise mit den ebenfalls bekannten Mitteln der Achsführung und -federung auf zwei Radsätzen 11 abgestützt. Auf jedem der beiden Langträger 13, 13' des Drehgestellrahmens 12 ist in bekannter Weise eine Wagenkasten-Federung 16 zur vertikalen Abfederung des Wagenkastens 1 angeordnet.
  • Diese besteht aus einer an sich bekannten Kombination einer Luftfeder 18, 18' und einer darunter angeordneten Notfeder 17, 17', welche als Gummischichtfeder ausgebildet sein kann. Auf der Wagenkasten-Federung 16 ruht, zwischen dieser und einer hierzu in Serie geschalteten Zusatz-Querfederung 23 schwimmend gelagert, eine Traverse 8. Hierfür sind Zusatzquerfedern, wie unter Fig. 3 beschrieben, jeweils paarweise miteinander verspannt und tragen so den Wagenkasten 1.
  • Die in Serie zur Wagenkasten-Federung 16 geschaltete Zusatz-Querfederung 23 gestattet das Ausdrehen des Wagenkastens 1 über dem Drehgestell 2 infolge Bogenfahrt. Insbesondere dient die Zusatz-Querfederung 23 der Erzielung guter Fahrkomfort-Werte in Querrichtung. Daher ist die Quersteifigkeit dieser Federung vorzugsweise so bemessen, dass die Quersteifigkeit des Gesamt-Systems reduziert auf den Wagenkasten-Schwerpunkt einen, für den Fahrkomfort in Querrichtung optimalen Wert annimmt, beispielsweise 0,5 Hz. Hierzu kann die Kennlinie der Zusatz-Querfederung 23 nach den jeweiligen Anforderungen linear, progressiv oder degressiv gewählt werden.
  • Ein elastischer Queranschlag 26, bestehend aus zwei Querpuffern 27, 27' befindet sich zur Begrenzung des Querfederweges beispielsweise am Wagenkasten 1, während die zugehörigen Anschlagflächen 28, 28' an der schwimmenden Traverse 8 angeordnet sind. Weiterhin ist die schwimmende Traverse 8 mit Längslenkern 34, 34' wie unter Fig. 3 beschrieben, mit dem Wagenkasten 1 verbunden. Nach unten hin ist die schwimmende Traverse 8 in Form eines Gelenkvierecks 4 mit dem Drehgestellrahmen 12 verbunden. Dieses wird gebildet aus einem am Querträger 15 des Drehgestellrahmens 12 in zwei horizontalen Drehlagern 29, 29' gelagerten Wankstabilisator 5 und den beiden, an dessen Enden in je einem Gelenk 30, 30' befestigten Gelenkstützen 6 und 6'.
  • Die Gelenkstützen 6 und 6' sind nach oben hin konvergent geneigt und an der schwimmenden Traverse 8 in den Gelenkpunkten 31, 31' so befestigt, dass sie dieser bei Querbewegung eine horizontal gerichtete Drehbewegung aufzwingen.
  • Ferner besitzt die schwimmende Traverse 8 einen zentralen, nach unten gerichteten Drehzapfen 32, der zwischen zwei horizontal angeordnete Quer-Luftfedern 33, 33' eingreift, die sich ihrerseits in Querrichtung an zwei Hilfslangträgern 14, 14' abstützen.
  • Das zuvor beschriebene Gelenkviereck 4 bildet zusammen mit dem Drehzapfen 32 und den beiden, als Energiespeicher 49 dienenden Quer-Luftfedern 33, 33' den Neigungskompensator 3, der bei schneller Bogenfahrt eine Schräglage des Wagenkastens 1 nach bogeninnen erzeugt, ansonsten jedoch die vertikale Einfederung der Wagenkasten-Federung 16 freigibt.
  • Hierbei kann in einem weiteren Anwendungsbeispiel das Gelenkviereck 4 auch paarweise angeordnet werden, so dass zwei Wankstabilisatoren gleichzeitig zum Einsatz kommen, die wiederum mittels je zwei Gelenkstützen in gezeigter Weise mit der schwimmenden Traverse 8 verbunden sind.
  • Ausserdem befindet sich, zwischen Wankstabilisator 5 und Drehgestellrahmen 12 angeordnet, je ein Niveaureguliergestänge 7,7' zur Steuerung der Luftfedern 18, 18' der Wagenkasten-Federung 16. Diese Anordnung erlaubt ein Niveaureguliergestänge einfachster Art, da dessen Messstange 37, 37' keinerlei Einflüssen aus der Wagenkasten-Neigung oder allfälliger Quer- und Ausdrehbewegungen des Drehgestells 2 bei Bogenfahrt unterliegt.
  • Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer schwimmend gelagerten Traverse 38. Diese ruht an ihrer Unterseite auf der angedeuteten Wagenkastenfederung 16 und ist über eine Zusatz-Querfederung 23 mit dem darüber befindlichen, nicht dargestellten Wagenkasten 1 verbunden. Hierfür sind die Zusatzquerfedern 19 und 21, 20 und 22, sowie 19' und 21', 20' und 22' jeweils paarweise mit den Spannschrauben 24, 25 sowie 24', 25' miteinander verspannt, um ein allfällig durch Längsstösse auftretendes Moment aufnehmen zu können.
  • Zur Begrenzung des Querfederweges befindet sich ein elastischer Queranschlag 26, bestehend aus zwei Querpuffern 27, 27' beispielsweise an der schwimmenden Traverse 38, während die nicht dargestellten Anschlagflächen dem Wagenkasten zugeordnet sind. Die Anlenkung der schwimmende Traverse 38 wird von Längslenkern übernommen, die eine Bewegung der schwimmenden Traverse 38 in Vertikal- und Querrichtung freigeben, jedoch in Längsrichtung sperren. Hierzu sind entweder zwei Längslenker 34, 34' in Gelenklagern 36 an der Aussenseite der schwimmenden Traverse 38 angeordnet, oder ein zentraler Längslenker 35 über ein Gelenklager 36 in der Mitte der schwimmenden Traverse 38 befestigt und deren jeweiliges andere Ende über Gelenklager 36 mit den Wagenkasten 1 verbunden.
  • Bei der Anordnung mit einem zentralen Längslenker 35 wird die aus der Bogenfahrt zwischen Drehgestell 2 und Wagenkasten 1 resultierende Ausdrehbewegung ebenfalls von der Zusatz-Querfederung 23 übernommen.
  • In den Figuren 4 und 5 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Hierbei ist ein Wagenkasten 1 auf einem mit einem Neigungskompensator 3 ausgerüsteten Drehgestell 2 abgestützt. Der Neigungskompensator 3 besteht aus dem, durch den Wankstabilisator 5 mit den Gelenkstützen 6, 6' und einer schwimmenden Traverse 48 gebildeten Gelenkviereck 4, unterstützt durch die beiden, als Energiespeicher 49 dienenden Quer-Luftfedern 33, 33' zwischen die ein Drehzapfen 32 eintaucht.
  • Die schwimmend gelagerte Traverse 48 ruht hierbei zwischen der vertikalen Wagenkasten-Federung 16 und der vereinfachten Form einer Zusatz-Querfederung 43, die aus vier, in die schwimmende Traverse 48 eingelegten Zusatzquerfedern 39, 40, 41, 42 besteht.
  • Die Begrenzung des Querfederweges wird von je einem, in drehsymmetrischer Anordnung seitlich an der schwimmenden Traverse 48 vorgesehenen Querpuffer 27, 27' übernommen, wobei der Wagenkasten 1 die entsprechenden Anschlagflächen 28, 28' aufweist.
  • Die Anlenkung der schwimmenden Traverse 48 wird beispielsweise von zwei, in drehsymmetrischer Anordnung aussenliegenden Längslenkern 34, 34' übernommen, die eine Bewegung der Traverse 48 in Vertikal- und Querrichtung freigeben, jedoch in Längsrichtung sperren. Hierzu verbinden die beiden Längslenker 34, 34' jeweils über Gelenklager 36 die schwimmende Traverse 48 mit dem Wagenkasten 1.
  • Die Dämpfung der Horizontalschwingungen zwischen der schwimmenden Traverse 48 und den Wagenkasten 1 kann entweder durch eine entsprechende Materialqualität der Federelemente 39, 40, 41, 42 der Zusatz-Querfederung 43 übernommen werden, oder durch einen, zwichen schwimmender Traverse 48 und Wagenkasten 1 angeordneten hydraulischen Dämpfer 44.
  • Im Falle einer Bogenfahrt bei drucklosem Betrieb der Quer-Luftfedern 33, 33' infolge eines Defekts stellt die Paarung von mindestens einer, aussen an der schwimmenden Traverse 48 mittig angeordneten Rolle 45 mit einem, durch seine Formgebung die Quercharakteristik bestimmenden Anschlag 46 ein passives Neigen des Wagenkastens 1 auch unter diesen Bedingungen sicher.
  • Ausserdem übernimmt diese Paarung auch die Funktion zur längsexzentrischen Notabstützung des Wagenkastens 1 im Falle einer Bogenfahrt bei drucklosem Betrieb der Luftfedern 18, 18' der Wagenkasten-Federung 16.
  • Hierbei vermag die Paarung von Rolle 45 und Anschlag 46 die beim Betrieb der Notfedern 17, 17' systembedingt auftretenden Radlaständerungen so aufzufangen, dass die Entgleisungssicherheit des jeweils führenden, bogenäussern Rades beim vorlaufenden Drehgestell erhöht wird.
  • Falls nicht, wie unter Fig. 7 beschrieben in den Quer-Luftfedern 33, 33' vorgesehen, können an der schwimmenden Traverse 48 auch vier Abhebesicherungen 47 angebracht werden, die gegenüber Teilen des Wagenkastens 1 ein Kippen der Traverse 48 bei grösseren Längsstössen verhindern, diese aber in Querrichtung nicht in ihrer Bewegung einschränken.
  • Ein in Figur 6 gezeigtes Anwendungsbeispiel ist im wesentlichen identisch mit der unter Figur 2 beschriebenen Ausführungsform, verzichtet hierbei jedoch bewusst auf den, das Gelenkviereck 4 unterstützenden Energiespeicher 49. In diesem Falle muss die unterstützende Wirkung durch die vertikale Wagenkasten-Federung 16 erfolgen, die hierzu eine negative Quersteifigkeit aufweist.
  • Ansonsten besitzt die schwimmende Traverse 8 einen Drehzapfen 52, der über ein Lemniskatenjoch 50 mittels zweier Lenkstangen 51, 51' in bekannter Weise die Längsmitnahme zwischen Drehgestell 2 und Wagenkasten 1 übernimmt.
  • Mit diesem Anwendungsbeispiel soll gezeigt werden, dass bekannte Drehgestellbauarten mit verhältnismässig geringem Aufwand jederzeit auf eine erfindungsgemässe Neigungskompensation umgerüstet werden können.
  • Dies wird insbesondere auch dadurch begünstigt, dass sich bei Anwendung des Neigungskompensators 3 für bestehende Fahrzeuge keine querneigungsbedingten Einschränkungen bezüglich der Wagenkastenkontur 61 ergeben.
  • Figur 7 zeigt die detaillierte Darstellung des bereits vorher erwähnten Energiespeichers 49 in Form von zwei, möglichst im Drehgestell-Nickzentrum angeordneten, in sich instablen Quer-Luftfedern 33, 33'. Diese sind paarweise entgegengesetzt zwischen dem, von einer schwimmenden Traverse 8, 38, 48 herunterragenden Drehzapfen 32 und den beiden Hilfslangträgern 14, 14' des Drehgestellrahmens 12 eingespannt.
  • Mit den beiden Quer-Luftfedern 33, 33' wird bei Bogenfahrt das, durch die Kinematik des Gelenkvierecks 4 vorgegebene Neigen des Wagenkastens 1 nach bogeninnen unterstützt. Hierzu weisen die beiden Quer-Luftfedern 33, 33' eine negative Steifigkeit auf und helfen als Energiespeicher 49 die parasitären Steifigkeiten des übrigen Systems zu überwinden, in dem sie zum Zwecke des Neigevorgangs Energie an das übrige System abgeben.
  • Durch eine Variation der Steifigkeit der beiden Quer-Luftfedern 33, 33' kann im Zusammenspiel mit dem Gelenkviereck 4 der Neigewinkel des Wagenkastens 1 nach bogeninnen in vergleichbar weiten Bereichen variiert werden, wie dies ansonsten nur mit einem aktiven Neigesystem möglich ist. Hierzu sind die beiden Quer-Luftfedern 33, 33' vorzugsweise über eine der Dämpfung dienende Drosselblende 53 kommunizierend miteinander verbunden, so dass auf einen Horizontal-Dämpfer 44 verzichtet werden kann.
  • Jede Quer-Luftfeder 33, 33' weist einen Rollbalg 54, 54', auf, der zwischen einer, am Drehzapfen 32 befestigten äusseren Führung 55, 55' und einem am Hilfslangträger 14, 14' des Drehgestellrahmens 12 befestigten Konus 56, 56' in der gezeigten Form eingespannt ist.
  • Durch diese Anordnung kann über die Formgebung des Konus 56, 56' und der äusseren Führung 55, 55' eine Aenderung der wirksamen Fläche der Quer-Luftfedern 33, 33' erreicht werden. Hierdurch und durch den, sich beim Abrollen des Rollbalges 54, 54' infolge Querbewegung ergebenden, jeweils veränderlichen wirksamen Durchmesser kann die Steifigkeit des Energiespeichers 49 variiert werden.
  • Eine Variation der Steifigkeit des Energiespeichers 49 kann auch über den Innendruck der beiden Quer-Luftfedern 33, 33' erfolgen, die hierzu entweder direkt oder über entsprechende Zusatzventile mit der vertikalen Wagenkasten-Federung 16 verbunden sind und vorzugsweise lastabhängig gesteuert werden.
  • Besondere AusbildungsFormen lassen die Querluftfedern 33, 33' zu einem multifunktionalen Element werden und erlauben entweder wahlweise oder kummulativ eine integrierte Längsmitnahme, eine vertikale Notabstützung/Abhebesicherung und eine geschwindigkeitsabhängige Querspielbegrenzung des Wagenkastens 1 bei Bogenfahrt.
  • Für eine integrierte Längsmitnahme zwischen Drehgestell 2 und Wagenkasten 1 weisen die Rollbälge 54, 54' der beiden Querluftfedern 33, 33' an ihrer Innenseite, horizontal gegenüberliegend, den Bereich des grössten Durchmessers der Konen 56, 56' überdeckende Mitnahmeflächen 57, 57' und 58, 58' auf.
  • Hierbei können das freie Längsspiel und die erforderlichen Steifigkeiten in Längsrichtung entweder durch entsprechende Ausbildung der Mitnahmeflächen 57, 57' und 58, 58' mit Gummi- oder Kunststoffpolstern, oder/und durch eine gezielte Formgebung des jeweiligen Bereichs an den äusseren Führungen 55, 55' erreicht werden.
  • Für eine integrierte Notabstützung/Abhebesicherung zwischen Wagenkasten 1 und Drehgestell 2 weisen die Rollbälge 54, 54' der beiden Quer-Luftfedern 33, 33' an ihrer Innenseite, vertikal gegenüberliegend, den Bereich des grössten Durchmessers der Konen 56, 56' überdeckende Anschlagflächen 59, 59' und 60, 60' auf.
  • Hierbei können die Anschlagflächen 59, 59' und 60, 60' ebenfalls entweder durch entsprechende Ausbildung mit Gummi- oder Kunststoffpolstern, oder durch eine gezielte Forgebung des jeweiligen Bereichs an den äusseren Führungen 55, 55' variiert werden.
  • Im Falle der sich, für die integrierte Längsmitnahme und der integrierten Notabstützung/Abhebesicherung jeweils um 90° versetzt gegenüberliegenden Mitnahmen und Anschläge ergibt sich zweckmässigerweise eine entsprechend oval ausgebildete äussere Führung 55, 55'.
  • Eine integrierte geschwindigkeitsabhängige Querspielbegrenzung des Wagenkastens 1 bei Bogenfahrt lässt sich wie unter Figur 8 beschrieben erreichen. Dabei werden die Querluftfedern 33, 33' so beeinflusst, dass sich der Wagenkasten 1 in die gegebenenfalls nach bogeninnen und bogenaussen hin unterschiedlichen Bedingungen einer bogenabhängigen Querspielbegrenzung einfügt.
  • Figur 8 zeigt beispielsweise ein Schaltschema für die geschwindigkeitsabhängige Querspielbegrenzung eines Wagenkastens 1 bei Bogenfahrt, bei dem die beiden Quer-Luftfedern 33, 33' über ein geschwindigkeitsabhängig arbeitendes Umschalt-Ventil 63 gesteuert werden.
  • Die gezeigte untere Stellung des Umschalt-Ventils 63 entspricht mit ihrem spannungslosen Zustand einer langsamen Bogenfahrt bis ca. 40 km/h, bei der die beiden Quer-Luftfedern 33, 33' kreuzweise mit den beiden, den Querweg der schwimmenden Traverse 8, 38, 48 abgreifenden Lageventilen 62, 62' verbunden sind. Hierbei wird der Energiespeicher 49 unterbrochen und der Neigungskompensator 3 durch die Lageventile 62, 62' in seine Mittellage zurückgeführt.
  • Ein elektrischer Steuerimpuls verschiebt das Umschalt-Ventil ab einer Fahrgeschwindigkeit von ca. 40 km/h in eine obere Stellung, bei der die beiden Quer-Luftfedern 33, 33' direkt über eine Drosselblende 53 kommunizierend miteinander verbunden sind und somit den Energiespeicher 49 freigeben, so dass der Neigungskompensator 3 seine erfindungsgemässe Wirkung ausüben kann.
  • In beiden Fällen kann ein gegebenenfalls erforderliches Nachspeisen der Quer-Luftfedern 33, 33' beispielsweise von den Luftfedern 18, 18' der Wagenkasten-Federung 16 oder direkt aus der Speiseleitung des Wagenkastens 1 erfolgen.

Claims (36)

  1. Vorrichtung zur Kompensation der Schräglage des Wagenkastens eines Schienenfahrzeuges bei Bogenfahrt mit hohen Geschwindigkeiten mittels eines passiven Neigesystems, wobei ein Neigungskompensator (3) ein Pendelsystem (4) aufweist, das mit einem Energiespeicher (49) in Wirkverbindung steht, welcher die parasitären Steifigkeiten des Neigunsgkompensators (3) aufhebt und bei Bogenfahrt im überhöhten Gleis (10) der Drang eines Wagenkastens (1) zur Neigung nach bogenaussen kompensiert wird, so dass sich eine Wagenkastenkontur (61), welche im Querschnitt mindestens drei annähernd ein Rechteck oder Quadrat festlegende Seiten und eine obere Abschlusslinie aufweist, ohne einen querneigungsbedingten Einzug in ein vorgegebenes Umgrenzungsprofil (9) einfügt, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungskompensator ein quer zur Fahrtrichtung angeordnetes gelenkviereck aufweist, welches mit dem Energiespeicher (49) gekoppelt ist, wobei zur Abstützung des Wagenkastens eine Zusatz-Querfederung (23) angeordnet ist.
  2. Vorrichtung, nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenkviereck (4) aus mindestens einem Wankstabilisator (5), den beiden Gelenkstützen (6,6') und einer schwimmend angeordneten Traverse (8,38,48) gebildet wird, die mittig einen Drehzapfen (32) besitzt, der in den Energiespeicher (49) eingreift.
  3. Vorrichtung, nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
    die beiden Gelenkstützen (6, 6') nach oben hin konvergent geneigt und an einer schwimmend angeordneten Traverse (8, 38, 48) in den Gelenkpunkten (31, 31') befestigt sind, derart, dass sich bei Bogenfahrt die jeweils bogenäussere Gelenkstütze (6, 6') aufstellt und der Traverse (8, 38, 48) eine horizontal gerichtete Drehbewegung aufzwingt.
  4. Vorrichtung, nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Traverse (8, 38, 48) zwischen einer Wagenkasten-Federung (16) und einer, hierzu in Serie geschalteten Zusatz-Querfederung (23, 43) schwimmend gelagert ist und das Ausdrehen des Wagenkastens (1) über dem Drehgestell (2) infolge Bogenfahrt von der Zusatz-Querfederung (23, 43) aufgenommen wird.
  5. Vorrichtung, nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Zusatz-Querfederung (23, 43) eine lineare, progressive oder degressive Kennung aufweist und so bemessen ist, das die Quersteifikeit des Gesamtsystems reduziert auf den Schwerpunkt (S) des Wagenkastens (1) einen, für den Fahrkomfort in Querrichtung optimalen Wert, von beispielsweise 0,5 Hz, annimmt.
  6. Vorrichtung, nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Zusatz-Querfederung (23) aus den oberhalb und unterhalb einer schwimmenden Traverse (8, 38) angeordneten und paarweise mit je einer Spannschraube (24, 25 und 24', 25') verspannten Zusatzquerfedern (19, 20, 21, 22) und (19', 20', 21', 22') besteht.
  7. Vorrichtung, nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Zusatz-Querfederung (43) aus den oberhalb einer schwimmenen Traverse (48) angeordneten Zusatzquerfedern (39, 40, 41, 42) besteht.
  8. Vorrichtung, nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass
    eine schwimmende Traverse (8, 38, 48) entweder mit zwei aussenliegenden punkt- oder drehsymmetrisch angeordneten Längslenkern (34, 34') oder mit einem zentralen Längslenker (35) jeweils über Gelenklager (36) mit dem Wagenkasten (1) verbunden ist.
  9. Vorrichtung, nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass
    zwischen einem Wagenkasten (1) und einer schwimmenden Traverse (8, 38, 48) ein elastischer Queranschlag (26), bestehend aus zwei Querpuffern (27, 27') mit den Anschlagflächen (28, 28') vorgesehen ist.
  10. Vorrichtung, nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass
    ein Niveaureguliergestänge (7, 7') zwischen dem Gelenkviereck (4), am Wankstabilisator (5) befestigt, und dem Drehgestellrahmen (12) angeordnet ist, welches keinerlei Einflüssen aus der Neigung des Wagenkastens (1), oder Quer- und Ausdrehbewegungen des Drehgestells (2) unterliegt und dessen Messstange (37) aus einer einzigen Stange ohne Ausgleichseinrichtung besteht.
  11. Vorrichtung, nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass
    der Energiespeicher (49) eine negative Steifigkeit aufweist und aus horizontal angeordneten Quer-Luftfedern (33, 33') besteht, die ein durch die Kinematik des Gelenkvierecks (4) vorgegebenes Neigen eines Wagenkastens (1) nach bogeninnen unterstützen und die paarweise entgegengesetzt zwischen den beiden Hilfslangträgern (14, 14') des Drehgestellrahmens (12) und dem, von der schwimmend angeordneten Traverse (8, 38, 48) herunterragenden Drehzapfen (32) eingespannt sind.
  12. Vorrichtung, nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass
    die beiden in sich instabilen Quer-Luftfedern (33, 33') als Energiespeicher (49) arbeiten, der die für den Neigevorgang erforderliche Energie zur Ueberwindung der parasitären Steifigkeiten an das übrige System abgibt.
  13. Vorrichtung, nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, dass
    die beiden Quer-Luftfedern (33, 33') vorzugsweise über eine Drosselblende (53) kommunizierend miteinander verbunden sind.
  14. Vorrichtung, nach einem der Ansprüche 2-13, dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Quer-Luftfeder (33, 33') einen Rollbalg (54, 54') aufweist, der zwischen einer, am Drehzapfen (32) befestigten äusseren Führung (55, 55') und einem am Hilfslangträger (14, 14') des Drehgestellrahmens (12) befestigten Konus (56, 56') eingespannt ist.
  15. Vorrichtung, nach einem der Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeichnet, dass
    durch eine Variation der Steifigkeit des Energiespeichers (49) im Zusammenspiel mit dein Gelenkviereck (4) der Neigewinkel des Wagenkastens (1) den vergleichsweisen Wert einer aktiven Neigeeinrichtung annehmen kann.
  16. Vorrichtung, nach einem der Ansprüche 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass
    mit der Formgebung des Konus (56, 56') und der äusseren Führung (55, 55') eine Aenderung der wirksamen Fläche der Quer-Luftfedern (33, 33') erfolgt, wodurch die Steifigkeit des Energiespeichers (49) variiert werden kann.
  17. Vorrichtung, nach einem der Ansprüche 1-16, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Quer-Luftfedern (33, 33') durch besondere Ausbildungsformen entweder wahlweise oder kummulativ eine integrierte Längsmitnahme, eine vertikale Notabstützung/Abhebesicherung und eine geschwindigkeitsabhängige Querpielbegrenzung des Wagenkastens (1) bei Bogenfahrt beinhalten.
  18. Vorrichtung, nach einem der Ansprüche 1-17, dadurch gekennzeichnet, dass
    Rollbälge (54, 54') der beiden Quer-Luftfedern (33, 33') für eine integrierte Längsmitnahme zwischen Drehgestell (2) und Wagenkasten (1) an ihrer Innenseite, horizontal gegenüberliegend und den Bereich des grössten Durchmessers der Konen (56, 56') überdeckende Mitnahmeflächen (57, 57') und (58, 58') aufweisen.
  19. Vorrichtung, nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass
    durch die Ausbildung der Mitnahmeflächen (57, 57') und (58, 58') mit Gummi- oder Kunststoffpolstern und/oder durch eine gezielte Formgebung des jeweiligen Bereichs an den äusseren Führungen (55, 55') das freie Längsspiel und die erforderlichen Steifigkeiten für eine integrierte Längsmitnahme vorgesehen sind.
  20. Vorrichtung, nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Rollbälge (54, 54') der beiden Quer-Luftfedern (33, 33') für eine integrierte Abhebesicherung/Notabstützung zwischen Wagenkasten (1) und Drehgestell (2) an ihrer Innenseite, vertikal gegenüberliegend und den Bereich des grössten Durchmessers der Konen (56, 56') überdeckende Anschlagflächen (59, 59') und (60, 60') aufweisen.
  21. Vorrichtung, nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass
    durch die Ausbildung der Anschlagflächen (59, 59') und (60, 60') mit Gummi -oder Kunststoffpolstern und/oder durch eine gezielte Formgebung des jeweiligen Bereichs an den äusseren Führungen (55, 55') eine integrierte Notabstützung/Abhebesicherung vorgesehen ist, welche ein Neigen des Wagenkastens (1) auch im drucklosen Zustand der Quer-Luftfedern (33, 33') erlauben.
  22. Vorrichtung, nach einem der Ansprüche 14-21, dadurch gekennzeichnet, dass
    die äussere Führung (55, 55') der Quer-Luftfedern (33, 33') für die jeweils um 90° versetzt gegenüberliegende Mitnahmen (57, 58) der integrierten Längsmitnahme und Anschläge (59, 60) der integrierten Notabstützung/Abhebesicherung mit Vorteil oval ausgebildet ist.
  23. Vorrichtung, nach einem der Ansprüche 1-11, 15,19, dadurch gekennzeichnet, dass
    ein Energiespeicher ohne die Quer-Luftfedern (33, 33') einzig von der Wagenkasten-Federung (16) gebildet wird, deren Luftfedern (18, 18') eine negative Quersteifigkeit aufweisen.
  24. Vorrichtung, nach einem der Ansprüche 2-22, dadurch gekennzeichnet, dass
    mindestens eine, an der schwimmenden Traverse (8, 38, 48) mittig angeordnete Rolle (45) vorgesehen ist, die mit einem durch seine Formgebung die Quercharakteristik bestimmenden Anschlag (46) gepaart, ein passives Neigen des Wagenkastens (1) beispielsweise im drucklosen Zustand der Quer-Luftfedern (33, 33') gestattet.
  25. Vorrichtung, nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Paarung von Rolle (45) und Anschlag (46) die längsexzentrische Notabstützung des Wagenkastens (1) im Falle einer Bogenfahrt bei drucklosem Betrieb der Luftfedern (18, 18') der Wagenkasten-Federung (16) übernimmt.
  26. Vorrichtung, nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Paarung von Rolle (45) und Anschlag (46) die beim Betrieb der Notfedern (17, 17') auftretenden Radlaständerungen kompensiert und die Entgleisungssicherheit des jeweils bogenäusseren Rades eines führenden Radsatzes (11) bei einem vorlaufenden Drehgestell (2) erhöht.
  27. Vorrichtung, nach einem der Ansprüche 2-26, dadurch gekennzeichnet, dass
    an der schwimmenden Traverse (8, 38, 48) mindestens vier Abhebesicherungen (47) angebracht sind, die gegenüber Teilen des Wagenkastens (1) ein Kippen der Traverse (8, 38, 48) verhindern.
  28. Vorrichtung, nach einem der Ansprüche 14-22, 24-27, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Quer-Luftfedern (33, 33') mit einem geschwindigkeitsabhängig arbeitenden Umschalt-Ventil (63) gesteuert, eine Querspielbegrenzung des Wagenkastens (1) bei Bogenfahrt ermöglichen.
  29. Vorrichtung, nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass
    das Umschalt-Ventil (63) ab einer gewissen Geschwindigkeit durch einen elektrischen Impuls in eine obere Stellung verschoben wird, bei der die beiden Luftfedern (33, 33') direkt über eine Drosselblende (53) kommunizierend miteinander verbunden sind.
  30. Vorrichtung, nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass
    das Umschalt-Ventil (63) in einer unteren Stellung einen spannungslesen Zustand aufweist, bei dem in einem niederen Geschwindigkeitsbereich die beiden Quer-Luftfedern (33, 33') kreuzweise mit den beiden, den Querweg der schwimmenden Traverse (8, 38, 48) abgreifenden Lageventilen (62, 62') verbunden sind.
  31. Verfahren zur Modifikation eines bestehenden Drehgestells mit einer Längsmitnahme in ein Drehgestell mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
    man die Längsmitnahme, bestehend aus einem Lemniskatenjoch (50), zwei Lenkstangen (51, 51') und einem Drehzapfen (52), einen, eine negative Steifigkeit aufweisenden Energiespeicher (49) einbaut, der zwei, zwischen einem Drehzapfen (32) und den beiden Hilfslangträgern (14, 14') horizontal entgegengesetzt angeordnete Quer-Luftfedern (33, 33') aufweist.
  32. Verfahren, nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass
    man die Luftfedern (18, 18') einer Wagenkasten-Federung (16) in Querrichtung instabil ausführt, so dass sie eine negative Steifigkeit aufweisen und damit die unterstützende Wirkung eines Energiespeichers für ein mechanisches System, beispielsweise eines Gelenkvierecks (4), ergeben.
  33. Verfahren nach Anspruch 31 oder 32, zwecks passiven Neigens des Wagenkastens eines Schienenfahrzeuges bei Bogenfahrt mit hohen Geschwindigkeiten, dadurch gekennzeichnet, dass
    zur Ueberwindung der parasitären Steifigkeiten eines mechanischen Systems, beispielsweise eines Gelenkvierecks (4), die in einem Energiespeicher (49) gespreicherte Energie über ein geschwindigkeitsabhängig arbeitendes Umschalt-Ventil (63) gesteuert, abgegeben wird.
  34. Verfahren, vorzugsweise nach einem der Ansprüche 31-33, dadurch gekennzeichnet, dass
    mit der Energiezufuhr aus einem Energiespeicher (49) ein Neigen des Wagenkastens (1) bei Bogenfahrt unterstützt wird und der Neigewinkel des Wagenkastens nach bogeninnen vergleichbare Werte annimmt, wie sie sonst nur mit einem aktiven Neigesystem erreichbar sind.
  35. Verfahren, nach einem der Ansprüche 31-34, dadurch gekennzeichnet, dass
    ein Umschalt-Ventil (63) einen Energiespeicher (49) freigibt, in dem die beiden Quer-Luftfedern (33, 33') geschwindigkeitsabhängig per Steuerimpuls direkt über eine Drosselblende (53) kommunizierend miteinander verbunden werden.
  36. Verfahren, nach einem der Ansprüche 31-35, dadurch gekennzeichnet, dass
    ein Umschalt-Ventil (63) einen Energiespeicher (49) unterbricht, in dem die beiden Quer-Luftfedern (33, 33') geschwindigkeitsabhängig per Steuerimpuls mit den Lage-Ventilen (62, 62') verbunden werden.
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