EP0512089B1 - Schienenfahrzeug - Google Patents

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Publication number
EP0512089B1
EP0512089B1 EP91920077A EP91920077A EP0512089B1 EP 0512089 B1 EP0512089 B1 EP 0512089B1 EP 91920077 A EP91920077 A EP 91920077A EP 91920077 A EP91920077 A EP 91920077A EP 0512089 B1 EP0512089 B1 EP 0512089B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
spring
roll
railway vehicle
vehicle according
range
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP91920077A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0512089A1 (de
Inventor
Hans Peter Lang
Alfred Uttner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bombardier Transportation GmbH
Original Assignee
AEG Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by AEG Schienenfahrzeuge GmbH filed Critical AEG Schienenfahrzeuge GmbH
Publication of EP0512089A1 publication Critical patent/EP0512089A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0512089B1 publication Critical patent/EP0512089B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61RAILWAYS
    • B61FRAIL 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
    • B61F5/00Constructional 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
    • B61F5/02Arrangements permitting limited transverse relative movements between vehicle underframe or bolster and bogie; Connections between underframes and bogies
    • B61F5/14Side bearings
    • B61F5/148Side bearings between bolsterless bogies and underframes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61RAILWAYS
    • B61FRAIL 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
    • B61F5/00Constructional 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
    • B61F5/02Arrangements permitting limited transverse relative movements between vehicle underframe or bolster and bogie; Connections between underframes and bogies
    • B61F5/04Bolster supports or mountings
    • B61F5/06Bolster supports or mountings incorporating metal springs
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61RAILWAYS
    • B61FRAIL 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
    • B61F5/00Constructional 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
    • B61F5/02Arrangements permitting limited transverse relative movements between vehicle underframe or bolster and bogie; Connections between underframes and bogies
    • B61F5/22Guiding of the vehicle underframes with respect to the bogies
    • B61F5/24Means for damping or minimising the canting, skewing, pitching, or plunging movements of the underframes

Definitions

  • the invention relates to a rail vehicle according to the preamble of patent claim 1.
  • a high level of driving comfort requires extensive decoupling of the undercarriage and the body so that the undercarriage can follow the track position elastically and as freely as possible when driving in a straight line.
  • This in turn requires a soft roll damping of the car body, for example by means of two air springs arranged laterally between the car body and the undercarriage, which in addition to the roll damping also take over the vertical support of the car body on the undercarriage.
  • Controllable air suspensions for soft secondary cushioning of the car body which, by corresponding air pressure control of the individual air springs, should also limit the car body inclination in addition to a height level regulation.
  • air spring systems only static or quasi-static changes in position between chassis and car body can be compensated, but due to the design-related inertia of the air pressure control, the dynamic roll movements cannot be effectively stabilized, so that, for example, the car body overshoots rapidly when the bend is entered quickly, apart from the fact that a roll angle-dependent air pressure control results in an undesirably high compressed air consumption.
  • Passively acting roll stabilizers in the form of torsion spring bars are also known in connection with regulated secondary air spring systems.
  • the air springs are interconnected in terms of vibrations, so they are not regulated depending on the roll angle and are only intended to compensate for changes in height level due to different loads, while the roll stabilizers alone take over the limitation of the car body inclination.
  • Their spring characteristic is determined by the maximum permissible roll angle when traveling fast bends and therefore causes a tight coupling of chassis and body, even when driving in a straight line, with the result that driving comfort and the vertical wheel force dynamics are negatively affected.
  • Add to that adjustable suspension or bogie air suspension require the installation of emergency springs which, in the event of a failure in the air supply, take over the car body, which is now much harder due to the construction.
  • the object of the invention is to design a rail vehicle of the type claimed so that a safe limitation of the body inclination to a predetermined roll angle range is achieved without compromising the safety against derailment and driving comfort in the straight line by the suspension between car body and chassis.
  • the combination of a relatively soft secondary spring arrangement for example in the form of a multi-point air spring support regulated depending on the roll angle, with an essentially ineffective additional spring which engages in the lower part of the permissible roll movement and only then intervenes, but then generates a steeply increasing restoring torque, ensures that The dynamic roll movements of the car body when driving in a straight line and the roll angle deflections of the undercarriage when driving on twisted tracks and when driving slowly on a ramp are almost completely absorbed by the spring arrangement, while the additional spring does not respond, so that even when using a relatively stiff primary suspension, the one for high level of driving comfort required, vibration-related decoupling of chassis and car body is achieved without affecting the dynamics of the wheel force, and yet in particular with a fast curve or ramp n the permitted roll angle limit value due to the then automatically effective restoring torque of the additional spring regardless of the response speed of an air spring control reliably and without a wheel relief critical for derailment uncertainty.
  • the characteristic curve of the additional spring expediently runs essentially on the restoring torque zero line in the mentioned working range of small roll angle deflections.
  • the additional spring in a further advantageous embodiment of the invention according to claim 3, it is designed as a torsion bar effective between the chassis and the car body with a limited rotational play, in such a way that the ends of the torsion bars arranged at a relative inclination of car body and chassis in opposite directions actuating lever according to claim 4 are expediently connected to the torsion bar via a claw-driver coupling with rotational play.
  • centering springs are advantageously provided for centering the claw driver coupling on the rotational play center position, which is, however, a compared to that between the car body and Chassis effective spring arrangement have negligible spring hardness.
  • the levers are expediently limited in each case with little friction at the associated end of the torsion bar pivoted, preferably according to claim 7 by a maintenance-free plain bearing.
  • the roll angle range in which the torsion bar is disengaged generally extends only over a fraction of the maximum permitted roll angle deflections, but is highly dependent on the external boundary conditions of the respective installation case and can therefore be adjusted in a particularly preferred manner according to claim 8.
  • Another important aspect of the invention results in connection with a regulated air spring arrangement with associated emergency suspension, which takes over the body support and roll stabilization in the event of a failure of the air supply with a design-related often higher spring hardness.
  • the problems described at the outset in connection with a passive emergency suspension and an additional roll stabilizer with regard to derailment safety are eliminated in an extremely simple and effective manner in that all roll movements occurring when traveling on an emergency spring are within the limited rotational play or within the Range of negligibly small spring hardness of the additional spring.
  • two identical bogies 4 (of which only one is shown), which are arranged in the region of the ends of the body, are provided as undercarriage for supporting the body 2, each of which has an H-shaped, rigidly connected to one another
  • Longitudinal and cross members 6, 8 contain existing bogie frame 10, on which the two rigid wheel sets 12, 14 of the bogie 4 are each guided via wheel set bearing housings 16 and a primary suspension 18 elastic in all three coordinate directions with a relatively high spring hardness in the vertical direction .
  • the effective secondary suspension between car body 2 and bogie 4 consists of a pressure-controlled Air spring assembly 20 in the form of laterally arranged on the bogie frame 10 between the underside of the car body and the bogie side members 6 air springs 22.1 and 22.2 of relatively low spring hardness, which support the car body 2 on the bogie frame 10 and are regulated so that they control the floor level regardless of the load keep the car body 2 at a constant height and generate a restoring torque counteracting the rolling movement in the event of a relative inclination of the car body 2 and the bogie frame 10.
  • the spring travel x of the air springs 22.1 and 22.2 with respect to the zero inclination position of the car body is predetermined by the maximum permissible roll angle at which the car body 2 is inclined to the right or left up to the boundary profile shown in dashed lines in FIG. 2.
  • the air springs 22.1 and 22.2 are designed so that they do not hinder the unscrewing movements of the bogie 4, for example around a pivot bearing (not shown) located in the center of the frame.
  • the spring arrangement 20 is assigned an emergency suspension, which consists of passive-acting emergency springs 24.1 and 24.2, each integrated in the air springs 22.1 and 22.2, for example in the form of sleeve rubber elements, on which the car body 2 rests if the air springs 22.1, 22.2 or the compressed air supply fail is supported for roll angle movement. Due to the construction, the emergency springs 24.1 and 24.2 have a significantly smaller spring travel y and a much higher spring hardness than the air springs 22.1, 22.2. Accordingly, the roll movements occurring when traveling on the emergency springs 24.1, 24.2 are also significantly less than the permissible roll angle deflections corresponding to the spring travel x of the air suspension 20.
  • a passive additional spring 26 is installed between the car body 2 and the bogie frame 10, which only responds to rolling movements, but not to changes in the height of the car body 2, and whose special feature is a non-linear spring characteristic curve that runs in such a way that the additional spring 26 is essentially ineffective in the driving dynamically optimal range of small roll angle movements and only in the upper part of the permissible roll angle deflections produces a restoring torque which counteracts the roll tendency of the body 2, but then increases steeply.
  • the additional spring 26 consists of a torsion spring rod 28, which is rotatably supported about its longitudinal axis on the underside of the car body by means of bearing blocks 30 transversely to the direction of travel.
  • actuating lever 32 At each end of the torsion bar 28 there is an actuating lever 32, the free lever end of which is connected in an articulated manner to the bogie longitudinal member 6 via a control rod 34 and a pivot pin 36.
  • a claw-driving clutch 38 which is subject to rotational play, is provided between the actuating levers 32 and the respective torsion bar end.
  • the coupling 38 contains a serration 40 non-rotatably connected to the torsion bar bearing sleeve 42 and one in an end recess of the bearing sleeve 42nd backlash-free and form-locking engagement, double-armed driver 44, which are fastened interchangeably to the head end of the torsion bar 28 by screw connections 46 and a holding plate 48.
  • the center hub 50 of the actuating lever 32 is axially immovable on the bearing sleeve 42, but can be rotated smoothly via a slide bearing 52.
  • the lever hub 50 is provided on the end face with coupling claws 54 which have a backlash corresponding to the desired rotational play with respect to the driver 44.
  • the rotational or flank play between the driver 44 and the clutch claws 54 is limited by pressure surges 56 which can be moved in a transversely displaceable manner on the driver 44 and are each held in a spherical abutment on the claw flanks of the lever hub 50 by rubber springs 58 of very low spring hardness. In this way, the actuating lever 32 is centered on the rotational play center position shown in the upper part of FIG. 4.
  • the size of the rotational play determines - apart from the low restoring force of the rubber springs 58 - restoring torque-free working range of the additional spring 26 and can either be predetermined or as a result are designed to be adjustable so that the effective length of each pressure plunger 56 between the front, spherical contact surface and the rear 60 is adjustable according to FIG. 4.
  • the air suspension 20 has a spring curve a which is relatively weakly inclined in the entire permissible roll angle range Z between + ⁇ Z and - ⁇ Z , that is to say causes a smooth coupling between the car body 2 and the bogie frame 10 with respect to the roll movements
  • the non-linear spring curve b of the torsion Additional spring 26 in the lower part S small roll angle deflections between + ⁇ S and - ⁇ S corresponding to the rotational play of the claw driver coupling 38 almost without restoring torque, in the upper part larger roll angle movements between ⁇ S and ⁇ Z, however, rising steeply, such that the additional spring 26 when approaching at the maximum permissible roll angle ⁇ ⁇ Z produces a much higher restoring torque R than the air suspension 20.
  • the emergency springs 24 have an even higher spring hardness, but do not come into engagement when driving on air suspension, as is indicated in FIG. 6 by the emergency spring characteristic curve c.
  • the area of engagement of the additional spring 26 between S and Z is reached in the case of rapid arc and ramp travel on air suspension.
  • the roll angle ⁇ is effectively limited to the maximum permissible value ⁇ Z by the common restoring effect of air suspension 20 and much harder additional spring 26, the response time of the air spring control irrelevant and the air consumption being minimal.
  • the emergency springs 24 are used in accordance with the spring characteristic curve c 'and limit the roll angle movements of the car body 2 to an area N which lies within the essentially restoring-torque-free partial area S of the additional spring characteristic curve b, so that the torsion spring rod 28 is in motion
  • Emergency springs provide no additional restoring torque R and therefore the safety against derailment is not impaired.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Schienenfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • An das Fahrverhalten von Schienenfahrzeugen werden aus Gründen steigender Fahrgeschwindigkeiten und eines verbesserten Fahrkomforts hohe Anforderungen gestellt. Ein hoher Fahrkomfort erfordert eine weitgehende Entkoppelung von Fahrwerk und Wagenkasten, damit das Fahrwerk bei Fahrt in der Geraden der Gleislage elastisch und möglichst unbehindert folgen kann. Dies wiederum bedingt eine weiche Wankabfederung des Wagenkastens, etwa mittels zweier, seitlich zwischen Wagenkasten und Fahrwerk angeordneter Luftfedern, die zusätzlich zur Wankabfederung auch die Vertikalabstützung des Wagenkastens am Fahrwerk übernehmen.
  • Eine solche weiche Sekundärfederung führt jedoch bei Einwirkung von quasistatischen Fliehkraftbeschleunigungen, z.B. infolge schneller Bogenfahrt, oder beim Stand im überhöhten Gleis zu großen Wankwinkelausschlägen. Andererseits müssen für den maximalen Wankwinkel aber unbedingt eng vorgegebene Grenzwerte eingehalten werden, und zwar nicht nur, weil der Reisende eine starke Neigung des Wagenkastens bei Bogenfahrt als unangenehm empfindet, sondern vor allem aus Sicherheitsgründen, da das zulässige Umgrenzungsprofil unter keinen Umständen überschritten werden darf.
  • Bekannt sind regelbare Luftfederungen zur weichen Sekundärabfederung des Wagenkastens, die durch entsprechende Luftdruckregelung der einzelnen Luftfedern zusätzlich zu einer Höhenniveau-Regulierung eine Begrenzung der Wagenkastenneigung bewirken sollen. Mit derartigen Luftfedersystemen lassen sich jedoch nur statische oder quasistatische Lageänderungen zwischen Fahrwerk und Wagenkasten ausgleichen, infolge der konstruktiv bedingten Trägheit der Luftdruck-Regelung nicht aber die dynamischen Wankbewegungen wirksam stabilisieren, so daß es etwa bei einer schnellen Bogeneinfahrt zu einem starken Überschwingen des Wagenkastens kommt, abgesehen davon, daß eine wankwinkelabhängige Luftdruck-Regelung einen unerwünscht hohen Druckluftverbrauch zur Folge hat.
  • In Verbindung mit geregelten Sekundär-Luftfedersystemen sind weiterhin passiv wirkende Wankstabilisatoren in Form von Torsionsfederstäben bekannt. Dabei sind die Luftfedern schwingungstechnisch zusammengeschaltet, werden also nicht wankwinkelabhängig geregelt und sind ausschließlich zum Ausgleich von Höhenniveauänderungen aufgrund unterschiedlicher Beladung vorgesehen, während die Begrenzung der Wagenkastenneigung allein von den Wankstabilisatoren übernommen wird. Deren Federkennlinie wird durch den maximal zulässigen Wankwinkel bei schneller Bogenfahrt bestimmt und bewirkt daher auch bei Fahrt in der Geraden eine enge Verkoppelung von Fahrwerk und Wagenkasten, mit der Folge, daß der Fahrkomfort und die vertikale Radkraftdynamik negativ beeinflußt werden. Hinzukommt, daß regelbare Fahrwerk- oder Drehgestell-Luftfederungen den Einbau von Notfedern erfordern, die bei Ausfall der Luftversorgung eine - baubedingt nun wesentlich härtere - Abfederung des Wagenkastens übernehmen. Die höhere Steifigkeit dieser Notfedern führt in Verbindung mit der hohen Verwindungssteifigkeit des Wagenkastens dazu, daß das Fahrzeug auf Gleisverwindungen mit spürbaren Radentlastungen reagiert. Die zusätzliche Versteifung zwischen Fahrwerk und Wagenkasten durch passiv wirkende Wankstabilisatoren zur Begrenzung der Wagenkastenneigung bei Bogenfahrt führt daher bei Fahrt auf Notfedern zu einer merklichen Beeinträchtigung der Entgleisungssicherheit.
  • Auch durch die aus der DE-OS 34 07 574 bekannte Sekundärfederanordnung, bei der der Wagenkasten an den Drehgestellen durch eine wankwinkelabhängig geregelte Luftfederung abgestützt und nur eines der Drehgestelle über einen passiv wirkenden Wankstabilisator mit dem Wagenkasten verbunden ist, lassen sich die geschilderten Nachteile nicht wirksam beheben, denn einerseits wird das Wank-Rückstellmoment bei schneller Bogenfahrt extrem ungleich auf beide Drehgestelle verteilt und muß im wesentlichen durch Radkraftunterschiede nur eines Drehgestells kompensiert werden, was eine große quasistatische Radentlastung an den bogeninneren Rädern zu Folge hat, und andererseits wird durch den Wankstabilisator der Wagenkasten mit dem Drehgestell hinsichtlich höherfrequenter, dynamischer Wankbewegungen bei Fahrt in der Geraden so stark verkoppelt, daß dadurch der Fahrkomfort beeinträchtigt wird, mit dem zusätzlichen baulichen Nachteil, daß für den Wagenkasten zwei unterschiedlich ausgerüstete Drehgestelle erforderlich sind.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Schienenfahrzeug der beanspruchten Art so auszubilden, daß durch die Abfederung zwischen Wagenkasten und Fahrwerk eine sichere Begrenzung der Wagenkastenneigung auf einen vorgegebenen Wankwinkelbereich ohne Beeinträchtigung der Entgleisungssicherheit und des Fahrkomforts in der Geraden erzielt wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Schienenfahrzeug gelöst.
  • Erfindungsgemäß wird durch die Kombination einer relativ weichen Sekundär-Federanordnung, zum Beispiel in Form einer wankwinkelabhängig geregelten Mehrpunkt-Luftfederabstützung, mit einer im unteren Teilbereich der zulässigen Wankbewegung im wesentlichen wirkungslosen und erst darüberhinaus eingreifenden, dann aber ein steil ansteigendes Rückstellmoment erzeugenden Zusatzfeder sichergestellt, daß die dynamischen Wankbewegungen des Wagenkastens bei Fahrt in der Geraden und die Wankwinkelausschläge des Fahrwerks bei Fahrt auf verwundenem Gleis sowie bei langsamer Rampenfahrt nahezu vollständig von der Federanordnung aufgenommen werden, während die Zusatzfeder nicht anspricht, so daß selbst bei Verwendung einer verhältnismäßig steifen Primärfederung die für einen hohen Fahrkomfort erforderliche, schwingungstechnische Entkoppelung von Fahrwerk und Wagenkasten ohne Beeinträchtigung der Radkraftdynamik erreicht wird, und dennoch insbesondere bei schneller Bogen- oder Rampenfahrt der zugelassene Wankwinkel-Grenzwert infolge des dann selbsttätig wirksamen Rückstellmoments der Zusatzfeder unabhängig von der Ansprechgeschwindigkeit einer Luftfederregelung zuverlässig und ohne eine für die Entgleisunssicherheit kritische Radentlastung eingehalten wird.
  • Im Hinblick auf eine weitere Verbesserung des Fahrverhaltens verläuft die Kennlinie der Zusatzfeder in dem erwähnten Arbeitsbereich geringer Wankwinkel-Ausschläge gemäß Anspruch 2 zweckmäßigerweise im wesentlichen auf der Rückstellmoment-Nullinie.
  • Aus Gründen einer baulich einfachen, robusten und ausfallsicheren Gestaltung der Zusatzfeder ist diese in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung gemäß Anspruch 3 als zwischen Fahrwerk und Wagenkasten wirksamer Torsionsstab mit einem begrenzten Drehspiel ausgebildet, und zwar derart, daß die an den Torsionsstabenden angeordneten, bei einer Relativneigung von Wagenkasten und Fahrwerk gegensinnig verdrehten Betätigungshebel gemäß Anspruch 4 zweckmäßigerweise über eine drehspielbehaftete Klauen-Mitnehmerkupplung mit dem Torsionsstab verbunden sind. Damit die Betätigungshebel beim Einbau der Zusatzfeder ohne umständliche Justierarbeiten in der bezüglich des Torsionsstabs lagerichtigen Drehposition montiert werden können, sind gemäß Anspruch 5 zweckmäßigerweise Zentrierfedern zur Zentrierung der Klauen-Mitnehmerkupplung auf die Drehspiel-Mittellage vorgesehen, die jedoch eine im Vergleich zu der zwischen Wagenkasten und Fahrwerk wirksamen Federanordnung vernachlässigbar kleine Federhärte besitzen.
  • Im Hinblick auf ein leichtgängiges Drehspiel zwischen Torsionsstab und Betätigungshebeln sind die Hebel gemäß Anspruch 6 am zugehörigen Torsionsstabende zweckmäßigerweise jeweils reibungsarm begrenzt schwenkbar gelagert, und zwar gemäß Anspruch 7 vorzugsweise durch ein wartungsfreies Gleitlager.
  • Der Wankwinkelbereich, in dem der Torsionsstab außer Eingriff ist, erstreckt sich im allgemeinen nur über einen Bruchteil der maximal zugelassenen Wankwinkelausschläge, ist aber in hohem Maße abhängig von den äußeren Randbedingungen des jeweiligen Einbaufalles und daher gemäß Anspruch 8 in besonders bevorzugter Weise veränderlich einstellbar.
  • Ein weiterer wesentlicher Aspekt der Erfindung ergibt sich in Verbindung mit einer geregelten Luftfederanordnung mit zugeordneter Notfederung, die die Wagenkasten-Abstützung und Wankstabilisierung bei einem Ausfall der Luftversorgung mit einer bauartbedingt vielfach höheren Federhärte übernimmt. In diesem Fall werden die im Zusammenhang mit einer passiven Notfederung und einem zusätzlichen Wankstabilisator hinsichtlich der Entgleisungssicherheit eingangs geschilderten Probleme gemäß Anspruch 9 dadurch auf äußerst einfache und wirksame Weise behoben, daß sämtliche, bei Fahrt auf Notfeder auftretenden Wankbewegungen innerhalb des begrenzten Drehspiels bzw. innerhalb des Bereichs vernachlässigbar kleiner Federhärte der Zusatzfeder liegen.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nunmehr anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in stark schematisierter Darstellung:
  • Fig. 1
    die Seitenansicht eines Drehgestell-Schienenfahrzeuges im Bereich eines der Fahrzeugenden;
    Fig. 2
    eine teilweise geschnittene Darstellung der Luft-, Zusatz- und Notfedern des Schienenfahrzeugs gemäß Fig. 1;
    Fig. 3
    eine als Torsionsstab ausgebildete Zusatzfeder in perspektivischer Darstellung;
    Fig. 4
    eine teilweise geschnittene Ansicht einer drehspielbehafteten Klauen-Mitnehmerkupplung zwischen einem Betätigungshebel und dem Torsionsstab gemäß Fig. 3;
    Fig. 5
    die teilweise geschnittene Aufsicht der Klauen-Mitnehmerkupplung gemäß Fig. 4; und
    Fig. 6
    ein Diagramm zur Darstellung der einzelnen Federkennlinien.
  • Bei dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten Schienenfahrzeug sind als Fahrwerk zur Abstützung des Wagenkastens 2 zwei baugleiche, im Bereich der Wagenkastenenden angeordnete Drehgestelle 4 (von denen nur eines dargestellt ist) vorgesehen, die jeweils einen H-förmigen, aus formsteif miteinander verbundenen Längs- und Querträgern 6, 8 bestehenden Drehgestellrahmen 10 enthalten, an welchem die beiden starren Radsätze 12, 14 des Drehgestells 4 jeweils über Radsatzlager-Gehäuse 16 und eine in allen drei Koordinaten-Richtungen elastische Primärfederung 18 mit einer in Vertikalrichtung relativ großen Federhärte geführt sind.
  • Die zwischen Wagenkasten 2 und Drehgestell 4 wirksame Sekundärfederung besteht aus einer druckgeregelten Luftfederanordnung 20 in Form von seitlich am Drehgestellrahmen 10 zwischen der Wagenkasten-Unterseite und den Drehgestell-Längsträgern 6 angeordneten Luftfedern 22.1 und 22.2 relativ geringer Federhärte, die den Wagenkasten 2 am Drehgestellrahmen 10 abstützen und so geregelt sind, daß sie das Fußbodenniveau unabhängig von der Beladung des Wagenkastens 2 auf konstanter Höhe halten und bei einer Relativneigung von Wagenkasten 2 und Drehgestellrahmen 10 ein der Wankbewegung entgegen wirkendes Rückstellmoment erzeugen. Der Federweg x der Luftfedern 22.1 und 22.2 gegenüber der Null-Neigungslage des Wagenkastens ist durch den maximal zulässigen Wankwinkel, bei dem der Wagenkasten 2 bis zu dem in Fig. 2 gestrichelt dargestellten Umgrenzungsprofil nach rechts oder links geneigt ist, vorgegeben. Die Luftfedern 22.1 und 22.2 sind so ausgebildet, daß sie die Ausdrehbewegungen des Drehgestells 4 z.B. um eine in der Rahmenmitte liegende Drehzapfenlagerung (nicht gezeigt) nicht behindern.
  • Der Federanordnung 20 ist eine Notfederung zugeordnet, die aus passiv wirkenden, jeweils in die Luftfedern 22.1 und 22.2 integrierten z.B. als Hülsen-Gummielemente ausgebildeten Notfedern 24.1 und 24.2 besteht, auf denen sich der Wagenkasten 2 bei einem Versagen der Luftfedern 22.1, 22.2 oder der Druckluftversorgung wankwinkelbeweglich abstützt. Die Notfedern 24.1 und 24.2 besitzen baubedingt einen wesentlich kleineren Federweg y und eine vielfach höhere Federhärte als die Luftfedern 22.1, 22.2. Dementsprechend sind die bei Fahrt auf den Notfedern 24.1, 24.2 auftretenden Wankbewegungen auch wesentlich geringer als die zulässigen, dem Federweg x der Luftfederung 20 entsprechenden Wankwinkelausschläge.
  • Parallel zur Federanordnung 20 und zur Notfederung ist ferner zwischen Wagenkasten 2 und Drehgestellrahmen 10 eine passiv wirkende Zusatzfeder 26 eingebaut, die ausschließlich auf Wankbewegungen, nicht aber auf Höhenlagenänderungen des Wagenkastens 2 anspricht und deren Besonderheit in einer nicht-linearen Federkennlinie besteht, die derart verläuft, daß die Zusatzfeder 26 im fahrdynamisch optimalen Bereich geringer Wankwinkelbewegungen im wesentlichen wirkungslos ist und erst im oberen Teilbereich der zulässigen Wankwinkelausschläge ein der Wankneigung des Wagenkastens 2 entgegenwirkendes, dann allerdings steil ansteigendes Rückstellmoment erzeugt.
  • Wie die Fig. 3 bis 5 im einzelnen zeigen, besteht die Zusatzfeder 26 aus einem Torsionsfederstab 28, der mit Hilfe von Lagerböcken 30 quer zur Fahrtrichtung an der Wagenkasten-Unterseite um seine Längsachse drehbar gelagert ist. An jedem Ende des Torsionsstabs 28 befindet sich ein Betätigungshebel 32, dessen freies Hebelende über eine Steuerstange 34 und einen Drehzapfen 36 gelenkig mit dem Drehgestell-Längsträger 6 verbunden ist.
  • Damit die Rückstellwirkung des durch die Zusatzfeder 26 gebildeten Wankstabilisators erst bei höheren Wankwinkel-Ausschlägen innerhalb des Federwegs x der Luftfederung 20 einsetzt, ist eine entsprechend drehspielbehaftete Klauen-Mitnehmerkupplung 38 zwischen den Betätigungshebeln 32 und dem jeweiligen Torsionsstabende vorgesehen. Wie die Fig. 4 und 5 im einzelnen zeigen, enthält die Kupplung 38 eine über eine Kerbverzahnung 40 drehfest mit dem Torsionsstabende verbundene Lagermuffe 42 und einen in eine stirnseitige Aussparung der Lagermuffe 42 spielfrei und formschlüssig eingreifenden, doppelarmigen Mitnehmer 44, die durch Verschraubungen 46 und eine Halteplatte 48 austauschbar am Kopfende des Torsionsstabs 28 befestigt sind. Auf der Lagermuffe 42 ist axial unverschiebbar, aber über ein Gleitlager 52 leichtgängig drehbar die Mittelnabe 50 des Betätigungshebels 32 geführt.
  • Zur Drehmomentenverkoppelung ist die Hebelnabe 50 stirnseitig mit Kupplungsklauen 54 versehen, die gegenüber dem Mitnehmer 44 ein dem gewünschten Drehspiel entsprechendes Flankenspiel aufweisen.
  • Das Dreh- oder Flankenspiel zwischen Mitnehmer 44 und Kupplungsklauen 54 wird begrenzt durch querverschieblich am Mitnehmer 44 geführte Druckstöße 56, die jeweils durch Gummifedern 58 sehr geringer Federhärte in balliger Anlage an den Klauenflanken der Hebelnabe 50 gehalten werden. Auf diese Weise wird der Betätigungshebel 32 auf die - im oberen Teil der Fig. 4 gezeigte - Drehspiel-Mittellage zentriert. Beim Verdrehen des Betätigungshebels 32 bezüglich des Torsionsstabes 28 verschieben sich die Druckstöße 56 in der zugeordneten Führungsbohrung des Mitnehmers 44, bis je nach Drehrichtung das eine oder andere Paar von diametral gegenüberliegenden Druckstößeln 56 mit ihrer Rückseite 60 am Bohrungsgrund der Mitnehmer-Führungsbohrung anschlägt und der Betätigungshebel 32 in der jeweiligen Drehrichtung nunmehr drehfest mit dem Torsionsstabende verkoppelt ist. Die Drehspiel-Endlage ist in der unteren Hälfte der Fig. 4 dargestellt. Die Größe des Drehspiels bestimmt den - abgesehen von der geringen Rückstellkraft der Gummifedern 58 - rückstellmomentenfreien Arbeitsbereich der Zusatzfeder 26 und kann entweder fest vorgegeben oder dadurch einstellbar gestaltet werden, daß die wirksame Länge jedes Druckstößels 56 zwischen der vorderen, balligen Anlagefläche und der Rückseite 60 gemäß Fig. 4 verstellbar ist. Durch den Einbau der beschriebenen Klauen-Mitnehmerkupplung 38 läßt sich ein herkömmlicher, drehspielfreier Torsionsstab-Wankstabilisator in einfacher Weise nachträglich zu einem solchen mit Drehspiel, d.h. mit nicht-linearer Federkennlinie umrüsten.
  • Der qualitative Kennlinienverlauf der einzelnen Federsysteme ist aus Fig. 6 ersichtlich.
  • Während die Luftfederung 20 eine im gesamten zulässigen Wankwinkelbereich Z zwischen +αZ und -αZ relativ schwach geneigte Federkennlinie a besitzt, also eine hinsichtlich der Wankbewegungen weiche Verkoppelung zwischen Wagenkasten 2 und Drehgestellrahmen 10 bewirkt, verläuft die nicht-lineare Federkennlinie b der Torsions-Zusatzfeder 26 im unteren Teilbereich S geringer Wankwinkelausschläge zwischen +αS und -αS entsprechend dem Drehspiel der Klauen-Mitnehmerkupplung 38 nahezu rückstellmomentfrei, im oberen Teilbereich größerer Wankwinkelbewegungen zwischen αS und αZ jedoch steil ansteigend, derart, daß die Zusatzfeder 26 bei Annäherung an den maximal zulässigen Wankwinkel ±αZ ein vielfach höheres Rückstellmoment R als die Luftfederung 20 erzeugt. Die Notfedern 24 besitzen eine noch höhere Federhärte, gelangen aber bei Fahrt auf Luftfederung nicht in Eingriff, wie dies in Fig. 6 durch die Notfeder- Kennlinie c angedeutet ist.
  • Im unteren Wankwinkelbereich S befinden sich die dynamischen Wankbewegungen des Wagenkastens 2 bei Fahrt in der Geraden, die Wankbewegungen des Drehgestells 4 bei Fahrt auf verwundenem Gleis sowie die Drehgestellneigung bei langsamer Rampenfahrt. In diesem Bereich S werden die den Wankbewegungen entgegenwirkenden Rückstellmomente R nahezu ausschließlich durch die relativ weiche Luftfederanordnung 20 erzeugt.
  • Der Eingriffsbereich der Zusatzfeder 26 zwischen S und Z wird bei schneller Bogen- und Rampenfahrt auf Luftfederung erreicht. Dabei wird der Wankwinkel α durch die gemeinsame Rückstellwirkung von Luftfederung 20 und vielfach härterer Zusatzfeder 26 wirksam auf den maximal zulässigen Wert αZ begrenzt, wobei die Ansprechzeit der Luftfederregelung ohne Belang und der Luftverbrauch minimal ist.
  • Bei einem Luftfederausfall kommen die Notfedern 24 entsprechend der Federkennlinie c' zum Einsatz und begrenzen dabei die Wankwinkelbewegungen des Wagenkastens 2 auf einen Bereich N, der innerhalb des im wesentlichen rückstellmomentenfreien Teilbereichs S der Zusatzfeder-Kennlinie b liegt, so daß der Torsionsfederstab 28 bei Fahrt auf Notfedern kein zusätzliches Rückstellmoment R liefert und die Entgleisungssicherheit daher nicht beeinträchtigt wird.

Claims (9)

  1. Schienenfahrzeug mit einer zwischen Fahrwerk (4) und Wagenkasten (2) wirksamen, bei einer Relativneigung zwischen beiden ein bis zum Erreichen des maximal zulässigen Wankwinkels kontinuierlich anwachsendes Rückstellmoment erzeugenden Federanordnung (20),
    dadurch gekennzeichnet,
    daß in Parallelschaltung zur Federanordnung (20) eine passiv wirkende Zusatzfeder (26) mit einer innerhalb des zulässigen Wankwinkelbereichs (Z) nicht-linearen Feder-Kennlinie (b) vorgesehen ist, welche im Teilbereich (S) geringer Wankwinkelbewegungen unterhalb und im Teilbereich größerer Wankwinkelbewegungen steil ansteigend und oberhalb der Federkennlinie (a) der Federanordnung verläuft.
  2. Schienenfahrzeug nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Kennlinie (b) der Zusatzfeder (26) im Teilbereich (S) geringer Wankwinkelbewegungen im wesentlichen rückstellmomentfrei verläuft.
  3. Schienenfahrzeug nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß als Zusatzfeder (26) ein zwischen Fahrwerk (Drehgestell 4) und Wagenkasten (2) wirksamer Torsionsstab (28) mit einem begrenzten Drehspiel vorgesehen ist.
  4. Schienenfahrzeug nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Torsionsstab (28) mit endseitigen, bei einer Relativneigung von Wagenkasten (2) und Fahrwerk (4) gegensinnig verdrehten Betätigungshebeln (32) versehen und diese mit dem Torsionsstab jeweils über eine drehspielbehaftete Klauen-Mitnehmerkupplung (38) verbunden sind.
  5. Schienenfahrzeug nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Hebel (32) jeweils durch eine im Vergleich zu dem von der Federanordnung (20) erzeugten Rückstellmoment sehr geringe Federkraft (Federn 58) elastisch auf die Drehspiel-Mittellage zentriert sind.
  6. Schienenfahrzeug nach Anspruch 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Hebel (32) am zugehörigen Torsionsstabende jeweils reibungsarm schwenkbar gelagert sind.
  7. Schienenfahrzeug nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die reibungsarme Lagerung aus einem wartungsfreien Gleitlager (52) besteht.
  8. Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 3 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Drehspiel veränderlich einstellbar ist.
  9. Schienenfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer die Wankstabilisierung bei Ausfall der Federanordnung (20) übernehmenden Notfederung (24.1, 24.2),
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Arbeitsbereich (N) der Notfederung (24.1, 24.2) innerhalb des begrenzten Drehspiels bzw. Winkelbereichs (S) geringer Federhärte der Zusatzfeder (26) liegt.
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