EP0575696A1 - Laufwerk für Schienenfahrzeuge - Google Patents
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- 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
- B61F5/38—Arrangements or devices for adjusting or allowing self- adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves, e.g. sliding axles, swinging axles
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- B61F15/00—Axle-boxes
- B61F15/12—Axle-boxes with roller, needle, or ball bearings
- B61F15/16—Axle-boxes with roller, needle, or ball bearings the axle being slidable or tiltable in the bearings
- B61F15/18—Axle-boxes with roller, needle, or ball bearings the axle being slidable or tiltable in the bearings and having springs opposing such movements
Definitions
- the invention relates to a running gear for rail vehicles with at least six wheel sets, three wheel sets each being connected to a bogie frame via coupling and guide elements, in particular for longitudinal and transverse guidance, and the bogie frames each being rotatable relative to a vehicle frame.
- drives are known in which the middle wheel set of each bogie is provided with a sufficiently large free transverse play with respect to the bogie frame.
- the middle wheel set can thus adjust freely when traveling in arches with small radii of curvature, due to the lack of restoring forces between the wheel set and the bogie frame in the transverse direction.
- the curve running behavior of such rail vehicles then resembles the behavior of rail vehicles with biaxial bogies and a center distance which corresponds to the distance between the two end axes of the biaxial bogies.
- the object of the invention is to provide a drive of the generic type which improves the sheet running ability and minimizes the track load even with large cant deficiency amounts.
- a transversely acting force-controlled actuator is arranged on each side of the middle wheel set between the bogie frame and the wheel set, which is used to adjust the middle wheel set when cornering on an outside of the bow via the control device as a function of a measuring element for detecting the turning angle the bogie frame is adjustable.
- This design makes it possible to shift the middle wheel set into an optimal position for the respective curve travel with regard to the track load and the force distribution between the individual wheel sets. If a rail vehicle equipped in this way travels a curve, the actuators are actuated in the direction of the outside of the curve, so that the center wheel set is moved away from the rail on the inside of the curve.
- the force acting in the actuators and the corresponding path can be adapted within the limits given by the possible relative path between the wheel set and the bogie frame.
- a sensor is arranged as a measuring element between the vehicle frame and the bogie frame and the actuators are adjustable in accordance with the turning angle determined by the sensor.
- the actuators are additionally formed by a set preload for transverse guidance of the wheel set.
- a sensor is arranged on each bogie frame and the actuators can be adjusted jointly via the control device in accordance with the mean value of the two unscrewing angles.
- the particular advantage of this training lies in the fact that the arc radius traveled can be determined very precisely from the mean turning angle.
- a simple design is that the actuators are designed as air bellows cylinders.
- the end wheel sets 2 and the center wheel set 3 are coupled to the bogie frame 1 via longitudinal guides 6 and transverse guides 5, which engage the wheel set bearing 4.
- Vertical coupling elements and additional equipment are not shown in detail for reasons of clarity.
- actuators 7 are connected in parallel on both sides.
- air bellows cylinders have been selected as actuators 7, which are depressurized when driving in a straight line. Compressed air is applied to the inner air bellows cylinder 7 of the wheel set 3 during the arc travel, thereby ensuring the required force or the change in the path of the center wheel set 3 to the outside.
- actuators such as compressed air cylinders and hydraulic cylinders, can also be used instead of the air bellows cylinder 7.
- a control device for controlling the air bellows cylinder 7 by a sensor 8 is shown.
- the turning angle between the bogie frame 1 and an indicated vehicle frame 9 is determined from a distance measurement between the sensor 8 and a measuring surface 12 attached to the vehicle frame 9, taking into account the lever arm to the turning center 13.
- the angle measurement is expediently carried out in the longitudinal direction, since the displaceability between the bogie frame 1 and the vehicle frame 9 is generally smaller in the longitudinal direction than in the lateral direction.
- FIG. 3 Another embodiment in which the actuators 7 'on the middle wheel set 3 have resilient properties in the transverse direction at the same time and are able to guide the wheel set 3 is shown in FIG. 3.
- the sensor 8 on the leading bogie 1 and the sensor 8 ′ on the trailing bogie 1 ′ each calculate the turning angle ⁇ or ⁇ ′ with respect to the vehicle frame 9.
- the two measurement signals become one variable ⁇ ⁇ summarized and converted into the arc radius using a computer 11. This processed variable is now available for setting the setpoint within the control loop of the actuators 7.
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Abstract
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Laufwerk für Schienenfahrzeuge mit wenigstens sechs Radsätzen, wobei jeweils drei Radsätze über Kopplungs- und Führungselemente, insbesondere zur Längs- und Querführung, mit einem Drehgestellrahmen verbunden sind und die Drehgestellrahmen jeweils gegenüber einem Fahrzeugrahmen eine Verdrehbarkeit besitzen.
- Es besteht hierbei das Problem, daß die Kurvengängigkeit von Schienenfahrzeugen mit dreiachsigen Drehgestellen maßgeblich von den Mittelradsätzen der Drehgestelle beeinflußt wird und die mittleren Radsätze bekannter Ausbildungen neigen bei kleinen Kurvenradien dazu neigen, an der Bogeninnenseite anzulaufen. Dadurch entsteht zwischen dem Innenrad und der Schiene eine Querkraft, die den Radsatz zur Bogenaußenseite drückt und in Verbindung mit kegeligen Radprofilen ein entgegen dem Bogendrehsinn gerichtetes Moment erzeugt.
- Dabei bewirken Kraft und Moment - verglichen mit einem Freilauf des mittleren Radsatzes - eine Zunahme des Niveaus der Rad-Schienen-Kräfte an den Endachsen.
- Zur Verbesserung des Bogenlaufes von Schienenfahrzeugen mit dreiachsigen Drehgestellen sind Laufwerke bekannt, bei denen der mittlere Radsatz eines jeden Drehgestelles mit einem genügend großen freien Querspiel gegenüber dem Drehgestellrahmen versehen ist. Auf diese Weise kann sich der mittlere Radsatz bei der Fahrt in Bögen mit kleinen Krümmungsradien, bedingt durch das Fehlen von Rückstellkräften zwischen Radsatz und Drehgestellrahmen in Querrichtung, frei einstellen.
- Das Bogenlaufverhalten derartiger Schienenfahrzeuge ähnelt dann dem Verhalten von Schienenfahrzeugen mit zweiachsigen Drehgestellen und einem Achsabstand, der der Entfernung der beiden Endachsen der dreiachsigen Drehgestelle entspricht.
- Derartige Konstruktionen weisen den Nachteil auf, daß bei Fahrten mit Fliehkraftüberschuß der mittlere Radsatz nicht an der Übertragung der Fliehkräfte des Fahrzeugkastens und des Drehgestellrahmens auf das Gleis teilnimmt und sich somit der auf die Endradsätze der Drehgestelle entfallende Anteil erhöht. Dies kann insbesondere bei schnellen Bogenfahrten zu unzulässig hohen Gleisverschiebungskräften führen.
- Aufgabe der Erfindung ist es, ein Laufwerk der gattungsgemäßen Art zu schaffen, das die Bogenlauffähigkeit verbessert und auch bei größeren Überhöhungsfehlbeträgen die Gleisbelastung minimiert.
- Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß an jeder Seite des mittleren Radsatzes zwischen Drehgestellrahmen und Radsatz ein in Querrichtung wirkendes kraftgeregeltes Stellglied angeordnet ist, das zur Verstellung des mittleren Radsatzes bei Kurvenfahrt an eine Bogenaußenseite über die Steuereinrichtung in Abhängigkeit eines Meßelementes zur Erfassung des Ausdrehwinkels des Drehgestellrahmens einstellbar ist.
- Durch diese Ausbildung ist es möglich, den mittleren Radsatz in eine für die jeweilige Bogenfahrt bezüglich der Gleisbelastung und der Kraftaufteilung zwischen den einzelnen Radsätzen optimale Stellung zu verschieben. Befährt ein derart ausgerüstetes Schienenfahrzeug einen Bogen, so erfolgt die Betätigung der Stellglieder in Richtung der Bogenaußenseite, so daß der Mittelradsatz von der Schiene an der Bogeninnenseite wegbewegt wird.
- Bei einem höheren Fliehkraftüberschuß kann die in den Stellgliedern wirkende Kraft und der entsprechende Weg in den durch den möglichen Relativweg zwischen dem Radsatz und dem Drehgestellrahmen gegebenen Grenzen angepaßt werden.
- Eine vorteilhafte Ausgestaltung wird dadurch geschaffen, daß als Meßelement zwischen Fahrzeugrahmen und Drehgestellrahmen ein Sensor angeordnet ist und die Stellglieder entsprechend dem von dem Sensor ermittelten Ausdrehwinkel einstellbar sind.
- Weiterhin wird vorgeschlagen, daß die Stellglieder zusätzlich durch eine eingestellte Vorspannung zur Querführung des Radsatzes ausgebildet sind.
- Es ist ferner vorgesehen, daß an jedem Drehgestellrahmen ein Sensor angeordnet ist und die Stellglieder gemeinsam entsprechend dem Mittelwert der beiden Ausdrehwinkel über die Steuervorrichtung einstellbar sind. Der besondere Vorteil dieser Ausbildung liegt darin, daß aus dem mittleren Ausdrehwinkel sehr genau der durchfahrene Bogenradius bestimmt werden kann.
- Eine einfache Ausbildung besteht darin, daß die Stellglieder als Luftbalgzylinder ausgebildet sind.
- In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
- Fig. 1
- einen Drehgestellrahmen mit drei Radsätzen und einer Querfesselung des mittleren Radsatzes mit zugeordneten Stellgliedern,
- Fig. 2
- eine Zuordnung eines Sensors zwischen Fahrzeugrahmen und Drehgestellrahmen,
- Fig. 3
- eine weitere Ausführung eines dreiachsigen Laufwerks mit Stellgliedern zur gleichzeitigen Querführung eines Mittelradsatzes und
- Fig. 4
- eine Anordnung von Sensoren an zwei Drehgestellen und die Aufbereitung der Meßsignale.
- Bei der dargestellten Ausführung gemäß Figur 1 sind die Endradsätze 2 und der Mittelradsatz 3 über Längsführungen 6 und Querführungen 5, die am Radsatzlager 4 angreifen, an den Drehgestellrahmen 1 gekoppelt. Vertikale Kopplungselemente sowie Zusatzausrüstungen (Bremse, Motor, etc.) sind der Übersichtlichkeit wegen nicht näher dargestellt.
- Am mittleren Radsatz 3 sind den Querführungen 5 an beiden Seiten zusätzlich Stellglieder 7 parallel geschaltet. In der vorliegenden Ausführung wurden Luftbalgzylinder als Stellglieder 7 gewählt, die bei der Fahrt in der Geraden drucklos geschaltet sind. Während der Bogenfahrt wird der innenliegende Luftbalgzylinder 7 des Radsatzes 3 mit Druckluft beaufschlagt und sorgt dadurch für die erforderliche Kraft bzw. die Wegänderung des Mittelradsatzes 3 nach außen.
- Selbstverständlich können anstelle des Luftbalgzylinders 7 auch andere Stellglieder, wie Druckluftzylinder und Hydraulikzylinder eingesetzt werden.
- Gemäß Fig. 2 ist eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Luftbalgzylinder 7 durch einen Sensor 8 dargestellt. Der Ausdrehwinkel zwischen Drehgestellrahmen 1 und einem angedeuteten Fahrzeugrahmen 9 wird aus einer Abstandsmessung zwischen dem Sensor 8 und einer am Fahrzeugrahmen 9 angebrachten Meßfläche 12 unter Berücksichtigung des Hebelarmes zum Drehzentrum 13 bestimmt.
- Die Winkelmessung erfolgt sinnvollerweise in Längsrichtung, da die Verschiebbarkeit zwischen Drehgestellrahmen 1 und Fahrzeugrahmen 9 in Längsrichtung im allgemeinen kleiner ist als in der lateralen Richtung.
- Eine weitere Ausführungsform in der Stellglieder 7' am mittleren Radsatz 3 gleichzeitig in Querrichtung federnde Eigenschaften haben, und in der Lage sind, den Radsatz 3 zu führen, ist in der Fig. 3 dargestellt.
- Bei einer Verwendung von Luftbalgzylindern 7' läßt sich dies erreichen, in dem die Zylinder im Grundzustand bereits mit Druckluft beaufschlagt werden und eine nötige Verspannung sicherstellen. Durch das Absenken des Druckes auf der einen Seite bzw. die Erhöhung auf der anderen, wird im Bogen die erforderliche Kraftwirkung für die erforderliche Verstellung erzielt.
- Gemäß Fig. 4 ist eine Anordnung von zwei Sensoren 8 und 8' hintereinander angeordneter Drehgestellrahmen 1, 1' dargestellt, wobei eine logische Verknüpfung der gebildeten Meßsignale anhand des im Spurkanals stehenden Schienenfahrzeuges zu entnehmen ist.
- Der Sensor 8 am vorlaufenden Drehgestell 1 sowie der Sensor 8'am nachlaufenden Drehgestell 1'berechnen jeweils den Ausdrehwinkel α bzw. α' bezüglich des Fahrzeugrahmens 9.
- Wegen der Schrägstellung innerhalb des Spurkanals 2 s und innerhalb der Querfederung 2δQ weichen die beiden Winkel α und α' von dem Winkel αφ ab, der sich für radial stehende Drehgestelle ergibt:
mit:
lg: Drehgestellabstand
Rm: mittlerer Bogenhalbmesser
Es zeigt sich, daß der Ausdrehwinkel des vorlaufenden Drehgestelles etwas kleiner als ist
und der Ausdrehwinkel des nachlaufenden etwas größer
Weil Δα und Δα' etwa gleich groß sind, läßt sich aus der Summe resp. dem Mittelwert der beiden Winkel vorzüglich ein sehr genaues Maß für den durchfahrenden Bogenradius ableiten:
Die Verschaltung der Sensorausgangssignale ist ebenfalls in Fig. 4 dargestellt. -
Claims (5)
- Laufwerk für Schienenfahrzeuge mit wenigstens sechs Radsätzen, wobei jeweils drei Radsätze über Kopplungs- und Führungselemente, insbesondere zur Längs- und Querführung, mit einem Drehgestellrahmen verbunden sind und die Drehgestellrahmen jeweils gegenüber einem Fahrzeugrahmen eine Verdrehbarkeit besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Seite des mittleren Radsatzes (3) zwischen Drehgestellrahmen (1) und Radsatz (3) ein in Querrichtung wirkendes kraftgeregeltes Stellglied (7) angeordnet ist, das zur Verstellung des mittleren Radsatzes (3) bei Kurvenfahrt an die Bogenaußenseite über eine Steuereinrichtung in Abhängigkeit eines Meßelementes (8) zur Erfassung des Ausdrehwinkels des Drehgestellrahmens (1) einstellbar ist.
- Laufwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßelement zwischen Fahrzeugrahmen (9) und Drehgestellrahmen (1) ein Sensor (8) angeordnet ist und die Stellglieder (7) entsprechend dem von dem Sensor (8) ermittelten Ausdrehwinkel einstellbar sind.
- Laufwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellglieder (7) zusätzlich durch eine eingestellte Vorspannung zur Querführung des Radsatzes (3) ausgebildet sind.
- Laufwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Drehgestellrahmen (1, 1') ein Sensor (8, 8') angeordnet ist und die Stellglieder (7, 7') gemeinsam entsprechend dem Mittelwert der beiden Ausdrehwinkel über die Steuervorrichtung einstellbar sind.
- Laufwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellglieder als Luftbalgzylinder (7) ausgebildet sind.
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