EP0655378A1 - Apparatus for steering the wheels, in particular wheel sets, of railway vehicles - Google Patents

Apparatus for steering the wheels, in particular wheel sets, of railway vehicles Download PDF

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EP0655378A1
EP0655378A1 EP94118409A EP94118409A EP0655378A1 EP 0655378 A1 EP0655378 A1 EP 0655378A1 EP 94118409 A EP94118409 A EP 94118409A EP 94118409 A EP94118409 A EP 94118409A EP 0655378 A1 EP0655378 A1 EP 0655378A1
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EP
European Patent Office
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counterforce
restoring force
generating
undercarriage
axle
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Granted
Application number
EP94118409A
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German (de)
French (fr)
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EP0655378B1 (en
Inventor
Hiden Helmut
Rudolf Sommerer
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INTEGRAL VERKEHRSTECHNIK AG
Original Assignee
Jenbacher Energiesysteme AG
Jenbacher Transportsysteme AG
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Publication date
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Classifications

    • 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
    • B61F5/38—Arrangements or devices for adjusting or allowing self- adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves, e.g. sliding axles, swinging axles
    • B61F5/386—Arrangements or devices for adjusting or allowing self- adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves, e.g. sliding axles, swinging axles fluid actuated

Definitions

  • the invention relates to a device for controlling wheels, in particular wheel sets, of a rail vehicle with a device for generating a restoring force against the steering deflection of the wheels or wheel sets occurring when traveling on a curved track.
  • a wheel set of a rail vehicle which has a corresponding profile of the wheel tread, can perform an independent steering movement about a vertical axis when cornering on a curved track.
  • a tapered profile of the tread for example, there is a rolling radius difference between the inside and outside tread circle on a curved track, which causes a radial adjustment movement of the wheel set.
  • the lowest possible contact angle between the wheel and the rail is desirable for favorable wear behavior.
  • the wheel set should be restricted as little as possible in its freedom of movement about the vertical axis.
  • sine or wave running occurs during running in a straight line, which in itself is harmless.
  • the critical speed is referred to as the critical speed, it essentially determines the maximum permissible speed of the vehicle.
  • a device for generating a restoring force which acts against radial rotation of the wheel set is therefore known to be used.
  • the restoring force is determined by at least one elastic spring element acting on the wheelset.
  • a known solution provides that the steering deflection of the wheelset is set by positive control, i.e. by mechanically coupling the steering deflection of the wheel set with a further mechanical variable that depends on the radius of the track curve.
  • This size is e.g. the deflection angle between a bogie used to support two wheel sets and the body.
  • the turning angle of the wheelset is not generated by the forces occurring between the wheel and the rail, but mechanically due to purely geometric conditions.
  • the object of the invention is to avoid the disadvantages of the known solutions and to provide a device for controlling wheels, in particular wheel sets, of rail vehicles, which ensures stable straight running both at high speeds and also achieves good sheet running properties with low wear.
  • this is achieved by a device for generating a counterforce which acts on the radius of the track curve and acts against the restoring force.
  • the restoring force can be set high in the device according to the invention, as a result of which the desired stability of the running of the vehicle is achieved at a high limit speed.
  • a counterforce acting against the restoring force is exerted depending on the radius of the curve. This gives the wheelset a pre-control effect.
  • this does not mean any forced control, since the angular position of the wheel set that is precisely adapted to the track curve is still set independently by the forces occurring between the wheel and the rail.
  • the result is a very small run-up angle between the wheel and the rail and therefore excellent wear behavior.
  • the two contradictory requirements of a high limit speed and good sheet running properties were thus met by the device according to the invention in an almost ideal manner.
  • the strength of the counterforce is set approximately inversely proportional to the radius of the curve (or proportional to the curvature of the curve).
  • the radius of the track curve is detected by a corresponding device, for example by evaluating the deflection angle of a bogie used to support two wheel sets.
  • the counterforce in contrast to the restoring force, is a path-independent force, i.e. it is independent of the deflection of the wheelset.
  • At least one proportional pressure control valve, one proportional pressure relief valve or one pressure-controlled Pump can be used.
  • the counterforce acting against the restoring force is preferably only exerted from a certain threshold value of the detected radius of the circular arc.
  • Fig.1 is a schematic representation of the control according to the invention of two wheel sets mounted on a bogie with the aid of a device for generating a counterforce and an electro-hydraulic control device
  • Fig. 2 shows a second embodiment of the electro-hydraulic control device
  • Fig. 3 is a diagram of the characteristic of the restoring force without (a) and in combination with the counterforce (b);
  • Fig. 4 devices combined to form a structural unit for generating the restoring force and for generating the counterforce
  • Fig. 5 is a schematic representation of an individually suspended wheelset
  • Fig. 6 is a plan view of a single-axis drive according to the invention
  • Fig. 7 the view of the chassis from Fig. 6 from the front
  • Fig. 8 its side view
  • Fig. 9 is a schematic illustration of a centering spring element and Fig. 10 the force-displacement characteristic.
  • Fig. 1 two wheel sets 1, 1 'rotatable about a vertical axis are shown, which at the two ends of a bogie 8, also rotatable about a vertical axis are stored.
  • the wheel sets 1, 1 'are deflected by an angle ⁇ or their axle bearings 3 are displaced by a distance S.
  • Resilient elements for example springs 6, act on the axle bearings 3 and exert a restoring force which acts against a deflection ⁇ of the wheel sets.
  • a counterforce acting against the restoring force can be exerted.
  • the electrohydraulic control device 20 consists of a hydraulic fluid reservoir 21, a pump 22, an overpressure return 23, a throttle 24 and two electronically controlled proportional pressure control valves 12, 13, the pressure on the output side of which is set by a voltage which the control device 11 outputs .
  • the bogie 2 When traveling on a curved track, the bogie 2 rotates relative to the car body (not shown) by an angle ⁇ which is proportional to the curvature of the curved track.
  • a sensor 10 which in this exemplary embodiment essentially contains a potentiometer, the deflection angle ⁇ of the bogie is converted into a control voltage U.
  • the amount of this tension is proportional to the deflection angle ⁇ (and thus to the curvature of the curve) and its sign depends on the direction of rotation.
  • Threshold elements 30, 31 subsequently check the magnitude and the sign of the voltage U. If U is above a certain threshold value U o , the voltage U is switched through to the output of the threshold element 30. It is then amplified by the amplifier 32 and for control of the pressure control valve 12 used. As a result, the pistons of the cylinders 7 are acted upon by a pressure proportional to U via the hydraulic line 40.
  • the pressure on the pistons of the cylinders 7 is always exerted in such a way that a force acts against the restoring force of the springs.
  • the upper wheel set will move clockwise by a certain angle ⁇ .
  • the springs 6 exert a restoring force against this deflection.
  • the left piston of the upper wheel set In order to apply a force against the restoring force, the left piston of the upper wheel set must be pressurized on its side remote from the axle, the right one on its side near the axle.
  • both outputs of the threshold members 30, 31 are de-energized and the outputs of the pressure control valves are depressurized, so that no force is exerted on the pistons of the cylinders 7. This ensures stable straight running, even if there are small deflections of the bogie. If the outputs of the two threshold elements 30, 31 are de-energized, this also applies to the output of the OR gate 34. A switching element 35 then switches off the pump motor 22 a after a predetermined time delay via a switch 36. The pump 22 thus only works when cornering.
  • FIG. 2 An alternative embodiment of the electro-hydraulic control device 20 is shown in Fig. 2.
  • the control voltage U controls two electronically controlled proportional pressure relief valves 112, 113 from Mannesmann Rexroth, type DBETE St / 200 624.
  • the valves 112, 113 only respond to positive values of U, which means that the hydraulic line 140 or 141 to be pressurized is selected in connection with the inverter 111.
  • the valves 112, 113 also have a setting for specifying a threshold value U o for the voltage U, below which no pressure is exerted on the pistons.
  • the adhesion limit F G between rail and wheels indicates the maximum size of the radial adjustment force due to the self-steering effect.
  • the intersection of F x and F G in a conventional axle control determines the maximum axle bearing displacement S m , which can be achieved during an arc travel against the restoring force.
  • the ideal axle bearing displacement, in which the steering deflection of the wheel set is optimally adapted to the radius of the track curve, can, however, be at a larger value S i .
  • the track radius S m is far below S i with a small radius, so that a large run-up angle between wheel and rail results in unfavorable wear behavior.
  • Fig. 3b shows the situation with the device according to the invention.
  • the counterforce against the restoring force can be represented as a downward shift of the straight line F x by a value F y .
  • F y corresponds to the force applied to the cylinders 7 (see Fig. 1).
  • the size of F y is chosen so that the shifted straight line F x 'intersects the x-axis approximately at S i .
  • F y does not have to be set very precisely, but can lie in a relatively large range, which is given by the fact that the intersection of F x 'with the x-axis lies within the free adjustment range FE between S i -S m and S i + S m lies within which the wheelset can adjust itself automatically to the optimal steering deflection S i .
  • F y Since S i is proportional to the radius of the curve, F y must also be approximately proportional to the curve, so that the x-axis intersection of F x lies between S i -S m and S i + S m for every curve of the curve.
  • the proportionality constant of F y is determined by the spring constant c of the return spring.
  • FIG. 4 Another possible embodiment of the device according to the invention is shown in Fig. 4.
  • the devices for generating the restoring force and for generating the counterforce are combined to form a structural unit.
  • a hydraulic or pneumatic piston 70 is elastically clamped against the cylinder 71 in which it is guided, for example in the manner shown with a spring 72. Via hydraulic lines 73, 74, the cylinder can be pressed with a pressure against the deflection of the spring Force applied by the spring.
  • two sets of wheels do not have to be mounted together on a bogie.
  • Fig. 5 it is also possible with individually mounted wheel sets 1 to attach devices 7 which counteract the restoring force of resilient elements 6 exercise.
  • the device for detecting the radius of the track curve cannot, of course, use the deflection angle of a bogie, but must work in a different way.
  • the angle between two car bodies could be used to measure the radius of the track curve.
  • Auxiliary wheels or optical devices are also conceivable and possible for this purpose.
  • These alternative devices for detecting the radius of the track curve can of course also be used with wheel sets mounted on a bogie.
  • mount devices for exerting a restoring force and a counterforce against the restoring force even in the case of individually mounted wheels in a manner analogous to that of wheel sets.
  • All conceivable resilient devices such as rubber bellows or pneumatic springs, can be used to exert the restoring force.
  • All force-generating elements which generate an essentially location-independent force for example hydraulic cylinders, pneumatic cylinders or air spring bellows, can be used to exert the counterforce.
  • FIGS. 6-8 A single-axle drive according to the invention with a wheel set 51 guided individually in a chassis frame 50 is shown in FIGS. 6-8.
  • the wheelset 51 can be driven by a motor 52 via a gear 53 and a clutch 54.
  • the wheels 59, 59 'of the wheel set 51 are rigidly connected to one another via a wheel set shaft 65.
  • the wheel set 51 is supported in the axle bearings 55 (see FIG. 8), which are connected to the chassis frame 50 via a primary suspension 56.
  • the chassis frame 50 is connected to the car body 60 via a secondary suspension, which is formed by air springs 57.
  • the undercarriage frame 50 is connected in an articulated manner to a guide crossmember or a yoke 58.
  • This connection is made by two pairs of links 61 and 61 ', which are rotatable about vertical axes and which are on the one hand on the chassis frame 50, on the other hand are articulated on the yoke 58.
  • the yoke 58 in turn is connected in an articulated manner to guide brackets 63, 63 'fixed to the carriage via longitudinal links 62, 62'. If the joints of the trailing arms 62, 62 'are formed by ball joints, displacements of the guide cross member 58 with respect to the car body are possible not only in the horizontal but also in the vertical direction.
  • the primary suspension between wheel set 51 and undercarriage frame 50 has such a hard spring constant in the longitudinal direction that virtually no steering movements of the wheel set 51 with respect to the undercarriage frame 50 are possible.
  • a force-controlled actuator 7 is provided to apply a counterforce acting against the restoring force.
  • a pitch support 69 is provided, which prevents the chassis frame 50 from rotating about a transverse axis.
  • a roll support not shown, can be provided, which prevents the chassis frame 50 from rotating about a longitudinal axis. Transverse movements of the chassis frame 50 are limited or cushioned by transverse stop buffers 68, 68 'attached to carriage brackets 63, 63'.
  • the resilient element 6 is advantageously formed by a centering spring element, shown in Fig. 9.
  • This has a housing 80 with stops 80a fixed to the housing, against which stop rings 83 rest in the idle state. Between the stop rings 83 a spring 81 is placed under prestress.
  • the rod 84 passing through the housing 80 has two flanges 85 within the housing 80 at a distance from the stops 80a of the housing 80, between which the stop rings 83 lie.
  • the behavior of the centering spring element in the event of a force exerted on the rod 84 is described by the characteristic curve shown in FIG. 10. With a force that is below a certain threshold value F s , there is no displacement of the rod 84, since the spring 81 is under a prestress.
  • the chassis frame can be centered with only a single spring element 6 and the characteristic curve of the centering spring element shown in FIG. 10 leads to an improvement in the stability of the drive according to the invention when driving straight ahead.
  • a sensor 65 for example an inductive displacement sensor, could therefore be provided, which detects the actual value of the steering deflection.
  • this actual value could subsequently be compared with the target value of the radial setting of the wheel set 51, which is predetermined as a function of the radius of the track curve, and in the event of a deviation, the counterforce exerted by the force-controlled actuator can be readjusted until the target value is reached.
  • this control mechanism advantageously has a large time constant in comparison to the sinusoidal running frequency of the wheelset.
  • a sensor 65 could also be used to detect a malfunction, for example in the hydraulic system.
  • the single-axle drive shown in Fig. 6 - 8 is extremely comfortable to drive, as it perfectly fulfills the diverse requirements of a drive. Even if the hydraulics fail, safety is guaranteed, due to the self-centering of the wheel set 51 by means of the spring element 6.
  • An advantage over conventional bogie bogies is the possible saving of axles, which leads to a reduction in costs.

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Abstract

In an apparatus for steering wheels (4), in particular wheel sets (1, 1'), of a rail vehicle with a device (6), for example at least one spring, for producing a restoring force counter to the steering lock of the wheels (4) or wheel sets (1,1') occurring when travelling through a bend in the track, in addition an apparatus (7) is provided for producing a counter force which is dependent on the radius of the bend in the track and acts counter to the restoring force. As a result, very good steering behaviour of the wheel sets (1, 1') is easily achieved when going through a bend and as a result a low degree of wear and stable straight-ahead travel with a high limit speed is achieved. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung von Rädern, insbesondere von Radsätzen, eines Schienenfahrzeuges mit einer Vorrichtung zur Erzeugung einer Rückstellkraft gegen den bei der Fahrt auf einem Gleisbogen auftretenden Lenkausschlag der Räder bzw. Radsätze.The invention relates to a device for controlling wheels, in particular wheel sets, of a rail vehicle with a device for generating a restoring force against the steering deflection of the wheels or wheel sets occurring when traveling on a curved track.

Es ist bekannt, daß ein Radsatz eines Schienenfahrzeuges, der ein entsprechendes Profil der Radlaufflächen aufweist, bei einer Kurvenfahrt auf einem Gleisbogen eine selbständige Lenkbewegung um eine vertikale Achse ausführen kann. Bei einem beispielsweise konischen Profil der Lauffläche kommt es auf einem Gleisbogen zu einer Rollradiendifferenz zwischen bogeninnerem und bogenäußerem Laufkreis, wodurch eine radiale Einstellbewegung des Radsatzes hervorgerufen wird.It is known that a wheel set of a rail vehicle, which has a corresponding profile of the wheel tread, can perform an independent steering movement about a vertical axis when cornering on a curved track. With a tapered profile of the tread, for example, there is a rolling radius difference between the inside and outside tread circle on a curved track, which causes a radial adjustment movement of the wheel set.

Für ein günstiges Verschleißverhalten ist ein möglichst geringer Anlaufwinkel zwischen Rad und Schiene erstrebenswert. Zu diesem Zweck sollte der Radsatz in seiner Bewegungsfreiheit um die vertikale Achse möglichst wenig eingeschränkt sein. Bei einem in dieser Art weich an das Fahrzeug angekoppelten Radsatz tritt beim Lauf in einer Geraden Sinus- oder Wellenlauf auf, der an sich ungefährlich ist. Ab einer gewissen Geschwindigkeit schlägt der Sinuslauf jedoch plötzlich in den gefährlichen und verschleißenden Zickzacklauf um. Diese Geschwindigkeitsgrenze wird als kritische Geschwindigkeit bezeichnet, sie bestimmt ganz wesentlich die höchste zulässige Geschwindigkeit des Fahrzeuges mit.The lowest possible contact angle between the wheel and the rail is desirable for favorable wear behavior. For this purpose, the wheel set should be restricted as little as possible in its freedom of movement about the vertical axis. In the case of a wheel set which is softly coupled to the vehicle in this way, sine or wave running occurs during running in a straight line, which in itself is harmless. Above a certain speed, however, the sine run suddenly changes into the dangerous and weary zigzag run. This speed limit is referred to as the critical speed, it essentially determines the maximum permissible speed of the vehicle.

Um dem Zickzacklauf entgegenzuwirken und eine hohe Grenzgeschwindigkeit zu erreichen, wird daher bekannterweise eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Rückstellkraft, die gegen eine radiale Verdrehung des Radsatzes wirkt, verwendet. Beispielsweise wird die Rückstellkraft durch mindestens ein am Radsatz angreifendes elastisch federndes Element ausgeübt.In order to counteract the zigzag run and to achieve a high limit speed, a device for generating a restoring force which acts against radial rotation of the wheel set is therefore known to be used. For example, the restoring force is determined by at least one elastic spring element acting on the wheelset.

Bei der Auslegung von Fahrwerken, die sowohl für hohe Geschwindigkeiten geeignet sind, als auch gute Bogenlaufeigenschaften (geringer Verschleiß) aufweisen, ergibt sich nunmehr folgende widersprüchliche Situation: Für gute Bogenlaufeigenschaften mit geringem Verschleiß soll der Radsatz weich an das Fahrzeug angekoppelt sein, d.h. die Rückstellkraft ist gering, hingegen erfordern hohe Geschwindigkeiten eine große Rückstellkraft.When designing bogies that are both suitable for high speeds and have good sheet running properties (low wear), the following contradictory situation now arises: For good sheet running properties with low wear, the wheelset should be softly coupled to the vehicle, i.e. the restoring force is low, but high speeds require a large restoring force.

Ein bekannter Lösungsansatz sieht vor, daß der Lenkausschlag des Radsatzes durch eine Zwangssteuerung eingestellt wird, d.h. durch eine mechanische Kopplung des Lenkausschlages des Radsatzes mit einer weiteren vom Radius des Gleisbogens abhängigen mechanischen Größe. Diese Größe ist z.B. der Auslenkwinkel zwischen einem zur Lagerung von zwei Radsätzen dienenden Drehgestell und dem Wagenkasten. Der Wendewinkel des Radsatzes wird dabei nicht durch die zwischen Rad und Schiene auftretenden Kräfte, sondern mechanisch aufgrund rein geometrischer Bedingungen erzeugt.A known solution provides that the steering deflection of the wheelset is set by positive control, i.e. by mechanically coupling the steering deflection of the wheel set with a further mechanical variable that depends on the radius of the track curve. This size is e.g. the deflection angle between a bogie used to support two wheel sets and the body. The turning angle of the wheelset is not generated by the forces occurring between the wheel and the rail, but mechanically due to purely geometric conditions.

Diese Lösung hat zwei wesentliche Nachteile:
Einerseits sind sehr hohe Einstellgenauigkeiten bei der mechanischen Kopplung erforderlich, die im Betrieb nur mit hohem Aufwand erreicht werden können, andererseits können Drehgestellausdrehungen in einer Geraden aufgrund von Gleislagestörungen unerwünschte Radsatzauslenkungen und instabilen Lauf (Zickzacklauf) bewirken.This solution has two major disadvantages:
On the one hand, very high setting accuracies are required for the mechanical coupling, which can only be achieved with great effort during operation, on the other hand, bogie bends in a straight line can cause unwanted wheel set deflections and unstable running (zigzag running) due to track position problems.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Lösungen zu vermeiden und eine Einrichtung zur Steuerung von Rädern, insbesondere von Radsätzen, von Schienenfahrzeugen zu schaffen, die sowohl bei hohen Geschwindigkeiten einen stabilen Geradeauslauf gewährleistet, als auch gute Bogenlaufeigenschaften mit niedrigem Verschleiß erzielt.The object of the invention is to avoid the disadvantages of the known solutions and to provide a device for controlling wheels, in particular wheel sets, of rail vehicles, which ensures stable straight running both at high speeds and also achieves good sheet running properties with low wear.

Erfindungsgemäß wird dies erreicht durch eine Einrichtung zur Erzeugung einer vom Radius des Gleisbogens abhängigen, gegen die Rückstellkraft wirkenden Gegenkraft.According to the invention, this is achieved by a device for generating a counterforce which acts on the radius of the track curve and acts against the restoring force.

Die Rückstellkraft kann bei der erfindungsgemäßen Einrichtung hoch eingestellt werden, wodurch die gewünschte Stabilität des Fahrzeuglaufes mit einer hohen Grenzgeschwindigkeit erreicht wird. Bei einer Kurvenfahrt wird in Abhängigkeit vom Radius des Gleisbogens eine gegen die Rückstellkraft wirkende Gegenkraft ausgeübt. Dadurch erzielt man einen Vorsteuereffekt des Radsatzes. Dies bedeutet jedoch keine Zwangssteuerung, da die dem Gleisbogen exakt angepaßte Winkelstellung des Radsatzes nach wie vor durch die zwischen Rad und Schiene auftretenden Kräfte selbständig eingestellt wird. Das Ergebnis ist ein sehr geringer Anlaufwinkel zwischen Rad und Schiene und damit ein hervorragendes Verschleißverhalten. Die beiden gegensätzlichen Forderungen einer hohen Grenzgeschwindigkeit und guter Bogenlaufeigenschaften wurden somit von der erfindungsgemäßen Einrichtung in nahezu idealer Weise erfüllt.The restoring force can be set high in the device according to the invention, as a result of which the desired stability of the running of the vehicle is achieved at a high limit speed. When cornering, a counterforce acting against the restoring force is exerted depending on the radius of the curve. This gives the wheelset a pre-control effect. However, this does not mean any forced control, since the angular position of the wheel set that is precisely adapted to the track curve is still set independently by the forces occurring between the wheel and the rail. The result is a very small run-up angle between the wheel and the rail and therefore excellent wear behavior. The two contradictory requirements of a high limit speed and good sheet running properties were thus met by the device according to the invention in an almost ideal manner.

Zur Erzielung eines optimalen Vorsteuereffektes wird die Stärke der Gegenkraft näherungsweise umgekehrt proportional zum Radius des Gleisbogens (bzw. proportional zur Krümmung des Gleisbogens) eingestellt. Dazu wird der Radius des Gleisbogens von einer entsprechenden Einrichtung erfaßt, beispielsweise unter Auswertung des Auslenkwinkels eines zur Lagerung von zwei Radsätzen dienenden Drehgestells. Für die Funktion der erfindungsgemäßen Einrichtung ist es günstig, wenn die Gegenkraft im Gegensatz zur Rückstellkraft eine wegunabhängige Kraft ist, d.h. sie ist unabhängig von der Auslenkung des Radsatzes.In order to achieve an optimal pilot control effect, the strength of the counterforce is set approximately inversely proportional to the radius of the curve (or proportional to the curvature of the curve). For this purpose, the radius of the track curve is detected by a corresponding device, for example by evaluating the deflection angle of a bogie used to support two wheel sets. For the function of the device according to the invention, it is advantageous if the counterforce, in contrast to the restoring force, is a path-independent force, i.e. it is independent of the deflection of the wheelset.

Zur Einstellung der Stärke der Gegenkraft kann beispielsweise mindestens ein proportionales Druckregelventil, ein proportionales Druckbegrenzerventil oder eine druckgeregelte Pumpe verwendet werden. Um Instabilitäten bei kleinen Auslenkungen im Geradeauslauf zu vermeiden, wird die gegen die Rückstellkraft wirkende Gegenkraft bevorzugterweise erst ab einem bestimmten Schwellenwert des erfaßten Radius des Kreisbogens ausgeübt.To set the strength of the counterforce, for example, at least one proportional pressure control valve, one proportional pressure relief valve or one pressure-controlled Pump can be used. In order to avoid instabilities in the case of small deflections in straight running, the counterforce acting against the restoring force is preferably only exerted from a certain threshold value of the detected radius of the circular arc.

Weiters ist es denkbar, die Geschwindigkeit des Kraftanstieges durch eine geeignete Schaltung so nach oben hin zu begrenzen, daß schnelle Änderungen der Stellgröße (z.B. Ausdrehwinkel des Drehgestells) nicht in gleichem Maß auf die Lenkbewegungen des Radsatzes wirken, sondern die Radsatz-Lenkbewegungen langsamer erfolgen.It is also conceivable to limit the speed of the force increase by a suitable circuit so that rapid changes in the manipulated variable (e.g. turning angle of the bogie) do not affect the steering movements of the wheelset to the same extent, but rather the wheelset steering movements take place more slowly.

Weitere Einzelheiten der erfindungsgemäßen Einrichtung werden anschließend anhand der Zeichnungen erörtert. In diesen ist:
Abb.1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Steuerung von zwei an einem Drehgestell gelagerten Radsätzen mit Hilfe einer Einrichtung zur Erzeugung einer Gegenkraft und einer elektrohydraulischen Regeleinrichtung; Abb. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der elektrohydraulischen Regeleinrichtung; Abb. 3 ein Diagramm der Kennlinie der Rückstellkraft ohne (a) und in Kombination mit der Gegenkraft (b); Abb. 4 zu einer baulichen Einheit zusammengefaßte Einrichtungen zur Erzeugung der Rückstellkraft, sowie zur Erzeugung der Gegenkraft; Abb. 5 eine schematische Darstellung eines einzeln aufgehängten Radsatzes; Abb. 6 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Einzelachslaufwerk; Abb. 7 die Ansicht des Fahrwerkes aus Abb. 6 von vorne; Abb. 8 dessen Seitenansicht; Abb. 9 eine schematische Abbildung eines Zentrierfederelementes und Abb. 10 dessen Kraft-Weg-Kennlinie.Further details of the device according to the invention are then discussed with reference to the drawings. In these is:
Fig.1 is a schematic representation of the control according to the invention of two wheel sets mounted on a bogie with the aid of a device for generating a counterforce and an electro-hydraulic control device; Fig. 2 shows a second embodiment of the electro-hydraulic control device; Fig. 3 is a diagram of the characteristic of the restoring force without (a) and in combination with the counterforce (b); Fig. 4 devices combined to form a structural unit for generating the restoring force and for generating the counterforce; Fig. 5 is a schematic representation of an individually suspended wheelset; Fig. 6 is a plan view of a single-axis drive according to the invention; Fig. 7 the view of the chassis from Fig. 6 from the front; Fig. 8 its side view; Fig. 9 is a schematic illustration of a centering spring element and Fig. 10 the force-displacement characteristic.

In Abb. 1 sind zwei um eine vertikale Achse rotierbare Radsätze 1,1' dargestellt, die an den beiden Enden eines ebenfalls um eine vertikale Achse rotierbaren Drehgestelles 8 gelagert sind. Die Radsätze 1,1' bestehen aus den Achsen 2, den Achslagern 3 und den Rädern 4, deren Laufflächen 5 mit einem konischen Profil versehen sind, das bei einer Bogenfahrt zu dem beschriebenen Selbststeuereffekt führt. Die Radsätze 1,1' werden dabei um einen Winkel β ausgelenkt bzw. ihre Achslager 3 um eine Strecke S verschoben.In Fig. 1, two wheel sets 1, 1 'rotatable about a vertical axis are shown, which at the two ends of a bogie 8, also rotatable about a vertical axis are stored. The wheel sets 1, 1 'consist of the axles 2, the axle bearings 3 and the wheels 4, the treads 5 of which are provided with a conical profile which leads to the self-steering effect described during an arc travel. The wheel sets 1, 1 'are deflected by an angle β or their axle bearings 3 are displaced by a distance S.

An den Achslagern 3 greifen federnde Elemente, beispielsweise Federn 6 an, die eine Rückstellkraft ausüben, welche gegen eine Auslenkung β der Radsätze wirkt. Mittels der erfindungsgemäßen Einrichtungen 7 kann eine Gegenkraft, die gegen die Rückstellkraft wirkt, ausgeübt werden.Resilient elements, for example springs 6, act on the axle bearings 3 and exert a restoring force which acts against a deflection β of the wheel sets. By means of the devices 7 according to the invention, a counterforce acting against the restoring force can be exerted.

Die elektrohydraulische Regeleinrichtung 20 besteht aus einem Hydraulikflüssigkeits-Reservoir 21, einer Pumpe 22, einer Überdruck-Rücklauf 23, einer Drossel 24 und zwei elektronisch gesteuerten proportionalen Druckregelventilen 12,13, deren ausgangsseitiger Druck jeweils von einer Spannung eingestellt wird, die die Steuereinrichtung 11 ausgibt.The electrohydraulic control device 20 consists of a hydraulic fluid reservoir 21, a pump 22, an overpressure return 23, a throttle 24 and two electronically controlled proportional pressure control valves 12, 13, the pressure on the output side of which is set by a voltage which the control device 11 outputs .

Bei einer Fahrt auf einem Gleisbogen verdreht sich das Drehgestell 2 gegenüber dem Wagenkasten (nicht dargestellt) um einen Winkel α, der proportional zu Krümmung des Gleisbogens ist. Mit Hilfe eines Aufnehmers 10, der in diesem Ausführungsbeispiel im wesentlichen ein Potentiometer beinhaltet, wird der Auslenkwinkel α des Drehgestells in eine Steuerspannung U umgesetzt. Der Betrag dieser Spannung ist proportional zum Auslenkwinkel α (und damit zur Krümmung des Gleisbogens) und ihr Vorzeichen hängt von der Drehrichtung ab.When traveling on a curved track, the bogie 2 rotates relative to the car body (not shown) by an angle α which is proportional to the curvature of the curved track. With the aid of a sensor 10, which in this exemplary embodiment essentially contains a potentiometer, the deflection angle α of the bogie is converted into a control voltage U. The amount of this tension is proportional to the deflection angle α (and thus to the curvature of the curve) and its sign depends on the direction of rotation.

Schwellenglieder 30,31 überprüfen in der Folge den Betrag und das Vorzeichen der Spannung U. Liegt U oberhalb eines bestimmten Schwellenwertes Uo, so wird die Spannung U auf den Ausgang des Schwellengliedes 30 durchgeschaltet. Sie wird dann vom Verstärker 32 verstärkt und zur Ansteuerung des Druckregelventils 12 verwendet. Dadurch werden die Kolben der Zylinder 7 über die Hydraulikleitung 40 mit einem Druck proportional U beaufschlagt.Threshold elements 30, 31 subsequently check the magnitude and the sign of the voltage U. If U is above a certain threshold value U o , the voltage U is switched through to the output of the threshold element 30. It is then amplified by the amplifier 32 and for control of the pressure control valve 12 used. As a result, the pistons of the cylinders 7 are acted upon by a pressure proportional to U via the hydraulic line 40.

Im entgegengesetzten Fall, wenn U unterhalb eines Schwellenwertes -Uo liegt, wird über den Verstärker 33 das Druckregelventil 13 angesteuert, wodurch die Kolben der Zylinder 7 über die Hydraulikleitung 41 mit einem Druck proportional U beaufschlagt werden.In the opposite case, when U is below a threshold value -U o , the pressure control valve 13 is controlled via the amplifier 33, whereby the pistons of the cylinders 7 are acted upon by a pressure proportional to U via the hydraulic line 41.

Der Druck auf die Kolben der Zylinder 7 wird dabei immer auf die Weise ausgeübt, daß eine Kraft gegen die Rückstellkraft der Federn wirkt. Im Falle der in Abb. 1 gezeigten Auslenkung des Drehgestells im Uhrzeigersinn wird sich der obere Radsatz um einen bestimmten Winkel β im Uhrzeigersinn verstellen. Die Federn 6 üben gegen diese Auslenkung eine Rückstellkraft aus. Um eine Kraft gegen die Rückstellkraft aufzubringen, muß der linke Kolben des oberen Radsatzes auf seiner achsfernen, der rechte auf seiner achsnahen Seite mit einem entsprechenden Druck beaufschlagt werden.The pressure on the pistons of the cylinders 7 is always exerted in such a way that a force acts against the restoring force of the springs. In the case of the bogie deflection shown in Fig. 1 clockwise, the upper wheel set will move clockwise by a certain angle β. The springs 6 exert a restoring force against this deflection. In order to apply a force against the restoring force, the left piston of the upper wheel set must be pressurized on its side remote from the axle, the right one on its side near the axle.

Falls U im Bereich zwischen -Uo und Uo liegt, sind beide Ausgänge der Schwellenglieder 30,31 spannungslos und die Ausgänge der Druckregelventile sind drucklos, sodaß auf die Kolben der Zylinder 7 keine Kraft ausgeübt wird. Dies gewährleistet einen stabilen Geradeauslauf, auch wenn dabei kleine Auslenkungen des Drehgestells auftreten. Wenn die Ausgänge der beiden Schwellenglieder 30,31 spannungslos sind, so gilt dies auch für den Ausgang des ODER-Gatters 34. Ein Schaltelement 35 stellt dann nach einer vorgegebenen Zeitverzögerung über einen Schalter 36 den Pumpenmotor 22a ab. Die Pumpe 22 arbeitet somit nur bei Kurvenfahrten.If U is in the range between -U o and U o , both outputs of the threshold members 30, 31 are de-energized and the outputs of the pressure control valves are depressurized, so that no force is exerted on the pistons of the cylinders 7. This ensures stable straight running, even if there are small deflections of the bogie. If the outputs of the two threshold elements 30, 31 are de-energized, this also applies to the output of the OR gate 34. A switching element 35 then switches off the pump motor 22 a after a predetermined time delay via a switch 36. The pump 22 thus only works when cornering.

Eine alternative Ausführung der elektrohydraulischen Regeleinrichtung 20 ist in Abb. 2 gezeigt. Die Steuerspannung U steuert hier zwei elektronisch gesteuerte proportionale Druckbegrenzungsventile 112,113 der Firma Mannesmann Rexroth, Typ DBETE St/200 624. In diesem Fall ist zur Ansteuerung der Ventile nur ein Invertierer 111 notwendig, der für das Ventil 113 das Vorzeichen der Steuerspannung umkehrt. Die Ventile 112,113 sprechen nur auf positive Werte von U an, wodurch in Verbindung mit dem Invertierer 111 die mit Druck zu beaufschlagende Hydraulikleitung 140 oder 141 selektiert wird. Die Ventile 112, 113 besitzen außerdem eine Einstellung zur Vorgabe eines Schwellenwertes Uo für die Spannung U, unterhalb dessen kein Druck auf die Kolben ausgeübt wird. Weiters gibt es die Möglichkeit, einen Grenzwert für die maximale Anstiegsgeschwindigkeit des Druckes vorzugeben. Diese Ausführungsform hat gegenüber der Regeleinrichtung aus Abb.1 den Vorteil, daß bei einer Steuerspannung U<Uo kein Druck im Pumpenkreislauf aufgebaut wird, sodaß die Pumpe in energetisch günstiger Weise im Leerlauf arbeiten kann.An alternative embodiment of the electro-hydraulic control device 20 is shown in Fig. 2. The control voltage U controls two electronically controlled proportional pressure relief valves 112, 113 from Mannesmann Rexroth, type DBETE St / 200 624. In this case, only one inverter 111 is required to control the valves, which reverses the sign of the control voltage for valve 113. The valves 112, 113 only respond to positive values of U, which means that the hydraulic line 140 or 141 to be pressurized is selected in connection with the inverter 111. The valves 112, 113 also have a setting for specifying a threshold value U o for the voltage U, below which no pressure is exerted on the pistons. There is also the option of specifying a limit for the maximum rate of increase in pressure. This embodiment has the advantage over the control device from Fig. 1 that, at a control voltage U <U o, no pressure is built up in the pump circuit, so that the pump can operate in an energetically favorable manner in idle mode.

Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung kann am einfachsten anhand Abb. 3 erklärt werden. In Abb. 3a ist die Abhängigkeit der Rückstellkraft von der Achslagerverschiebung s (siehe Abb. 1) als Gerade F x =c·S

Figure imgb0001
eingezeichnet, mit c der Federkonstanten. Die Kraftschlußgrenze FG zwischen Schiene und Rädern gibt die maximale Größe der radialen Einstellkraft aufgrund des Selbststeuereffektes an. Der Schnittpunkt von Fx und FG bestimmt in einer konventionellen Achssteuerung die maximale Achslagerverschiebung Sm, die bei einer Bogenfahrt gegen die Rückstellkraft erreichbar ist. Die ideale Achslagerverschiebung, bei der der Lenkausschlag des Radsatzes optimal an den Radius des Gleisbogens angepaßt ist, kann demgegenüber jedoch bei einem größeren Wert Si liegen. Besonders bei harten Federn mit einer großen Federkonstanten c, die hohe Grenzgeschwindigkeiten erlauben, liegt bei einem kleinen Radius des Gleisbogens Sm weit unterhalb von Si, sodaß ein großer Anlaufwinkel zwischen Rad und Schiene mit einem ungünstigen Verschleißverhalten die Folge ist.The operation of the device according to the invention can be explained most simply with the aid of Fig. 3. In Fig. 3a the dependence of the restoring force on the axle bearing displacement s (see Fig. 1) is a straight line F x = cS
Figure imgb0001
 marked with c the spring constant. The adhesion limit F G between rail and wheels indicates the maximum size of the radial adjustment force due to the self-steering effect. The intersection of F x and F G in a conventional axle control determines the maximum axle bearing displacement S m , which can be achieved during an arc travel against the restoring force. The ideal axle bearing displacement, in which the steering deflection of the wheel set is optimally adapted to the radius of the track curve, can, however, be at a larger value S i . Especially with hard springs with a large spring constant c, which allow high limit speeds, the track radius S m is far below S i with a small radius, so that a large run-up angle between wheel and rail results in unfavorable wear behavior.

Abb. 3b zeigt die Verhältnisse bei der erfindungsgemäßen Einrichtung. Die Gegenkraft gegen die Rückstellkraft kann als Verschiebung der Geraden Fx um einen Wert Fy nach unten dargestellt werden. Fy entspricht dabei der Kraft, mit der die Zylinder 7 (siehe Abb. 1) beaufschlagt werden. Die Größe von Fy wird so gewählt, daß die verschobene Gerade Fx' die x-Achse etwa bei Si schneidet. Fy muß aber nicht sehr genau eingestellt werden, sondern kann in einem relativ großen Bereich liegen, der dadurch gegeben ist, daß der Schnittpunkt von Fx' mit der x-Achse innerhalb des freien Einstellbereiches FE zwischen Si-Sm und Si+Sm liegt, innerhalb dessen sich der Radsatz selbständig auf den optimalen Lenkausschlag Si einstellen kann.Fig. 3b shows the situation with the device according to the invention. The counterforce against the restoring force can be represented as a downward shift of the straight line F x by a value F y . F y corresponds to the force applied to the cylinders 7 (see Fig. 1). The size of F y is chosen so that the shifted straight line F x 'intersects the x-axis approximately at S i . However, F y does not have to be set very precisely, but can lie in a relatively large range, which is given by the fact that the intersection of F x 'with the x-axis lies within the free adjustment range FE between S i -S m and S i + S m lies within which the wheelset can adjust itself automatically to the optimal steering deflection S i .

Da Si proportional zum Radius des Gleisbogens ist, muß auch Fy in etwa proportional zum Gleisbogen sein, damit der x-Achsenschnittpunkt von Fx bei jeder Krümmung des Gleisbogens zwischen Si-Sm und Si+Sm liegt. Die Proportionalitätskonstante von Fy ist durch die Federkonstante c der Rückstellfeder bestimmt.Since S i is proportional to the radius of the curve, F y must also be approximately proportional to the curve, so that the x-axis intersection of F x lies between S i -S m and S i + S m for every curve of the curve. The proportionality constant of F y is determined by the spring constant c of the return spring.

Eine andere mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung wird in Abb. 4 gezeigt. In dieser sind die Einrichtungen zur Erzeugung der Rückstellkraft und zur Erzeugung der Gegenkraft zu einer baulichen Einheit zusammengefaßt. Dazu wird ein hydraulischer oder pneumatischer Kolben 70 gegen den Zylinder 71, in dem er geführt wird, elastisch verspannt, beispielsweise in der gezeigten Art mit einer Feder 72. Über Hydraulikleitungen 73,74 kann der Zylinder bei einer Auslenkung der Feder mit einem Druck gegen die Kraft der Feder beaufschlagt werden.Another possible embodiment of the device according to the invention is shown in Fig. 4. In this, the devices for generating the restoring force and for generating the counterforce are combined to form a structural unit. For this purpose, a hydraulic or pneumatic piston 70 is elastically clamped against the cylinder 71 in which it is guided, for example in the manner shown with a spring 72. Via hydraulic lines 73, 74, the cylinder can be pressed with a pressure against the deflection of the spring Force applied by the spring.

Zur Anwendung der Erfindung müssen nicht jeweils zwei Radsätze gemeinsam an einem Drehgestell gelagert sein. Wie in Abb. 5 gezeigt, ist ebenso bei einzeln gelagerten Radsätzen 1 die Anbringung von Einrichtungen 7 möglich, die eine Gegenkraft gegen die Rückstellkraft von federnden Elementen 6 ausüben. Die Einrichtung zur Erfassung des Gleisbogenradius kann in diesem Fall natürlich nicht den Auslenkwinkel eines Drehgestells ausnutzen, sondern muß auf eine andere Art arbeiten. Beispielsweise ließe sich der Winkel zwischen zwei Wagenkästen zur Erfassung des Gleisbogenradius heranziehen. Weiters sind zu diesem Zweck Hilfsräder oder optische Einrichtungen denkbar und möglich. Diese alternative Einrichtungen zur Erfassung des Gleisbogenradius können natürlich auch bei auf einem Drehgestell gelagerten Radsätzen verwendet werden. Weiters ist es denkbar und möglich, auch bei einzeln gelagerten Rädern Einrichtungen zur Ausübung einer Rückstellkraft und einer Gegenkraft gegen die Rückstellkraft auf analoge Weise wie bei Radsätzen anzubringen.To use the invention, two sets of wheels do not have to be mounted together on a bogie. As shown in Fig. 5, it is also possible with individually mounted wheel sets 1 to attach devices 7 which counteract the restoring force of resilient elements 6 exercise. In this case, the device for detecting the radius of the track curve cannot, of course, use the deflection angle of a bogie, but must work in a different way. For example, the angle between two car bodies could be used to measure the radius of the track curve. Auxiliary wheels or optical devices are also conceivable and possible for this purpose. These alternative devices for detecting the radius of the track curve can of course also be used with wheel sets mounted on a bogie. Furthermore, it is conceivable and possible to mount devices for exerting a restoring force and a counterforce against the restoring force even in the case of individually mounted wheels in a manner analogous to that of wheel sets.

Zur Ausübung der Rückstellkraft können alle denkbaren federnden Einrichtungen eingesetzt werden, wie beispielsweise Gummibälge oder Pneumatikfedern. Zur Ausübung der Gegenkraft kommen alle krafterzeugenden Elemente infrage, die eine im wesentlichen ortsunabhängige Kraft erzeugen, beispielsweise Hydraulikzylinder, Pneumatikzylinder oder Luftfederbälge.All conceivable resilient devices, such as rubber bellows or pneumatic springs, can be used to exert the restoring force. All force-generating elements which generate an essentially location-independent force, for example hydraulic cylinders, pneumatic cylinders or air spring bellows, can be used to exert the counterforce.

Ein erfindungsgemäßes Einzelachslaufwerk mit einem einzeln in einem Fahrwerksrahmen 50 geführten Radsatz 51 ist in den Abb. 6 - 8 dargestellt. Der Radsatz 51 kann dabei von einem Motor 52 über ein Getriebe 53 und eine Kupplung 54 angetrieben sein. Die Räder 59, 59' des Radsatzes 51 sind über eine Radsatzwelle 65 starr miteinander verbunden. Die Lagerung des Radsatzes 51 erfolgt in den Achslagern 55 (siehe Abb. 8), die über eine Primärfederung 56 mit dem Fahrwerksrahmen 50 verbunden sind. Der Fahrwerksrahmen 50 ist über eine Sekundärfederung, die von Luftfedern 57 gebildet wird, mit dem Wagenkasten 60 verbunden. Weiters ist der Fahrwerksrahmen 50 gelenkig mit einer Führungstraverse bzw. einem Joch 58 verbunden. Diese Verbindung wird durch zwei Lenkerpaare 61 und 61' hergestellt, welche um vertikale Achsen rotierbar sind und welche einerseits am Fahrwerksrahmen 50, andererseits am Joch 58 angelenkt sind. Das Joch 58 seinerseits ist über Längslenker 62, 62' gelenkig mit wagenfesten Führungskonsolen 63, 63' verbunden. Wenn die Gelenke der Längslenker 62, 62' dabei von Kugelgelenken gebildet werden, sind Verschiebungen der Führungstraverse 58 gegenüber dem Wagenkasten nicht nur in horizontaler, sondern auch in vertikaler Richtung möglich.A single-axle drive according to the invention with a wheel set 51 guided individually in a chassis frame 50 is shown in FIGS. 6-8. The wheelset 51 can be driven by a motor 52 via a gear 53 and a clutch 54. The wheels 59, 59 'of the wheel set 51 are rigidly connected to one another via a wheel set shaft 65. The wheel set 51 is supported in the axle bearings 55 (see FIG. 8), which are connected to the chassis frame 50 via a primary suspension 56. The chassis frame 50 is connected to the car body 60 via a secondary suspension, which is formed by air springs 57. Furthermore, the undercarriage frame 50 is connected in an articulated manner to a guide crossmember or a yoke 58. This connection is made by two pairs of links 61 and 61 ', which are rotatable about vertical axes and which are on the one hand on the chassis frame 50, on the other hand are articulated on the yoke 58. The yoke 58 in turn is connected in an articulated manner to guide brackets 63, 63 'fixed to the carriage via longitudinal links 62, 62'. If the joints of the trailing arms 62, 62 'are formed by ball joints, displacements of the guide cross member 58 with respect to the car body are possible not only in the horizontal but also in the vertical direction.

Aufgrund der gelenkigen Verbindung des Fahrwerksrahmens 50 mit der Führungstraverse 58 und aufgrund der Elastizität der Luftfedern 57 sind Lenkbewegungen des Fahrwerksrahmens 50 um eine vertikale Achse möglich. Die Primärfederung zwischen Radsatz 51 und Fahrwerksrahmen 50 weist hingegen in Längsrichtung eine so harte Federkonstante auf, daß so gut wie keine Lenkbewegungen des Radsatzes 51 gegenüber dem Fahrwerksrahmen 50 möglich sind. Gegen die bei einer Fahrt über einen Gleisbogen aufgrund der Rollradiendifferenz der Räder 59, 59' hervorgerufene Lenkbewegung des Fahrwerksrahmens 50 wirkt die Rückstellkraft des federelastischen Elementes 6, welches einerseits am Fahrwerksrahmen 50 und andererseits am Joch 58 angreift und quer zur Fahrtrichtung angeordnet ist. Zur Aufbringung einer gegen die Rückstellkraft wirkenden Gegenkraft ist ein kraftgeregeltes Stellglied 7 vorgesehen. Mit diesem kann wiederum, wie bereits zuvor anhand der Abb. 3 ausgeführt wurde, eine Kraftvorsteuerung durchgeführt werden, d. h. die Kennlinie des federelastischen Elementes 6 wird bei einer Bogenfahrt verschoben, wodurch ein optimiertes Fahrverhalten des Fahrwerks erreicht wird.Due to the articulated connection of the chassis frame 50 with the guide cross member 58 and due to the elasticity of the air springs 57, steering movements of the chassis frame 50 about a vertical axis are possible. The primary suspension between wheel set 51 and undercarriage frame 50, on the other hand, has such a hard spring constant in the longitudinal direction that virtually no steering movements of the wheel set 51 with respect to the undercarriage frame 50 are possible. The restoring force of the spring-elastic element 6, which acts on the one hand on the undercarriage frame 50 and on the other hand on the yoke 58 and is arranged transversely to the direction of travel, acts against the steering movement of the undercarriage frame 50 caused by the rolling radius difference of the wheels 59, 59 'when traveling over a curved track. A force-controlled actuator 7 is provided to apply a counterforce acting against the restoring force. With this, as previously explained with reference to FIG. 3, a force pre-control can be carried out. H. the characteristic curve of the spring-elastic element 6 is shifted during an arc travel, whereby an optimized driving behavior of the undercarriage is achieved.

Beim Beschleunigen und Bremsen werden Längskräfte auf das Fahrwerk ausgeübt, die von den Längslenkern 62, 62' aufgenommen werden können. Weiters ist eine Nickstütze 69 vorgesehen, die eine Verdrehung des Fahrwerksrahmens 50 um eine Querachse verhindert. Auf analoge Weise kann auch eine nicht dargestellte Wankstütze vorgesehen sein, die eine Verdrehung des Fahrwerksrahmens 50 um eine Längsachse verhindert. Querbewegungen des Fahrwerksrahmens 50 werden von an wagenfesten Führungskonsolen 63, 63' angebrachten Queranschlagspuffern 68, 68' begrenzt bzw. abgefedert.During acceleration and braking, longitudinal forces are exerted on the chassis which can be absorbed by the trailing arms 62, 62 '. Furthermore, a pitch support 69 is provided, which prevents the chassis frame 50 from rotating about a transverse axis. In an analogous manner, a roll support, not shown, can be provided, which prevents the chassis frame 50 from rotating about a longitudinal axis. Transverse movements of the chassis frame 50 are limited or cushioned by transverse stop buffers 68, 68 'attached to carriage brackets 63, 63'.

Das federelastische Element 6 wird günstigerweise von einem, in Abb. 9 dargestellten, Zentrierfederelement gebildet. Dieses weist ein Gehäuse 80 mit gehäusefesten Anschlägen 80a auf, an denen im Ruhezustand Anschlagringe 83 anliegen. Zwischen den Anschlagringen 83 ist eine unter Vorspannung stehende Feder 81 angeordnet. Die durch das Gehäuse 80 tretende Stange 84 weist innerhalb des Gehäuses 80 im Abstand der Anschläge 80a des Gehäuses 80 zwei Flansche 85 auf, zwischen denen die Anschlagringe 83 liegen. Das Verhalten des Zentrierfederelementes im Falle einer auf die Stange 84 ausgeübten Kraft wird durch die in Abb. 10 dargestellte Kennlinie beschrieben. Bei einer Kraft, die unterhalb eines gewissen Schwellenwertes Fs liegt, kommt es zu keiner Verschiebung der Stange 84, da ja die Feder 81 unter einer Vorspannung steht. Erst bei einer Kraft, die oberhalb des Schwellenwertes Fs liegt, kommt es zu einer Verschiebung der Stange 84, wobei nach der Beendigung der Kraftausübung die Stange 84 wiederum in die zentrierte Ausgangslage zurückkehrt. Durch die Verwendung eines solchen Zentrierfederelementes kann eine Zentrierung des Fahrwerksrahmens mit nur einem einzigen Federelement 6 erreicht werden und die in Abb. 10 dargestellte Kennlinie des Zentrierfederelementes führt zu einer Verbesserung der Stabilität des erfindungsgemäßen Laufwerkes bei der Geradeausfahrt.The resilient element 6 is advantageously formed by a centering spring element, shown in Fig. 9. This has a housing 80 with stops 80a fixed to the housing, against which stop rings 83 rest in the idle state. Between the stop rings 83 a spring 81 is placed under prestress. The rod 84 passing through the housing 80 has two flanges 85 within the housing 80 at a distance from the stops 80a of the housing 80, between which the stop rings 83 lie. The behavior of the centering spring element in the event of a force exerted on the rod 84 is described by the characteristic curve shown in FIG. 10. With a force that is below a certain threshold value F s , there is no displacement of the rod 84, since the spring 81 is under a prestress. Only when the force is above the threshold value F s is there a displacement of the rod 84, the rod 84 again returning to the centered starting position after the force has been exerted. By using such a centering spring element, the chassis frame can be centered with only a single spring element 6 and the characteristic curve of the centering spring element shown in FIG. 10 leads to an improvement in the stability of the drive according to the invention when driving straight ahead.

In der Praxis kommt es besonders in engen Gleisbogen vor, daß die Schienen so verschlissen sind, daß die Rollradiendifferenz und damit die auf den Radsatz wirkende radiale Einstellkraft gegenüber unverschlissenen Schienen deutlich verändert sind. Weiters kann es im Laufe der Zeit zu einer Änderung des Reibungswiderstandes des kraftgeregelten Stellelementes 7 kommen. Um trotz dieser Effekte zuverlässig eine ideale Radialstellung des Radsatzes zu erreichen, könnte daher, wie in Abb. 6 eingetragen, ein Sensor 65, beispielsweise ein induktiver Weggeber, vorgesehen sein, der den Ist-Wert des Lenkausschlages erfaßt. In einem Regelkreis könnte dieser Ist-Wert in der Folge mit dem in Abhängigkeit vom Gleisbogenradius vorgegebenen Soll-Wert der Radialeinstellung des Radsatzes 51 verglichen werden und im Falle einer Abweichung die vom kraftgeregelten Stellglied ausgeübte Gegenkraft nachgeregelt werden, bis der Sollwert erreicht wird. Um Schlingerbewegungen des Fahrwerkes nicht aufzuschaukeln, besitzt dieser Regelmechanismus günstigerweise im Vergleich zur Sinuslauffrequenz des Radsatzes große Zeitkonstante. Ein Sensor 65 könnte auch zur Erkennung einer Betriebsstörung, beispielsweise im Hydrauliksystem verwendet werden.In practice, it is particularly the case in narrow track bends that the rails are so worn that the rolling radius difference and thus the radial adjustment force acting on the wheelset are significantly changed compared to unsealed rails. Furthermore, there may be a change in the frictional resistance of the force-controlled actuating element 7 in the course of time. In order to reliably achieve an ideal radial position of the wheelset despite these effects, 6, a sensor 65, for example an inductive displacement sensor, could therefore be provided, which detects the actual value of the steering deflection. In a control loop, this actual value could subsequently be compared with the target value of the radial setting of the wheel set 51, which is predetermined as a function of the radius of the track curve, and in the event of a deviation, the counterforce exerted by the force-controlled actuator can be readjusted until the target value is reached. In order not to rock rocking movements of the undercarriage, this control mechanism advantageously has a large time constant in comparison to the sinusoidal running frequency of the wheelset. A sensor 65 could also be used to detect a malfunction, for example in the hydraulic system.

Das in den Abb. 6 - 8 dargestellte Einzelachs-Laufwerk besitzt einen hohen Fahrkomfort, da es die vielfältigen Anforderungen an ein Laufwerk hervorragend erfüllt. Auch bei Ausfall der Hydraulik ist die Sicherheit gewährleistet, aufgrund der Selbstzentrierung des Radsatzes 51 mittels des Federelementes 6. Ein Vorteil gegenüber konventionellen Drehgestellfahrwerken ist die mögliche Einsparung von Achsen, was zu einer Kostenverringerung führt.The single-axle drive shown in Fig. 6 - 8 is extremely comfortable to drive, as it perfectly fulfills the diverse requirements of a drive. Even if the hydraulics fail, safety is guaranteed, due to the self-centering of the wheel set 51 by means of the spring element 6. An advantage over conventional bogie bogies is the possible saving of axles, which leads to a reduction in costs.

Claims (31)

Einrichtung zur Steuerung von Rädern, insbesondere von Radsätzen, eines Schienenfahrzeuges mit einer Vorrichtung zur Erzeugung einer Rückstellkraft gegen den bei der Fahrt auf einem Gleisbogen auftretenden Lenkausschlag der Räder bzw. Radsätze, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (7) zur Erzeugung einer vom Radius des Gleisbogens abhängigen, gegen die Rückstellkraft wirkenden Gegenkraft.Device for controlling wheels, in particular wheel sets, of a rail vehicle with a device for generating a restoring force against the steering deflection of the wheels or wheel sets which occurs when traveling on a track curve, characterized by a device (7) for generating a curve-dependent curve , counterforce acting against the restoring force. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (10) zur Erfassung des Radius des Gleisbogens vorhanden ist, die ein dem Gleisbogenradius entsprechendes Ausgangssignal liefert, und daß die Einrichtung (7) zur Erzeugung der Gegenkraft in Abhängigkeit von diesem Ausgangssignal eine Gegenkraft gegen die Rückstellkraft aufbringt.Device according to claim 1, characterized in that there is a device (10) for detecting the radius of the track curve, which provides an output signal corresponding to the radius of the track curve, and that the device (7) for generating the counterforce as a function of this output signal counteracts a counterforce applies the restoring force. Einrichtung nach Anspruch 2, wobei die Radsätze paarweise auf einem um eine vertikale Achse drehbaren Drehgestell gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (10) zur Erfassung des Radius des Gleisbogens den Auslenkwinkel des Drehgestells (8) erfaßt.Device according to claim 2, wherein the wheel sets are mounted in pairs on a bogie rotatable about a vertical axis, characterized in that the device (10) for detecting the radius of the track curve detects the deflection angle of the bogie (8). Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gegen die Rückstellkraft wirkende Gegenkraft näherungsweise umgekehrt proportional zum Radius des Gleisbogens eingestellt wird.Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the counterforce acting against the restoring force is set approximately inversely proportional to the radius of the track curve. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gegen die Rückstellkraft wirkende Gegenkraft im wesentlichen unabhängig vom Lenkausschlag der Räder (4) bzw. der Radsätze (1,1',51) ist.Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the counterforce acting against the restoring force is essentially independent of the steering deflection of the wheels (4) or the wheel sets (1, 1 ', 51). Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (7) zur Erzeugung der Gegenkraft mindestens einen Hydraulikzylinder aufweist.Device according to claim 5, characterized in that the device (7) for generating the counterforce has at least one hydraulic cylinder. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (7) zur Erzeugung der Gegenkraft mindestens ein pneumatisch wirkendes Element, beispielsweise einen Pneumatikzylinder oder einen Luftfederbalg, umfaßt.Device according to claim 5, characterized in that the device (7) for generating the counterforce comprises at least one pneumatically acting element, for example a pneumatic cylinder or an air bellows. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (7) zur Erzeugung der Gegenkraft an den beiden seitlichen Enden des Radsatzes (1,1') seitlich außerhalb der Räder (4), beispielsweise am Achslagergehäuse (3) angreift.Device according to one of claims 5 to 7, characterized in that the device (7) for generating the counterforce acts on the two lateral ends of the wheel set (1, 1 ') laterally outside the wheels (4), for example on the axle bearing housing (3) . Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der Gegenkraft mittels proportionaler Druckregelventile (12,13) eingestellt wird.Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the strength of the counterforce is set by means of proportional pressure control valves (12, 13). Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der Gegenkraft mittels proportionaler Druckbegrenzungsventile (112,113) eingestellt wird.Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the strength of the counterforce is set by means of proportional pressure relief valves (112, 113). Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der Gegenkraft mittels einer druckgeregelten Pumpe eingestellt wird.Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the strength of the counterforce is set by means of a pressure-controlled pump. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß erst oberhalb eines bestimmten Schwellenwertes der erfaßten Krümmung des Gleisbogens eine Gegenkraft gegen die Rückstellkraft ausgeübt wird.Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that a counterforce against the restoring force is only exerted above a certain threshold value of the detected curvature of the track curve. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel, z.B. eine elektronische Schaltung, vorgesehen sind, die die maximale Geschwindigkeit des Kraftanstieges der Gegenkraft nach oben hin begrenzen.Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that means, for example an electronic circuit, are provided which limit the maximum speed of the force increase of the counterforce upwards. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellkraft gegen die Lenkbewegung der Räder (4) bzw. Radsätze (1,1',51) durch mindestens ein vorzugsweise am Achslager angreifendes federelastisches Element (6) ausgeübt wird.Device according to one of claims 1 to 13, characterized in that the restoring force is exerted against the steering movement of the wheels (4) or wheel sets (1, 1 ', 51) by at least one spring-elastic element (6) which preferably engages the axle bearing. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das federelastische Element (6) wie an sich bekannt eine Feder ist.Device according to claim 14, characterized in that the resilient element (6) is a spring, as is known per se. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung der Rückstellkraft (6) und die Einrichtung zur Erzeugung der Gegenkraft (7) zu einer baulichen Einheit zusammengefaßt sind.Device according to one of claims 1 to 15, characterized in that the device for generating the restoring force (6) and the device for generating the counterforce (7) are combined to form a structural unit. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die bauliche Einheit einen Zylinder (71) umfaßt, in dem ein verschiebbarer Kolben (70) einerseits von mindestens einer Feder (72), andererseits - vorzugsweise von beiden Seiten - mittels eines Druckmediums beaufschlagbar ist.Device according to claim 16, characterized in that the structural unit comprises a cylinder (71) in which a displaceable piston (70) can be acted upon by at least one spring (72) on the one hand, and on the other hand - preferably from both sides - by means of a pressure medium. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung der Rückstellkraft ein selbstzentrierendes Federelement, welches eine unter einer Vorspannung stehende Feder enthält, aufweist.Device according to one of claims 1 to 17, characterized in that the device for generating the restoring force has a self-centering spring element which contains a spring which is under a prestress. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor (67) zur Erfassung des Ist-Wertes des Lenkausschlages des Radsatzes (1,1',51) vorgesehen ist.Device according to one of claims 1 to 18, characterized in that a sensor (67) is provided for detecting the actual value of the steering deflection of the wheel set (1, 1 ', 51). Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß ein Regelkreis zur Nachregelung der Stärke der Gegenkraft im Falle einer Abweichung des Ist-Wertes des Lenkausschlages des Radsatzes (1,1',51) vom durch den Radius des Gleisbogens bestimmten Soll-Wert des Lenkausschlages des Radsatzes (1,1',51) vorgesehen ist.Device according to claim 19, characterized in that a control circuit for readjusting the strength of the counterforce in the event of a deviation of the actual value of the steering deflection of the wheel set (1,1 ', 51) from the target value of the steering deflection of the wheel set (1,1', 51) determined by the radius of the track curve. Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelkreis einen Tiefpaßfilter enthält.Device according to claim 20, characterized in that the control circuit contains a low-pass filter. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2 oder einem der Ansprüche 3 bis 7 oder einem der Ansprüche 9 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Einzelachslaufwerk, bei dem jeweils ein einzelner Radsatz (51) in einem lenkbaren Fahrwerksrahmen (50) gelagert ist, die Einrichtung (6) zur Erzeugung der vom Lenkausschlag abhängigen Rückstellkraft und die Einrichtung (7) zur Erzeugung der gegen die Rückstellkraft wirkenden Gegenkraft am Fahrwerksrahmens angreifen.Device according to one of claims 1 to 2 or one of claims 3 to 7 or one of claims 9 to 21, characterized in that in the case of a single-axle running gear in which a single wheel set (51) is mounted in a steerable chassis frame (50), engage the device (6) for generating the restoring force dependent on the steering deflection and the device (7) for generating the counterforce acting against the restoring force on the chassis frame. Einrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (6) zur Erzeugung der Rückstellkraft und/oder die Einrichtung (7) zur Erzeugung der Gegenkraft quer zur Fahrtrichtung angeordnet sind.Device according to claim 22, characterized in that the device (6) for generating the restoring force and / or the device (7) for generating the counterforce are arranged transversely to the direction of travel. Einzelachsfahrwerk für ein Schienenfahrzeug, bei dem ein einzelner Radsatz in einem Fahrwerksrahmen geführt ist und das eine Einrichtung zur Erzeugung einer Rückstellkraft gegen den bei der Fahrt über einen Gleisbogen auftretenden Lenkausschlag des Fahrwerksrahmens aufweist, insbesondere nach einem der Ansprüche 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß ein in vertikaler Richtung und in Querrichtung verschiebbares mit dem Wagenkasten gelenkig verbundenes Joch (58) vorgesehen ist, wobei der Fahrwerksrahmen (50) um eine vertikale Achse lenkbar mit dem Joch (58) verbunden ist.Single-axle undercarriage for a rail vehicle, in which a single wheel set is guided in a undercarriage frame and which has a device for generating a restoring force against the steering deflection of the undercarriage frame when traveling over a curved track, in particular according to one of claims 22 or 23, characterized in that there is provided a yoke (58) which is articulated in the vertical and transverse directions and is articulated to the body, the chassis frame (50) being connected to the yoke (58) so as to be steerable about a vertical axis. Einzelachsfahrwerk nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Räder (59, 59') des Radsatzes (51) über eine Radsatzwelle (65) starr verbunden sind.Single-axle undercarriage according to claim 24, characterized in that the two wheels (59, 59 ') of the wheel set (51) are rigidly connected via a wheel set shaft (65). Einzelachsfahrwerk nach einem der Ansprüche 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Joch (58) über Längslenker (62, 62') zur Aufnahme der auftretenden Längskräfte gelenkig mit dem Wagenkasten (60) verbunden ist.Single-axle undercarriage according to one of claims 24 or 25, characterized in that the yoke (58) is articulatedly connected to the car body (60) via longitudinal links (62, 62 ') for absorbing the longitudinal forces which occur. Einzelachsfahrwerk nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Längslenker (62, 62') mittels Kugelgelenken im Joch (58) und im Wagenkasten (60) gelagert sind.Single-axle undercarriage according to claim 26, characterized in that the longitudinal links (62, 62 ') are mounted in the yoke (58) and in the body (60) by means of ball joints. Einzelachsfahrwerk nach einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Fahrwerksrahmens (50) in Querrichtung durch Queranschlagspuffer (68, 68'), die an wagenfesten Führungskonsolen (63, 63') angeordnet sind, begrenzt wird.Single-axle undercarriage according to one of claims 24 to 27, characterized in that the movement of the undercarriage frame (50) in the transverse direction is limited by transverse stop buffers (68, 68 ') which are arranged on guide brackets (63, 63') fixed to the carriage. Einzelachsfahrwerk nach einem der Ansprüche 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (6) zur Erzeugung der Rückstellkraft und die Einrichtung (7) zur Erzeugung der Gegenkraft einerseits am Fahrwerksrahmen (50) andererseits am Joch (58) angreifen.Single-axle undercarriage according to one of claims 24 to 28, characterized in that the device (6) for generating the restoring force and the device (7) for generating the counterforce act on the one hand on the chassis frame (50) on the other hand on the yoke (58). Einzelachsfahrwerk nach einem der Ansprüche 24 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen Fahrwerksrahmen (50) und Joch (58) durch einerseits am Fahrwerksrahmen (50), andererseits am Joch (58) angelenkte Lenker (61, 61') gebildet wird, wobei die Lenker (61, 61') um vertikale Achsen drehbar gelagert sind.Single-axle undercarriage according to one of claims 24 to 29, characterized in that the connection between the undercarriage frame (50) and the yoke (58) is formed by links (61, 61 ') articulated on the one hand on the undercarriage frame (50) and on the other hand on the yoke (58), wherein the links (61, 61 ') are rotatably mounted about vertical axes. Einzelachsfahrwerk nach einem der Ansprüche 24 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Radsatz (51) von einem, vorzugsweise am Fahrwerksrahmen (50) angeordneten, Motor (52) angetrieben ist.Single-axle undercarriage according to one of claims 24 to 30, characterized in that the wheel set (51) is driven by a motor (52), preferably arranged on the undercarriage frame (50).
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