EP0764104B1 - Querfederung für ein schienenfahrzeug und verfahren zum steuern der stellung eines schienenfahrzeug-wagenkastens - Google Patents

Querfederung für ein schienenfahrzeug und verfahren zum steuern der stellung eines schienenfahrzeug-wagenkastens Download PDF

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EP0764104B1
EP0764104B1 EP95921774A EP95921774A EP0764104B1 EP 0764104 B1 EP0764104 B1 EP 0764104B1 EP 95921774 A EP95921774 A EP 95921774A EP 95921774 A EP95921774 A EP 95921774A EP 0764104 B1 EP0764104 B1 EP 0764104B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
transverse
chassis
wagon body
elements
drives
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP95921774A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0764104A1 (de
Inventor
Manfred DÜSING
Jürgen JAKOB
Yuan LÜ
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Talbot & Co KG GmbH
Original Assignee
Waggonfabrik Talbot GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Waggonfabrik Talbot GmbH and Co KG filed Critical Waggonfabrik Talbot GmbH and Co KG
Publication of EP0764104A1 publication Critical patent/EP0764104A1/de
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Publication of EP0764104B1 publication Critical patent/EP0764104B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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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
    • B61F5/02—Arrangements permitting limited transverse relative movements between vehicle underframe or bolster and bogie; Connections between underframes and bogies
    • B61F5/22—Guiding of the vehicle underframes with respect to the bogies
    • B61F5/24—Means for damping or minimising the canting, skewing, pitching, or plunging movements of the underframes
    • B61F5/245—Means for damping or minimising the canting, skewing, pitching, or plunging movements of the underframes by active damping, i.e. with means to vary the damping characteristics in accordance with track or vehicle induced reactions, especially in high speed mode

Definitions

  • the invention relates to a transverse suspension for a rail vehicle and to Method for controlling the position of a rail car body with the Features of the preamble of device claim 1 and the method claim 8.
  • a known transverse suspension (EP 0 592 387 A1) with these features is based on a Pressure equalization control, in which the active, fluid-supported transverse springs are dependent from the transverse path y of the car body to the bogie frame via pressure regulating valves can be supplied with a predetermined target pressure from a pressure source.
  • the setpoint pressure is therefore a function of the body deflection in the y direction.
  • the car body is not in a specific position brought, especially not returned to its middle position. Instead, it should be normal Bow travel of the rail vehicle a start on the hard additional or emergency suspension be avoided.
  • the characteristic of the transverse suspension remains despite the pressure increase still softer than the (rubber) additional suspension, so that the driving comfort is considerable can be increased. Nevertheless, for safety reasons, the additional suspension cannot be used entirely are to be dispensed with, since in the event of a pressure control failure in addition to Secondary springs is the only remaining transverse suspension.
  • a certain disadvantage of this known transverse suspension is its relatively high energy requirement. This arises from the need, in the active elements in all driving conditions, So even when driving straight ahead, a certain pressure is constantly maintained obtained, on the other hand a constant dynamic pressure reduction must be possible, to make the transverse suspension smaller against the dynamic transverse vibrations Harden amplitudes.
  • the roll pole is the axis that is variable in the longitudinal direction of the vehicle and that can change position in the Z and possibly also the Y direction, about which the car body is currently rotating when it is inclined into an arc.
  • the roll pole is shifted upwards compared to a conventional rigid pivot-cross spring arrangement.
  • this ensures that the clearance profile is maintained on the vehicle side, and on the other hand the influence of lateral accelerations from active inclination control on the well-being of the passengers is minimized.
  • the invention is based on the object, starting from the state discussed at the outset Technique to specify an active transverse suspension for rail vehicles, with which also wanted transverse deflections of the car body when stationary bend dynamic Interferences with low vibration amplitudes from a soft spring characteristic can be compensated.
  • a method for actively controlling the position is also intended a car body can be specified by means of such transverse suspension.
  • a second advantage is the option of one with active tilt control equipped vehicle to be able to influence the position of the roll pole.
  • the energy requirement of the solution according to the invention is lower than in the state the technology, because no fluid supply to the drive elements is necessary when driving straight ahead is. If fluid from the drive elements occurs due to dynamic transverse vibrations is displaced, this does not get into the return, but is in the storage elements buffered.
  • a car body 1 is shown in FIG. 1 compared to a chassis indicated only by a cross member 2, for. B. a bogie frame, supported in the transverse direction via a driver 3 and articulated piston rods 4a, 4b of a right drive 5 and a left drive 6.
  • the driver 3 can lie as a pivot in the vertical axis of the pivoting movements of the bogie.
  • the existing secondary suspension and damping between the car body and the chassis is not shown here for simplicity.
  • the drives 5 and 6 are horizontal, double-acting differential lifting cylinders each executed two working chambers and articulated on the cross member 2 so that the Compression of the car body in the secondary suspension and turning out the chassis is not hindered when traveling through arches.
  • Your working chambers are cross-connected to each other by lines 7 and 8 and are thus connected in pairs to two separate system branches A, B.
  • the effective areas of the lifting cylinders are the same in both directions of movement.
  • Each of the two system branches A and B communicates - via a switchable or proportionally controllable valve V1 or V2 - with a hydropneumatic storage element 9 or 10.
  • the latter are preloaded on the air side by the hydraulic system pressure automatically being kept constantly above a minimum level.
  • the air volumes of the storage elements represent a relatively soft transverse suspension on which the body is supported by the hydraulic system. Cross components from the secondary suspension can also be added. Deviating from the simplified representation here, more than one storage element can be provided in each system branch, so that the transverse spring constant z. B. can influence by switching on and off another volume.
  • the drive device can also deviate from the representation selected here with only one synchronous cylinder instead of the two double-acting cylinders 5 and 6 work, whose two working chambers then each on one of the system branches A or B can be connected.
  • the memory elements 9 and 10 also buffer the differences between the displaced Volumes of the communicating working chambers. So the piston rods are can be moved against spring force by pushing the hydraulic chamber filling back and forth. This also applies if the pressure generator fails.
  • Flow resistances in lines 7 and 8 and in the valves cause one design-dependent movement damping.
  • a displacement sensor 11 is also provided on the piston rod 4, the each transverse movement of the driver 3 or the piston rod 4a and / or 4b (ie in Y direction if the direction of travel is the X and the height of the Z direction) into a voltage signal U implements.
  • the guide given here for the sake of clarity 11 is preferably integrated into the hydraulic drive.
  • Its electrical Motion or position signal is a controller 12 as the output or actual variable Transverse displacement of the car body supplied.
  • the control output signal in turn arrives at a hydraulic control block equipped with various valves (Fig. 2) 13. This is hydraulic between lines 7 and 8 and a high pressure pump 14 switched in addition to a return 15 and hydraulic reservoir 16.
  • the pump is e.g. B. designed for a delivery pressure of 210 bar.
  • the controller 12 is for actively influencing the force-neutral central position of the transverse suspension provided, as will be discussed in more detail later. If necessary, he can also do more Have inputs for pressure-analog signals with which the hydraulic system pressure in the system branches A and B are transmitted by suitable pressure sensors, not shown here becomes.
  • a further controller 17 can be provided, the output signal of which, of course, via amplifier, has to control the two valves V1 and V2.
  • this device can be used to change the hydraulic damping of the piston rod movement in one step or proportionally by actuating the valve by changing from the rest position shown, in which the valves V1 and V2 have no throttling effect, to one in one or more steps stronger throttling of the flow between the working chambers of the drives 5 and 6 and the storage elements 7 and 8 is switched.
  • Valves V1 and V2 are normally always controlled together. In principle, the device could also work with only one of these valves, since the other system branch is positively coupled via the piston rods 4a and 4b.
  • the degree of damping is adjusted depending on the driving speed, the vehicle load and the route situation (straight or curved), if necessary according to the given track position.
  • the input signals of this controller 17 can be their speed dy / dt and acceleration d 2 y / dt 2 , possibly also stored route data or track data read from the route (track radii, track quality).
  • the control block 13 preferably comprises a proportional control valve 18, the positions of which can be adjusted by the controller 12. It controls the connections between the two system branches A, B on the one hand and the pump connection P and the return connection T on the other. Said connections are closed in its non-activated rest position (e.g. when driving straight ahead). This position is set automatically even if the electronic control fails. If, on the other hand, a system branch is connected to the pump when the control valve is activated, pressure from the other system branch can be reduced towards the return at the same time.
  • control valve 18 is followed by a check valve 19 and anti-parallel to it a pressure-switchable support valve 20 (from the inlet pressure switch; functionally a pressure limiter) with an adjustable switching threshold, the respective check valve allowing hydraulic fluid to flow into the downstream system branch almost unhindered by the pump 14 , while the support valve allows a flow from the system branch to the return only above a predeterminable pressure level in the system branch.
  • This arrangement alone prevents the pressure level in the two system branches from dropping below a permissible minimum value.
  • a pressure maintaining device 21 from the outlet pressure switched; e.g. B. a pressure reducing valve
  • Check valves 22 prevent back flow through this line, which otherwise caused by dynamic pressure peaks above the delivery pressure on the system branch side could be.
  • the check valves 22 also represent the separation of the two system branches for sure.
  • control block 13 also includes a between the two system branches A. and B arranged short-circuit valve 23, which is closed in its rest position, however a throttled direct pressure equalization between the two in the working position System branches enabled. This valve is activated when driving straight ahead to ensure the transverse spring stiffness further decrease.
  • the control follows a predetermined desired mean value y soll, the transverse movement y of the car body, as an input signal or reference variable, which is generated by a setpoint generator (not shown).
  • the desired mean value is zero, ie the body should not move out of the centered center position if possible. Dynamic transverse vibrations of small amplitudes are absorbed by the secondary springs (not shown) and by the hydropneumatic storage elements 9 and 10 with low spring stiffness and damping according to requirements.
  • the desired mean value is to y, however, depending on the actual lateral acceleration and the clearance profile. As is known, the latter also restricts the permitted lateral deflection of the car body in addition to the static vehicle outline, in order to prevent collisions with objects located near the track or with vehicles in the neighboring track.
  • the controller has to minimize such control deviations between y target and y that go beyond a predefined threshold value.
  • the threshold value must of course be greater than the amplitude of the dynamic transverse vibrations mentioned.
  • the feedback of the value y to the controller ensures that the maximum permissible lateral deviation of the car body cannot be exceeded.
  • the control works by increasing the hydraulic system pressure in one of the System branches or one of the two communicating pairs of working chambers.
  • the control valve 18 is switched in the control block 13 so that the High pressure pump 14 can supply the corresponding system branch. Should be in other system branch, the pressure above the switching threshold of the respective pressure regulating valve rise, it will open towards the return.
  • the pump 14 must be connected to the system branch B or the line 8.
  • the line 7 is simultaneously connected to the return. Since the car body continues to support itself on the soft storage elements 9 and 10 even after the transverse displacement, the effective stiffness of the transverse suspension remains relatively soft, although not as soft as when driving straight ahead due to the increase in system pressure. If the piston rod is moved to the left, the process is reversed.
  • a significant effect of the transverse displacement of the driver is - as is known per se Influence on the height of the roll pole when the vehicle has an active tilting device Is provided.
  • the roll pole height increased significantly. This should also be aimed at, so that the passengers not as clearly perceive transverse movements resulting from the active inclination.
  • the roll pole should therefore preferably lie at the level of the passenger seats.

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Querfederung für ein Schienenfahrzeug und auf ein Verfahren zum Steuern der Stellung eines Schienenfahrzeug-Wagenkastens mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Vorrichtungsanspruchs 1 bzw. des Verfahrensanspruchs 8. Eine bekannte Querfederung (EP 0 592 387 A1) mit diesen Merkmalen basiert auf einer Druckausgleichsregelung, bei der die aktiven, fluidgestützten Querfedern in Abhängigkeit vom Querweg y des Wagenkastens gegenüber dem Drehgestellrahmen über Druckregelventile mit einem vorgegebenen Solldruck aus einer Druckquelle beaufschlagt werden. Der Solldruck ist also dort eine Funktion der Wagenkastenauslenkung in y-Richtung.
Zur Minimierung des Luftverbrauchs wird der Wagenkasten nicht in eine bestimmte Position gebracht, insbesondere nicht in seine Mittellage rückgestellt. Statt dessen soll bei normaler Bogenfahrt des Schienenfahrzeugs ein Anlaufen an die harte Zusatz- oder Notfederung vermieden werden. Die Kennlinie der Querfederung bleibt trotz Druckerhöhung immer noch weicher als die (Gummi-)Zusatzfederung, so daß der Fahrkomfort beträchtlich erhöht werden kann. Gleichwohl kann aus Sicherheitsgründen nicht ganz auf die Zusatzfederung verzichtet werden, da diese bei einem Ausfall der Druckregelung neben den Sekundärfedern die einzige verbleibende Querfederung darstellt.
Ein gewisser Nachteil dieser bekannten Querfederung ist deren relativ hoher Energiebedarf. Dieser entsteht durch die Notwendigkeit, in den aktiven Elementen bei allen Fahrzuständen, also auch bei Geradeausfahrt, ständig einen bestimmten Druck aufrecht zu erhalten, wobei andererseits ein ständiger dynamischer Druckabbau möglich sein muß, um die Querfederung nicht unzulässig gegen die dynamischen Querschwingungen kleiner Amplituden zu verhärten.
Mit der bekannten Querfederung kann eine Wagenkasten-Neigungssteuerung, mit der die regelmäßig zu fahrenden Bogengeschwindigkeiten angehoben werden können, nicht unterstützt werden, weil bei hohen Fliehkräften in stationärer Bogenfahrt bald die Druckerhöhung auf der bogenaußenseitigen Querfederseite einsetzt. Zum Neigen eines Fahrzeugs nach bogeninnen ist jedoch eine gewisse Querverlagerung des Wagenkastens gegenüber dem Fahrgestell erwünscht, damit das Lichtraumprofil eingehalten wird und ggf. die Höhe des Wankpols optimiert werden kann.
Als Wankpol bezeichnet man die in Fahrzeuglängsrichtung liegende, in Z- und ggf. auch Y-Richtung lageveränderliche Achse, um die sich der Wagenkasten momentan dreht, wenn er in einen Bogen hineingeneigt wird.
Insbesondere wird durch die besagte Querverschiebung des Wagenkastens nach kurvenaußen der Wankpol gegenüber einer konventionellen starren Drehzapfen-Querfeder-Anordnung nach oben verschoben. Damit wird einerseits die fahrzeugseitige Einhaltung des Lichtraum-Streckenprofils sichergestellt und andererseits der Einfluß von Querbeschleunigungen aus der aktiven Neigungssteuerung auf das Wohlbefinden der Fahrgäste minimiert.
Bei einer weiteren bekannten aktiven Querfederung (DE 42 16 727 A1) sind zur Begrenzung der Amplituden von Querschwingungen von Schienenfahrzeugen vor allem im Haltestellenbereich bei hohem Strecken-Fahrkomfort einfachwirkende Nehmerzylinder zwischen dem Wagenkasten und dem Fahrgestell gegeneinander arbeitend liegend angeordnet, deren Arbeitskammern jeweils mit einem hydropneumatischen Federelement sowie mit einem angetriebenen Geberzylinder kommunizieren. Mittels des letzteren kann der hydraulische Druck in den Nehmerzylindern bedarfsweise gesteuert, insbesondere erhöht werden, um die den Wagenkasten auf die Fahrgestellmitte zentrierende Kraft zu erhöhen und auf der Federseite eine höhere Vorspannung bzw. Federsteifigkeit einzustellen. Die Federelemente können eine progressive Kraft-Weg-Kennlinie haben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend vom eingangs erörterten Stand der Technik eine aktive Querfederung für Schienenfahrzeuge anzugeben, mit der auch bei gewollten Querauslenkungen des Wagenkastens bei stationärer Bogenfahrt dynamische Störungen mit geringen Schwingungsamplituden von einer weichen Federcharakteristik ausgeglichen werden können. Auch soll ein Verfahren zur aktiven Steuerung der Stellung eines Wagenkastens mittels einer solchen Querfederung angegeben werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Vorrichtungsanspruchs 1 und des Verfahrensanspruchs 8 gelöst. Die Merkmale der sich jeweils an die unabhängigen Ansprüche anschließenden Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung bzw. des Verfahrens an.
Mit der erfindungsgemäßen Querfederung werden weitere Vorteile erreicht:
Man kann die Mittellage der weichen Querfedersteifigkeit jetzt bei stationärer Bogenfahrt entsprechend der seitlichen Auslenkung des Wagenkastens aus der Drehgestellmitte bedarfsgerecht nach kurvenaußen verschieben, so daß die dynamischen Querschwingungen geringer Amplituden, die z. B. durch Gleisunebenheiten angeregt werden, weiterhin wie bei Geradeausfahrt weich abgefedert werden.
Ein zweiter Vorteil besteht in der Möglichkeit, bei einem mit aktiver Neigungssteuerung ausgestatteten Fahrzeug die Lage des Wankpols beeinflussen zu können.
Schließlich ist der Energiebedarf der erfindungsgemäßen Lösung geringer als beim Stand der Technik, weil bei Geradeausfahrt keine Fluidzufuhr zu den Antriebselementen notwendig ist. Wenn durch dynamische Querschwingungen Fluid aus den Antriebselementen verdrängt wird, gelangt dieses nicht in den Rücklauf, sondern wird in den Speicherelementen gepuffert.
Weitere Einzelheiten und Vorteile des Gegenstands der Erfindung gehen aus der Zeichnung eines Ausführungsbeispiels und deren sich im folgenden anschließender eingehender Beschreibung hervor.
Es zeigen
Figur 1
eine Prinzipskizze einer aktiven Querfederung in einem Schienenfahrzeug-Drehgestell,
Figur 2
eine Ausführung des in Fig. 1 als "blackbox" dargestellten hydraulischen Steuerblocks.
Ein Wagenkasten 1 ist gemäß Fig. 1 gegenüber einem nur durch einen Querträger 2 angedeuteten Fahrgestell, z. B. einem Drehgestellrahmen, in Querrichtung über einen Mitnehmer 3 und daran angelenkte Kolbenstangen 4a, 4b eines rechten Antriebs 5 und eines linken Antriebs 6 abgestützt. Der Mitnehmer 3 kann als Drehzapfen in der Hochachse der Schwenkbewegungen des Drehgestells liegen.
Die vorhandene Sekundärfederung und -dämpfung zwischen dem Wagenkasten und dem Fahrgestell ist hier zur Vereinfachung nicht dargestellt.
Die Antriebe 5 und 6 sind als liegende, doppeltwirkende Differential-Hubzylinder mit je zwei Arbeitskammern ausgeführt und an dem Querträger 2 gelenkig so befestigt, daß das Einfedern des Wagenkastens in der Sekundärfederung und das Ausdrehen des Fahrgestells bei Bogenfahrt nicht behindert wird.
Ihre Arbeitskammern sind durch Leitungen 7 bzw. 8 überkreuz miteinander verbunden und sind so paarweise an zwei getrennte Systemzweige A, B angeschlossen. Die Wirkungsflächen der Hubzylinder sind in der Summe in beiden Bewegungsrichtungen gleich. Jeder der beiden Systemzweige A und B kommuniziert -über ein schaltbares oder proportional steuerbares Ventil V1 bzw. V2- mit einem hydropneumatischen Speicherelement 9 bzw. 10. Letztere sind luftseitig vorgespannt, indem der hydraulische Systemdruck selbsttätig ständig oberhalb eines Mindestlevels gehalten wird.
Die Luftvolumina der Speicherelemente stellen eine relativ weiche Querfederung dar, auf die der Wagenkasten über das hydraulische System abgestützt ist. Querkomponenten aus der Sekundärfederung können noch hinzukommen.
Abweichend von der hier vereinfachten Darstellung kann in jedem Systemzweig mehr als ein Speicherelement vorgesehen werden, damit man auch die Querfederkonstante z. B. durch Zu- und Wegschalten eines weiteren Volumens beeinflussen kann.
Ferner kann die Antriebseinrichtung abweichend von der hier gewählten Darstellung auch mit nur einem Gleichgangzylinder anstelle der beiden doppeltwirkenden Zylinder 5 und 6 arbeiten, dessen beide Arbeitskammern dann jeweils an einen der Systemzweige A bzw. B angeschlossen werden. Zwar hätte man damit einen geringeren Bauteileaufwand, jedoch ist der relativ voluminöse und wegen der beidseitigen Kolbenstange lange Gleichlaufzylinder im beengten Drehgestell-Einbauraum schlechter unterzubringen als die bevorzugte geteilte Anordnung.
Bei jeder Bewegung der Kolbenstangen 4a und 4b, die gegen die Querfederkraft aus der dargestellten kraftneutralen Mittellage aufgrund von auf den Wagenkasten 1 einwirkenden Querkräften abweicht, wird in beiden Systemzweigen A, B ein Flüssigkeitsvolumen über die beiden Leitungen 7 und 8 verschoben.
Z. B. wird bei einer Kolbenbewegung nach links (z. B. beim Einlauf in eine Rechtskurve, wenn man in Fahrtrichtung auf die Figur blickt) aus beiden linken Arbeitskammern der Antriebe 5 und 6 Volumen verdrängt und der Innendruck in dem linken Speicherelement 9 erhöht. Andererseits vergrößert sich das Volumen der beiden rechten Arbeitskammern, wobei aus dem rechten Speicherelement 10 durch Druckabsenkung nachgefüllt wird.
Die Speicherelemente 9 und 10 puffern dabei auch die Differenzen zwischen den verdrängten Volumina der kommunizierenden Arbeitskammern. Die Kolbenstangen sind also durch Hin- und Herschieben der hydraulischen Kammerfüllung gegen Federkraft beweglich. Das gilt auch bei einem eventuellen Ausfall des Druckerzeugers.
Strömungswiderstände in den Leitungen 7 und 8 sowie in den Ventilen verursachen eine auslegungsabhängige Bewegungsdämpfung. Z. B. könnte man ein Drossel- oder Dämpferventil vorsehen. Man wird ggf. auf einen separaten, in konventionellen Fahrgestellen vorzusehenden Querdämpfer verzichten können, wenn es gelingt, dessen Wirkung auf die hydraulische Stütze der hier beschriebenen hydropneumatischen Querfederung zu verlagern.
Mit "Y/U" näher bezeichnet, ist an der Kolbenstange 4 auch ein Weggeber 11 vorgesehen, der jede Querbewegung des Mitnehmers 3 bzw. der Kolbenstange 4a und/oder 4b (also in Y-Richtung, wenn die Fahrtrichtung die X- und die Höhe de Z-Richtung ist) in ein Spannungssignal U umsetzt. Der hier nur der Übersichtlichkeit halber herausgezeichnete Weggeber 11 wird vorzugsweise in den hydraulischen Antrieb integriert. Sein elektrisches Bewegungs- oder Stellungssignal wird einem Regler 12 als Ausgangs- oder Istgröße der Querverschiebung des Wagenkastens zugeführt. Das Regle-Ausgangssignal wiederum gelangt an einen mit verschiedenen Ventilen (Fig. 2) bestückten hydraulischen Steuerblock 13. Dieser ist hydraulisch zwischen die Leitungen 7 und 8 und eine Hochdruckpumpe 14 nebst einem Rücklauf 15 und Hydraulikreservoir 16 geschaltet. Die Pumpe ist z. B. für einen Lieferdruck von 210 bar auszulegen.
Der Regler 12 ist für eine aktive Beeinflussung der kraftneutralen Mittellage der Querfederung vorgesehen, wie später noch näher erörtert wird. Bei Bedarf kann er auch weitere Eingänge für druckanaloge Signale haben, mit denen der hydraulische Systemdruck in den Systemzweigen A und B durch geeignete -hier nicht gezeigte- Drucksensoren übermittelt wird.
Zur Ergänzung der Querfederung um eine weitere Funktion kann noch ein weiterer Regler 17 vorgesehen werden, dessen Ausgangssignal -selbstverständlich über Verstärker- die beiden Ventile V1 und V2 zu steuern hat. Wie hier durch die Schaltsymbole angedeutet ist, kann mit dieser Einrichtung durch Ventilbetätigung die hydraulische Dämpfung der Kolbenstangenbewegung einstufig oder auch proportional geändert werden, indem von der gezeigten Ruhestellung, in der die Ventile V1 und V2 ohne Drosselwirkung sind, in einem oder mehreren Schritten auf eine stärkere Drosselung des Durchflusses zwischen den Arbeitskammern der Antriebe 5 und 6 und den Speicherelementen 7 und 8 umgeschaltet wird.
Die Ventile V1 und V2 werden normalerweise stets gemeinsam gesteuert. Prinzipiell könnte die Einrichtung auch mit nur einem dieser Ventile arbeiten, da der andere Systemzweig über die Kolbenstangen 4a und 4b zwangsgekoppelt ist.
Der Dämpfungsgrad wird dabei in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit, der Fahrzeug-Zuladung und der Streckensituation (Gerade oder Bogen), ggf. entsprechend der gegebenen Gleislage, eingeregelt. Eingangssignale dieses Reglers 17 können neben dem Weg (Y/U) der Kolbenstangen deren Geschwindigkeit dy/dt und Beschleunigung d2y/dt2 sein, ggf. auch gespeicherte oder vom Fahrweg abgelesene Streckendaten (Gleisradien, Gleisqualität).
Wie man in Fig. 2 erkennt, umfaßt der Steuerblock 13 vorzugsweise ein Proportional-Steuerventil 18, dessen Stellungen vom Regler 12 einstellbar sind. Es beherrscht die Verbindungen zwischen den beiden Systemzweigen A, B einerseits und dem Pumpenanschluß P und dem Rücklaufanschluß T andererseits.
In seiner nicht aktivierten Ruhestellung (z. B. bei Geradeausfahrt) sind die besagten Verbindungen geschlossen. Diese Stellung stellt sich selbsttätig auch bei einem Ausfall der elektronischen Steuerung ein. Wenn hingegen bei aktiviertem Steuerventil ein Systemzweig mit der Pumpe verbunden ist, kann gleichzeitig aus dem anderen Systemzweig Druck zum Rücklauf hin abgebaut werden.
Getrennt für jeden Systemzweig ist dem Steuerventil 18 ein Rückschlagventil 19 und anti-parallel dazu ein druckschaltbares Stützventil 20 (vom Eingangsdruckgeschaltet; funktionell ein Druckbegrenzer) mit einstellbarer Schaltschwelle nachgeschaltet, wobei das jeweilige Rückschlagventil Hydraulikflüssigkeit nahezu ungehindert von der Pumpe 14 in den nachgeschalteten Systemzweig einströmen läßt, während das Stützventil eine Strömung vom Systemzweig zum Rücklauf nur oberhalb eines vorbestimmbaren Druckniveaus im Systemzweig ermöglicht. Schon mit dieser Anordnung wird verhindert, daß das Druckniveau in den beiden Systemzweigen unter einen zulässigen Mindestwert abfällt.
Parallel zu den Stützventilen 20 ist zusätzlich eine Druckhalteeinrichtung 21 (vom Ausgangsdruck geschaltet; z. B. ein Druckreduzierventil) direkt zwischen den Zulauf P und beide Systemzweige A, B geschaltet, über die bei laufender Pumpe bzw. anstehendem Hochdruck ständig ein Mindestüberdruck in beide Systemzweige geliefert wird. Durch Rückschlagventile 22 wird eine Rückströmung über diese Leitung verhindert, die sonst durch systemzweigseitige dynamische Druckspitzen oberhalb des Lieferdrucks verursacht werden könnte. Auch stellen die Rückschlagventile 22 die Trennung der beiden Systemzweige sicher.
Schließlich umfaßt der Steuerblock 13 noch ein zwischen den beiden Systemzweigen A und B angeordnetes Kurzschlußventil 23, das in seiner Ruhestellung geschlossen ist, jedoch in Arbeitsstellung einen gedrosselten direkten Druckausgleich zwischen den beiden Systemzweigen ermöglicht. Dieses Ventil wird bei Geradeausfahrt aktiviert, um die Querfedersteifigkeit weiter zu vermindern.
Im folgenden wird die Funktion des Reglers 12 und des Steuerblocks 13 gemäß dem erfindungsgemäßen Steuerverfahren kurz umrissen:
Die Regelung folgt einem vorgegebenen gewünschten Mittelwert ysoll der Wagenkastenquerbewegung y als Eingangssignal bzw. Führungsgröße, der von einem nicht dargestellten Sollwertgeber erzeugt wird. Bei Geradeausfahrt ist der gewünschte Mittelwert gleich null, d. h. der Wagenkasten soll nach Möglichkeit nicht aus der zentrierten Mittellage ausweichen. Dynamische Querschwingungen kleiner Amplituden werden durch die nicht dargestellten Sekundärfedern sowie durch die hydropneumatischen Speicherelemente 9 und 10 mit niedriger Federsteifigkeit und bedarfsgerechter Dämpfung abgefedert. Im Gleisbogen ist der gewünschte Mittelwert ysoll hingegen von der aktuellen Querbeschleunigung und dem Lichtraumprofil abhängig. Letzteres schränkt bekanntlich außer dem statischen Fahrzeugumriß auch die erlaubte Querauslenkung des Wagenkastens ein, um Kollisionen mit nahe dem Gleis befindlichen Gegenständen bzw. mit Fahrzeugen im Nachbargleis zu verhindern.
Der Regler hat solche Regelabweichungen zwischen ysoll und y zu minimieren, die über einen vordefinierten Schwellwert hinausgehen. Der Schwellwert muß natürlich größer sein als die Amplitude der erwähnten dynamischen Querschwingungen. Durch die Rückführung des Wertes y zum Regler wird sichergestellt, daß die maximal zulässige Seitenabweichung des Wagenkastens nicht überschritten werden kann.
Die Regelung arbeitet mit der Erhöhung des hydraulischen Systemdrucks in einem der Systemzweige bzw. einem der beiden kommunizierenden Paare von Arbeitskammern. Zu diesem Zweck wird das Steuerventil 18 im Steuerblock 13 so geschaltet, daß die Hochdruckpumpe 14 den entsprechenden Systemzweig beliefern kann. Sollte dabei im anderen Systemzweig der Druck über die Schaltschwelle des jeweiligen Druckregulierventils ansteigen, so wird sich dieses zum Rücklauf hin öffnen.
Sollen sich z. B. die Kolbenstangen 4a/4b nach rechts bewegen, um die Istgröße y dem Sollwert nachzuführen, so muß die Pumpe 14 mit dem Systemzweig B bzw. der Leitung 8 verbunden werden.
Um dabei eine übermäßige Druckerhöhung im Speicherelement 10 zu verhindern, wird gleichzeitig die Leitung 7 mit dem Rücklauf verbunden. Da sich der Wagenkasten in Querrichtung auch nach dem Querverschub weiterhin auf die weichen Speicherelemente 9 und 10 abstützt, bleibt aber die effektive Steifigkeit der Querfederung relativ weich, wenn auch wegen der Erhöhung des Systemdrucks nicht so weich wie bei Geradeausfahrt. Bei einer Kolbenstangenbewegung nach links wird der Ablauf umgekehrt.
Ein bedeutender Effekt der Querverlagerung des Mitnehmers ist -wie an sich bekanntderen Einfluß auf die Höhe des Wankpols, wenn das Fahrzeug mit einer aktiven Neigeeinrichtung ausgestattet ist. Gegenüber einem System mit in Querrichtung nur im Umfang des Federspiels beweglichem Mitnehmer und entsprechend niedriger Wankpolhöhe wird durch die erfindungsgemäß mögliche Verschiebung des Mitnehmers nach bogenaußen die Wankpolhöhe merklich vergrößert. Das ist auch anzustreben, damit die Fahrgäste die aus der aktiven Neigung resultierenden Querbewegungen nicht so deutlich wahrnehmen. Bevorzugt sollte der Wankpol also in Höhe der Passagiersitze liegen.

Claims (10)

  1. Querfederung für ein Schienenfahrzeug, umfassend
    Federelemente, die einen Wagenkasten (1) des Schienenfahrzeugs bezüglich eines ihn tragenden Fahrgestells (2) gegen seitliche Auslenkungen ausgehend von einer insbesondere bei Geradeausfahrt vorliegenden Mittellage abfedern,
    mit Strömungsmitteln betriebene Arbeitselemente (5, 6) zum Aufbringen von Kräften zwischen dem Wagenkasten und dem Fahrgestell, die an zwei unabhängige Systemzweige (A, B) angeschlossen sind und deren Drücke mittels eines Reglers (12) und eines Druckerzeugers (14) veränderbar sind,
    einen Weggeber (11) zur Erzeugung eines dem Regler zuzuführenden Signals der Abweichung des Wagenkastens aus seiner Mittellage gegenüber dem Fahrgestell,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Federelemente der Querfederung als federfähige Speicherelemente (9 bzw. 10) ausgebildet sind, von denen je mindestens eines mit jedem der unabhängigen Systemzweige (A bzw. B) fluidisch kommuniziert und
    die Arbeitselemente als Antriebe (5 und 6) betreibbar sind, wobei ein Ventilsteuerblock (13) durch den Regler (12) zum wahlweisen Verbinden der beiden Systemzweige (A bzw. B) mit dem Druckerzeuger (Pumpe 14) aktivierbar ist, um die Auslenkung des Wagenkastens durch zumindest einseitige Druckänderung in den Antrieben (5 und 6) auf eine von den Speicherelementen (9 bzw. 10) abgefederte, durch einen Sollwertgeber in Abhängigkeit von momentanen Fahrzuständen vorgebbare Soll-Auslenklage einzustellen.
  2. Querfederung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zwei doppeltwirkende Antriebe (5 und 6) mit paarweise überkreuz verbundenen Arbeitskammern vorgesehen sind, wobei jedes Paar von Arbeitskammern getrennt an einen der Systemzweige (A bzw. B) mit einer Verbindungsleitung (7 bzw. 8) zu je einem der Speicherelemente (9 bzw. 10) und an einen hydraulischen Steuerblock (13) angeschlossen ist.
  3. Querfederung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die beiden Antriebe (5 und 6) jeweils über eine Kolbenstange (4a bzw. 4b) mit dem Wagenkasten gelenkig verbunden sind, und
    daß der Weggeber (11) in einen der Antriebe integriert ist und den Weg der Kolbenstange gegenüber dem am Fahrgestell (Querträger 2) angelenkten Antrieb erfaßt.
  4. Querfederung nach Anspruch 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die beiden Antriebe (5 und 6) als Differentialhubzylinder ausgeführt sind, wobei jeweils die kolbenstangenseitige Arbeitskammer eines Hubzylinders mit der kolbenstangenlosen Arbeitskammer des anderen Hubzylinders verbunden ist.
  5. Querfederung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß in einer Verbindungsleitung (7 bzw. 8) aus einem Systemzweig zu mindestens einem der Speicherelemente (9 bzw. 10) ein Strömungswiderstand vorgesehen ist.
  6. Querfederung nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Strömungswiderstand durch mindestens ein schalt- oder steuerbares Ventil (V1 bzw. V2) mit stellungsabhängig veränderlicher Drosselwirkung zuschaltbar ist, das durch einen Regler (17) in Abhängigkeit von einer oder mehreren der Größen Querverschiebung (y), Quergeschwindigkeit (dy/dt) und Querbeschleunigung (d2y/dt2) des Wagenkastens (1) gegenüber dem Fahrgestell (Querträger 2) und/oder von Daten des Streckenverlaufs steuerbar ist.
  7. Querfederung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß ein schaltbares Ventil (23) zur Herstellung einer fluidischen Verbindung zwischen den beiden getrennten Systemzweigen (A bzw. B) vorgesehen ist.
  8. Verfahren zum Steuern der Stellung eines Schienenfahrzeug-Wagenkastens gegenüber einem diesen tragenden Fahrgestell mittels einer Querfederung, die umfaßt
    Speicherelemente, insbesondere hydropneumatischer Bauart, zum elastischen Abstützen des Wagenkastens quer zur Fahrtrichtung gegenüber dem Fahrgestell, die ausgehend von einer jeweiligen Schwingungsmittellage dynamische Schwingungsanteile beidseits einer kraftneutralen Position weich abfedern, sowie
    mit den Speicherelementen hydraulisch kommunizierende hydraulische Antriebe mit durch eine Steuerung veränderlichem Innendruck,

    dadurch gekennzeichnet,
    daß in Gleisbögen mittels der hydraulischen Antriebe die Schwingungsmittellage des Wagenkastens gegenüber dem Fahrgestell und die kraftneutrale Position der elastischen Mittel quer zur Fahrtrichtung durch Steuerung des Innendrucks der hydraulischen Antriebe nach bogenaußen verstellt werden, wobei der tatsächliche Weg (y) der Schwingungsmittellage entsprechend einem vorgegebenen oder berechneten Mittelwert (ysoll) der Wagenkastenquerverschiebung nachgeführt wird,.
  9. Verfahren nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß als Antriebe zwei doppeltwirkende hydraulische Hubzylinder mit überkreuz kommunizierenden Arbeitskammern vorgesehen sind, die sich zwischen dem Wagenkasten und dem Fahrgestell erstrecken, aufgrund eines Meßwerts der aus einer Querkraft resultierenden Querauslenkung des Wagenkastens durch einen Regler zu einer Verschiebung ihres Anlenkpunkts am Wagenkasten in Richtung der wirkenden Querkraft aktiviert werden, wobei die Speicherelemente die verdrängten Volumina puffern.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß in Abhängigkeit von einer oder mehreren der Größen Querverschiebung (y), Quergeschwindigkeit (dy/dt) und Querbeschleunigung (d2y/dt2) des Wagenkastens gegenüber dem Fahrgestell und/oder von im Fahrzeug verfügbaren oder erfaßten Daten des Streckenverlaufs eine Änderung des Strömungswiderstands zwischen den hydraulischen Antrieben und den Speicherelementen gesteuert wird.
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