EP0765791B1 - Einzelachsfahrwerk für ein Schienenfahrzeug - Google Patents

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EP0765791B1
EP0765791B1 EP96119274A EP96119274A EP0765791B1 EP 0765791 B1 EP0765791 B1 EP 0765791B1 EP 96119274 A EP96119274 A EP 96119274A EP 96119274 A EP96119274 A EP 96119274A EP 0765791 B1 EP0765791 B1 EP 0765791B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
yoke
power
force
bogie
axle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP96119274A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0765791A1 (de
Inventor
Helmut Hiden
Rudolf Sommerer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
INTEGRAL VERKEHRSTECHNIK AKTIENGESELLSCHAFT
Original Assignee
Integral Verkehrstechnik AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Integral Verkehrstechnik AG filed Critical Integral Verkehrstechnik AG
Publication of EP0765791A1 publication Critical patent/EP0765791A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0765791B1 publication Critical patent/EP0765791B1/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
    • B61F5/38—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 single-axle running gear for a rail vehicle according to the preamble of claim 1.
  • Such a single-axle chassis is already known from EP-A-282738 and can be compared to bogie drives, where at least two wheel sets are provided per bogie, lead to a saving of axles or a reduction in costs.
  • the object of the invention is an improved single-axle chassis to provide.
  • force-controlled actuators are used Generation of a counterforce acting against the restoring force and a force magnitude provided on the force-controlled actuator adjusting control, wherein the force set on the actuator depends on the radius of the track curve.
  • a wheel set of a rail vehicle that has a corresponding profile the wheel tread has an independent when cornering on a curved track Can perform steering movement around a vertical axis.
  • tapered profile of the tread results in a curved track Roll radius difference between the inner and outer running circle, resulting in a radial adjustment movement of the wheelset is caused.
  • the lowest possible contact angle between the wheel and rail desirable.
  • the wheelset should move freely be restricted as little as possible around the vertical axis.
  • This type of wheel set which is softly coupled to the vehicle, occurs when running in a straight line Sine or wave running, which is inherently harmless. From a certain speed However, the sinus run suddenly hits the dangerous and weary zigzag run around. This speed limit is called the critical speed, she largely determines the maximum permissible speed of the vehicle.
  • a known approach provides that the steering deflection of the wheelset by Priority control is set, i.e. through a mechanical coupling of the steering deflection of the wheel set with another depending on the radius of the curve mechanical size.
  • This size is e.g. the deflection angle between one Storage of two wheelsets serving bogies and the body.
  • the turning angle of the wheelset is not determined by the between the wheel and the rail occurring forces, but mechanically due to purely geometric conditions generated.
  • the restoring force of the Resilient device can be set high, providing the desired stability the vehicle run is reached with a high limit speed.
  • a Cornering is done via the force-controlled actuator depending on the radius of the Track arch exerted a counterforce acting against the restoring force. Achieved by this one has a pre-tax effect of the wheelset.
  • this does not mean forced control, because the angular position of the wheel set, which is precisely adapted to the track curve, continues to be correct the forces occurring between wheel and rail are adjusted independently. The result is a very small run-up angle between the wheel and rail and therefore a excellent wear behavior.
  • a force-controlled actuator for example, at least one proportional one Pressure control valve, a proportional pressure relief valve or a pressure controlled pump be used.
  • the counterforce acting against the restoring force is preferably only from a certain threshold of the detected radius of the arc.
  • Fig. 1 two wheel sets 1, 1 'rotatable about a vertical axis are shown which are connected to the both ends of a bogie 8 also rotatable about a vertical axis are.
  • Resilient elements for example springs 6, act on the axle bearings 3 Exercise restoring force, which acts against a deflection ⁇ of the wheel sets.
  • By means of the force-controlled actuators 7 can a counterforce acting against the restoring force be exercised.
  • the electro-hydraulic control device 20 consists of a hydraulic fluid reservoir 21, a pump 22, a pressure return 23, a throttle 24 and two electronically controlled proportional pressure regulating valves 12, 13, the outlet side of which Pressure is set in each case by a voltage that the control device 11 outputs.
  • the bogie 2 When traveling on a curved track, the bogie 2 rotates relative to that Car body (not shown) at an angle ⁇ that is proportional to the curvature of the Track arc is.
  • a transducer 10 which in this embodiment in essentially contains a potentiometer, the deflection angle ⁇ of the bogie is in a control voltage U implemented.
  • the amount of this tension is proportional to Deflection angle ⁇ (and thus to the curvature of the track arch) 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 used to control the pressure control valve 12. 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 cylinder 7 is always exerted in such a way that a Force acts against the restoring force of the springs.
  • a Force acts against the restoring force of the springs.
  • Fig. 1 Deflection of the bogie in a clockwise direction will change the upper wheelset adjust certain angle ⁇ clockwise.
  • the springs 6 exercise against them Deflection a restoring force.
  • the left piston of the upper wheel set must be on its axis away, the right one on its a corresponding pressure is applied to the side near the axis.
  • 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 22a 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 the Mannesmann Rexroth company, type DBETE St / 200 624.
  • the valves 112, 113 only respond to positive values of U, whereby 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 determines the maximum axle bearing displacement S m in a conventional axle control, 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 additionally used force-controlled actuators.
  • 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 .
  • FIG. 4 Another possible embodiment of the force-controlled actuators is shown in Fig. 4 shown.
  • Two wheel sets are not required to use force-controlled actuators be stored together on a bogie.
  • Fig. 5 is also at individually, for example in a bogie, mounted wheel sets 1 the attachment of force-controlled actuators 7 possible, which have a counterforce against the restoring force of exercise resilient elements 6.
  • the device for recording the radius of the track curve in this case cannot take advantage of the deflection angle of a bogie, but has to work in a different way. For example, the angle between Use two car bodies to record the radius of the track curve.
  • auxiliary wheels or optical devices conceivable and possible for this purpose.
  • This alternative devices for the detection of the curve radius can of course also with wheelsets mounted on a bogie can be used. It is also conceivable and possible, even for individually stored wheels facilities for exercising Restoring force and a counterforce against the restoring force in an analogous manner as in To attach wheel sets.
  • a single-axis drive according to the invention with one individually in a chassis frame 50 guided wheel set 51 is shown in Figs. 6-8.
  • the wheelset 51 can thereby a motor 52 can be driven via a gear 53 and a clutch 54.
  • the wheels 59, 59 'of the wheelset 51 are rigidly connected to one another via a wheelset shaft 65.
  • the wheelset 51 is supported in the axle bearings 55 (see Fig. 8), which have a Primary suspension 56 are connected to the chassis frame 50.
  • the chassis frame 50 is with a secondary suspension, which is formed by air springs 57 Car body 60 connected.
  • the chassis frame 50 is articulated with a Guide cross member or a yoke 58 connected.
  • a force-controlled actuator 7 is provided against the counterforce.
  • Force feedforward has already been carried out with reference to FIG. 3 become, d. H. the characteristic curve of the spring-elastic element 6 is shifted during an arc travel, whereby an optimized driving behavior of the chassis is achieved.
  • 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.
  • this actual value could subsequently be compared to that in Dependent on the radius of the track curve, the desired value of the radial setting of the Wheelset 51 are compared and in the event of a deviation that of the power-controlled Actuating counterforce exerted until the setpoint is reached.
  • This control mechanism has no rocking movements of the undercarriage a conveniently large compared to the sinusoidal frequency of the wheelset Time constant.
  • a sensor 67 could also detect a malfunction, can be used for example in the hydraulic system.
  • the single-axle drive shown in Fig. 6 - 8 is extremely comfortable to drive, because it perfectly fulfills the diverse requirements for a drive. Even if the Hydraulics is guaranteed safety due to the self-centering of the wheelset 51 by means of the spring element 6. An advantage over conventional Bogie bogies is the possible saving on axles, resulting in a Cost reduction leads.

Landscapes

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Description

Die Erfindung betrifft ein Einzelachsfahrwerk für ein Schienenfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiges Einzelachsfahrwerk ist bereits aus der EP-A-282738 bekannt und kann gegenüber Drehgestell-Laufwerken, bei denen jeweils zumindest zwei Radsätze pro Drehgestell vorgesehen sind, zu einer Einsparung von Achsen bzw. zu einer Kostenverringerung führen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein demgegenüber verbessertes Einzelachsfahrwerk bereitzustellen.
Erfindungsgemäß gelingt dies bei einem Einzelachsfahrwerk der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichnenden Teil des Anspruch 1 angegebenen Merkmale.
In einem der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung sind kraftgeregelte Stellglieder zur Erzeugung einer gegen die Rückstellkraft wirkenden Gegenkraft und eine die Kraftgröße am kraftgeregelten Stellglied einstellende Steuer- bzw. Regeleinrichtung vorgesehen, wobei die am Stellglied eingestellte Kraftgröße vom Radius des Gleisbogens abhängig ist.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Durch die Verwendung eines kraftgeregelten Stellgliedes kann die Rückstellkraft der federelastischen Vorrichtung hoch eingestellt werden, wodurch die gewünschte Stabilität des Fahrzeuglaufes mit einer hohen Grenzgeschwindigkeit erreicht wird. Bei einer Kurvenfahrt wird über das kraftgeregelten Stellglied 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.
Als kraftgeregeltes Stellglied 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.
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.
Weitere Einzelheiten der erfindungsgemäßen Einrichtung werden anschließend anhand der Zeichnungen erörtert. In diesen ist:
  • Abb. 1 eine schematische Darstellung einer möglichen Steuerung des kraftgeregelten Stellgliedes bei 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 auf den Radsatz wirkenden 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.
    • 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.
    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 kraftgeregelten Stellglieder 7 kann eine Gegenkraft, die gegen die Rückstellkraft wirkt, ausgeübt werden.
    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.
    Bei einer Fahrt auf einem Gleisbogen verdreht sich das Drehgestell 2 gegenüber dem Wagenkasten (nicht dargestellt) um einen Winkel Â, der proportional zu Krümmung des Gleisbogens ist. Mit Hilfe eines Aufnehmers 10, der in diesem Ausführungsbeispiel im wesentlichen ein Potentiometer beinhaltet, wird der Auslenkwinkel  des Drehgestells in eine Steuerspannung U umgesetzt. Der Betrag dieser Spannung ist proportional zum Auslenkwinkel  (und damit zur Krümmung des Gleisbogens) und ihr Vorzeichen hängt von der Drehrichtung ab.
    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.
    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.
    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.
    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.
    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.
    Die Funktionsweise der kraftgeregelten Stellglieder 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 Fx=c·S 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.
    Abb. 3b zeigt die Verhältnisse bei zusätzlich verwendeten kraftgeregelten Stellgliedern. 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.
    Da Si proportional zur Krümmung des Gleisbogens ist, muß auch Fy in etwa proportional zur Krümmung des Gleisbogen sein, damit der x-Achsenschnittpunkt von Fx bei jeder Krümmung des Gleisbogens zwischen Si-Sm und Si+Sm liegt. Zur Bestimmung der Proportionalitätskonstanten von Fy wird die Federkonstante c der Rückstellfeder berücksichtigt.
    Eine andere mögliche Ausführungsform der kraftgeregelten Stellglieder ist 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.
    Zur Verwendung von kraftgeregelten Stellgliedern müssen nicht jeweils zwei Radsätze gemeinsam an einem Drehgestell gelagert sein. Wie in Abb. 5 gezeigt, ist ebenso bei einzeln, beispielsweise in einem Drehgestell, gelagerten Radsätzen 1 die Anbringung von kraftgeregelten Stellgliedern 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.
    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.
    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 nun erfindungsgemäß 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. Die verlängerten Längsachsen 91, 91' der Lenker 61, 61' schneiden sich in Draufsicht gesehen im Bereich der Längsachse 92 des Radsatzes 51, und zwar im Bereich der Mittellinie 93. 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.
    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.
    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.
    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.
    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 67, 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 eine günstigerweise im Vergleich zur Sinuslauffrequenz des Radsatzes große Zeitkonstante. Ein Sensor 67 könnte auch zur Erkennung einer Betriebsstörung, beispielsweise im Hydrauliksystem verwendet werden.
    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.

    Claims (7)

    1. Einzelachsfahrwerk für ein Schienenfahrzeug, bei dem ein einzelner Radsatz (51), dessen Räder (59, 59') über eine Radsatzwelle starr verbunden sind, in einem Fahrwerkrahmen (50) geführt ist, wobei eine federelastische Vorrichtung (6) zur Erzeugung einer Rückstellkraft gegen den bei der Fahrt über einen Gleisbogen auftretenden Lenkausschlag des Fahrwerkrahmens (50) vorgesehen ist, mit einem Joch (58), welches einerseits mit dem Wagenkasten gelenkig verbunden ist und gegenüber dem Wagenkasten in vertikaler Richtung und in Querrichtung verschiebbar ist und mit welchem andererseits der Fahrwerkrahmen (50) vertikal lenkbar verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß Lenker (61, 61') vorgesehen sind, welche am Joch (58) und am Fahrwerkrahmen (50) um vertikale Achsen drehbar gelagert sind und deren gedachte verlängerte Längsachsen (91, 91') sich in Draufsicht gesehen im Bereich der Längsachse (92) des Radsatzes (51) im Bereich von dessen Mittellinie (93) schneiden. (Fig. 6)
    2. Einzelachsfahrwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Joch (58) über Längslenker (62, 62') zur Aufnahme der auftretenden Längskräfte gelenkig mit dem Wagenkasten (60) verbunden ist.
    3. Einzelachsfahrwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Längslenker (62, 62') mittels Kugelgelenken im Joch (58) und im Wagenkasten (60) gelagert sind.
    4. Einzelachsfahrwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Fahrwerkrahmens (50) in Querrichtung durch Queranschlagspuffer (68, 68'), die an wagenfesten Führungskonsolen (63, 63') angeordnet sind, begrenzt wird.
    5. Einzelachsfahrwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein kraftgeregeltes Stellglied (7) zur Erzeugung einer gegen die Rückstellkraft wirkenden Gegenkraft und eine die Kraftgröße am kraftgeregelten Stellglied (7) einstellende Steuer- bzw. Regeleinrichtung vorgesehen sind, wobei die am Stellglied (7) eingestellte Kraftgröße vom Radius des Gleisbogens abhängig ist.
    6. Einzelachsfahrwerk nach einem Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die federelastische Vorrichtung (6) zur Erzeugung der Rückstellkraft und das kraftgeregelte Stellglied (7) zur Erzeugung der Gegenkraft einerseits am Fahrwerkrahmen (50) andererseits am Joch (58) angreifen.
    7. Einzelachsfahrwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor (67) zur Erfassung des Ist-Wertes des Lenkausschlages und ein Regelkreis zur Nachregelung der Kraftgröße am kraftgeregelten Stellglied (7) bei einer Abweichung des Soll-Wertes des Lenkausschlages vom Ist-Wert vorgesehen sind.
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