EP0765791B1 - Single axle running gear box for a railway vehicle - 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
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- EP
- European Patent Office
- Prior art keywords
- yoke
- power
- force
- bogie
- axle
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- Expired - Lifetime
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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.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Einzelachsfahrwerk für ein Schienenfahrzeug
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a single-axle running gear for a rail vehicle
according to the preamble of
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.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.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein demgegenüber verbessertes Einzelachsfahrwerk bereitzustellen.The object of the invention is an improved single-axle chassis to provide.
Erfindungsgemäß gelingt dies bei einem Einzelachsfahrwerk der eingangs genannten Art
durch die im Kennzeichnenden Teil des Anspruch 1 angegebenen Merkmale.According to the invention, this is achieved with a single-axle chassis of the type mentioned at the beginning
by the features specified in the characterizing part of
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.In one of the preferred exemplary embodiments of the invention, 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.
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 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. For example 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.
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.For a favorable wear behavior, the lowest possible contact angle between the wheel and rail desirable. For this purpose, the wheelset should move freely be restricted as little as possible around the vertical axis. At one in 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.
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 reach a high limit speed, is therefore known to be a device for generating a restoring force against a radial rotation of the wheelset is used. For example, the Restoring force by at least one elastically resilient element acting on the wheelset exercised.
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 trolleys that are suitable for both high speeds, and also have good sheet running properties (low wear) Now the following contradictory situation: For good sheet running properties with The wheelset should be coupled to the vehicle with little wear, i.e. the The restoring force is low, whereas high speeds require a large one 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 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 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.
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.
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.By using a force-controlled actuator, 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. At 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. However, 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 The result is a very small run-up angle between the wheel and rail and therefore a excellent wear behavior.
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.As 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. To avoid instabilities with small deflections in straight running avoid, the counterforce acting against the restoring force is preferably only from a certain threshold of the detected radius of the 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 adjust the speed of the force increase by a suitable one Limit the switching so that rapid changes in the manipulated variable (e.g. Turning angle of the bogie) not to the same extent on the steering movements of the Wheelset act, but the wheelset steering movements take place more slowly.
Weitere Einzelheiten der erfindungsgemäßen Einrichtung werden anschließend anhand der
Zeichnungen erörtert. In diesen ist:
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
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.Resilient elements, for
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 electro-
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.When traveling on a curved track, the
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.In the opposite case, when U is below a threshold value -U o , the
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
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
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-
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
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.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 . 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 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.Since S i is proportional to the curvature of the track curve, F y must also be approximately proportional to the curvature of the track curve, so that the x-axis intersection of F x lies between S i -S m and S i + S m for each curve of the track curve. To determine the proportionality constant of F y , the spring constant c of the return spring is taken into account.
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.Another possible embodiment of the force-controlled actuators is shown in Fig. 4
shown. In this are the devices for generating the restoring force and for generating
the opposing force combined into a structural unit. To do this, a
hydraulic or
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.Two wheel sets are not required to use force-controlled actuators
be stored together on a bogie. As shown in Fig. 5, is also at
individually, for example in a bogie, mounted
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 can be used to exert the restoring force are used, such as rubber bellows or pneumatic springs. To exercise All force-generating elements, essentially one, come into consideration for the counterforce Generate location-independent force, for example hydraulic cylinders, pneumatic cylinders or Air bellows.
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.A single-axis drive according to the invention with one individually in a
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.Because of the articulated connection of the
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.When accelerating and braking, longitudinal forces are exerted on the chassis by
the trailing
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
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.In practice, it happens especially in narrow track bends that the rails are so
are worn out that the roller radius difference and thus that acting on the wheelset
radial setting force are significantly changed compared to unworn rails. Furthermore
There may be a change in the frictional resistance of the force-controlled over
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, because
it perfectly fulfills the diverse requirements for a drive. Even if the
Hydraulics is guaranteed safety due to the self-centering of the
Claims (7)
- A single-axle bogie for a rail vehicle in which a single wheel assembly (51) whose wheels (59, 59') are rigidly connected by way of a wheel assembly shaft is guided in a bogie frame (50), wherein there is provided a resilient device (6) for producing a return force against the steering deflection of the bogie frame (50) which occurs when negotiating a curve in the track, having a yoke (58) which on the one hand is hingedly connected to the railway car body and is displaceable with respect to the railway car body in a vertical direction and in a transverse direction and to which on the other hand the bogie frame (50) is vertically steerably connected, characterised in that there are provided links (61, 61') which are mounted to the yoke (58) and to the bogie frame (50) rotatably about vertical axes and whose notional extended longitudinal axes (91, 91'), as viewed in plan, intersect in the region of the longitudinal axis (92) of the wheel assembly (50) in the region of its centre line (93) (Figure 6).
- A single-axle bogie according to claim 1 characterised in that the yoke (58) is hingedly connected to the railway car body (60) by way of longitudinal links (62, 62') for carrying the longitudinal forces which occur.
- A single-axle bogie according to claim 2 characterised in that the longitudinal links (62, 62') are mounted in the yoke (58) and in the railway car body (60) by means of ball joints.
- A single-axle bogie according to one of claims 1 to 3 characterised in that the movement of the bogie frame (50) in the transverse direction is limited by transverse stop buffers (68, 68') which are arranged on guide brackets (63, 63') which are fixed with respect to the railway car.
- A single-axle bogie according to one of claims 1 to 4 characterised in that there are provided a power-regulated actuator (7) for producing a counteracting force which acts against the return force and a control or regulating device for setting the magnitude of the power at the power-regulated actuator (7), wherein the magnitude of the power set at the actuator (7) is dependent on the radius of the curve in the track.
- A single-axle bogie according to claim 5 characterised in that the resilient device (6) for producing the return force and the power-regulated actuator (7) for producing the counteracting force engage on the one hand the bogie frame (50) and on the other hand the yoke (58).
- A single-axle bogie according to one of claims 1 to 6 characterised in that there are provided a sensor (67) for detecting the actual value of steering deflection and a regulating circuit for re-adjusting the magnitude of the power at the power-regulated actuator (7) in the event of a deviation of the reference value of steering deflection from the actual value.
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