EP0770533B1 - Einrichtung zur Führung von Fahrzeugen - Google Patents

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EP0770533B1
EP0770533B1 EP96116907A EP96116907A EP0770533B1 EP 0770533 B1 EP0770533 B1 EP 0770533B1 EP 96116907 A EP96116907 A EP 96116907A EP 96116907 A EP96116907 A EP 96116907A EP 0770533 B1 EP0770533 B1 EP 0770533B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
wheels
control drive
wheel
torques
drive
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP96116907A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0770533A1 (de
Inventor
Fritz Prof.Dr.Ing. Frederich
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.)
Alstom Transport Deutschland GmbH
Original Assignee
Alstom LHB GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Alstom LHB GmbH filed Critical Alstom LHB GmbH
Publication of EP0770533A1 publication Critical patent/EP0770533A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0770533B1 publication Critical patent/EP0770533B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • 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
    • B61F3/00—Types of bogies
    • B61F3/16—Types of bogies with a separate axle for each wheel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61C—LOCOMOTIVES; MOTOR RAILCARS
    • B61C15/00—Maintaining or augmenting the starting or braking power by auxiliary devices and measures; Preventing wheel slippage; Controlling distribution of tractive effort between driving wheels
    • B61C15/14—Maintaining or augmenting the starting or braking power by auxiliary devices and measures; Preventing wheel slippage; Controlling distribution of tractive effort between driving wheels controlling distribution of tractive effort between driving wheels
    • 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
    • B61F5/383—Adjustment controlled by non-mechanical devices, e.g. scanning trackside elements

Definitions

  • the invention relates to a device for safe and low-wear guidance of track-bound vehicles along a given course by running gear with two wheels arranged side by side, according to the preamble of claim 1.
  • the proposed facility is intended on the one hand to ensure safe track guidance and also to enable the highest travel speeds with the lowest risk of derailment even on conventional double-rail tracks of the railways.
  • the facility is also intended to allow narrow track arches to be safely derailed.
  • the wear on rails and wheels should be reduced as much as possible, both when driving fast on straight lines and when traveling on narrow bends.
  • Wheel sets consist of the rotatable wheel set shaft and two fixed with this connected wheels with tapered wheel profiles.
  • Such wheelsets have the natural characteristic of a lateral offset of the wheelset to turn automatically from the middle of the track, d. H. a swiveling or turning movement to execute the vertical axis. With that, they are able to both continuous one-sided wheel flange start of a wheel in a straight track without to prevent external support as well as necessary for archery Turning movements for the radial adjustment of the wheelset axis to the Center of the track curve to be carried out by itself without external steering assistance.
  • This natural advantage of the tracking principle is to be wheelset at the same time biggest disadvantage.
  • the ability of the wheelset to turn automatically means that a wheelset, which was once made to turn on a straight track, uncontrolled turning movements are carried out in alternation. He moves thereby on a wave path (sine wave) through the track channel of the track. Unwanted slip and constant change of drive and Braking forces in the wheel contact points of the wheels are the cause. Restless Vehicle running, wear on wheels and rails and rolling noise follow from this. Even at low vehicle speeds, the Wheelset movements so large that hard wheel flange starts are unavoidable which already lead to derailment at somewhat higher driving speeds can.
  • the two tracking principle, wheel set and wheel pair are in pure form for the tracking of rail vehicles in the track unusable. With the wheelset cannot be driven quickly; Pairs of wheels do not travel through bends. To remedy these shortcomings, the constraint of the wheelset becomes permanent Waves running through longitudinally and transversely arranged springs and dampers between Vehicle or chassis and wheelset suppressed. The effect is based on the fact that additional forces in the Wheelset are initiated that stabilize the wheelset run. It's being attempted, that inevitably arise in the zero level of the wheel / rail level Forces in the one level of the axlebox bearings located above the zero level and at least partially compensate for wheel centers. The bigger the Driving speed becomes, the greater the necessary forces have to be.
  • the invention has for its object the necessary stabilization of a Chassis with opposite wheels without rigid axle connection in a straight track and the necessary steering torques of the wheels to produce for the bow ride so that the driving comfort improves and the wear is reduced.
  • a steering torque can be represented as a pair of forces. It is created by two equally large, oppositely directed, parallel forces.
  • the torques of the same size applied to two wheels at the same time are special about the proposed facility. Differentiates on this point it differs significantly from other known proposals.
  • the zero-level concept with synchronous, anti-directional torque stamping is for non-driven, driven and braked tracking units applicable.
  • tracking is free according to the zero-level concept described of reactions between chassis and vehicle. This results in a significant improvement in driving comfort.
  • Fig. 1 shows the principle of a device in a schematic, spatial representation. Shown are the two wheels 1 and 2 of the device in a vehicle or chassis. The center 3 of the undercarriage lying between the wheels 1 and 2 is to be guided over the predetermined course 4. For this purpose, wheels 1 and 2 of the same size but opposing torques + M y 5 and -M y 6 are impressed. In the wheel contact points they generate the longitudinal force + F x 7 and -F x 8. The steering torque F x ⁇ a necessary for steering arises from the distance 9 of the wheel contact points from one another, which turns the chassis about its vertical axis 10 and guides it along the predetermined course 4.
  • Fig. 4 shows an embodiment in which the required drive and braking torques on the wheels 1 and 2 are generated by an actuator 11 via a mechanical superposition gear.
  • the superposition gear consists in principle of two planetary gears connected in series, the first planetary gear having a planet carrier 14, a ring gear 16 and a sun gear 17 and the second planetary gear having a planet carrier 22, a ring gear 21 and a sun gear 19.
  • a sun gear shaft 18 connects the two planetary gears to one another.
  • the planet carrier 14 is directly or indirectly coupled to the wheel 1.
  • the planet gear 15 is in engagement with the ring gear 16 and the sun gear 17.
  • the planet gear 20 meshes, which in turn engages in the ring gear 21 and the planet carrier 22 is connected directly or indirectly to the gear 2.
  • the sun gear 17 of the first planetary gear is firmly connected to the sun gear 19 of the second planetary gear via the common sun gear shaft 18. While the ring gear 16 is fixed, the ring gear 21 is rotatably supported and by an actuator 11, for. B. by means of a worm shaft 23 of a worm drive in both directions of rotation. When the actuator is stopped, the ring gear 21 is blocked.
  • the arrangement described functions like a rigid shaft.
  • the two wheels 1 and 2 are firmly coupled to one another via the planetary gear; they have the same speed and transmit the same torque.
  • the residual torques which result when the torques are converted in the two planetary gears are supported on the gearbox housings via the two fixed ring gears 16 and 21. If the torque support on the ring gear 21 is changed via the worm shaft 23 by the actuator 11, the planet gears 20, 15 ensure that the change is divided equally between the wheels 1 and 2.
  • a reduction in the torque at wheel 2 corresponds to an equal change in torque at wheel 1 and vice versa.
  • Fig. 5 shows an embodiment in which the already described superposition gear between the wheels 1 and 2 is also designed as a traction gear.
  • the common sun gear shaft 18 is provided, for example, with an additional gear drive 24, via which a traction drive 25 feeds the traction power.
  • wheels 1 and 2 rotate at the same speed.
  • the torques on the wheels 1 and 2 are set in accordance with the wheel circumferential forces which can be transmitted in the wheel contact points of the wheels 1 and 2.
  • the actuator 11 which acts on the gearbox via the worm shaft 23 in this exemplary embodiment, it is possible to influence the torques on the wheels 1 and 2 as described by superimposing them.
  • FIG. 6 Another embodiment of the invention is shown in FIG. 6 .
  • a second traction drive 26 which acts on the same ring gear of the gear drive 24.
  • the two drives 25 and 26 thus drive the wheels 1 and 2, as described above in the exemplary embodiment according to FIG. 5.
  • the planetary gear of the wheel 1 is equipped with a second actuator 11 in the form of a second worm drive with worm shaft 27. With the second worm drive, the distribution of the torques on the wheels 1 and 2 can be influenced as desired, regardless of the function of the traction drives 25 and 26 and the first worm drive.
  • FIG. 7 A further exemplary embodiment is shown schematically in FIG. 7 .
  • the two planetary gears with the actuators 11 are arranged outside the inner space delimited by the wheels 1 and 2 next to the wheels 1 and 2. This arrangement leaves greater space in the interior for other chassis and vehicle components. This is particularly important for low-floor vehicles.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
  • Platform Screen Doors And Railroad Systems (AREA)
  • Vehicle Body Suspensions (AREA)
  • Arrangement Or Mounting Of Propulsion Units For Vehicles (AREA)
  • Retarders (AREA)
  • Harvester Elements (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur sicheren und verschleißarmen Führung von spurgebundenen Fahrzeugen entlang eines vorgegebenen Kurses durch Fahrwerke mit zwei nebeneinander angeordneten Rädern, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die vorgeschlagene Einrichtung soll einerseits die sichere Spurführung gewährleisten und auch auf konventionellen Zweischienen-Gleisen der Eisenbahnen höchste Fahrgeschwindigkeiten mit geringstem Risiko für eine Entgleisung ermöglichen. Auch soll die Einrichtung gestatten, engste Gleisbögen entgleisungssicher zu befahren.
Andererseits soll der Verschleiß von Schienen und Rädern sowohl beim Schnellfahren auf geraden Strecken als auch beim Befahren enger Gleisbögen soweit wie möglich reduziert werden.
Beide Ziele werden erreicht, wenn die Räder der Fahrwerke auf den Schienen ideal abrollen. Dies setzt voraus, daß sie in allen Situationen weder mit dem Spurkranz die Fahrschiene berühren noch schräg zur Schiene rollen.
Wenn die genannten Bedingungen - kein Spurkranzanlauf und kein Schräglauf - erfüllt sind, ist zu erwarten, daß derartige Räder nicht nur sicher und verschleißarm sondern auch leise auf den Schienen rollen.
Es ist bekannt, daß fast alle Schienenfahrzeuge noch mit Radsätzen ausgerüstet sind. Radsätze bestehen aus der drehbaren Radsatzwelle und zwei fest mit dieser verbundenen Rädern mit kegeligen Radprofilen. Derartige Radsätze haben die natürliche Eigenschaft bei einem seitlichen Versatz des Radsatzes aus der Gleismitte selbsttätig zu wenden, d. h. eine Schwenk- bzw. Wendebewegung um die Hochachse auszuführen. Damit sind sie in der Lage sowohl dauernden einseitigen Spurkranzanlauf eines Rades im geraden Gleis ohne äußere Unterstützung zu verhindern als auch die für Bogenfahrten notwendigen Wendebewegungen zwecks radialer Einstellung der Radsatzachse auf den Mittelpunkt des Gleisbogens ohne äußere Lenkhilfe von selbst auszuführen. Dieser natürliche Vorteil des Spurführungsprinzip Radsatz ist gleichzeitig sein größter Nachteil.
Die Fähigkeit des Radsatzes, selbsttätig zu wenden, führt dazu, daß ein Radsatz, der im geraden Gleis einmal zu einer Wendebewegung veranlaßt wurde, im dauernden Wechsel unkontrollierte Wendebewegungen vollführt. Er bewegt sich dabei auf einer Wellenbahn (Sinuslauf) durch den Spurkanal des Gleises. Unerwünschter Schräglauf und ständiger Wechsel von Antriebs- und Bremskräften in den Radaufstandspunkten der Räder sind die Ursache. Unruhiger Fahrzeuglauf, Verschleiß an Rädern und Schienen und Rollgeräusche folgen daraus. Schon bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten werden die Radsatzbewegungen so groß, daß harte Spurkranzanläufe unvermeidbar sind, die bei etwas höheren Fahrgeschwindigkeiten bereits zum Entgleisen führen können.
Die genannten Nachteile des Radsatzes treten beim Radpaar nicht auf. Radpaare sind parallel nebeneinander angeordnete Räder, die sich unabhängig voneinander drehen können.
Radpaare haben keinen Wellenlauf. Deshalb sind sie prinzipiell für höchste Fahrgeschwindigkeiten geeignet.
Einzelne Radpaare sind andererseits aber nicht selbstwendefähig. Deshalb sind sie für Bogenfahrten ungeeignet.
Die beiden Spurführungsprinzip Radsatz und Radpaar sind in reiner Form für die Spurführung von Schienenfahrzeugen im Gleis unbrauchbar. Mit dem Radsatz kann nicht schnell gefahren werden; Radpaare fahren nicht durch Gleisbögen. Um diesen Mängeln abzuhelfen, wird der Zwang des Radsatzes zum dauernden Wellenlauf durch längs und quer angeordnete Federn und Dämpfer zwischen Fahrzeug bzw. Fahrwerk und Radsatz unterdrückt. Die Wirkung beruht darauf, daß über die Federn und Dämpfer von außen zusätzliche Kräfte in den Radsatz eingeleitet werden, die den Radsatzlauf stabilisieren. Es wird versucht, die in der Null-Ebene der Rad/Schiene-Ebene zwangsläufig entstehenden Kräfte in der oberhalb der Null-Ebene angeordneten Eins-Ebene der Radsatzlager und Radmitten zumindest teilweise zu kompensieren. Je größer die Fahrgeschwindigkeit wird, desto größer müssen die notwendigen Kräfte sein. Dieselben Kräfte wirken an den fahrzeugseitigen Enden der Federn und Dämpfer quasi rückwärts auf die Massen des Fahrzeugs bzw. der Fahrwerke und müssen von letzteren aufgenommen werden. Dies führt zu Beschleunigungen der betreffenden Massen und zu u. U. erheblichen Bewegungen. Damit verschlechtert sich der Fahrkomfort.
Möglichen Verbesserungen des Spurführungsverhaltens im geraden Gleis stehen unvermeidlich Verschlechterungen des Fahrkomforts gegenüber. Heutige Fahrwerke von Schienenfahrzeugen mit Radsätzen sind Kompromisslösungen. Die Auslegung und Dimensionierung der Radsatzfahrzeugen bewegt sich auf einem äußerst schmalen Grat zwischen geringeren Schwingungen und größerem Verschleiß.
Ähnliche Effekte gibt es bei Radpaaren. Während die Spurführung im geraden Gleis unproblematisch ist, sind die Schwierigkeiten bei der Bogenfahrt von Radpaaren vergleichbar mit denen des Radsatzes beim Geradeauslauf.
Die fehlende Wendefähigkeit des Radpaares muß durch entsprechende Wendemomente in der Eins-Ebene der Radsatzlager von außen aufgeprägt werden. Die Reaktionsmomente der Wendemomente finden sich an Massen des Wagenkastens bzw. der Fahrwerke wieder und verschlechternd dort den Fahrkomfort.
Auch hier stehen möglichen Verbesserungen des Spurführungsverhaltens im Gleisbogen unvermeidliche Verschlechterungen des Fahrkomforts gegenüber.
Aus der EP 0 511 949 A2 ist es bekannt, bei Losrad-Fahrwerken - zur Schaffung einer Laufcharakteristik, vergleichbar wie für selbstzentrierende Radsätze mit einer starren Querverbindung zwischen den Rädern - die Antriebseinheiten, d. h. die Traktionseinheiten der einander gegenüberliegenden Räder mit unterschiedlicher Leistung zu betreiben. Dabei soll oberhalb einer Mindestgeschwindigkeit von 10 km/h, insbesondere bei Geradeausfahrt, die Antriebsleistung einander gegenüberliegender Räder periodisch innerhalb vorbestimmter Bandbreiten erhöht und erniedrigt werden, wobei die Leistungssteuerungsänderung einander gegenüberliegender Räder gegenphasig erfolgt.
Auch dieses Verfahren bzw. diese Anordnung wird beim Erreichen der angestrebten Laufcharakteristik wie bei einem Radsatz neben den bekannten Vorteilen die vorstehend aufgeführten Nachteile aufweisen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die notwendige Stabilisierung eines Fahrwerkes mit einander gegenüberliegenden Rädern ohne starre Achsverbindung im geraden Gleis und die notwendigen Lenkmomente der Räder für die Bogenfahrt so zu erzeugen, daß der Fahrkomfort verbessert und der Verschleiß vermindert wird.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Einrichtung gelöst. Unkontrollierte Wendebewegungen von Radsätzen werden, durch geregelte Lenkmomente stabilisiert und die nicht vorhandenen Wendebewegungen von Radpaaren durch gesteuerte oder gezielt eingestellte Lenkmomente ersetzt werden. Die notwendigen Lenkmomente werden dabei nicht wie bisher in der Eins-Ebene der Radsatzlager bzw. Radmitten aufgebracht, sondern in der Null-Ebene, d.h. in den Radaufstandspunkten direkt erzeugt.
Ein Lenkmoment läßt sich als Kräftepaar darstellen. Es entsteht durch zwei gleich große, entgegengesetzt, gerichtete parallele Kräfte.
Längskräfte in den Rad/Schienen-Berührpunkten der beiden Räder eines Radsatzes oder Radpaares sind immer parallel. Exakt gleiche Größe der Kräfte und entgegengesetzte Richtungen lassen sich durch ein Drehmoment am einen Rad und dessen notwendig gleich großes aber entgegengerichtetes Reaktionsmoment am gegenüberliegenden Rad erwirken.
Bei der vorgeschlagenen Einrichtung zur Führung von Fahrzeugen bzw. deren Fahrwerken nach dem Null-Ebenen-Konzept werden den Rädern synchron Antriebs- und Bremsmomente gleicher Größe aufgeprägt. Die in den Rad/Schienen-Berührpunkten ,der Null-Ebene, entstehenden, antreibenden und bremsenden Längskraftschlußkräfte erzeugen das gewünschte Lenkmoment, welches die Spurführungseinheit Radsatz oder Radpaar unterstützend im Spurkanal des Gleises führt.
Die gleichzeitig an zwei Rädern aufgebrachten Drehmomente gleicher Größe sind das besondere der vorgeschlagenen Einrichtung. In diesem Punkt unterscheidet es sich wesentlich von anderen bekanntgewordenen Vorschlägen. Das Null-Ebenen-Konzept mit synchroner, antidirektionaler Drehmomentaufprägung ist für antriebslose, angetriebene und gebremste Spurführungseinheiten anwendbar.
Die mit der Erfindung erzielbaren Fortschritte bestehen insbesondere darin, daß die Stellkräfte für die Lenkmomente, welche die Spurführung unterstützen, direkt in den Radaufstandspunkten der Rad/Schiene-Berührungen erzeugt werden. Das führt dazu, daß unerwünschtem Schräglauf mit allen sich daraus ergebenden Folgen wie großer Querschlupf, Querversatz im Gleis, Quer- und Längsschlupf zwischen Rädern und Schienen und daraus resultierenden Geräuschen schon im Ansatz entgegengewirkt wird. An die Stelle des bisherigen Bekämpfung von Symptomen tritt die Beseitigung von deren Ursachen.
Ferner ist die Spurführung nach dem beschriebenen Null-Ebenen-Konzept frei von Rückwirkungen zwischen Fahrwerk und Fahrzeug. Hieraus resultiert eine wesentliche Verbesserung des Fahrkomfort.
Von Vorteil ist außerdem, daß die zur Spurführung an den Rädern erforderlichen Drehmomente bei entsprechender technischer Ausgestaltung verschleißarm erzeugt werden können. Entsprechende Ausführungsbeispiele und Weiterbildungen der Erfindung sind nachfolgend beschrieben und in den Unteransprüchen beansprucht.
Die Erfindung wird nachstehend mit bezug auf die Zeichnung an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1
das Prinzip einer Einrichtung in schematischer, räumlicher Darstellung;
Fig. 2
eine Einrichtung mit zwei Rädern, die Fahrwerksmitte und den vorgegebenen Kurs mit zwei getrennten Drehmomenterzeugern in Draufsicht;
Fig. 3
eine Einrichtung mit zwei Rädern, die Fahrwerksmitte und den vorgegebenen Kurs mit Kopplung der Räder mit Stator und Rotor in Draufsicht;
Fig. 4
eine Einrichtung, bei der die erforderlichen Antriebs und Bremsmomente an den Rädern durch ein mechanisches Überlagerungsgetriebe erzeugt werden, in Draufsicht;
Fig. 5
eine Einrichtung gemäß Fig. 4, bei dem das Überlagerungsgetriebe auch als Traktionsgetriebe ausgebildet ist;
Fig. 6
eine Einrichtung gemäß Fig. 5, mit zwei Traktionsantrieben und
Fig. 7
eine Einrichtung mit außerhalb der Räder angeordneten Planetengetrieben in Draufsicht.
Fig. 1 zeigt das Prinzip einer Einrichtung in schematischer, räumlicher Darstellung. Dargestellt sind die beiden Räder 1 und 2 der Einrichtung bei einem Fahrzeug oder Fahrwerk. Die zwischen den Rädern 1 und 2 liegende Mitte 3 des Fahrwerks soll über den vorgegebenen Kurs 4 geführt werden. Zu diesem Zweck werden den Rädern 1 und 2 gleichgroße, aber entgegengerichtete Drehmomente +My5 und -My6 aufgeprägt. Sie erzeugen in den Radaufstandspunkten die Längskraftschlußkräfte +Fx7 und -Fx8.
Über den Abstand 9 der Radaufstandspunkte voneinander entsteht das zum Lenken notwendige Lenkmoment Fx ·a, welches das Fahrwerk um seine Hochachse 10 wendet und es entlang des vorgegebenen Kurses 4 führt.
In Fig. 2 sind das Fahrwerk mit den beiden Rädern 1 und 2, die Fahrwerksmitte 3 und der vorgegebene Kurs 4 in der Draufsicht ,von oben, dargestellt. Die gleichgroßen, entgegengerichteten Drehmomente werden von zwei getrennten Stellantrieben 11 als Drehmomenterzeuger, z. B. Motoren, direkt auf die Räder 1 und 2 übertragen. Die notwendige Gleichheit der Drehmomente erfordert besondere Stell- oder Regeleinrichtungen, die im Bild nicht dargestellt sind. Diese Zusatzeinrichtungen müssen sehr genau arbeiten. Sie sind aufwendig und teuer.
Fig. 3 zeigt das Fahrwerk mit den beiden Rädern 1 und 2, die Fahrwerksmitte 3 und den vorgegebenen Kurs 4, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel die Gleichheit der entgegengesetzten Drehmomente auf sehr einfache Weise dadurch erreicht wird, daß die beiden Reaktionsteile eines Motors als Stellantrieb 11 und Drehmomenterzeuger nämlich der Stator 12 und der Rotor 13 direkt oder indirekt mit den Rädern 1 und 2 gekoppelt sind und rotieren. Wegen actio = reactio sind die in den Motorteilen 12 und 13 entstehenden Drehmomente per princip gleich groß und entgegengerichtet. Es bedarf keiner zusätzlichen Regel- oder Stelleinrichtungen, welche die geforderte Gleichheit der Momente erzeugen müßten.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel bei der die erforderlichen Antriebs- und Bremsmomente an den Rädern 1 und 2 durch einen Stellantrieb 11 über ein mechanisches Überlagerungsgetriebe erzeugt werden. Das Überlagerungsgetriebe besteht im Prinzip aus zwei in Reihe geschalteten Planetengetrieben, wobei das erste Planetengetriebe einen Planetenträger 14, ein Hohlrad 16 und ein Sonnenrad 17 und das zweite Planetengetriebe einen Planetenträger 22, eine Hohlrad 21 und ein Sonnenrad 19 aufweist. Eine Sonnenradwelle 18 verbindet beide Planetengetriebe miteinander.
Der Planetenträger 14 ist direkt oder indirekt mit dem Rad 1 gekuppelt. Das Planetenrad 15 steht mit dem Hohlrad 16 und dem Sonnenrad 17 im Eingriff. Auf dem Sonnenrad 19 kämmt das Planetenrad 20, das seinerseits in das Hohlrad 21 eingreift und der Planetenträger 22 ist direkt oder indirekt mit dem Rad 2 verbunden. Das Sonnenrad 17 des ersten Planetengetriebes ist mit dem Sonnenrad 19 des zweiten Planetengetriebes fest über die gemeinsame Sonnenradwelle 18 verbunden.
Während das Hohlrad 16 feststeht, ist das Hohlrad 21 drehbar gelagert und von einem Stellantrieb 11, z. B. mittels einer Schneckenwelle 23 eines Schneckentriebes in beide Drehrichtungen zu bewegen. Beim Stillstand des Stellantriebes ist das Hohlrad 21 blockiert.
Bei stehendem Hohlrad 21, also bei nicht arbeitendem Stellantrieb, funktioniert die beschriebene Anordnung wie eine starre Welle. Die beiden Räder 1 und 2 sind über die Planetengetriebe fest miteinander gekoppelt; sie haben dieselbe Drehzahl und übertragen dasselbe Drehmoment. Die Restmomente, die sich bei Wandlung der Drehmomente in den beiden Planetengetrieben ergeben, stützen sich über die beiden feststehenden Hohlräder 16 und 21 an den Getriebegehäusen ab.
Wenn die Drehmomentabstützung am Hohlrad 21 über die Schneckenwelle 23 durch den Stellantrieb 11 verändert wird, sorgen die Planetenräder 20, 15 dafür, daß die Änderung zu gleichen Teilen auf die Räder 1 und 2 aufgeteilt wird. Einer Verringerung des Drehmomentes am Rad 2 entspricht eine gleich große Veränderung des Drehmomentes am Rad 1 und umgekehrt.
Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem das bereits beschriebene Überlagerungsgetriebe zwischen den Rädern 1 und 2 auch als Traktionsgetriebe ausgebildet ist.
Zu diesem Zweck ist beispielhaft die gemeinsame Sonnenradwelle 18 mit einem zusätzlichen Zahnradantrieb 24 versehen, über welchen ein Traktionsantrieb 25 die Traktionsleistung einspeist. Bei stehendem Schneckentrieb rotieren die Räder 1 und 2 mit gleicher Drehzahl. Die Drehmomente an den Rädern 1 und 2 stellen sich entsprechend den in den Radaufstandspunkten der Räder 1 und 2 übertragbaren Radumfangskräften ein. Mit dem Stellantrieb 11, der bei diesem Ausführungsbeispiel über die Schneckenwelle 23 auf das Getriebe einwirkt, ist es möglich, die Drehmomente an den Rädern 1 und 2 wie beschrieben durch Überlagerung zu beeinflussen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 6 widergegeben. Neben dem ersten Traktionsantrieb 25 ist ein zweiter Traktionsantrieb 26 vorhanden, der dasselbe Tellerrad des Zahnradtriebs 24 beaufschlagt. Damit treiben die beiden Antriebe 25 und 26 die Räder 1 und 2, wie vorstehend beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 beschrieben, an.
Ebenso ist das Planetengetriebe des Rades 1 mit einem zweiten Stellantrieb 11 in Ausbildung eines zweiten Schneckentriebes mit Schneckenwelle 27 ausgestattet. Auch mit dem zweiten Schneckentrieb läßt sich die Aufteilung der Drehmomente auf die Räder 1 und 2 unabhängig von der Funktion der Traktionsantriebe 25 und 26 und des ersten Schneckentriebes beliebig beeinflussen.
In Fig. 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die beiden Plantengetriebe mit den Stellantrieben 11 außerhalb des durch die Räder 1 und 2 begrenzten, inneren Raumes neben den Rädern 1 und 2 angeordnet. Diese Anordnung läßt im Innenraum größere Freiräume für andere Fahrwerks- und Fahrzeugkomponenten. Dies ist insbesondere bei Niederflurfahrzeugen von großer Bedeutung.
Bezugszeichenliste
1
Rad (links)
2
Rad (rechts)
3
Mitte Fahrwerk
4
vorgegebener Kurs
5
Drehmoment +My (links)
6
Drehmoment -My (rechts)
7
Längskraftschlußkraft +Fx (links)
8
Längskraftschlußkraft -Fx (rechts)
9
Abstand Radaufstandspunkte
10
Hochachse Fahrwerk
11
Stellantrieb
12
Stator
13
Rotor
14
Planetenträger (links)
15
Planetenrad (links
16
Hohlrad (links)
17
Sonnenrad (links)
18
Sonnenradwelle
19
Sonnenrad (rechts)
20
Planetenrad (rechts)
21
Hohlrad (rechts)
22
Planetenträger (rechts)
23
Schneckenwelle (rechts)
24
Zahnradtrieb
25
erster Traktionsantrieb
26
zweiter Traktionsantrieb
27
Schneckenwelle (links)

Claims (9)

  1. Einrichtung zur sicheren und verschleißarmen Führung von spurgebundenen Fahrzeugen entlang eines vorgegebenen Kurses durch Fahrwerke mit zwei einander gegenüberliegenden Rädern ohne starre Achsverbindung, wobei auf die einander gegenüberliegenden Räder Drehmomente gleicher Größe aber gegenphasig übertragbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die einander gegenüberliegenden Räder (1, 2) durch einen von einem Traktionsantrieb des Fahrzeuges unabhängigen Stellantrieb (11) zueinander verdrehbar sind, wobei die Räder (1, 2) bei ausgeschalteten Stellantrieb (11), vergleichbar einem Radsatz mit Radsatzwelle, form- und/oder kraftschlüssig miteinander gekoppelt sind und wobei die Räder (1, 2) bei angesteuertem Stellantrieb (11) durch diesen relativ zueinander verdrehbar und den Rädern (1, 2) dadurch gleichgroße Drehmomente entgegengesetzter Richtung aufprägbar sind, wodurch in den Radaufstandspunkten gleich große aber entgegengerichtete. Antriebs-beziehungsweise Bremskräfte entstehen, welche die zum Lenken notwendigen Lenkmomente erzeugen.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Stellantrieb (11) und den Rädern (1, 2) ein mechanisches Überlagerungsgetriebe zwischengeschaltet ist.
  3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Überlagerungsgetriebe durch zwei in Reihe geschaltete Planetengetriebe gebildet ist.
  4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellantrieb (11) durch einen Elektromotor gebildet ist, wobei die entgegengerichteten Drehmomente von den beiden Reaktionsteilen des Elektromotors, dem Stator (12) und dem Rotor (13), als Drehmomenterzeuger abgenommen werden.
  5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Überlagerungsgetriebe neben dem Stellantrieb (11) ein Traktionsantrieb (25) zugeordnet ist, der das Überlagerungsgetriebe mit der Traktionsleistung beaufschlagt.
  6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellantrieb (11), insbesondere zum Zwecke der Redundanz doppelt vorgesehen ist.
  7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Traktionsantrieb (25, 26) doppelt vorgesehen ist.
  8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, außer Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß der Stellantrieb (11) und das zugeordnete Überlagerungsgetriebe außerhalb des durch die Räder (1, 2) begrenzten, inneren Raumes neben den Rädern (1, 2) angeordnet sind.
  9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Rad (1, 2) ein separater Stellantrieb (11) sowie eine gemeinsame Regeleinrichtung zugeordnet sind, welche die notwendige Gleichheit der gegenphasigen Drehmomente nach Betrag sicherstellt.
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