EP0794101B1 - Schienenfahrzeug mit vier oder sechs in radialer Stellung steuerbaren Radsätzen - Google Patents

Schienenfahrzeug mit vier oder sechs in radialer Stellung steuerbaren Radsätzen Download PDF

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EP0794101B1
EP0794101B1 EP97103309A EP97103309A EP0794101B1 EP 0794101 B1 EP0794101 B1 EP 0794101B1 EP 97103309 A EP97103309 A EP 97103309A EP 97103309 A EP97103309 A EP 97103309A EP 0794101 B1 EP0794101 B1 EP 0794101B1
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vehicle body
wheelsets
vehicle
railway vehicle
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EP0794101A2 (de
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Lutz Schwendt
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Mercedes Benz Group AG
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DaimlerChrysler AG
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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
    • 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
    • B61F5/44—Adjustment controlled by movements of vehicle body
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a rail vehicle with four or six wheel sets.
  • rail vehicles of this type it is generally known to add the wheel sets to the Summarize vehicle ends in two groups, each with two or three wheel sets; these groups of wheels are usually resilient on a bogie frame attached.
  • the bogie frames are each movably connected to the vehicle body and exercise the carrying function for the vehicle body.
  • all wheelsets when traveling in curved track to control radial or almost radial position (self-steering bogie).
  • the invention has for its object a rail vehicle with four or six in specify radial position controllable wheelsets in a weight-reduced design.
  • This task is solved by a rail vehicle with four or six wheel sets, which towards the vehicle ends in two groups, each with two or three wheel sets are summarized, with each wheelset directly and without any intermediate frame the self-supporting vehicle body is connected and at the same time the at Track curve geometrically required transverse and longitudinal displacement the wheelsets are passive or active in relation to the vehicle body using kinematics is adjustable, which means that all wheel sets when traveling on a curved track are radial or approximate radial position are controllable.
  • the advantages that can be achieved with the invention are, in particular, that the proposed frameless rail vehicle with directly on the self-supporting vehicle body attached wheelsets is lighter and easier than using a rail vehicle Bogies of conventional design.
  • the saved weight allows e.g. a Increase in drive power without increasing the axle load. Furthermore results a reduction in manufacturing costs.
  • the invention offers Execution the advantage that the lateral forces in the track and / or wear Wheels and rails are significantly reduced and approximately the same or even less are like the known vehicles with bogies
  • FIG. 1 shows a view of a rail vehicle when traveling on a curved track. It is a self-supporting vehicle body 2 located on a track curve 1 Recognize rail vehicle.
  • the longitudinal axis of the vehicle body is LA and the transverse axis of the vehicle body (perpendicular to the direction of travel of the vehicle) is labeled QA.
  • the Both wheels of a wheelset axle are designated by numbers 9, 10. Furthermore, in Fig.
  • FIG. 2 shows a passive radial control of a wheelset axle 8 with wheels 9, 10, as it can be used with all wheelsets.
  • For the passive radial Control is the transverse displacement of 12 individual wheel sets in the track curve pulled towards the vehicle body.
  • This includes, for example Pins 14, 15 are provided on both ends of the wheelset axles, which are in guide grooves 16, 17 slide, which are connected to the vehicle body 2.
  • the guide grooves 16, 17 are designed such that the pins 14, 15 when the wheel set axis moves transversely to the vehicle body 2 (transverse displacement 12) inevitably also one experience defined movement parallel to the longitudinal axis LA (longitudinal displacement 13), whereby a rotation of the wheelset axis from the normal position 11 and the desired radial control is achieved.
  • the sketched pin / guide groove configuration 14/15/16/17 is only an example and can be replaced, for example, by linkage arrangements which the in the track curve geometrically arising transverse displacement 12 of the wheel sets opposite use the vehicle body 2 to bring about a longitudinal displacement 13, which results in radial control.
  • Mutual coupling can also be used
  • the controls of different wheel sets are run to one more to achieve better radial control effect.
  • control can be carried out in a known manner longitudinal forces arising from different running circle diameters are supported.
  • FIG. 3 shows an active radial control of a wheelset axle 8 with wheels 9, 10, as it can be used with all wheelsets.
  • control cylinders 20a, 20b attached to the vehicle body 2 are retractable and extendable essentially parallel to the longitudinal axis LA.
  • a lever 21 is provided perpendicular to the axle of the wheelset, which on its first end is connected to the vehicle body 2 via a pivot point 25.
  • the second end of the lever 21 has a joint 22 and is substantially parallel to the Cross axis QA swiveling.
  • a piston rod 23 engages one on the vehicle body 2 attached control cylinder 24 on the joint 22, causing a rotary movement the axle 8 can be set about a pivot point 25.
  • the lever 21 can, for example, on the housing of the drive motor 26 of the axle 8 can be attached.
  • active radial control concepts can be used, which include radial control effect or at least support.
  • the ones required for active control Assistants can be electrical, pneumatic or hydraulic.
  • the Control specifications for these assistants - for example for the control cylinders 20a, 20b, 24 - can, depending on the centrifugal forces occurring and recorded in the track curve and / or depending on the occurring and detected geometric position of the Wheel sets in the track curve and / or depending on those occurring during track curve travel and detected forces on the wheelsets.
  • the transverse displacements 12 of the wheel sets when traveling on a curved track parallel to the transverse axis QA are either by a correspondingly large spring-loaded thrust bearing play of the wheelsets or by a mobility of the wheelset axles parallel to the transverse axis QA enables.
  • spring stiffness across the vehicle's longitudinal axis a sufficient possibility of movement of the wheel sets is ensured.
  • the spring stiffness in Transverse direction for the individual wheel sets to be executed differently through optimal radial control a minimization of lateral forces in the track and the To achieve wear of wheels and rails.

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schienenfahrzeug mit vier oder sechs Radsätzen. Bei derartigen Schienenfahrzeugen ist es allgemein bekannt, die Radsätze zu den Fahrzeugenden hin in zwei Gruppen mit je zwei oder drei Radsätzen zusammenzufassen; diese Radsatzgruppen sind jeweils an einem Drehgestellrahmen meist federnd befestigt. Die Drehgestellrahmen sind jeweils beweglich mit dem Fahrzeugkasten verbunden und üben für den Fahrzeugkasten die Tragfunktion aus. Des weiteren ist es für ein solches Schienenfahrzeug allgemein bekannt, alle Radsätze bei Gleisbogenfahrt in radiale oder annähernd radiale Stellung zu steuern (selbstlenkendes Drehgestell).
Es ist weiterhin allgemein bekannt, Fahrzeuge mit vier oder mehr Radsätzen ohne tragende Drehgestelle auszuführen, bei denen die Radsätze starr oder querverschiebbar am Fahrzeugkasten geführt sind, wobei auch bei einigen Ausführungen einzelne Radsätze am Fahrzeugende um eine vertikale Achse schwenkbar gelagert sind. Diese Ausführungen haben jedoch nachteilige Eigenschaften bezüglich der großen Querkräfte im Gleis und/oder des hohen Verschleißes von Rädern und Schienen vor allem in Bögen.
Diese allgemein bekannten und bewährten Bauweisen erfordern zudem relativ viele Baukomponenten und sind deshalb relativ schwer und aufwendig in Herstellung und Instandhaltung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schienenfahrzeug mit vier oder sechs in radiale Stellung steuerbaren Radsätzen in gewichtsreduzierter Bauweise anzugeben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Schienenfahrzeug mit vier oder sechs Radsätzen, welche zu den Fahrzeugenden hin in zwei Gruppen mit je zwei oder drei Radsätzen zusammengefaßt sind, wobei jeder Radsatz direkt und ohne jeden Zwischenrahmen mit dem selbsttragenden Fahrzeugkasten verbunden ist und wobei gleichzeitig die bei Gleisbogenfahrt geometrisch erforderliche Querverschiebung und Längsverschiebung der Radsätze gegenüber dem Fahrzeugkasten mittels einer Kinematik passiv oder aktiv einstellbar ist, wodurch alle Radsätze bei Gleisbogenfahrt in radiale oder annähernd radiale Stellung steuerbar sind.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß das vorgeschlagene rahmenlose Schienenfahrzeug mit direkt am selbsttragenden Fahrzeugkasten befestigten Radsätzen leichter und einfacher ist als ein Schienenfahrzeug mit Drehgestellen herkömmlicher Bauweise. Das eingesparte Gewicht erlaubt z.B. eine Erhöhung der Antriebsleistung ohne Erhöhung der Radsatzlasten. Des weiteren ergibt sich eine Reduzierung der Herstellkosten.
Gegenüber den bekannten Ausführungen ohne Drehgestelle bietet die erfindungsgemäße Ausführung den Vorteil, daß die Querkräfte im Gleis und/oder der Verschleiß an Rädern und Schiene wesentlich reduziert sind und annähernd gleich oder sogar geringer sind wie bei den bekannten Fahrzeugen mit Drehgestellen
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
eine Sicht auf ein Schienenfahrzeug bei Gleisbogenfahrt,
Fig. 2
eine passive radiale Steuerung der Radsätze,
Fig. 3, 4
aktive radiale Steuerungen der Radsätze.
In der Fig. 1 ist eine Sicht auf ein Schienenfahrzeug bei Gleisbogenfahrt dargestellt. Es ist ein auf einem Gleisbogen 1 befindlicher, selbsttragender Fahrzeugkasten 2 eines Schienenfahrzeuges zu erkennen. Die Längsachse des Fahrzeugkastens ist mit LA und die Querachse des Fahrzeugkastens (senkrecht zur Fahrtrichtung des Fahrzeuges) ist mit QA bezeichnet. An jedem Fahrzeugkastenende befinden sich drei zu einer Gruppe zusammengefaßte Radsätze. Im einzelnen sind drei Radsatzachsen 3, 4, 5 der ersten Gruppe und drei Radsatzachsen 6, 7, 8 der zweiten Gruppe dargestellt. Die beiden Räder einer Radsatzachse sind mit Ziffern 9, 10 bezeichnet. Weiterhin ist in Fig. 1 dargestellt, daß die Radsätze im Bogen eine geometrisch bedingte Lageänderung gegenüber ihrer normalen Stellung 11 erfahren; es ergibt sich eine Querverschiebung 12 (parallel zu QA) und eine Längsverschiebung 13 (parallel zu LA), wobei die Querverschiebungen 12 und Längsverschiebungen 13 für jeden Radsatz unterschiedliche Werte aufweisen..
In Fig. 2 ist eine passive radiale Steuerung einer Radsatzachse 8 mit Rädern 9, 10 gezeigt, wie sie bei allen Radsätzen verwendet werden kann. Für die passive radiale Steuerung wird die im Gleisbogen entstehende Querverschiebung 12 einzelner Radsätze gegenüber dem Fahrzeugkasten herangezogen. Hierzu sind beispielsweise Zapfen 14, 15 an beiden Enden der Radsatzachsen vorgesehen, die in Führungsnuten 16, 17 gleiten, welche mit dem Fahrzeugkasten 2 verbunden sind. Die Führungsnuten 16, 17 sind derart ausgebildet, daß die Zapfen 14, 15 bei einer Bewegung der Radsatzachse quer zum Fahrzeugkasten 2 (Querverschiebung 12) zwangsläufig auch eine definierte Bewegung parallel zur Längsachse LA (Längsverschiebung 13) erfahren, wodurch eine Drehung der Radsatzachse aus der normalen Stellung 11 erfolgt und die gewünschte radiale Steuerung erzielt wird.
Die skizzierte Zapfen-/Führungsnuten-Konfiguration 14/15/16/17 ist lediglich beispielhaft und kann beispielsweise durch Gestängeanordnungen ersetzt werden, welche die im Gleisbogen geometrisch entstehende Querverschiebung 12 der Radsätze gegenüber dem Fahrzeugkasten 2 verwenden, um eine Längsverschiebung 13 zu bewirken, wodurch sich die Radialsteuerung ergibt. Weiterhin kann auch eine gegenseitige Verkoppelung der Steuerungen verschiedener Radsätze ausgeführt werden, um eine noch bessere radiale Steuerungswirkung zu erzielen.
Des weiteren kann die Steuerung durch die sich in bekannter Weise im Bogen durch unterschiedliche Laufkreisdurchmesser entstehenden Längskräfte unterstützt werden.
In Fig. 3 ist eine aktive radiale Steuerung einer Radsatzachse 8 mit Rädern 9, 10 dargestellt, wie sie bei allen Radsätzen verwendet werden kann. Hierzu sind die Enden der Radsatzachse mit Gelenken 18a, 18b versehen, in die Kolbenstangen 19a, 19b eingreifen, welche mittels am Fahrzeugkasten 2 befestigten Steuerzylindern 20a, 20b im wesentlichen parallel zu Längsachse LA ein- und ausfahrbar sind. Durch eine entsprechende Einbaurichtung der Steuerzylinder 20a, 20b wird neben der Längsverschiebung 13 gleichzeitig die erforderliche definierte Querverschiebung 12 der Radsätze erreicht. Hierdurch ergibt sich eine aktiv bewirkte Drehung der Radsatzachse aus der normalen Stellung 11 in Richtung der radialen Einstellung.
In Fig. 4 ist eine alternative aktive radiale Steuerung der Radsatzachse 8 mit Rädern 9, 10 dargestellt, wie sie bei allen Radsätzen verwendet werden kann. Bei diesem Lösungskonzept ist ein Hebel 21 senkrecht zur Radsatzachse vorgesehen, der an seinem ersten Ende über einen Drehpunkt 25 mit dem Fahrzeugkasten 2 verbunden ist. Das zweite Ende des Hebels 21 weist ein Gelenk 22 auf und ist im wesentlichen parallel zur Querachse QA schwenkbar. Hierzu greift eine Kolbenstange 23 eines am Fahrzeugkasten 2 befestigten Steuerzylinders 24 am Gelenk 22 an, wodurch sich eine Drehbewegung der Radsatzachse 8 um einen Drehpunkt 25 einstellen läßt. Bei Betätigung des Steuerzylinders werden die jeweils gewünschten Stellungen des Radsatzes mit Querverschiebung 12 und Längsverschiebung 13 gegenüber der normalen Stellung 11 erreicht. Wie in Fig. 4 gezeigt, kann der Hebel 21 beispielsweise am Gehäuse des Antriebsmotors 26 der Radsatzachse 8 befestigt sein.
Beide Ausführungsvarianten nach Fig. 3 und 4 sind lediglich beispielhaft und es sind darüber hinaus weitere aktive radiale Steuerkonzepte einsetzbar, welche die Radialsteuerung bewirken oder zumindest unterstützen. Die zur aktiven Steuerung erforderlichen Hilfskräfte können elektrischer, pneumatischer oder hydraulischer Art sein. Die Steuervorgaben für diese Hilfskräfte - beispielsweise für die Steuerzylinder 20a, 20b, 24 - können in Abhängigkeit der im Gleisbogen auftretenden und erfaßten Fliehkräfte und/oder in Abhängigkeit der auftretenden und erfaßten geometrischen Stellung der Radsätze im Gleisbogen und/oder in Abhängigkeit der bei Gleisbogenfahrt auftretenden und erfaßten Kräfte an den Radsätzen erfolgen.
Die Querverschiebungen 12 der Radsätze bei Gleisbogenfahrt parallel zur Querachse QA werden entweder durch entsprechend großes federbeaufschlagtes Axiallagerspiel der Radsätze oder durch eine Beweglichkeit der Radsatzachsen parallel zur Querachse QA ermöglicht. Durch entsprechende Wahl der Federsteifigkeiten quer zur Fahrzeuglängsachse wird eine ausreichende Bewegungsmöglichkeit der Radsätze sichergestellt. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die Federsteifigkeiten in Querrichtung bei den einzelnen Radsätzen unterschiedlich ausgeführt werden, um durch optimale radiale Steuerung eine Minimierung von Querkräften im Gleis und des Verschleißes von Rädern und Schienen zu erreichen.
Bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen ist ein sechsachsiges Fahrzeug beschrieben, die Erfindung ist jedoch in gleicher Art und Weise bei vierachsigen Fahrzeugen verwendbar.

Claims (8)

  1. Schienenfahrzeug mit vier oder sechs Radsätzen, welche zu den Fahrzeugenden hin in zwei Gruppen mit je zwei oder drei Radsätzen zusammengefaßt sind, wobei jeder Radsatz (3 bis 8) direkt und ohne jeden Zwischenrahmen mit dem selbsttragenden Fahrzeugkasten (2) verbunden ist und wobei gleichzeitig die bei Gleisbogenfahrt geometrisch erforderliche Querverschiebung (12) und Längsverschiebung (13) der Radsätze gegenüber dem Fahrzeugkasten mittels einer Kinematik (14, 15, 16, 17 oder 18a, 18b, 19a, 19b, 20a, 20b oder 21, 22, 3, 24, 25) passiv oder aktiv einstellbar ist, wodurch alle Radsätze bei Gleisbogenfahrt in radiale oder annähernd radiale Stellung steuerbar sind.
  2. Schienenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur passiven radialen Steuerung Zapfen (14, 15) an beiden Enden der Radsatzachsen vorgesehen sind, welche in mit dem Fahrzeugkasten (2) verbundenen Führungsnuten (16, 17) gleiten, wobei die Einbaulage der Führungsnuten bezüglich der Längsachse (LA) und Querachse (QA) des Fahrzeugkastens (2) gleichzeitig die gewünschte Querverschiebung (12) und Längsverschiebung (13) gegenüber der normalen Stellung (11) einer Radsatzachse vorgibt (Fig. 2).
  3. Schienenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur aktiven radialen Steuerung Gelenke (18a, 18b) an beiden Enden der Radsatzachsen vorgesehen sind, in die Kolbenstangen (19a, 19b) eingreifen, welche mittels am Fahrzeugkasten (2) befestigten Steuerzylindern (20a, 20b) ein- und ausfahrbar sind, wobei die Einbaulage der Steuerzylinder bezüglich der Längsachse (LA) und Querachse (QA) des Fahrzeugkastens (2) gleichzeitig die gewünschte Querverschiebung (12) und Längsverschiebung (13) gegenüber der normalen Stellung (11) einer Radsatzachse vorgibt (Fig. 3).
  4. Schienenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur aktiven radialen Steuerung ein mit der Radsatzachse verbundener, senkrecht zu ihr angeordneter Hebel (21) vorgesehen ist, der an seinem ersten Ende über einen Drehpunkt (25) mit dem Fahrzeugkasten (2) verbunden ist und der an seinem zweiten Ende ein Gelenk (22) aufweist, in das die Kolbenstange (23) eines am Fahrzeugkasten befestigten Steuerzylinders (24) eingreift, wobei sich die gewünschte Querverschiebung (12) und Längsverschiebung (13) gegenüber der normalen Stellung (11) einer Radsatzachse durch Ein- und Ausfahren der sich im wesentlichen parallel zur Querachse (QA) des Fahrzeugkastens (2) bewegenden Kolbenstange (23) einstellt (Fig. 4).
  5. Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerung der radialen Stellung durch aktive Hilfskräfte elektrischer, pneumatischer oder hydraulischer Art bewirkt oder zumindest unterstützt wird.
  6. Schienenfahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorgabe für die Hilfskraft auf Grund der auf die Radsätze bei Gleisbogenfahrt einwirkenden Längskräfte erfolgt.
  7. Schienenfahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorgabe für die Hilfskraft auf Grund der geometrischen Stellung der Radsätze bei Gleisbogenfahrt erfolgt.
  8. Schienenfahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorgabe für die Hilfskraft auf Grund der auf einen Radsatz bei Gleisbogenfahrt einwirkenden Querkräfte mittelbar oder unmittelbar erfolgt.
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