EP0952064B1 - Querneigeeinrichtung für Schienenfahrzeuge - Google Patents

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EP0952064B1
EP0952064B1 EP99106754A EP99106754A EP0952064B1 EP 0952064 B1 EP0952064 B1 EP 0952064B1 EP 99106754 A EP99106754 A EP 99106754A EP 99106754 A EP99106754 A EP 99106754A EP 0952064 B1 EP0952064 B1 EP 0952064B1
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EP
European Patent Office
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tilting
rollers
undercarriage
carriage body
recesses
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EP99106754A
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EP0952064A2 (de
EP0952064A3 (de
Inventor
Torsten Hüls
Richard Schneider
Uwe Heinrich
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Alstom Schienenfahrzeuge AG
Original Assignee
Fiat Sig Schienenfahrzeuge 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
    • B61F5/02—Arrangements permitting limited transverse relative movements between vehicle underframe or bolster and bogie; Connections between underframes and bogies
    • B61F5/22—Guiding of the vehicle underframes with respect to the bogies
    • B61F5/24—Means for damping or minimising the canting, skewing, pitching, or plunging movements of the underframes

Definitions

  • the present invention relates to a transverse device between car body and chassis of a rail vehicle, in which the support between the car body and chassis about tilting traverses with support surfaces of predetermined geometry and rollers whose axes of rotation aligned in the vehicle longitudinal direction are, takes place and a between car body and chassis acting actuator is provided to the car body with respect to the chassis by a relative movement (Lateral movement with rotatory component) between the tilting traverses and the rollers controlled about its longitudinal axis tend.
  • Position stabilization in case of passive emergency centering without active provision of the emergency drive is under certain Conditions guaranteed.
  • the centering quality is first and foremost depending on the center of gravity and the location of the tilting pole. If the center of gravity is above the tilting pole, then the when passing through a curve acting lateral acceleration Moment that makes the car body roll outward. Out For this reason, it is important to energetically energize the entire system To impose favorable level in the neutral 0 ° environment.
  • the object of the present invention was to address this situation improve and in rail vehicles with a transverse device in case of failure of the actuator or tilt drive, in particular under Operating conditions of high-speed tilting trains, a adequate passive position stabilization through self-centering sure.
  • the basis of the inventive passive self-centering is the reversible energy input during the tilting process.
  • the energy input is a function the set tilt angle and can be set to different performance profiles be varied.
  • Fig. 1 of the drawing shows purely schematically a transverse device for one about spring systems 1, 1 'on a tilt traverse 2 arranged car body 3 of a rail vehicle.
  • the tilt traverse 2 is provided with at least two support surfaces 4, 4 ' equipped. These support surfaces 4, 4 'lie on rollers 5, 5' on, which are rotatably mounted firmly on the chassis 6 and whose axes of rotation are parallel to the longitudinal axis of the carriage.
  • an actuator 7, 7 ' preferably an electromechanical Actuator, allows the inclination of the car body 3 with respect to the bogie 6 on the respectively desired Set value.
  • the support surfaces 4, 4 ' are prismatic and arranged symmetrically to the central axis of the tilt traverse 2.
  • the orthogonal distance of the tilting pole to the resulting Vector provides the lever arm of the restoring moment. Due to the special contour shaping
  • the supporting surfaces may be the location of the momentary pole and thus the effective lever arm can be manipulated arbitrarily.
  • the whole System is optimized for the momentary amount of the force vector, so that one on the respectively demanded performance profile adapted force characteristic arises. That that not only a passive centering is guaranteed, it is the same possible to realize a Kraftkraftbegrenzung, the broadest possible regardless of the vehicle weight.
  • the drawing shows, as in the position shown, the roles 5, 5 'in concave depressions 8, 8' of the support surfaces 4, 4 ' lie and by the sole action of gravity in stabilized in this position.
  • the recesses 8, 8 ' go continuous on both sides, e.g. convex, in the straight sections the support surfaces 4, 4 'over, so that by the action of the actuators 7, 7 'any, each of the traveled route adapted inclination can be adjusted and maintained.
  • Essential in the inventive construction is the tilt traverse with the specially designed support surfaces, in particular said depressions for stabilization in the neutral inclination for the co-operating roles.
  • the tilting traverses on the car body and the Rollers be arranged on the bogie, as in the example shown, or vice versa, i. the rollers on the car body and the Tilting traverse with the support surfaces on the bogie.
  • the support surfaces could instead of prismatic also have any kind of waveform.
  • the preferably electromechanical actuator is usually arranged between tilt traverse and chassis.
  • the power supply is a defined Increase the potential energy by manipulating the restoring moment in function of the tilt angle.
  • the geometry of the Support surfaces provides the desired energy input characteristics, which ensures that in case of failure of the actuator the car body in the neutral tilt position (0 ° relative inclination to the chassis) is moved. Thanks to the wells in the support surfaces the system will be without active reset held in this position (stabilized).
  • Figs. 2 and 3 illustrate the operations of the forces in dependence the angle of inclination.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Vehicle Body Suspensions (AREA)
  • Seats For Vehicles (AREA)
  • Escalators And Moving Walkways (AREA)
  • Liquid Crystal Substances (AREA)

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Querneigeeinrichtung zwischen Wagenkasten und Fahrgestell eines Schienenfahrzeuges, bei welcher die Abstützung zwischen Wagenkasten und Fahrgestell über Neigetraversen mit Stützflächen vorbestimmter Geometrie und Rollen, deren Drehachsen in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet sind, erfolgt und ein zwischen Wagenkasten und Fahrgestell wirkender Stellantrieb vorgesehen ist, um den Wagenkasten bezüglich des Fahrgestells durch eine Relativbewegung (Seitenbewegung mit rotatorischer Komponente) zwischen den Neigetraversen und den Rollen um dessen Längsachse gesteuert zu neigen.
Derartige Einrichtungen sind bekannt und beispielsweise in JP-A-4-201670, DE-OS 15 30 117, EP-A-0 271 592 oder DE-OS 21 45 738 vom Prinzip her beschrieben.
Teilweise handelt es sich bei den bekannten Einrichtungen um solche, welche der Stabilisierung der Fahrzeuge dienen und dabei auftretende Querkräfte ausgleichen. Probleme würden bei all diesen Systemen dann auftreten, wenn die Stellantriebe (hydraulisch, elektromechanisch) aus irgend einem Grund ausfallen. Die Bewegungen um die Längsachse der Wagenkasten wären dann sich selbst überlassen, d.h. eine Lagestabilisierung wäre unter bestimmten Bedingungen, abhängig von der Lage des Schwerpunktes relativ zum Neigepol, nicht ausreichend.
Die Lagestabilisierung im Falle einer passiven Notzentrierung ohne aktive Rückstellung des Notantriebes ist unter bestimmten Bedingungen gewährleistet. Die Zentriergüte ist in erster Linie abhängig von der Schwerpunktlage und dem Ort des Neigepoles. Liegt der Schwerpunkt oberhalb des Neigepoles, so liefert die bei Durchfahren einer Kurve einwirkende Querbeschleunigung ein Moment, das den Wagenkasten nach bogenaussen rollen lässt. Aus diesem Grunde ist es wichtig, dem gesamten System ein energetisch günstiges Niveau in der neutralen 0°-Umgebung aufzuprägen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, diese Situation zu verbessern und bei Schienenfahrzeugen mit Querneigeeinrichtung bei Ausfall des Stell- bzw. Neigeantriebes, insbesondere unter Betriebsbedingungen von Hochgeschwindigkeits-Neigezügen, eine ausreichende passive Lagestabilisierung durch Selbstzentrierung sicherzustellen.
Diese Aufgabe wurde nun bei einer Querneigeeinrichtung der eingangs definierten Art erfindungsgemäss durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.
Besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Grundlage der erfindungsgemässen passiven Selbstzentrierung ist der reversible Energieeintrag während des Neigeprozesses. Dabei ist der Energieeintrag (durch den Stellantrieb) eine Funktion des eingestellten Neigewinkels und kann auf verschiedene Leistungsprofile variiert werden.
Die gefundene Lösung ist verblüffend einfach und mit geringem Aufwand zu realisieren.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch etwas näher erläutert. Es zeigen:
  • Fig. 1 die erfindungsgemässe Querneigeeinrichtung rein schematisch;
  • Fig. 2 die schematische Darstellung des Neigeprozesses und
  • Fig. 3 eine Darstellung der Lagestabilisierung, ausgehend von einem erzwungenen Energieniveau.
    • Fig. 1 der Zeichnung zeigt rein schematisch eine Querneigeeinrichtung für einen über Federsysteme 1, 1' auf einer Neigetraverse 2 angeordneten Wagenkasten 3 eines Schienenfahrzeuges. Die Neigetraverse 2 ist mit mindestens zwei Stützflächen 4, 4' ausgerüstet. Diese Stützflächen 4, 4' liegen auf Rollen 5, 5' auf, welche drehbeweglich fest am Fahrgestell 6 montiert sind und deren Drehachsen parallel zur Wagenlängsachse verlaufen. Durch einen Stellantrieb 7, 7', vorzugsweise einen elektromechanischen Stellantrieb, lässt sich die Neigung des Wagenkastens 3 bezüglich des Drehgestells 6 auf den jeweils gewünschten Wert einstellen. Die Stützflächen 4, 4' sind prismatisch und symmetrisch zur Mittelachse der Neigetraverse 2 angeordnet.
    In Fig. 1 ist die neutrale Neigestellung, d.h. die 0°-Relativneigung, gezeigt.
    Um einen neigewinkelabhängigen Energieeintrag in das System zu erzeugen, ist der momentane Ort des Neigepols von elementarer Bedeutung. Der orthogonale Abstand des Neigepols zum resultierenden Vektor (Gewichtskraft und Fliehkraft) liefert den Hebelarm des Rückstellmomentes. Durch die spezielle Konturformgebung der Stützflächen können der Ort des Momentanneigepols und somit der wirksame Hebelarm beliebig manipuliert werden. Das ganze System wird auf den Momentanbetrag des Stellkraftvektors optimiert, so dass eine auf das jeweils geforderte Leistungsprofil angepasste Stellkraftcharakteristik entsteht. D.h. dass nicht nur eine passive Zentrierung gewährleistet wird, es ist ebenso möglich, eine Stellkraftbegrenzung zu realisieren, die weitestgehend unabhängig vom Fahrzeuggewicht ist.
    Die erwähnte Konturoptimierung desensiviert das System gegenüber:
    • innere Reibung
    • parasitären Steifigkeiten
    • dem Einfluss der Schwerpunktvertikallage bei einwirkender Querbeschleunigung
    • Schwerpunktquerexzentrizitäten.
    Die Zeichnung zeigt, wie in der dargestellten Stellung die Rollen 5, 5' in konkaven Vertiefungen 8, 8' der Stützflächen 4, 4' liegen und durch die alleinige Einwirkung der Schwerkraft in dieser Position stabilisiert werden. Die Vertiefungen 8, 8' gehen beidseitig stetig, z.B. konvex, in die geraden Abschnitte der Stützflächen 4, 4' über, so dass durch Einwirkung der Stellantriebe 7, 7' eine beliebige, der jeweils befahrenen Strecke angepasste Neigung eingestellt und gehalten werden kann.
    Bei eventuellem Ausfall der Stellantriebe würde durch Rückstellung (Nutzung des reversiblen Energieeintrages) die Neigetraverse mit den Stützflächen selbsttätig in die neutrale Neigestellung zurückkehren, in welcher die Rollen 5, 5' in den Vertiefungen 8, 8' gehalten werden. Damit ist eine sogenannte passive Selbstzentrierung in der neutralen Neigestellung sichergestellt. Eine solche Selbstzentrierung ist insbesondere bei Ausfall des Stellantriebes unter Betriebsbedingungen von Hochgeschwindigkeits-Neigezügen von grossem Vorteil und erhöht die Betriebssicherheit auch im Falle eines Ausfalles des Stell- bzw. Neigeantriebes.
    Zur Gestaltung der Stützflächen und der darin vorgesehenen Vertiefungen müssen selbstverständlich die Neigebewegung mit zugehörigen Kraftkomponenten berechnet werden.
    Da der Energieeintrag durch den Stellantrieb eine Funktion des Neigewinkels ist, kann auf verschiedene Leistungsprofile variiert werden.
    Wesentlich bei der erfindungsgemässen Konstruktion ist die Neigetraverse mit den speziell ausgebildeten Stützflächen, insbesondere den genannten Vertiefungen zur Stabilisierung in der neutralen Neigestellung für die damit zusammenwirkenden Rollen.
    Grundsätzlich können die Neigetraversen am Wagenkasten und die Rollen am Drehgestell angeordnet sein, wie beim gezeigten Beispiel, oder umgekehrt, d.h. die Rollen am Wagenkasten und die Neigetraverse mit den Stützflächen am Drehgestell.
    Ausgehend von einer prismatisch ausgeführten Neigetraverse kommen aufgrund der beliebigen Konturformgebungen eine Vielzahl an möglichen Kurvencharakteristiken für die Auflagen in Frage.
    Beim gezeigten Beispiel besitzen die symmetrisch angeordneten Stützflächen 4, 4' jeder Neigetraverse 2 eine prismenförmige Geometrie (zueinander geneigte Flächen). Die Stützflächen könnten statt prismenförmig auch jede Art von Kurvenform aufweisen.
    Der vorzugsweise elektromechanische Stellantrieb ist in der Regel zwischen Neigetraverse und Fahrgestell angeordnet.
    Durch Ein- und Ausfahren des Stellantriebes wird der Neigetraverse und damit dem Wagenkasten, bedingt durch die Geometrie der Stützflächen, ein Neigewinkel aufgezwungen, was eine Rotation des Wagenkastens um seine Längsachse ergibt.
    Mit der Energiezufuhr (Stellantrieb) erfolgt eine definierte Erhöhung der potentiellen Energie durch Manipulation des Rückstellmomentes in Funktion des Neigewinkels. Die Geometrie der Stützflächen liefert die gewünschte Energieeintragscharakteristik, welche bei Ausfall des Stellantriebes dafür sorgt, dass der Wagenkasten in die neutrale Neigestellung (0°-Relativneigung zum Fahrgestell) bewegt wird. Dank den Vertiefungen in den Stützflächen wird das System ohne aktive Rückstellung in dieser Stellung gehalten (stabilisiert).
    Die Fig. 2 und 3 illustrieren die Vorgänge der Kräfte in Abhängigkeit der Neigungswinkel.

    Claims (6)

    1. Querneigeeinrichtung zwischen Wagenkasten (3) und Fahrgestell (6) eines Schienenfahrzeuges, bei welcher die Abstützung zwischen Wagenkasten und Fahrgestell über Neigetraversen (2) mit Stützflächen (4,4') vorbestimmter Geometrie und Rollen (5,5') deren Drehachsen in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet sind, erfolgt und ein zwischen Wagenkasten (3) und Fahrgestell (6) wirkender Stellantrieb (7,7') vorgesehen ist, um den Wagenkasten bezüglich des Fahrgestells durch eine Relativbewegung zwischen den Neigetraversen (2) und den Rollen (5,5') um dessen Längsachse gesteuert zu neigen, dadurch gekennzeichnet, dass in den Stützflächen (4,4') der Neigetraverse (2) im Bereich der Berührungsstelle mit den Rollen bei neutraler Neigestellung, d.h. 0°-Relativneigung, Vertiefungen (8,8') vorgesehen sind, welche die Lage der Rollen (5,5') und damit des Wagenkastens (3) bezüglich des Fahrgestells (6) in dieser Stellung stabilisieren und welche die Rollen (5,5') und damit den Wagenkasten (3) bezüglich des Fahrgestells in dieser stabilisierten Lage halten.
    2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für sämtliche Rollen (5,5') im Bereich der genannten Berührungsstellen lagestabilisierende, z.B. konkave Vertiefungen (8,8') vorgesehen sind.
    3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (8,8') beidseitig stetig, z.B. über eine konvexe Kurve, in die übrigen Abschnitte der Stützflächen übergehen.
    4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigetraversen (2) auf der Wagenkastenseite angeordnet sind, während die Rollen (5,5') am Fahrgestell (6) montiert sind.
    5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Wagenkasten (3) über Federsysteme (1,1') an den Neigetraversen (2) abstützt.
    6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass jede Neigetraverse (2) bezüglich der Wagenkastenlängsachse paarweise symmetrisch angeordnete Stützflächen (4,4') aufweist, welche prismenförmig zueinander ausgerichtet sind oder bogenförmig verlaufen.
    EP99106754A 1998-04-24 1999-04-03 Querneigeeinrichtung für Schienenfahrzeuge Expired - Lifetime EP0952064B1 (de)

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    Application Number Priority Date Filing Date Title
    DE19818223 1998-04-24
    DE19818223A DE19818223C1 (de) 1998-04-24 1998-04-24 Querneigeeinrichtung für Schienenfahrzeuge

    Publications (3)

    Publication Number Publication Date
    EP0952064A2 EP0952064A2 (de) 1999-10-27
    EP0952064A3 EP0952064A3 (de) 2000-03-29
    EP0952064B1 true EP0952064B1 (de) 2005-04-20

    Family

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    Family Applications (1)

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    EP0952064A2 (de) 1999-10-27
    DE19818223C1 (de) 1999-10-28
    ATE293556T1 (de) 2005-05-15
    DE59911922D1 (de) 2005-05-25
    EP0952064A3 (de) 2000-03-29

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