EP1074449A1 - Spurgeführtes Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug für den Nahverkehr - Google Patents

Spurgeführtes Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug für den Nahverkehr Download PDF

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EP1074449A1
EP1074449A1 EP00116403A EP00116403A EP1074449A1 EP 1074449 A1 EP1074449 A1 EP 1074449A1 EP 00116403 A EP00116403 A EP 00116403A EP 00116403 A EP00116403 A EP 00116403A EP 1074449 A1 EP1074449 A1 EP 1074449A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
chassis
track
car bodies
car
supported
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP00116403A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Anton Gaile
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.)
Liebherr Aerospace Lindenberg GmbH
Original Assignee
Liebherr Aerospace Lindenberg GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Liebherr Aerospace Lindenberg GmbH filed Critical Liebherr Aerospace Lindenberg GmbH
Publication of EP1074449A1 publication Critical patent/EP1074449A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current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
    • 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
    • B61D—BODY DETAILS OR KINDS OF RAILWAY VEHICLES
    • B61D3/00—Wagons or vans
    • B61D3/10—Articulated vehicles
    • 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 track-guided vehicle, in particular a Rail vehicle for local transport, consisting of at least three articulated car bodies, at least of which a body of two adjacent bodies according to Art a palanquin is carried and these adjacent car bodies each supported in the horizontal direction on an associated chassis are.
  • a Rail vehicle for local transport consisting of at least three articulated car bodies, at least of which a body of two adjacent bodies according to Art a palanquin is carried and these adjacent car bodies each supported in the horizontal direction on an associated chassis are.
  • DE-C-195 26 865 describes a control system for a track-guided one Vehicle with more than two articulated car bodies described.
  • each car body rotatably supported on a chassis in particular will not be a body like a palanquin of two adjacent Carriage bodies worn.
  • Such vehicle systems are simply simple under-determined.
  • a chassis control system is therefore proposed there, where depending on the angle of rotation of a car body all other car bodies relative to its associated undercarriage relative to their respective associated chassis according to a predetermined Formula are actively deflected. The deflection of the others Car bodies affect the deflection of the first car body back, so that there is a self-regulating system.
  • the object of the present invention is therefore a track-guided Vehicle of the type mentioned with a control system provided so that the car bodies of the vehicle depending on the particular Track channel course and regardless of the influence of any external forces occupies a defined position and an acceptable one Generate envelope.
  • the task is solved by a control system with which not only the angle of rotation of individual or all chassis-supported car bodies compared to their respective chassis, but also also the articulation angles between the carriage bodies carried like a sedan chair and the adjacent, chassis-supported car bodies in a fixed relationship.
  • the invention is based on the knowledge that the principle transfer the teaching from DE 195 26 865 on a track-guided vehicle of the type mentioned at the beginning with litter-like car bodies leads to an undetermined system, the degree of which is undetermined is directly proportional to the number of litter-like car bodies. It is therefore at least one additional active actuator per litter-like Car body required to get out of the undetermined system to make a certain system.
  • the fixed relationship of the control system provides that the joint angle between a litter-like body and the the amount of the two adjacent chassis-supported car bodies are identical.
  • the invention is illustrated below with reference to the single figure in which is a hydraulic diagram for a five-link vehicle with three chassis-supported and two carried like a sedan chair Car bodies is shown.
  • the five-part vehicle 10 includes a first vehicle part a car body 11 which is rotatably supported on a chassis.
  • the chassis 11 is designed as a bogie.
  • the terms "Chassis” and “bogie” are used synonymously below.
  • the car body 11 is connected to a via the articulated connection 16 Litter-like body 12 articulated.
  • the litter-like Car body 12 is not supported on a chassis, but over an articulated connection 17 with a third car body 13 articulated connected, which is rotatably supported via a bogie 3.
  • To the third vehicle part closes in a litter-like manner fourth vehicle part with car body 14 and a chassis-supported one fifth car part with car body 15 and bogie 5.
  • the car bodies 13 to 15 are also via swivel joints 18, 19 articulated together.
  • the chassis 1 rotates away from the car body 11 in accordance with the curve, ie counterclockwise. In other words, the car body 11 rotates clockwise relative to the bogie 1. This is referred to below as a positive turning angle ⁇ 1 of the car body 11 (see arrow direction in the figure).
  • the positive turning angle ⁇ 1 of the car body 11 causes the piston 43 and 53 in the hydraulic actuators 40, 50 of the first vehicle part to deflect.
  • the hydraulic actuator 40 consists of a hydraulic cylinder 46 in which a piston rod 41 is axially guided with the piston 43.
  • the hydraulic cylinder 46 is articulated on the car body 11 via a bracket 45.
  • the piston 41 is in turn articulated on one side on the bogie 1 via a holder 47.
  • the deflection of the car body 11 relative to the bogie 1 with a positive turning angle leads to a displacement of the piston 43 in the hydraulic cylinder 46 to the left.
  • the hydraulic oil is therefore displaced from the cylinder chamber 42 into the hydraulic line 21 of the hydraulic system 20, while hydraulic oil flows from the hydraulic line 22 into the cylinder chamber 44.
  • the paired arrangement of the hydraulic actuators 40 and 50 offers the advantage that longitudinal and transverse movements of the car body be automatically decoupled relative to the chassis. Basically but a single actuator per bogie would also be sufficient.
  • the actuators 40, 50 are connected via the hydraulic system 20 to the actuators 60, 70 of the third vehicle part and 80, 90 of the fifth vehicle part in such a way that the following equation is fulfilled:
  • k 1 , k 3 and k 5 represent freely selectable proportionality factors, which can be set by varying the hydraulic cylinder diameters with the same design of the hydraulic actuators 40, 50, 60, 70, 80, 90.
  • ⁇ 1 , ⁇ 3 and ⁇ 5 indicate the unscrewing angle of the respective car body 11 or 13 or 15 relative to their respective bogie 1 or 3 or 5, a positive unscrewing angle defining a deflection of the car body relative to the associated bogie in a clockwise direction .
  • the described embodiment therefore provides for influencing the Deflection of each sedan-like carriage part 12 and 14 its own Hydraulic system 30 before.
  • the hydraulic systems shown in the figure 30 with hydraulic actuators 100 and 110 are designed that between the litter-like body 12 or 14 and the adjacent chassis-supported car bodies 11, 13 and 13, 15 adjusting joint angle ⁇ are the same size.
  • the hydraulic actuators 100 and 110 are basically identical constructed like the hydraulic actuators 40, 50, 60, 70, 80, 90. However, they do not connect a car body to the associated one Bogie, but they connect two adjacent car bodies together.
  • the example of the hydraulic actuator 100 is a Cylinder 106 articulated via a bracket 105 with the chassis-based Car body 13 (or 11) connected and in the hydraulic cylinder 106 piston rod 104 arranged to be longitudinally displaceable the piston 103 via the bracket 107 articulated on the litter-like Car body 14 (or 12) articulated.
  • the position of pistons 103 and 113 in the hydraulic actuators 100, 110 directly affects the joint angle ⁇ between the car bodies connected to the hydraulic actuator and vice versa.
  • the chassis-supported car body rotates 13 clockwise or in the positive direction, so hydraulic oil from the cylinder chamber 102 of the hydraulic actuator 100 through the Hydraulic line 31 into the cylinder chamber 112 of the hydraulic actuator 110 displaces and at the same time hydraulic oil from the cylinder chamber 114 of the hydraulic actuator 110 through the hydraulic line 32 into the cylinder chamber 104 of the hydraulic actuator 100 sucked in.
  • This control system acts in a straight lane channel Kink protection, because the coupling of the car bodies by means of the hydraulic systems 30 a Z-shaped buckling of the litter-like car bodies 12, 14 prevented relative to the track channel and only a parallel shift Allows relative to the track channel, while the hydraulic system 20 for Control of the chassis-supported car bodies a Z position of the Litter-like car bodies 12, 14 allows a parallel movement of the litter-like car bodies for guidance, however, are prevented.
  • a kink protection can also be implemented in the reverse manner if the connections of the hydraulic lines 31, 32 to the hydraulic actuators 100 and 110 are interchanged, so that the hydraulic actuators 100, 110 permit a Z position of the litter-like car bodies and prevent parallel displacement.
  • the hydraulic system 20 is changed by swapping the hydraulic line connections 21, 22 in such a way that the deflection of the chassis-supported car bodies permits parallel movement of the sedan-like car bodies, but prevents a Z position.
  • only the hydraulic connections on the hydraulic actuators 60, 70 need to be exchanged.
  • valve blocks 35 with the valve block 24 can be combined in a single valve block.
  • the hydraulic actuators 60, 70 to influence the turning angles of chassis-supported car bodies located in the middle of the train.
  • the system is adequately determined if, in addition to the hydraulic systems 30 for influencing the articulation angle ⁇ , only the turning angles of two chassis-supported car bodies, preferably the first and last car bodies, are coupled to one another by the hydraulic system 20. This significantly reduces the design effort. However, this increases the wheel forces on the first and last undercarriage, since these have to support the dynamic forces of all car bodies.
  • control system described above can be used in a corresponding manner also be carried out mechanically or electrically.
  • the mechanical implementation can be done by means of cables or a Lever kinematics using coupling rods.
  • an electrical displacement sensor for determining the Turning angle ⁇ of the car bodies relative to the respective chassis and the hinge angle ⁇ + and ⁇ - between the litter-like car bodies and the adjacent chassis-supported car bodies.
  • the Electrical displacement sensors can also be part of the active actuators his.
  • the active actuators can, for example, be electromechanical, electrohydraulic or electropneumatic control systems.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Es wird ein Steuerungssystem für ein spurgeführtes Fahrzeug, insbesondere ein Schienenfahrzeug für den Nahverkehr, vorgeschlagen, bei dem jeder zweite Wagenkasten nach Art einer Sänfte zwischen zwei auf jeweils einem Fahrwerk drehbar gelagerten Wagenkästen getragen wird. Dazu wird vorgesehen, daß die Ausdrehwinkel aller oder zumindest zweier fahrwerkgestützter Wagenkästen und die Gelenkwinkel zwischen den sänftenartigen Wagenkästen und den angrenzenden, fahrwerkgestützten Wagenkästen in eine feste Beziehung gesetzt werden. Insbesondere sind der Gelenkwinkel zwischen einem sänftenartigen Wagenkasten und dem in Fahrtrichtung vorauseilenden, fahrwerkgestützten Wagenkasten sowie der Gelenkwinkel zwischen demselben sänftenartigen Wagenkasten und dem in Fahrtrichtung nachfolgenden, fahrwerkgestützten Wagenkasten betragsmäßig identisch. Ein solches spurgeführtes Fahrzeug ist knickstabil und weist eine akzeptable Hüllkurve bei Kurvenfahrten auf. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein spurgeführtes Fahrzeug, insbesondere ein Schienenfahrzeug für den Nahverkehr, bestehend aus mindestens drei gelenkig miteinander verbundenen Wagenkästen, von denen zumindest ein Wagenkasten von jeweils zwei angrenzenden Wagenkästen nach Art einer Sänfte getragen wird und diese angrenzenden Wagenkästen jeweils in horizontaler Richtung drehbar auf einem zugehörigen Fahrwerk abgestützt sind.
Solche Fahrzeugsysteme sind statisch mehrfach unterbestimmt. Je nach den von außen auf das System einwirkenden Kräften nimmt das System eine nicht definierte Stellung ein. Dies leuchtet unmittelbar für Fälle ein, in denen das Fahrzeug geschoben oder abgebremst wird. In diesen Fällen würden sich die Wagenkästen in unkontrollierter Weise zusammenschieben. Aber auch bei Kurvenfahrten oder Beschleunigungen tritt dasselbe Problem auf. Fährt das Fahrwerk des führenden Fahrzeugteils in eine Kurve ein, so wirkt sich das zunächst nicht auf die Stellung des gelenkig auf dem Fahrwerk abgestützten Wagenkastens aus. Erst bei weiterer Kurveneinfahrt wird sich eine unbestimmte und dynamisch veränderbare Stellung des ersten und auch der folgenden Wagenkästen einstellen. Es ist daher notwendig, entgegenwirkende Maßnahmen vorzusehen.
In DE-C-195 26 865 ist ein Steuerungssystem für eine spurgeführtes Fahrzeug mit mehr als zwei gelenkig miteinander verbundenen Wagenkästen beschrieben. Bei dem dort beschriebenen Fahrzeug ist jedoch jeder Wagenkasten drehbar auf einem Fahrwerk abgestützt, insbesondere wird kein Wagenkasten nach Art einer Sänfte von zwei angrenzenden Wagenkästen getragen. Solche Fahrzeugsysteme sind lediglich einfach unterbetimmt. Es wird dort deshalb eine Fahrwerksteuerung vorgeschlagen, bei der abhängig von dem Ausdrehwinkel eines Wagenkastens relativ zu seinem zugehörigen Fahrwerk alle weiteren Wagenkästen relativ zu ihrem jeweils zugehörigen Fahrwerk entsprechend einer vorgegebenen Formel aktiv ausgelenkt werden. Die Auslenkung der weiteren Wagenkästen wirkt auf die Auslenkung des ersten Wagenkastens zurück, so daß sich ein selbstregelndes System ergibt. Zwar wäre es bei einem solchen Fahrzeugsystem, bei dem jeder der gelenkig miteinander verbundenen Wagenkästen auf einem eigenen Fahrwerk drehbar abgestützt ist, ausreichend, die Auslenkung eines einzigen Wagenkastens gegenüber seinem zugehörigen Fahrwerk zu kontrollieren, um aus dem einfach unbestimmten System ein bestimmtes System zu machen. Jedoch würden sich dann bei Kurvenfahrten je nach Fahrtrichtung unterschiedliche Hüllkurven ergeben. Als "Hüllkurve" wird die äußere Grenzlinie der Fläche bezeichnet, die von den Wagenkästen während der Kurvenfahrt rechts und links des Spurkanals überstrichen wird.
Die Übertragung des in DE 195 26 865 C2 beschriebenen Steuerungssystems auf ein Fahrzeug, bei dem zwischen den fahrwerkgestützten Wagenkästen jeweils ein Wagenkasten angeordnet ist, der von den fahrwerkgestützten Wagenkästen nach Art einer Sänfte getragen wird, ist nicht ohne weiteres möglich, da die sänftenartigen Wagenkästen wie eine Koppelstange wirken. Dadurch beeinflussen sich die Auslenkungen der fahrwerkgestützten Wagenkästen nicht gegenseitig. Jede Koppelstange bzw. jeder sänftenartige Wagenkasten erhöhen den Grad der Unbestimmtheit des Systems um eins.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein spurgeführtes Fahrzeug der eingangs genannten Art mit einem Steuerungsystem zu versehen, so daß die Wagenkästen des Fahrzeugs je nach dem jeweiligen Spurkanalverlauf und unabhängig von der Einwirkung irgendwelcher äußerer Kräfte eine definierte Position einnimmt und eine akzeptable Hüllkurve erzeugen.
Die Aufgabe wird durch ein Steuersystem gelöst, mit welchem nicht nur die Ausdrehwinkel einzelner oder aller fahrwerkgestützter Wagenkästen gegenüber ihrem jeweils zugehörigen Fahrwerk, sondern zusätzlich auch die Gelenkwinkel zwischen den nach Art einer Sänfte getragenen Wagenkästen und den angrenzenden, fahrwerkgestützten Wagenkästen in eine feste Beziehung gesetzt werden.
Die Erfindung gründet auf der Erkenntnis, daß die prinzipielle Übertragung der Lehre aus der DE 195 26 865 auf ein spurgeführtes Fahrzeug der eingangs genannten Art mit sänftenartigen Wagenkästen zu einem unterbestimmten System führt, dessen Grad der Unterbestimmtheit direkt proportional zur Anzahl der sänftenartigen Wagenkästen ist. Es ist daher zusätzlich mindestens ein weiteres aktives Stellglied pro sänftenartigem Wagenkasten erforderlich, um aus dem unterbestimmten System ein bestimmtes System zu machen.
Vorzugsweise sieht die feste Beziehung des Steuerungssystems vor, daß die Gelenkwinkel zwischen einem sänftenartigen Wagenkasten und den beiden jeweils angrenzenden fahrwerkgestützten Wagenkästen betragsmäßig identisch sind.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand der einzigen Figur erläutert, in der ein Hydraulikschema für ein fünfgliedriges Fahrzeug mit drei fahrwerkgestützten und zwei nach Art einer Sänfte getragenen Wagenkästen gezeigt ist.
Das fünfgliedrige Fahrzeug 10 umfaßt einen ersten Fahrzeugteil mit einem Wagenkasten 11, der auf einem Fahrwerk drehbar abgestützt ist. Das Fahrwerk 11 ist dazu als Drehgestell ausgebildet. Die Begriffe "Fahrwerk" und "Drehgestell" werden nachfolgend synonym verwendet. Der Wagenkasten 11 ist über die Gelenkverbindung 16 mit einem sänftenartigen Wagenkasten 12 gelenkig verbunden. Der sänftenartige Wagenkasten 12 ist nicht auf einem Fahrwerk abgestützt, sondern über eine Gelenkverbindung 17 mit einem dritten Wagenkasen 13 gelenkig verbunden, der über ein Drehgestell 3 drehbar abgestützt ist. An das dritte Fahrzeugteil schließt sich in entsprechender Weise ein sänftenartiges viertes Fahrzeugteil mit Wagenkasten 14 und daran ein fahrwerkgestütztes fünftes Wagenteil mit Wagenkasten 15 und Drehgestell 5 an. Die Wagenkästen 13 bis 15 sind ebenfalls über Drehgelenke 18, 19 gelenkig miteinander verbunden.
Zur Erläuterung der Funktionsweise des hydraulischen Steuerungssystems sollen zunächst einmal die Hydrauliksysteme 30 mit den hydraulischen Stellgliedern 100, 120 unberücksichtigt bleiben. Ohne diese Hydrauliksysteme 30 würde sich folgende Verhaltensweise des fünfgliedrigen Fahrzeugs 10 ergeben.
Bei Einfahrt des in Fahrtrichtung führenden ersten Fahrzeugteils mit dem Wagenkasten 11 in beispielsweise eine Linkskurve, dreht sich das Fahrgestell 1 gemäß der Kurvenführung, d. h. entgegen dem Uhrzeigersinn unter dem Wagenkasten 11 weg. Anders ausgedrückt dreht sich der Wagenkasten 11 relativ zum Drehgestell 1 im Uhrzeigersinn. Dies wird im folgenden als ein positiver Ausdrehwinkel α1 des Wagenkastens 11 bezeichnet (siehe Pfeilrichtung in der Figur).
Der positive Ausdrehwinkel α1 des Wagenkastens 11 bewirkt eine Auslenkung des Kolbens 43 bzw. 53 in den hydraulischen Stellgliedern 40, 50 des ersten Fahrzeugteils. Dies wird nachfolgend lediglich am Beispiel des hydraulischen Stellglieds 40 beschrieben. Das hydraulische Stellglied 40 besteht aus einem Hydraulikzylinder 46, in dem eine Kolbenstange 41 mit dem Kolben 43 axial geführt ist. Der Hydraulikzylinder 46 ist über eine Halterung 45 gelenkig an dem Wagenkasten 11 angelenkt. Der Kolben 41 ist seinerseits über eine Halterung 47 einseitig am Drehgestell 1 gelenkig angelenkt. Die Auslenkung des Wagenkastens 11 relativ zum Drehgestell 1 mit positivem Ausdrehwinkel (Pfeilrichtung in der Figur) führt zu einer Verlagerung des Kolbens 43 in dem Hydraulikzylinder 46 nach links. Das Hydrauliköl wird daher aus der Zylinderkammer 42 in die Hydraulikleitung 21 des Hydrauliksystems 20 verdrängt, während Hydrauliköl aus der Hydraulikleitung 22 in die Zylinderkammer 44 hineinfließt. Entsprechendes gilt für die Zylinderkammern 52 bzw. 54 des hydraulischen Stellglieds 50.
Die paarweise Anordnung der hydraulischen Stellglieder 40 und 50 bietet den Vorteil, daß Längs- und Querbewegungen des Wagenkastens relativ zum Fahrwerk automatisch entkoppelt werden. Grundsätzlich wäre aber auch ein einziges Stellglied pro Drehgestell ausreichend.
Die Stellglieder 40, 50 sind über das Hydrauliksystem 20 mit den Stellgliedern 60, 70 des dritten Fahrzeugteils und 80, 90 des fünften Fahrzeugteils derart verbunden, daß die folgende Gleichung erfüllt wird:
Figure 00050001
In dieser Gesetzmäßigkeit stellen k1, k3 und k5 frei wählbare Proportionalitätsfaktoren dar, die sich bei ansonsten gleicher Bauweise der hydraulischen Stellglieder 40, 50, 60, 70, 80, 90 durch Variation der Hydraulikzylinderdurchmesser einstellen lassen. α1, α3 und α5 geben die Ausdrehwinkel des jeweiligen Wagenkastens 11 bzw. 13 bzw. 15 gegenüber ihrem jeweils zugehörigen Drehgestell 1 bzw. 3 bzw. 5 an, wobei ein positiver Ausdrehwinkel eine Auslenkung des Wagenkastens relativ zum zugehörigen Drehgestell im Uhrzeigersinn definiert.
In dem Beispielsfall des Einfahrens des Fahrzeugs in eine Linkskurve, was zum Ausdrehen des ersten Wagenkastens 11 relativ zum Fahrwerk 1 mit einem positivem Ausdrehwinkel α1, d. h. im Uhrzeigersinn, führt, werden die Wagenkästen 13 und 15 gegenüber ihren Drehgestellen 3 bzw. 5 ebenfalls in positiver Drehrichtung ausgelenkt (siehe Pfeile in der Figur). Denn das aus den Zylinderkammern 42, 52 verdrängte Hydrauliköl fließt über die Hydraulikleitung 21 in die Zylinderkammern 62, 72 und 82, 92 der hydraulischen Stellglieder 60, 70 bzw. 80, 90. Dabei ist zu berücksichtigen, daß sich die Drehgestelle 3 und 5 bei Einfahrt des Fahrzeugs in die Kurve noch in einem geradlinigen Spurkanal befinden, so daß sich beim dritten und fünften Fahrzeugteil die Wagenkästen 13, 15 über den jeweiligen Drehgestellen 3, 5 im Uhrzeigersinn wegdrehen, während sich bei dem in die Kurve einfahrenden ersten Fahrzeugteil des Fahrzeugs 10 das Drehgestell 1 unter dem Wagenkasten 11 entgegen dem Uhrzeigersinn wegdreht. Insgesamt führt dies bei jedem der ersten, dritten und fünften Fahrzeugteile zu einem positiven Ausdrehwinkel α1, α3 und α5 der Wagenkästen 11, 13, 15 relativ zu den zugehörigen Drehgestellen 1, 3, 5. Da die sänftenartigen Wagenkästen 12, 14 wie Koppelstangen wirken, drehen sie sich relativ zum Spurkanal im Gegenuhrzeigersinn bzw. in negativer Drehrichtung (siehe Pfeilrichtung in der Figur). D. h., die einzelnen Fahrzeugteile des Fahrzeugs 10 nehmen zueinander eine ziehharmonikaartige Stellung ein.
Das zuvor beschriebene System ist statisch unterbestimmt. D.h., jede Einwirkung einer äußeren Kraft würde zu einer nicht definierten ziehharmonikaartigen Konstellation der einzelnen Fahrzeugteile führen, das mangels einer Rückkopplung nicht definiert ist, welcher Anteil des aus den Zylinderkammern 42, 52 verdrängten Hydrauliköls in die Zylinderkammern 62, 72 und 82, 92 des dritten und fünften Fahrzeugteils fließt. Daher ist für jeden sänftenartigen Wagenkasten ein zusätzliches Stellglied erforderlich, um aus dem unterbestimmten ein bestimmtes System zu machen.
Die beschriebene Ausführungsform sieht deshalb zur Beeinflussung der Auslenkung eines jeden sänftenartigen Wagenteils 12 und 14 ein eigenes Hydrauliksystem 30 vor. Die in der Figur dargestellten Hydrauliksysteme 30 mit hydraulischen Stellgliedern 100 und 110 sind so konzipiert, daß die sich zwischen dem sänftenartigen Wagenkasten 12 bzw. 14 und den angrenzenden, fahrwerkgestützten Wagenkästen 11, 13 bzw. 13, 15 einstellenden Gelenkwinkel β gleich groß sind.
Die hydraulischen Stellglieder 100 und 110 sind prinzipiell identisch aufgebaut wie die hydraulischen Stellglieder 40, 50, 60, 70, 80, 90. Jedoch verbinden sie nicht einen Wagenkasten mit dem zugehörigen Drehgestell, sondern sie verbinden zwei aneinandergrenzende Wagenkästen miteinander. Am Beispiel des hydraulischen Stellglieds 100 ist ein Zylinder 106 gelenkig über eine Halterung 105 mit dem fahrwerkgestützten Wagenkasten 13 (bzw. 11) verbunden und die in dem Hydraulikzylinder 106 längsverschieblich angeordnete Kolbenstange 104 mit dem Kolben 103 über die Halterung 107 gelenkig an den sänftenartigen Wagenkasten 14 (bzw. 12) angelenkt. In entsprechender Weise ist das hydraulische Stellglied 110 mit den Wagenkästen 14, 15 (bzw. 12, 13) verbunden, jedoch mit dem Unterschied, daß in diesem Falle die Kolbenstange mit dem fahrwerkgestützten Wagenkasten 15 (bzw. 13) und der Hydraulikzylinder mit dem sänftenartigen Wagenkasten 14 (bzw. 12) verbunden ist. Die von den Kolben 103 und 113 definierten Zylinderkammern 102, 112 und 104, 114 sind über Hydraulikleitungen 31 bzw. 32 miteinander verbunden.
Die Stellung der Kolben 103 und 113 in den hydraulischen Stellgliedern 100, 110 wirkt sich unmittelbar auf den Gelenkwinkel β zwischen den mit dem hydraulischen Stellglied jeweils verbundenen Wagenkästen aus und umgekehrt. Dreht beispielsweise der fahrwerkgestützte Wagenkasten 13 im Uhrzeigersinn bzw. in positiver Richtung, so wird Hydrauliköl aus der Zylinderkammer 102 des hydraulischen Stellglieds 100 durch die Hydraulikleitung 31 in die Zylinderkammer 112 des hydraulischen Stellglieds 110 verdrängt und gleichzeitig Hydrauliköl aus der Zylinderkammer 114 des hydraulischen Stellglieds 110 durch die Hydraulikleitung 32 hindurch in die Zylinderkammer 104 des hydraulischen Stellglieds 100 angesaugt. Das bedeutet, daß die Auslenkung des Wagenkastens 13 nicht nur auf den Gelenkwinkel β + zwischen dem fahrwerkgestützten Wagenkasten 13 und dem sänftenartigen Wagenkasten 12 wirkt, sondern über das hydraulische Stellglied 110 in identischem Maß auch auf den Gelenkwinkel β- zwischen dem sänftenartigen Wagenkasten 14 und dem fahrwerkgestützten Wagenkasten 15 wirkt. β+ bezeichnet dabei jeweils den in Fahrtrichtung vor dem sänftenartigen Wagenkasten gelegenen Gelenkwinkel und β- den in Fahrtrichtung hinter dem sänftenartigen Wagenkasten gelegenen Gelenkwinkel. Die Gelenke besitzen dann einen positiven Gelenkwinkel β+ bzw. β-, wenn der in Fahrtrichtung nachfolgende Wagenkasten relativ zum vorauseilenden Wagenkasten im Uhrzeigersinn ausknickt.
Bei der zuvor beispielhaft beschriebenen Konstellation, in der der fahrwerkgestützte Wagenkasten 13 gegenüber dem zugehörigen Fahrwerk 3 in positiver Richtung ausdreht, ergibt sich zunächst ein negativer Gelenkwinkel β+ für den sänftenartigen Wagenkasten 14, da sich das hydraulische Stellglied 100 insgesamt verkürzt. Da sich das hydraulische Stellglied 110 aufgrund der zuvor beschriebenen Hydrauliksteuerung ebenfalls verkürzt, stellt sich für den sänftenartigen Wagenkasten 14 an der Gelenkverbindung 19 ebenfalls ein negativer Gelenkwinkel β- ein. Die Hydrauliksysteme 30 sorgen bei der in der Figur dargestellten Konfiguration somit dafür, daß folgende Gleichung erfüllt ist: β+ = β-.
Insgesamt wird daher das in der Figur dargestellte Steuerungssystem den folgenden Anforderungen gerecht:
Figure 00080001
βi+ = βi-, wobei i = 2, 4, 6, ..., n-1 den Wagenkasten im Fahrzeug bezeichnet und n eine ungerade Anzahl von Wagenkästen angibt.
Dieses Steuerungssystem wirkt in einem geradlinigen Spurkanal als Knickschutz, da die Kopplung der Wagenkästen mittels der Hydrauliksysteme 30 ein Z-förmiges Ausknicken der sänftenartigen Wagenkästen 12, 14 relativ zum Spurkanal unterbindet und nur eine Parallelverschiebung relativ zum Spurkanal zuläßt, während das Hydrauliksystem 20 zur Steuerung der fahrwerkgestützten Wagenkästen eine Z-Stellung der sänftenartigen Wagenkästen 12, 14 zuläßt, ein Parallelverschieben der sänftenartigen Wagenkästen zur Spurführung jedoch unterbindet.
Ein Knickschutz kann auf umgekehrte Weise auch realisiert werden, wenn die Anschlüsse der Hydraulikleitungen 31, 32 an den hydraulischen Stellgliedern 100 und 110 vertauscht werden, so daß die hydraulischen Stellglieder 100, 110 eine Z-Stellung der sänftenartigen Wagenkästen zulassen und eine Parallelverschiebung unterbinden. Gleichzeitig wird das Hydrauliksystem 20 durch entsprechende Vertauschung der Hydraulikleitungsanschlüsse 21, 22 so verändert, daß die Auslenkung der fahrwerkgestützten Wagenkästen ein Parallelverschieben der sänftenartigen Wagenkästen zuläßt, eine Z-Stellung aber unterbindet. Dazu brauchen lediglich die Hydraulikanschlüsse an den hydraulischen Stellgliedern 60, 70 vertauscht zu werden. Das Steuerungssystem erfüllt dann folgende Bedingungen:
Figure 00090001
βi+ = -(βi-), wobei i = 2, 4, 6, ...., n-1 die sänftenartigen Wagenkästen an der zweiten, vierten, sechsten bzw. n-ten Position des Fahrzeugs bezeichnet und n eine ungerade Anzahl von Wagenkästen angibt.
Anstelle der beiden Hydraulikspeicher 33 und dem Hydraulikspeicher 23 kann auch ein gemeinsamer Hydraulikspeicher in dem Steuerungssystem eingesetzt werden. Ebenso können die Ventilblöcke 35 mit dem Ventilblock 24 in einem einzigen Ventilblock zusammengefaßt werden.
Bei dem Steuerungssystem kann auch auf die hydraulischen Stellglieder 60, 70 zur Beeinflussung der Ausdrehwinkel von in der Zugmitte befindlichen fahrwerkgestützten Wagenkästen verzichtet werden. Das System ist hinreichend bestimmt, wenn zusätzlich zu den Hydrauliksystemen 30 zur Beeinflussung der Gelenkwinkel β lediglich die Ausdrehwinkel von zwei fahrwerkgestützten Wagenkästen, vorzugsweise des ersten und letzten Wagenkastens, durch das Hydrauliksystem 20 miteinander gekoppelt werden. Dadurch wird der konstruktive Aufwand wesentlich verringert. Jedoch erhöhen sich dadurch die am ersten und letzten Fahrwerk auftretenden Radkräfte, da diese die dynamischen Kräfte aller Wagenkästen abstützen müssen. Die Gleichung für die fahrwerkgestützten Wagenkästen reduziert sich dann auf
Figure 00100001
je nachdem ob die Hydrauliksysteme 30 ein paralleles Verschieben der sänftenartigen Wagenkästen zulassen (β+ = β-), dann muß immer gelten α1 = αn , oder unterbinden (β+ = -(β-)), dann muß α1 = αn nur für 3-, 7- und 11- gliedrige (usw.) Fahrzeuge gelten.
Das zuvor beschriebene Steuerungssystem kann in entsprechender Weise auch mechanisch oder elektrisch ausgeführt sein.
Die mechanische Realisierung kann mittels Seilzügen oder über eine Hebelkinematik mittels Koppelstangen erfolgen. Bei der elektrischen Realisierung bedarf es zunächst an jedem Fahrwerk und an jeder Gelenkverbindung eines elektrischen Wegaufnehmers zur Bestimmung der Ausdrehwinkel α der Wagenkästen gegenüber dem jeweiligen Fahrwerk und der Gelenkwinkel β + und β- zwischen den sänftenartigen Wagenkästen und den jeweils angrenzenden fahrwerkgestützten Wagenkästen. Desweiteren muß an jedem drehgestellgestützten Wagenteil ein aktives Stellglied (zwischen drehgestellgestütztem Wagenteil und Sänftenteil) angebracht sein, um ein eindeutig bestimmtes System zu erhalten. Die elektrischen Wegaufnehmer können auch Bestandteil der aktiven Stellglieder sein.
Es ist auch möglich, den Gelenkwinkel β an der ersten Gelenkverbindung und im übrigen die Fahrwerke des zweiten, dritten usw. Fahrzeugteils mit aktiven Stellgliedern auszustatten. Wesentlich ist allein, daß das System insgesamt ein bestimmtes System ist und daß die oben genannten Beziehungen betreffend die Ausdrehwinkel α und Gelenkwinkel β erfüllt sind. Dazu dient eine übergeordnete Steuerelektronik, die die aktiven Stellglieder in der Weise steuert, daß die definierten Steuergesetze zu jedem Zeitpunkt erfüllt sind.
Die aktiven Stellglieder können beispielsweise elektromechanische, elektrohydraulische oder elektropneumatische Stellsysteme sein.

Claims (9)

  1. Spurgeführtes Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug für den Nahverkehr, bestehend aus mindestens drei gelenkig miteinander verbundenen Wagenkästen (11 - 15), von denen zumindest ein Wagenkasten (12; 14) von jeweils zwei angrenzenden Wagenkästen (11, 13 bzw. 13, 15) nach Art einer Sänfte getragen wird und diese angrenzenden Wagenkästen (11, 13 bzw. 13, 15) jeweils in horizontaler Richtung drehbar auf einem zugehörigen Fahrwerk (1, 3 bzw. 3, 5) abgestützt sind, so daß die fahrwerkgestützten Wagenkästen (11, 13, 15) jeweils um einen Ausdrehwinkel (α1, α3, α5) relativ zu ihrem jeweils zugehörigen Fahrwerk (1, 3, 5) auslenken und sich zwischen den nach Art einer Sänfte getragenen Wagenkästen und daran jeweils angrenzenden, fahrwerkgetragenen Wagenkästen (11, 13; 13, 15) Gelenkwinkel (β) einstellen können, gekennzeichnet durch ein Steuerungssystem (20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110), mit welchem alle Ausdrehwinkel (α1, α3, α5) oder zumindest die Ausdrehwinkel (α1, α5) der entferntesten beiden fahrwerkgestützten Wagenkästen (11, 15) und die Gelenkwinkel (β) in eine feste Beziehung zueinander gesetzt werden.
  2. Spurgeführtes Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkwinkel (β+ , β-) zwischen einem sänftenartigen Wagenkasten (12, 14) und den jeweils angrenzenden, fahrwerkgestützten Wagenkästen (11, 13 bzw. 13, 15) absolut gesehen gleich groß sind, so daß gilt | β+ | = | β- |, wobei β + den Gelenkwinkel zwischen dem sänftenartigen Wagenkasten (12, 14) und dem in Fahrtrichtung vorauseilenden, fahrwerkgestützten Wagenkasten (11 bzw. 13) und β- den Gelenkwinkel zwischen demselben sänftenartigen Wagenkasten (12, 14) und dem nachfolgenden, fahrwerkgestützten Wagenkasten (13 bzw. 15) bezeichnet.
  3. Spurgeführtes Fahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug eine ungerade Anzahl n von gelenkig miteinander verbundenen Wagenkästen (11-15) umfaßt, von denen jeder zweite Wagenkasten (12, 14) nach Art einer Sänfte von zwei angrenzenden, fahrwerkgestützten Wagenkästen (11, 13 bzw. 13, 15) getragen wird, und die feste Beziehung folgende Gleichungen erfüllt:
    Figure 00130001
    βi+ = βi- mit i = 2, 4, ... n-1 wobei k1, k3, ..., kn einen beliebig wählbaren Proportionalitätsfaktor angibt und die Indizes (1, 3, 5, ..., i, n) die Position des jeweiligen Wagenkastens im Fahrzeug bezeichnen.
  4. Spurgeführtes Fahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug eine ungerade Anzahl n von gelenkig miteinander verbundenen Wagenkästen (11-15) umfaßt, von denen jeder zweite Wagenkasten (12, 14) nach Art einer Sänfte von zwei angrenzenden, fahrwerkgestützten Wagenkästen (11, 13 bzw. 13, 15) getragen wird, und die feste Beziehung folgende Gleichungen erfüllt:
    Figure 00130002
    βi+ = -(βi-) mit i = 2, 4, ...., n-1, wobei k1, k3, ..., kn einen beliebig wählbaren Proportionalitätsfaktor angibt und die Indizes (1, 3, 5, ..., i, n) die Position des jeweiligen Wagenkastens im Fahrzeug bezeichnen.
  5. Spurgeführtes Fahrzeug nach Anspruch 3 oder 4, wobei für die Proportionalitätsfaktoren k gilt k1 ≠ 0; k3 = k5 = .... =kn-2 = 0; und kn ≠ 0.
  6. Spurgeführtes Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerungssystem mechanisch mittels Koppelstangen oder Seilzügen realisiert ist.
  7. Spurgeführtes Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerungssystem mit hydraulischen Mitteln realisiert ist.
  8. Spurgeführtes Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerungssystem mit elektrischen Mitteln realisiert ist.
  9. Spurgeführtes Fahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß elektrohydraulische, elektromechanische oder elektropneumatische Stellglieder vorgesehen sind.
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