EP2061689B1 - Einrichtung zur veränderung der wanksteifigkeit - Google Patents
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- B61F5/02—Arrangements permitting limited transverse relative movements between vehicle underframe or bolster and bogie; Connections between underframes and bogies
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- B61F5/24—Means for damping or minimising the canting, skewing, pitching, or plunging movements of the underframes
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- B61F9/00—Rail vehicles characterised by means for preventing derailing, e.g. by use of guide wheels
Definitions
- the invention relates to a rail vehicle with at least two emergency springs arranged in a decentralized manner in the vehicle transverse direction and a roll stabilizer, wherein the at least two emergency springs are arranged in different vehicle halves with respect to the vehicle longitudinal axis.
- FIG. 1 shows schematically a conventional rail vehicle with two decentralized air and arranged below emergency springs.
- C w ges NF means that the overall stiffness of the bogie in an emergency spring operation is C w ges NF , C NF is the roll stiffness of the Fig. 1 NF marked emergency spring and "NF base" the distance between the two emergency springs NF in the vehicle transverse direction.
- the overall stiffness of an emergency spring NF is usually about one order of magnitude higher than that of an air spring LF. In emergency spring operation, therefore, there is a very high roll stiffness, as from Glg. 2 can be seen. With the high roll stiffness of such rail vehicles is accompanied by a high risk of derailment when cornering in emergency spring operation.
- the overall roll stiffness in the above solution in emergency spring operation is essentially defined by the stiffness of the roll stabilizer.
- An advantageous variant of the invention provides that the two emergency springs are hydraulically coupled together in the emergency spring operation.
- the hydraulic coupling can be realized in a simple manner even with only a small available space.
- Another variant of the invention provides to pneumatically couple the two emergency springs in the emergency spring operation with each other. This type of coupling is also very suitable for low installation heights available.
- a particularly easy to implement and very fail-safe embodiment of the invention provides that the two emergency springs are mechanically coupled together in the emergency spring operation.
- an inventive ski vehicle SCH or bogie DG has at least two emergency springs NF arranged in a decentralized manner in the vehicle transverse direction and a roll stabilizer WS.
- the two emergency springs NF are arranged with respect to the vehicle longitudinal axis ⁇ in different vehicle halves FH1, FH2.
- a power coupling KOP between the two emergency springs NF is provided for minimizing the torque transfer capability about the vehicle longitudinal axis between these emergency springs NF provided to the car body.
- this coupling KOP can be designed as a mechanical coupling in the form of a rocker, which rests on the two emergency springs NF in case of failure of the air springs LF or couples them together.
- the coupling shown here is tiltably mounted on a portion of the car body WK, for example, a traverse, in the vehicle transverse direction FQR.
- the car body WK can move substantially unaffected by failure of the air springs LF in the vehicle transverse direction FQR of the emergency springs NF.
- the roll stiffness is thus defined in this embodiment in an emergency spring operation thus primarily by a likewise arranged between the bogie DG and the car body WK roll stabilizer WS.
- Fig. 3 +4 embodiments differs from that in FIG Fig. 2 shown variant primarily in that the emergency springs NF are not serially but parallel to the air springs LF arranged.
- the coupling KOP is again formed in the form of a rocker, wherein the pivot point DRE of the rocker is not arranged on the car body WK but on the bogie.
- the emergency springs NF are connected in series with the power coupling LAD or the rocker.
- a formed in an air spring operation between the emergency springs NF and a portion of the rail vehicle SCH gap SPA can be constructively located anywhere in the power flow, so above or below the emergency springs NF.
- Fig. 7 can also be provided a hydraulic or pneumatic coupling between the two emergency springs NF.
- the force flow takes place serially in an emergency spring operation through the coupling element KOP and the emergency springs NF.
- Fig. 8 shows a variant of a hydraulic coupling KOP for a rail vehicle according to the invention, wherein for ease of illustration, only the coupling without the further existing components, such as roll stabilizer, car body and bogie, is shown.
- a hydraulic oil bellows are provided which with a line with each other are connected. When one of the two bellows is compressed, hydraulic oil is forced out of one of the bellows into the other bellows. In this way, in the case of a roll, a power transmission from one side of the car body WK to the other without causing moments.
- Fig. 7 an electromechanical coupling between the two emergency springs is shown in more detail.
- force measuring sensors KM and actuators STG with integrated position measuring systems are used, which are connected to a control STR and arranged on opposite, transverse sides of the car body.
- the control STR compares the signals received from the force measuring sensors and actuators (force and displacement signals). If different values are obtained for the forces measured by the left and the right sensor, the control actuates height-adjustable actuators STG until the forces measured by the force measuring sensors are the same.
- the actuators are arranged between the car body WKA and the bogie and are based on the car body WKA, for example, a traverse.
- FIGS. 8 to 11 Further embodiments of hydraulic couplings are shown.
- the emergency springs with a fluid-filled chamber are integrated, which are coupled together via one or more lines LEI.
- Fig. 12 it is also possible to provide a compensation of leakage in the form of a fluid inlet which can be closed with a valve VEN and opens into the line LEI.
- Fig. 12 - 14 is shown a power coupling KOP between the emergency springs NF, which is integrated into the air spring system.
- a cover plate AP and side walls of the air bladder a chamber KA filled with a fluid, for example hydraulic oil, is formed.
- the cover plate AP has an opening through which the line LEI, which communicates with the chamber KA an identically arranged on the other side in the car transverse direction of the rail vehicle spring is in communication.
- Under the air spring LF or under the chamber KA emergency spring NF is arranged.
- the connecting line LEI does not run between the chambers KA as in FIG Fig. 14 over but under the emergency springs NF.
- the air bag is in Fig. 15 not shown.
- the fluid is displaced in the serially acting on the emergency spring chamber KA, which may be formed, for example, as a bellows or cylinder, and allows a balance between left and right emergency spring NF.
- All shown power couplings KOP of the two emergency springs NF have in common that the forces acting on the car body WK in an inclination of the car body in the vehicle transverse direction FQR forces through the coupling KOP substantially without causing moments to be directed to the opposite side of the car body WK.
- Fig. 15 shows a hydraulic roll stabilizer.
- the roll stabilizer WS can be designed with or without damping properties.
- the roll stiffness of this roll stabilizer WS can be completely or partially switched off in case of a pressure drop in an air spring supply.
- a controllable depending on the pressure P of the air spring supply valve / switching arrangement VSA be provided.
- the roll stabilizer WS has the car body with the bogie connecting, in the case of emergency spring operation with each other corresponding hydraulic cylinder / piston elements ZK.
- a fluid in the cylinder / piston elements ZK can be displaced therebetween as a result of rolling movements of the vehicle body.
- the roll stabilizer can also be completely or partially decoupled from the bogie DG or car body WK. This can be done for example by complete or partial decoupling of the train push rods ZDS, levers, joints GEL, bearings or coupling points to the bogie DG or car body WK or wagenkastenfesten components of the roll stabilizer WS.
- the decoupling of the roll stabilizer WS or of its parts can be controlled mechanically and / or electronically.
- the lateral Zubuchstangen ZDS are provided with a free-threaded and arranged in a corresponding counterpart, for example in a cylinder, so that the length of the Zutikstangen due to the force occurring during a roll force in an emergency spring operation can change freely.
- a free length change of the vertical Werstedstangen ZDS in a normal operation may be provided in a normal operation blocked brake for the Werruckstangen ZDS. In an emergency spring operation, this brake is then released.
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug mit zumindest zwei in Fahrzeugquerrichtung dezentral angeordneten Notfedern und einem Wankstabilisator, wobei die zumindest zwei Notfedern in Bezug auf die Fahrzeuglängsachse in unterschiedlichen Fahrzeughälften angeordnet sind.
- Bei Schienenfahrzeugen mit dezentral angeordneten Notfedern tritt bei einem Notfederbetrieb das Problem auf, dass sich die Wanksteifigkeit wesentlich erhöht, da die Notfedern üblicherweise eine wesentlich höhere Wanksteifigkeit aufweisen als die im Normalbetrieb üblicherweise verwendeten Luftfedern.
- Der einschlägige Stand der Technik sowie die damit verbundenen Nachteile werden anhand von
Figur 1 näher erläutert. Diese zeigt schematisch ein herkömmliches Schienenfahrzeug mit zwei dezentral angeordneten Luft- und darunter angeordneten Notfedern. - Die Gesamtsteifigkeit zweier in Bezug auf die Längsmittelgerade des Drehgestells einander gegenüberliegender Federn, wird zu einem wesentlichen Teil durch den Abstand dieser Federn, der so genannten Basis, bestimmt. Für die Gesamtwanksteifigkeit eines herkömmlichen Drehgestells ergibt sich gem.
Fig. 1 für den Normalbetrieb
und für den Notfederbetrieb - In Glg. 1 bedeutet Cw gens LF die Gesamtwanksteifigkeit des Drehgestells in einem Luftfederbetrieb (= Normalbetrieb), Cws die Steifigkeit des in
Fig. 1 mit WS bezeichneten Wankstabilisators, CLF die Wanksteifigkeit der inFig. 1 mit LF bezeichneten Luftfeder und "LF-Basis" den Abstand zwischen den beiden Luftfedern LF in Fahrzeugquerrichtung. In Glg. 2 bedeutet darüber hinaus Cw ges NF die Gesamtwanksteifigkeit des Drehgestells in einem Notfederbetrieb, CNF die Wanksteifigkeit der inFig. 1 mit NF bezeichneten Notfeder und "NF-Basis" den Abstand zwischen den beiden Notfedern NF in Fahrzeugquerrichtung. - Die Gesamtwanksteifigkeit einer Notfeder NF ist üblicherweise um ca. eine Zehnerpotenz höher als die einer Luftfeder LF. Im Notfederbetrieb ergibt sich daher eine sehr hohe Wanksteifigkeit, wie aus Glg. 2 ersichtlich ist. Mit der hohen Wanksteifigkeit derartiger Schienenfahrzeuge geht eine hohe Entgleisungsgefahr bei Kurvenfahrten im Notfederbetrieb einher.
- Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, die oben genannten Nachteile des Stands der Technik zu überwinden.
- Diese Aufgabe wird mit einem Schienenfahrzeug der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in einem Notfederbetrieb eine Kraftkopplung zwischen den zumindest zwei Notfedern zur Minimierung der Momentübertragungsfahigkeit zwischen diesen Notfedern vorgesehen ist.
-
- Somit ist die Gesamtwanksteifigkeit bei der oben genannten Lösung im Notfederbetrieb im Wesentlichen durch die Steifigkeit des Wankstabilisators definiert.
- Eine vorteilhafte Variante der Erfindung sieht vor, dass die beiden Notfedern in dem Notfederbetrieb hydraulisch miteinander gekoppelt sind. Die hydraulische Kopplung lässt sich auch bei einem nur geringen zur Verfügung stehenden Bauraum auf einfache Weise verwirklichen.
- Eine andere Variante der Erfindung sieht vor, die beiden Notfedern in dem Notfederbetrieb pneumatisch miteinander zu koppeln. Auch diese Art der Kopplung eignet sich sehr gut für geringe zur Verfügung stehende Einbauhöhen.
- Sind die beiden Notfedern in dem Notfederbetrieb elektromechanisch miteinander gekoppelt, so lässt sich auch eine elektronische Regelung der Wanksteifigkeit realisieren.
- Eine besonders einfach zu realisierende und sehr ausfallsichere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die beiden Notfedern in dem Notfederbetrieb mechanisch miteinander gekoppelt sind.
- Die Erfindung samt weiteren Vorteilen wird im Folgenden anhand einiger nicht einschränkender Ausführungsbeispiele näher erläutert, welche in der Zeichnung dargestellt sind. In dieser zeigen schematisch:
-
Fig. 2 - 14 Varianten erfindungsgemäßer Kraftkopplungen zwischen den Notfedern; -
Fig. 15 zeigt einen erfindungsgemäßen, hydraulischen Wankstabilisator im näheren Detail und -
Fig. 16 zeigt ein Schienenfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Wankstabilisator - Gemäß
Fig. 2 weist ein erfindungsgemäßes Schicncnfahrzeug SCH bzw. Drehgestell DG mindestens zwei in Fahrzeugquerrichtung dezentral angeordneten Notfedern NF und einem Wankstabilisator WS auf. Die beiden Notfedern NF sind in Bezug auf die Fahrzeuglängsachse λ in unterschiedlichern Fahrzeughälften FH1, FH2 angeordnet. Weiters ist eine Kraftkopplung KOP zwischen den beiden Notfedern NF vorgesehen zur Minimierung der Momentübertragungsfähigkeit um die Fahrzeugslängsachse zwischen diesen Notfedern NF zum Wagenkasten vorgesehen. Wie inFig. 2 dargestellt, kann diese Kopplung KOP als mechanische Kopplung in Form einer Wippe ausgebildet sein, welche bei Ausfall der Luftfedern LF an den beiden Notfedern NF anliegt bzw. diese miteinander koppelt. Die dargestellte Kopplung ist hierbei an einem Abschnitt des Wagenkastens WK, beispielsweise eine Traverse, in Fahrzeugquerrichtung FQR kippbar gelagert. Auf diese Weise kann sich der Wagenkasten WK bei Ausfall der Luftfedern LF in Fahrzeugquerrichtung FQR von den Notfedern NF im Wesentlichen unbeeinflusst bewegen. Die Wanksteifigkeit wird bei dieser Ausführungsform in einem Notfederbetrieb somit in erster Linie von einem ebenfalls zwischen dem Drehgestell DG und dem Wagenkasten WK angeordneten Wankstabilisator WS definiert. - Die in
Fig. 3 +4 dargestellte Ausführungsformen unterscheidet sich von der inFig. 2 gezeigten Variante in erster Linie dadurch, dass die Notfedern NF nicht seriell sondern parallel den Luftfedern LF angeordnet sind. - In der Ausführungsform nach
Fig. 6 ist die Kopplung KOP wiederum in Form einer Wippe ausgebildet, wobei der Drehpunkt DRE der Wippe nicht an dem Wagenkasten WK sondern an dem Drehgestell angeordnet ist. Die Notfedern NF sind seriell mit der Kraftkopplung KOP bzw. der Wippe verschaltet. Ein in einem Luftfederbetrieb zwischen den Notfedern NF und einem Abschnitt des Schienenfahrzeuges SCH gebildeter Spalt SPA kann sich konstruktiv an beliebiger Stelle im Kraftfluss befinden, also über oder unter den Notfedern NF. - Gemäß
Fig. 7 kann auch eine hydraulische bzw. pneumatische Kopplung zwischen den beiden Notfedern NF vorgesehen sein. Auch hier erfolgt in einem Notfederbetrieb der Kraftfluss seriell durch das Koppelelement KOP und die Notfedern NF. -
Fig. 8 zeigt eine Variante einer hydraulischen Kopplung KOP für ein erfindungsgemäßes Schienenfahrzeug, wobei der einfacheren Darstellung wegen nur die Kopplung ohne die weiters vorhandenen Komponenten, wie beispielsweise Wankstabilisator, Wagenkasten und Drehgestell, dargestellt ist. Bei dieser Art der Kopplung sind zwei mit einer Flüssigkeit, vorzugsweise einem Hydrauliköl gefüllte Bälge vorgesehen, die mit einer Leitung miteinander verbunden sind. Bei Kompression eines der beiden Bälge wird Hydrauliköl aus einem der Bälge in den anderen Balg gepresst. Auf diese Weise kann im Fall eines Wankens eine Kraftübertragung von einer Seite des Wagenkastens WK auf die andere erfolgen ohne dabei Momente zu erzeugen. - In
Fig. 7 ist eine elektromechanische Kopplung zwischen den beiden Notfedern im näheren Detail dargestellt. Hierbei kommen Kraftmesssensoren KM und Stellglieder STG mit integrierten Wegmeßsystemen zum Einsatz, welche mit einer Steuerung STR verbunden und an einander gegenüberliegenden ,Querseiten des Wagenkastens angeordnet sind. Die Steuerung STR vergleicht die von den Kraftmesssensoren und Stellgliedern erhaltenen Signale (Kraft- und Wegsignale). Werden für die von dem linken und dem rechten Sensor gemessenen Kräfte unterschiedliche Werte erhalten, so betätigt die Steuerung höhenverstellbare Stellglieder STG bis die von den Kraftmesssensoren gemessenen Kräfte gleich sind. Die Stellglieder sind zwischen dem Wagenkasten WKA und dem Drehgestell angeordnet und stützen sich an dem Wagenkasten WKA, beispielsweise einer Traverse ab. - In den
Figuren 8 bis 11 werden weitere Ausführungsformen hydraulischer Kopplungen dargestellt. Hierbei sind in die Notfedern mit einem Fluidum gefüllte Kammer integriert, welche miteinander über eine oder mehrere Leitungen LEI miteinander gekoppelt sind. Gemäß der Darstellung inFig. 12 kann auch ein Leckagenausgleich in Form eines mit einem Ventil VEN verschließbaren in die Leitung LEI mündenden Fluidumeinlasses vorgesehen sein. - In
Fig. 12 - 14 ist eine Kraftkopplung KOP zwischen den Notfedern NF gezeigt, welche in das Luftfedersystem integriert ist. - Hierbei kann gemäß
Fig. 13 von der oberen Balgfelge BF der Luftfeder LF, einer Abdeckplatte AP und Seitenwänden des Luftbalges eine mit einem Fluidum, beispielsweise Hydrauliköl, gefüllte Kammer KA gebildet. Die Abdeckplatte AP weist eine Öffnung auf durch, welche die Leitung LEI, die mit der Kammer KA einer gleich ausgebildeten an der in Wagenquerrichtung anderen Seite des Schienenfahrzeuges angeordneten Feder in Verbindung steht. Unter der Luftfeder LF bzw. unter der Kammer KA ist die Notfeder NF angeordnet. - Bei der in
Fig. 14 gezeigten Ausführungsform verläuft die Verbindungsleitung LEI zwischen den Kammern KA nicht wie inFig. 14 über sondern unter den Notfedern NF. Der Luftfederbalg ist inFig. 15 nicht dargestellt. Das Fluidum wird in der seriell zur Notfeder wirkenden Kammer KA, welche beispielsweise auch als Balg oder Zylinder ausgebildet sein kann, verdrängt und gestattet einen Ausgleich zwischen linker und rechter Notfeder NF. - Allen gezeigten Kraftkopplungen KOP der beiden Notfedern NF ist gemeinsam, dass die bei einer Neigung des Wagenkastens WK in Fahrzeugquerrichtung FQR wirkenden Kräfte durch die Kopplung KOP im Wesentlichen ohne dabei Momente zu erzeugen auf die gegenüberliegende Seite des Wagenkastens WK geleitet werden.
-
Fig. 15 zeigt einen hydraulischen Wankstabilisator. Der Wankstabilisator WS kann mit oder ohne Dämpfungseigenschaften ausgeführt sein. Die Wanksteifigkeit dieses Wankstabilisators WS kann bei Druckabfall in einer Luftfederversorgung vollständig oder teilweise weggeschaltet werden. Hierzu kann eine in Abhängigkeit von dem Druck P der Luftfederversorgung steuerbare Ventil/Schaltanordnung VSA vorgesehen sein. - Der Wankstabilisator WS weist den Wagenkasten mit dem Drehgestell verbindende, im Fall eines Notfederbetriebes miteinander korrespondierende hydraulische Zylinder/Kolbenelemente ZK auf. In einem Notfederbetrieb kann ein in den Zylinder/Kolbenelementen ZK befindliches Fluidum zwischen diesen infolge von Wankbewegungen des Wagenkastens verschoben werden.
- Gemäß der Ausführungsform nach
Fig. 16 kann der Wankstabilisator auch vollständig oder teilweise von dem Drehgestell DG bzw. Wagenkasten WK entkoppelt werden. Dies kann beispielsweise durch vollständige oder teilweise Entkopplung der Zug-Druckstangen ZDS, Hebel, Gelenke GEL, Lagerungen oder von Koppelstellen zum Drehgestell DG oder Wagenkasten WK bzw. wagenkastenfesten Bauteilen des Wankstabilisators WS erfolgen. Die Entkopplung des Wankstabilisators WS bzw. von dessen Teilen kann mechanisch und/oder elektronisch gesteuert erfolgen. - Eine weitere mögliche Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass die seitlichen Zudruckstangen ZDS mit einem freigängigem Gewinde versehen sind und in einem entsprechenden Gegenstück, beispielsweise in einem Zylinder, angeordnet sind, sodass sich die Länge der Zudruckstangen infolge der bei einem Wanken auftretenden Krafteinwirkung in einem Notfederbetrieb frei verändern kann. Um eine freie Längeränderung der vertikalen Zugdruckstangen ZDS in einem normalen Betrieb zu verhindern kann eine in einem Normalbetrieb blockierte Bremse für die Zugdruckstangen ZDS vorgesehen sein. In einem Notfederbetrieb wird diese Bremse dann gelöst.
Claims (5)
- Schienenfahrzeug (SCH) mit zumindest zwei in Fahrzeugquerrichtung dezentral angeordneten Notfedern (NF) und einem Wankstabilisator (WS), wobei die zumindest zwei Notfedern (NF) in Bezug auf die Fahrzeuglängsachse (λ) in unterschiedlichen Fahrzeughälften (FH1, FH2) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Notfederbetrieb eine Kraftkopplung (KOP) zwischen den zumindest zwei Notfedern zur Minimierung der Momenttibertragungsfähigkeit um die Fahrzeuglängsachse (λ) zwischen diesen Notfedern (NF) vorgesehen ist
- Schienenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Notfedern (NF) in dem Notfederbetrieb hydraulisch miteinander gekoppelt sind.
- Schienenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Notfedern in dem Notfederbetrieb (NF) pneumatisch miteinander gekoppelt sind.
- Schienenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Notfedern in dem Notfederbetrieb (NF) elektromechanisch miteinander gekoppelt sind.
- Schienenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Notfedern (NF) in dem Notfederbetrieb mechanisch miteinander gekoppelt sind.
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