EP2477865A1 - Wankkompensationssystem für schienenfahrzeuge - Google Patents

Wankkompensationssystem für schienenfahrzeuge

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Publication number
EP2477865A1
EP2477865A1 EP10754450A EP10754450A EP2477865A1 EP 2477865 A1 EP2477865 A1 EP 2477865A1 EP 10754450 A EP10754450 A EP 10754450A EP 10754450 A EP10754450 A EP 10754450A EP 2477865 A1 EP2477865 A1 EP 2477865A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
memory
compensation system
drv
controller
Prior art date
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Granted
Application number
EP10754450A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2477865B1 (de
Inventor
Andreas Kienberger
Martin Teichmann
Herwig Waltensdorfer
Johannes Müller
Herbert Haas
Helmut Ritter
Tomas Ziskal
Johannes Hirtenlechner
Thomas Penz
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.)
Siemens Mobility GmbH
Original Assignee
Siemens AG Oesterreich
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG Oesterreich filed Critical Siemens AG Oesterreich
Priority to PL10754450T priority Critical patent/PL2477865T3/pl
Publication of EP2477865A1 publication Critical patent/EP2477865A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2477865B1 publication Critical patent/EP2477865B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • 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

Definitions

  • Rolling compensation system for rail vehicles The invention relates to a rolling compensation system for rail vehicles.
  • Tilting technology systems known from the prior art as described, for example, in EP 0619212, enable a curve inclination of up to 8 °. So that the Ge ⁇ speed can be increased in curves by up to 30% without compromising the driving comfort through increased lateral acceleration.
  • a disadvantage of the known tilting technology systems is the comparatively high design effort, which also causes high walls in terms of manufacturing, power requirements, sensors and maintenance.
  • the invention has for its object to improve the known method.
  • Fig. 1 illustrates the basic concept of the invention Wankkompensa ⁇ tion
  • Fig. 2a and 2b is a sectional view of the primary springs with integrated hydraulic cylinders.
  • FIG. 3 schematically shows a hydraulic circuit diagram in a first embodiment, the so-called “variant basic position below”.
  • FIG 4 shows a hydraulic circuit diagram in a second embodiment, the so-called "variant basic position center with position measuring system”.
  • FIG. 4a shows the integration of a position measuring system into an actuator
  • FIG. 5 shows a hydraulic circuit diagram in a third embodiment, the so-called "variant basic position center with auxiliary piston”.
  • Fig. 5a shows the structure of an actuator with Hilfsskoben
  • FIG. 6 shows a hydraulic circuit diagram in a fourth embodiment, the so-called “variant basic position above.”
  • Figure 7 shows a hydraulic circuit diagram in a fifth embodiment, the so-called “variant actuator parallel”.
  • Fig.8 shows the relationship between pressure and primary spring travel.
  • FIG. 1 shows a roll compensation system with a height adjustment of the DG frame by hydraulic cylinders, which are arranged within the primary helical compression springs and always raise against the outside of the sheet against gravity and lower it on the inside of the sheet.
  • This functionality advantageously causes a Ver ⁇ magnification of the effect of the track cant in the arc, so by increasing the speed in the arc, the travel time of a rail vehicle on the corresponding route ver ⁇ can be shortened without having to change the path of the route.
  • the roll angle which results in the primary and secondary spring stages through the spring stiffnesses, is not only compensated but deliberately overcompensated, thereby keeping the maximum lateral acceleration on the passenger in the required range.
  • a lifting / lowering of the DG-frame by a predetermined by the control / regulation value is caused by the controller.
  • the concept according to the invention offers advantages over known solutions in several respects.
  • the running technique can be optimized in a known manner by transferring findings from existing vehicles to the concept according to the invention.
  • the procedure for the registration of vehicles is also transferable from existing vehicles.
  • FIG. 2a and 2b shows a Thomasdar- position of the primary springs according to the invention with integrated hydraulic cylinders.
  • Fig. 2a shows the case of a full drive ⁇ NEN hydraulic cylinder
  • Fig. 2b shows the case of a ride turned ⁇ NEN hydraulic cylinder.
  • 3 schematically shows a hydraulic circuit diagram in a first embodiment, the so-called "variant basic position below”.
  • the HD memory is about 0.7 liters of oil and the pressure is reduced from 350bar to 250bar.
  • the controller detects this via the pressure sensor and closes the DRV again, this increases the pressure in the line and the pump returns to the HD memory via the RV.
  • the system design ensures that it is recharged until the next arc. 6) If the arc passes through, recognizes the control (gyro + lateral acceleration) and takes the Steuersig ⁇ signal back from the directional control valve, whereby the valve occupies its (ensured by springs) center position and the raised side again moves down to the Grund ⁇ position ,
  • FIG. 4 shows schematically a hydraulic circuit diagram in a second embodiment the so-called "variant basic Stel ⁇ lung center with position measuring system”.
  • Advantage of this design is the ability to use the geometry of the swing arm guide for radial adjustment of the wheelset and thus to minimize wheel wear.
  • the actuator is arranged in series with the Pri ⁇ märfeder and the measuring system (4 # depending DG) is open ⁇ protects housed in the actuator (measures the actuator travel without the spring travel of the primary spring).
  • the displacement sensors (2 per DG-side) in the Primnote identify the current altitude and the controller causes the height control valves of the bogie frame to a defi ⁇ -defined height (but not lift in the basic position to the stop). The system is ready to use.
  • the HD memory gives off about 0.35 liters of oil and the pressure is thereby reduced from 350 bar to 300 bar.
  • the controller recognizes the lower pressure level in the HP memory via the pressure sensor and closes the DRV again, which increases the pressure in the line and the pump returns to the HD memory via the RV.
  • the sys- tem design ensures that this one is up to the next
  • FIG. 5 shows schematically a hydraulic circuit diagram in a third embodiment, the so-called "variant basic Stel ⁇ lung center with auxiliary piston". The structural design of the actuator with auxiliary piston 5a is removed.
  • Advantage of this design is the ability to use the geometry of the swing arm guide for radial adjustment of the wheelset and thus to minimize wheel wear.
  • Actuator and appropriate choice of the piston surfaces of main and auxiliary pistons and the control pressure ensured. Due to the larger area of the auxiliary piston, the oil requirement and thus ⁇ with the HD memory is greater.
  • the functionality in daily operation is as follows: 1) Power-free state: All valves (DRV-way valve, Ent ⁇ charging valve) are fully open, the system including memory HD is depressurized.. The WK has its lowest (fail safe) position.
  • the pressure sensor detects the fully charged HD memory and the controller releases the DRV, thus the pressure in the supply line to the memory drops to Obar (energy savings) and the RV prevents a discharge of the memory into the tank.
  • Pressure pl is required for center position and both valves open to lift both sides of the DG frame.
  • the HD memory gives off about 0.35 liters of oil (lifting on Aw) and the pressure is thereby reduced from 350 bar to 320 bar.
  • the oil requirement for regulation corresponds to approx. oil (lifting on Ah) and the pressure in the HD memory drops from 320bar to 250bar.
  • the controller recognizes the lower pressure level in the HP storage tank via the pressure sensor and closes the DRV again, which increases the pressure in the line and the pump returns to the HD storage via the RV.
  • the system design ensures that it is recharged until the next arc.
  • An advantage of this embodiment is in particular the lack of requirement for displacement sensors, since the travel of the hydraulic hydraulic cylinder is mechanically defined by fixed stops and reached by pure pressurization and controlled by pressure sensors. A radial position of the wheelset by the swinging effect is feasible, but in case of ⁇ the system eliminates this advantage but again.
  • the pressure sensor recognizes the fully loaded HD memory and the controller releases the DRV, thereby reducing the Pressure in the supply line to the storage on Obar (energy savings) and the RV prevents a discharge of the storage tank into the tank.
  • the system is ready to use.
  • the HD memory gives about 0.7 liters of oil and the
  • Pressure is thereby reduced from 350bar to 250bar.
  • the controller detects this via the pressure sensor and closes the DRV again, this increases the pressure in the line and the pump returns to the HD memory via the RV.
  • the system design ensures that it is recharged until the next arc.
  • the actuator can perform the function of a hydraulic devices ⁇ rule damper simultaneously.
  • the actuator When driving on the straight, the actuator acts as a passive damper.
  • the controller recognizes the lowered pressure level in the HP storage tank via the pressure sensor and closes the DRV again, this increases the pressure in the line and the pump returns to the HD storage via the RV.
  • the system design ensures that it is recharged until the next arc.
  • FIG 8 shows schematically a hydraulic circuit diagram in a sixth embodiment, the so-called "variant actuator pin guide”.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Vehicle Body Suspensions (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wankkompensationssystem für Schienenfahrzeuge, bei dem zur gezielten Höhenverstellung des Drehgestellrahmens innerhalb der Primär-Schraubendruckfedern der Drehgestelle Aktuatoren angeordnet sind.

Description

Beschreibung
Wankkompensationssystem für Schienenfahrzeuge Die Erfindung betrifft ein Wankkompensationssystem für Schienenfahrzeuge .
Bei der Bogenfahrt eines Schienenfahrzeuges entsteht durch die Fliehkraft ein Moment, wodurch sich der Wagen in Richtung Außenseite des Bogens neigt. Infolge dieser Neigung dreht sich das Koordinatensystem auch für den im Wagenkasten befindlichen Fahrgast und ein Anteil der Erdbeschleunigung wirkt nunmehr als Seitenbeschleunigung, was als besonders störend empfunden wird.
Insbesondere bei bogenschneller Fahrt mit hoher Querbeschleu¬ nigung am Radsatz werden ohne zusätzliche Maßnahmen die für den Fahrgast zulässigen Werte deutlich überschritten. Aus dem Stand der Technik ist die sogenannte Neigetechnik, eine gleisbogenabhängige Wagenkastensteuerungen bekannt, bei der die Wagenkästen eines Eisenbahnzuges zur Kurveninnenseite geneigt werden können und damit die empfundene Seitenbe¬ schleunigung reduzieren.
Damit können Gleisbögen („bogenschnelles Fahren") schneller durchfahren oder die Kurvenfahrt kann für den Passagier angenehmer gestaltet („Komfortneigung" ) werden . Aus dem Stand der Technik bekannte Neigetechniksysteme wie beispielsweise in der EP 0619212 beschrieben, ermöglichen eine Kurvenneigung bis zu 8°. Damit kann ohne Beeinträchtigung des Fahrkomforts durch erhöhte Seitenbeschleunigung die Ge¬ schwindigkeit in Kurven um bis zu 30 % erhöht werden.
Nachteilig an den bekannten Neigetechnik-Systemen ist der vergleichsweise hohe konstruktive Aufwand, der auch hohe Auf- wände in Bezug auf Herstellung, Leistungsbedarf, Sensorik und Wartung mit sich bringt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Ver- fahren zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Wankkom- pensationssystem gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Wankkom- pensationssystems ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen beispielhaft und schematisch:
Fig. 1 das Grundkonzept einer erfindungsgemäßen Wankkompensa¬ tion,
Fig. 2a und 2b eine Schnittdarstellung der Primärfedern mit integrierten Hydraulikzylindern.
Fig.3 zeigt schematisch einen Hydraulikschaltplan in einer ersten Ausführungsform die sogenannte „Variante Grundstellung unten" .
Fig.4 zeigt einen Hydraulikschaltplan in einer zweiten Aus- führungsform die sogenannte „Variante Grundstellung Mitte mit Wegmeßsystem".
Fig.4a zeigt die Integration eiens Wegmeßsystems in einen Ak- tuator
Fig.5 zeigt einen Hydraulikschaltplan in einer dritten Aus- führungsform die sogenannte „Variante Grundstellung Mitte mit Hilfskolben" .
Fig. 5a zeigt den Aufbau eines Aktuators mit Hilfskoben
Fig.6 zeigt einen Hydraulikschaltplan in einer vierten Ausführungsform die sogenannte „Variante Grundstellung oben". Fig.7 zeigt einen Hydraulikschaltplan in einer fünften Ausführungsform die sogenannte „Variante Aktuator parallel". Fig.8 zeigt den Zusammenhang zwischen Druck und Primärfederweg .
Die Darstellung nach Fig. 1 zeigt ein Wankkompensations- System mit einer Höhenverstellung des DG-Rahmens durch Hydraulikzylinder, die innerhalb der Primär-Schraubendruckfedern angeordnet sind und stets an der Bogenaussenseite entgegen der Schwerkraft anheben und an der Bogeninnenseite absenken. Diese Funktionalität bewirkt in vorteilhafter Weise eine Ver¬ größerung des Effektes der Gleisüberhöhung im Bogen, sodass durch Erhöhung der Fahrgeschwindigkeit im Bogen die Fahrzeit eines Schienenfahrzeuges auf der entsprechenden Strecke ver¬ kürzt werden kann, ohne die Trassierung der Strecke ändern zu müssen.
Durch die Höhenverstellung wird der Wankwinkel, welcher sich in Primär- und Sekundärfederstufe durch die Federsteifigkei- ten ergibt, nicht nur kompensiert, sondern bewusst überkom- pensiert und dadurch die maximale Querbeschleunigung auf den Fahrgast im geforderten Bereich gehalten.
Bei Erreichen eines definierten Schwellwertes der Querbe¬ schleunigung wird durch die Steuerung ein Heben/Senken des DG-Rahmens um einen von der Steuerung/Regelung vorgegebenen Wert veranlasst.
Dies geschieht noch während der Fahrt im Übergangsbogen, so¬ dass bei Erreichen des Bogens mit konstantem Radius bereits die Endstellung eingenommen ist und die quasistatische Quer¬ beschleunigung während der Bogenfahrt (ohne weitere Steue¬ rung/Regelung) konstant bleibt.
Das erfindungsgemäße Konzept bietet in mehrerer Hinsicht Vor- teile gegenüber bekannten Lösungen. Lauftechnisch dadurch, dass in bekannter Weise die Lauftechnik optimiert werden kann, indem Erkenntnisse aus bestehenden Fahrzeugen auf das erfindungsgemäße Konzept übertragenw erden können. Auch das Vorgehen bei der Zulassung der Fahrzeuge ist von bestehenden Fahrzeugen übertragbar.
In Bezug auf die Fahrzeugbreite bestehen keine konzeptionel¬ len Einschränkungen zu bestehenden Konzepten in Reihe R Es ist eine einfache Nachrüstung bzw. Teilausrüstung der bestehenden Fahrzeuge möglich, da der Bauraum in der Grundkonzeption dafür vorgesehen wird.
Bei Ausfall der Hydraulik (Stromlos, Ausfall E-Motor, ...) wird das Fahrzeug durch seine Eigenmasse wieder den Zustand geringster potentieller Energie einnehmen und kann in diesem Zustand in Reihe R berieben werden.
Die Darstellung nach Figur 2a und 2b zeigt eine Schnittdar- Stellung der erfindungsgemäßen Primärfedern mit integrierten Hydraulikzylindern. Fig. 2a zeigt den Fall eines ausgefahre¬ nen Hydraulikzylinders und Fig. 2b den Fall eines eingefahre¬ nen Hydraulikzylinders. Anhand der weiteren Figuren werden unterschiedliche denkbare Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert. Diese Ausführungsformen unterscheiden sich insbesondere durch die Position des Wagenkastens in der Grundstellung. Fig.3 zeigt schematisch einen Hydraulikschaltplan in einer ersten Ausfüh- rungsform die sogenannte „Variante Grundstellung unten".
Sämtliche Beschreibungen und Leistungsdaten beziehen sich auf ein Drehgestell. Die Entscheidung ob gewisse Bauteile (z.B. Ölbehälter und Pumpe) zentral je Wagenkasten ausgeführt wer- den oder je DG, wird währen der Projektabwicklung getroffen. In vorteilhafter Weise sind bei dieser ersten Ausführungsform ist keine Wegsensoren erforderlich, der Stellweg der seriellen Hydraulikzylinder ist mechanisch durch Festanschläge definiert und wird durch reine Druckbeaufschlagung erreicht und mittels Drucksensoren kontrolliert.
Der Alltagsbetrieb ist durch die folgenden Funktionalitäten bestimmt :
1) Stromloser Zustand: Alle Ventile (DRV, Wegeventil, Ent¬ ladeventil) sind voll geöffnet, das System inkl. HD- Speicher ist drucklos. Der Wagenkasten hat seine tiefste (fail safe) Stellung.
2) Mit Strom und elektrischem Signal der Steuerung schließen sich das Druck-Entladeventil und das DRV, der Motor dreht und die Pumpe liefert einen konstanten Förderstrom und pumpt damit den HD-Speicher bis zum Nominaldruck (p=350bar) auf.
3) Der Drucksensor erkennt den voll geladenen HD-Speicher und die Steuerung gibt das DRV frei, dadurch sinkt der Druck in der Versorgungsleitung zum Speicher auf Obar (Energieersparnis) und das RV verhindert ein Entladen des Speichers in den Tank. Das System ist Einsatzbereit. 4) Bei Bogenfahrt erkennt die Steuerung (Kreisel + Querbe¬ schleunigung) welche Seite des DG-Rahmens gehoben werden muß und schaltet das Wegeventil auf die entsprechende Seite. Beide Hydraulikzylinder einer DG-Seite fahren in ca. 2s bis zum Anschlag aus und bleiben in dieser Stel- lung während der gesamten Bogenfahrt. Die gegenüberlie¬ gende Seite ist weiterhin drucklos (Verbindung zum Ölbe¬ hälter) .
5) Der HD-Speicher gibt dabei ca. 0,7 Liter Öl ab und der Druck verringert sich dadurch von 350bar auf 250bar. Die Steuerung erkennt dies über den Drucksensor und schließt das DRV wieder, damit steigt der Druck in der Leitung und die Pumpe fördert über das RV wieder in den HD- Speicher. Die Systemauslegung stellt sicher, daß dieser bis zum nächsten Bogen wieder aufgeladen ist. 6) Ist der Bogen durchfahren, erkennt dies die Steuerung (Kreisel + Querbeschleunigung) und nimmt das Steuersig¬ nal vom Wegeventil zurück, wodurch das Ventil seine (durch Federn sichergestellte) Mittelstellung einnimmt und die angehobene Seite wieder nach Unten in die Grund¬ stellung fährt.
7) Fortführung der Fahrt laufend ab Punkt 4)
8) Am Ende des Betriebstages wird durch das Druck- Entladeventil sichergestellt, daß bei stromlosem Fahr- zeug das Hydrauliksystem inkl. aller Komponenten drucklos ist und gefahrlos abgestellt bzw. gewartet wer¬ den kann.
Fig.4 zeigt schematisch einen Hydraulikschaltplan in einer zweiten Ausführungsform die sogenannte „Variante Grundstel¬ lung Mitte mit Wegmeßsystem".
Vorteil dieser Ausführung ist die Möglichkeit die Geometrie der Schwingenführung zur radialen Einstellung des Radsatzes zu verwenden und damit den Radverschleiß zu minimieren.
Wie in Fig. 4a dargestellt, ist der Aktuator seriell zur Pri¬ märfeder angeordnet und das Wegmeßsystem (4# je DG) ist ge¬ schützt im Aktuator untergebracht (mißt den Aktuatorweg ohne den Federweg der Primärfeder) .
Der Alltagsbetrieb ist durch die folgenden Funktionalitäten bestimmt :
1) Stromloser Zustand: Alle Ventile (DRV, Wegeventil, Ent- ladeventil) sind voll geöffnet, das System inkl. HD- Speicher ist drucklos. Der WK hat seine tiefste (fail safe) Stellung.
2) Mit Strom und elektrischem Signal der Steuerung schließen sich das Druck-Entladeventil und das DRV, der Motor dreht und die Pumpe liefert einen konstanten Förderstrom und pumpt damit den HD-Speicher bis zum Nominaldruck (p=350bar) auf. ) Der Drucksensor erkennt den voll geladenen HD-Speicher und die Steuerung gibt das DRV frei, dadurch sinkt der Druck in der Versorgungsleitung zum Speicher auf Obar (Energieersparnis) und das RV verhindert ein Entladen des Speichers in den Tank.
) Die Wegsensoren (2 je DG-Seite) in der Primstufe erkennen die aktuelle Höhe und die Steuerung veranlaßt die Höhen-Regulierventile den DG-Rahmen bis zu einer defi¬ nierten Höhe (aber nicht bis zum Anschlag) in die Grund- Stellung hochzuheben. Das System ist Einsatzbereit.
) Bei Bogenfahrt erkennt die Steuerung (Kreisel + Querbe¬ schleunigung) welche Seite des DG-Rahmens gehoben und welche Seite abgesenkt werden muß und schaltet die Wege¬ ventile auf die entsprechenden Stellungen. Beide Hydrau- likzylinder einer DG-Seite fahren in ca. 2s bis zum Anschlag aus bzw. ein und bleiben in dieser Stellung während der gesamten Bogenfahrt.
) Der HD-Speicher gibt dabei ca. 0,35 Liter Öl ab und der Druck verringert sich dadurch von 350bar auf 300bar.
) Ist der Bogen durchfahren, erkennt dies die Steuerung
(Kreisel + Querbeschleunigung) und die Höhen- Regulierventile regeln wieder auf die Grundstellung. Der Ölbedarf für die Regulierung entspricht wiederum ca. 0,35 Liter Öl und der Druck im HD-Speicher sinkt von 300bar auf 250bar.
) Die Steuerung erkennt das gesunkene Druckniveau im HD- Speicher über den Drucksensor und schließt das DRV wieder, damit steigt der Druck in der Leitung und die Pumpe fördert über das RV wieder in den HD-Speicher. Die Sys- temauslegung stellt sicher, daß dieser bis zum nächsten
Bogen wieder aufgeladen ist.
) Fortführung der Fahrt laufend ab Punkt 4)
0) Am Ende des Betriebstages wird durch das Druck- Entladeventil sichergestellt, daß bei stromlosem Fahr- zeug das Hydrauliksystem inkl. aller Komponenten drucklos ist und gefahrlos abgestellt bzw. gewartet wer¬ den kann. Fig.5 zeigt schematisch einen Hydraulikschaltplan in einer dritten Ausführungsform die sogenannte „Variante Grundstel¬ lung Mitte mit Hilfskolben". Die konstruktive Gestaltung des Aktuators mit Hilfskolben ist Fig.5a entnehmbar.
Vorteil dieser Ausführung ist die Möglichkeit die Geometrie der Schwingenführung zur radialen Einstellung des Radsatzes zu verwenden und damit den Radverschleiß zu minimieren.
Zur Einstellung der Grundstellung ist aber kein Wegsensoren erforderlich sondern die Höhe wird durch einen Teleskop-
Aktuator und geeignete Wahl der Kolbenflächen von Haupt- und Hilfskolben und des Steuerdruckes sichergestellt. Aufgrund der größeren Fläche des Hilfskolbens ist der Ölbedarf und so¬ mit auch der HD-Speicher größer.
Abkürzungen :
pO ... Drucklos für komplett eingefahrenen Zylinder (Obar) pl ... Steuerdruck für Mittelstellung (ca. 80bar)
p2 ... Der Maximaldruck für voll ausgefahrenen Aktuator (ca. 250bar)
Aw ... Wirkfläche des Hauptkolbens (Dw = ca. 60mm)
Ah ... Wirkfläche des Hilfskolbens (Dh = ca. 100mm)
Der Zusammenhang zwischen den Drücken und den Kolbenflächen ist durch nachfolgende Bedingungen determiniert:
• Der Druck pl muß auf der Wirkfläche des Hilfskolbens das voll beladene Fahrzeug inkl. dynamische Kräfte heben können (pl * Ah > Fz_max)
• Der Druck pl darf auf der Wirkfläche des Hauptkolbens das leere Fahrzeug inkl. dynamisch Ausfedern nicht heben können (pl * Aw < Fz_min)
• Der Druck p2 muß auf der Wirkfläche des Hauptkolbens das voll beladene Fahrzeug inkl. dynamische Kräfte heben können (p2 * Aw > Fz_max)
Die Funktionalität im täglichen Betrieb ist wie folgt: 1) Stromloser Zustand: Alle Ventile (DRV, Wegeventil, Ent¬ ladeventil) sind voll geöffnet, das System inkl. HD- Speicher ist drucklos. Der WK hat seine tiefste (fail safe) Stellung.
2) Mit Strom und elektrischem Signal der Steuerung schließen sich das Druck-Entladeventil und das DRV, der Motor dreht und die Pumpe liefert einen konstanten Förderstrom und pumpt damit den HD-Speicher bis zum Nominaldruck (p=350bar) auf.
3) Der Drucksensor erkennt den voll geladenen HD-Speicher und die Steuerung gibt das DRV frei, dadurch sinkt der Druck in der Versorgungsleitung zum Speicher auf Obar (Energieersparnis) und das RV verhindert ein Entladen des Speichers in den Tank.
4) Der Druck pl ist für die Mittelstellung erforderlich und die beide Ventile öffnen um beide Seiten des DG-Rahmens zu heben.
5) Die Drucksensoren in der Primstufe erkennen wenn pl (ca.
80bar) erreicht ist und schließen die Ventile. Die defi¬ nierte Höhe (Anschlag des Hilfskolbens) in der Grund¬ stellung ist erreicht. Das System ist Einsatzbereit.
6) Bei Bogenfahrt erkennt die Steuerung (Kreisel + Querbe¬ schleunigung) welche Seite des DG-Rahmens gehoben (Steu¬ erdruck p2 = ca. 250bar) und welche Seite abgesenkt (Steuerdruck pO = Obar) werden muß und schaltet die We¬ geventile auf die entsprechenden Positionen. Beide Hydraulikzylinder einer DG-Seite fahren in ca. 2s bis zum Anschlag aus bzw. ein und bleiben in dieser Stellung während der gesamten Bogenfahrt. Die Endstellungen sind über die Drücke (pO=Anschlag unten, p2=Anschlag oben) eindeutig festgelegt und kontrollierbar.
7) Der HD-Speicher gibt dabei ca. 0,35 Liter Öl (Heben auf Aw) ab und der Druck verringert sich dadurch von 350bar auf 320bar.
8) Ist der Bogen durchfahren, erkennt dies die Steuerung
(Kreisel + Querbeschleunigung) und die Ventile schalten wieder auf pl um die Grundstellung anzufahren. Der Ölbe- darf für die Regulierung entspricht diesmal ca. 1,0 Li- ter Öl (Heben auf Ah) und der Druck im HD-Speicher sinkt von 320bar auf 250bar.
9) Die Steuerung erkennt das gesunkene Druckniveau im HD- Speicher über den Drucksensor und schließt das DRV wie- der, damit steigt der Druck in der Leitung und die Pumpe fördert über das RV wieder in den HD-Speicher. Die Systemauslegung stellt sicher, daß dieser bis zum nächsten Bogen wieder aufgeladen ist.
10) Fortführung der Fahrt laufend ab Punkt 6)
11) Am Ende des Betriebstages wird durch das Druck-
Entladeventil sichergestellt, daß bei stromlosem Fahr¬ zeug das Hydrauliksystem inkl. aller Komponenten drucklos ist und gefahrlos abgestellt bzw. gewartet wer¬ den kann. Fig.6 zeigt schematisch einen Hydraulikschaltplan in einer vierten Ausführungsform die sogenannte „Variante Grundstel¬ lung oben" .
Vorteilhaft an dieser Ausführungsform ist insbesondere das fehlende Erfordernis für Wegsensoren, da der Stellweg der se- riellen Hydraulikzylinder mechanisch durch Festanschläge definiert ist und durch reine Druckbeaufschlagung erreicht und mittels Drucksensoren kontrolliert wird. Eine Radialstellung des Radsatzes durch den Schwingeneffekt ist machbar, bei Aus¬ fall des Systems entfällt dieser Vorteil aber wieder.
Täglicher Betrieb:
1) Stromloser Zustand: Alle Ventile (DRV, Wegeventil, Ent¬ ladeventil) sind voll geöffnet, das System inkl. HD- Speicher ist drucklos. Der WK hat seine tiefste (fail safe) Stellung.
2) Mit Strom und elektrischem Signal der Steuerung schließen sich das Druck-Entladeventil und das DRV, der Motor dreht und die Pumpe liefert einen konstanten Förderstrom und pumpt damit den HD-Speicher bis zum Nominaldruck (p=350bar) auf.
3) Der Drucksensor erkennt den voll geladenen HD-Speicher und die Steuerung gibt das DRV frei, dadurch sinkt der Druck in der Versorgungsleitung zum Speicher auf Obar (Energieersparnis) und das RV verhindert ein Entladen des Speichers in den Tank.
4) Das Ventil schaltet Druck auf beide Seiten und alle 4 Aktuatoren heben den DG-Rahmen bis zum Anschlag hoch.
Das System ist Einsatzbereit.
5) Bei Bogenfahrt erkennt die Steuerung (Kreisel + Querbe¬ schleunigung) welche Seite des DG-Rahmens (bogeninnen) abgesenkt werden muß und schaltet das Wegeventil auf die entsprechende Seite. Beide Hydraulikzylinder einer DG-
Seite fahren in ca. 2s bis zum Anschlag nach unten und bleiben in dieser Stellung während der gesamten Bogenfahrt. Die gegenüberliegende Seite ist weiterhin druck¬ beaufschlagt (Verbindung zum HD-Speicher) .
6) Ist der Bogen durchfahren, erkennt dies die Steuerung
(Kreisel + Querbeschleunigung) und nimmt das Steuersig¬ nal vom Wegeventil zurück, wodurch das Ventil seine (durch Federn sichergestellte) Mittelstellung einnimmt und die abgesenkte Seite wieder angehoben wird
7) Der HD-Speicher gibt dabei ca. 0,7 Liter Öl ab und der
Druck verringert sich dadurch von 350bar auf 250bar. Die Steuerung erkennt dies über den Drucksensor und schließt das DRV wieder, damit steigt der Druck in der Leitung und die Pumpe fördert über das RV wieder in den HD- Speicher. Die Systemauslegung stellt sicher, daß dieser bis zum nächsten Bogen wieder aufgeladen ist.
8) Fortführung der Fahrt laufend ab Punkt 5)
9) Am Ende des Betriebstages wird durch das Druck- Entladeventil sichergestellt, daß bei stromlosem Fahr- zeug das Hydrauliksystem inkl. aller Komponenten drucklos ist und gefahrlos abgestellt bzw. gewartet wer¬ den kann. Fig.7 zeigt schematisch einen Hydraulikschaltplan in einer fünften Ausführungsform die sogenannte „Variante Aktuator pa- rallel", in welcher der Aktuator kraftmäßig parallel zur Pri- märfederungerung wirkt.
Diese Variante weist die Vorteile der Ausführungsform „Grund¬ stellung Mitte" auf, aber das Wegmeßsystem kann hierbei ent- fallen, da die Kennlinie der Primärfeder selbst als Zusammenhang zwischen Druck im Aktuator und Weg in der Federstufe herangezogen wird.
Der Aktuator kann gleichzeitig die Funktion eines hydrauli¬ schen Dämpfers erfüllen.
Täglicher Betrieb:
1) Stromloser Zustand: Alle Ventile (DRV, Wegeventil, Ent- ladeventil) sind voll geöffnet, das System inkl. HD- Speicher ist drucklos, der WK hat seine tiefste (fail safe) Stellung.
2) Mit Strom und elektrischem Signal der Steuerung schließen sich das Druck-Entladeventil und das DRV, der Motor dreht und die Pumpe liefert einen konstanten Förderstrom und pumpt damit den HD-Speicher bis zum Nominaldruck (p=350bar) auf.
3) Der Drucksensor erkennt den voll geladenen HD-Speicher und die Steuerung gibt das DRV frei, dadurch sinkt der Druck in der Versorgungsleitung zum Speicher auf Obar
(Energieersparnis) und das RV verhindert ein Entladen des Speichers in den Tank.
4) Bei Fahrt auf der Geraden wirk der Aktuator als passiver Dämpfer .
5) Bei Bogenfahrt erkennt die Steuerung (Kreisel + Querbe¬ schleunigung) welche Seite des DG-Rahmens gehoben und welche Seite abgesenkt werden muß und veranlaßt die Druck-Ventile die beidseitig wirkenden Aktuatoren (kön- nen Zug- und Druckkräfte übertragen) mit dem errechneten Steuerdruck zu beaufschlagen. Über die Charakteristik der Primärstufe stellt sich je DG-Seite eine verringerte bzw. vergrößerte Höhe ein, der DG-Rahmen ist geneigt.
6) Die Aktuatoren halten während der Bogefahrt den Druck konstant, die Federung führt aber dynamische Federwege aus, diesen Federwegen müssen die Aktuatoren folgen, jedoch ohne zusätzliche Steifigkeiten in die Primärfeder einzubringen. Die Hydraulikversorgung und ein HD- Speicher stellen das dafür benötigte Öl zur Verfügung.
7) Ist der Bogen durchfahren, erkennt dies die Steuerung (Kreisel + Querbeschleunigung) und nimmt das Steuersig¬ nal von den Druckventilen zurück und der DG-Rahmen geht in seine ursprüngliche Position zurück.
8) Die Steuerung erkennt das gesunkene Druckniveau im HD- Speicher über den Drucksensor und schließt das DRV wieder, damit steigt der Druck in der Leitung und die Pumpe fördert über das RV wieder in den HD-Speicher. Die Systemauslegung stellt sicher, daß dieser bis zum nächsten Bogen wieder aufgeladen ist.
9) Fortführung der Fahrt laufend ab Punkt 4)
10) Am Ende des Betriebstages wird durch das Druck- Entladeventil sichergestellt, daß bei stromlosem Fahr¬ zeug das Hydrauliksystem inkl. aller Komponenten drucklos ist und gefahrlos abgestellt bzw. gewartet wer¬ den kann.
Fig.8 zeigt schematisch einen Hydraulikschaltplan in einer sechsten Ausführungsform die sogenannte „Variante Aktuator Zapfenführung".

Claims

Patentansprüche
Wankkompensationssystem für Schienenfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass zur gezielten Höhenverstellung des Drehgestellrahmens innerhalb der Primär- Schraubendruckfedern der Drehgestelle Aktuatoren angeordnet sind.
2. Wankkompensationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem fahrenden Fahrzeug Betriebsmodi zuge¬ ordnet werden und jedem Betriebsmodus eine vorgegebene Ansteuerung des Drehgestellrahmens mittels der Aktuato¬ ren zugeordnet ist
3. Wankkompensationssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebsmodi „Geradeausfahrt", „Kurve links" und „Kurve rechts" vorgesehen sind und in den beiden „Kurven"- Betriebsmodi eine vorgegebene einseiti- ge Höhenverstellung des Drehgestellrahmens erfolgt.
Wankkompensationssystem nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, dass durch die vorgegebene Höhenverstellung eine Neigung mit einem Winkel von etwa 3 Grad kompen¬ siert wird.
5. Wankkompensationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Aktuatoren Hydrau¬ likzylinder vorgesehen sind.
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