EP2477865B1 - Rocking compensation system for rail vehicles - Google Patents

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EP2477865B1
EP2477865B1 EP10754450.4A EP10754450A EP2477865B1 EP 2477865 B1 EP2477865 B1 EP 2477865B1 EP 10754450 A EP10754450 A EP 10754450A EP 2477865 B1 EP2477865 B1 EP 2477865B1
Authority
EP
European Patent Office
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pressure
der
und
die
das
Prior art date
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Active
Application number
EP10754450.4A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP2477865A1 (en
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/en
Publication of EP2477865A1 publication Critical patent/EP2477865A1/en
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Publication of EP2477865B1 publication Critical patent/EP2477865B1/en
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

  • the invention relates to a rolling compensation system for rail vehicles.
  • the document JP H11 129900 A describes a rail vehicle with a simplified roll compensation.
  • the outer cylinder is extended to incline the vehicle body.
  • a disadvantage of the known tilting systems is the relatively high design complexity, which also involves high costs in terms of manufacturing, power requirements, sensors and maintenance.
  • the invention has for its object to improve the known methods.
  • FIG. 1 shows a WankkompensationsSystem with a height adjustment of the DG frame by hydraulic cylinders, which are arranged within the primary helical compression springs and always lift on the sheet outer side against gravity and lower on the inside of the sheet.
  • This functionality advantageously causes an enlargement of the effect of the track cant in the arc, so that by increasing the speed in the arc, the travel time of a rail vehicle on the corresponding route can be shortened without having to change the path of the route.
  • the controller initiates raising / lowering of the DG frame by a value specified by the control / regulation.
  • the procedure for the registration of vehicles is also transferable from existing vehicles.
  • FIGS. 2a and 2b shows a sectional view of the primary springs according to the invention with integrated hydraulic cylinders.
  • Fig. 2a shows the case of an extended hydraulic cylinder
  • Fig. 2b the case of a retracted hydraulic cylinder.
  • Figure 3 schematically shows a hydraulic circuit diagram in a first embodiment, the so-called "variant basic position below”.
  • Figure 4 schematically shows a hydraulic circuit diagram in a second embodiment, the so-called "variant basic position 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 serially to the primary spring and the distance measuring system (4 # per DG) is housed protected in the actuator (measures the Aktuatorweg without the spring travel of the primary spring).
  • Figure 5 schematically shows a hydraulic circuit diagram in a third embodiment, the so-called "variant basic position center with auxiliary piston".
  • the structural design of the actuator with auxiliary piston is 5a removable.
  • 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.
  • Figure 6 schematically shows a hydraulic circuit diagram in a fourth embodiment, the so-called "variant basic position above”.
  • An advantage of this embodiment is in particular the lack of requirement for displacement sensors, since the travel of the serial hydraulic cylinder is mechanically defined by fixed stops and reached by pure pressurization and controlled by pressure sensors. A Radial ein of the wheelset by the swinging effect is feasible, in case of failure of the system eliminates this advantage but again.
  • Figure 7 schematically shows a hydraulic circuit diagram in a fifth embodiment, the so-called “variant actuator parallel”, in which the actuator acts in terms of force parallel to the Primärfederung ceremonies.
  • the actuator can simultaneously perform the function of a hydraulic damper.
  • Figure 8 schematically shows 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)

Description

Die Erfindung betrifft ein Wankkompensationssystem für Schienenfahrzeuge.The invention relates to a rolling compensation system for rail vehicles.

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.When the bow travel of a rail vehicle caused by the centrifugal force, a moment, causing the car tends towards the outside of the bow. As a result of this tendency, the coordinate system also rotates for the passenger located in the car body and a portion of the acceleration of gravity now acts as a lateral acceleration, which is perceived as particularly disturbing.

Insbesondere bei bogenschneller Fahrt mit hoher Querbeschleunigung am Radsatz werden ohne zusätzliche Maßnahmen die für den Fahrgast zulässigen Werte deutlich überschritten.In particular, when traveling at high speed with high lateral acceleration on the wheelset, the values permissible for the passenger are clearly exceeded without additional measures.

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 Seitenbeschleunigung reduzieren.From the prior art, the so-called tilting technology, a track-dependent car body controls is known in which the car bodies of a train to the inside of the curve can be tilted and thus reduce the perceived lateral acceleration.

Damit können Gleisbögen ("bogenschnelles Fahren") schneller durchfahren oder die Kurvenfahrt kann für den Passagier angenehmer gestaltet ("Komfortneigung")werden.This allows track bends ("fast bows") to pass faster or cornering can be made more pleasant for the passenger ("comfort tendency").

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 Geschwindigkeit in Kurven um bis zu 30 % erhöht werden.Known from the prior art tilting systems such as in the EP 0619212 described, allow a curve inclination up to 8 °. This can increase the speed in curves by up to 30% without affecting the ride comfort due to increased lateral acceleration.

Das Dokument JP H11 129900 A beschreibt ein Schienenfahrzeug mit einer vereinfachten Wankkompensation. In der Kurve wird der äußere Zylinder verlängert um den Fahrzeugkasten zu neigen. Nachteilig an den bekannten Neigetechnik-Systemen ist der vergleichsweise hohe konstruktive Aufwand, der auch hohe Aufwände in Bezug auf Herstellung, Leistungsbedarf, Sensorik und Wartung mit sich bringt.The document JP H11 129900 A describes a rail vehicle with a simplified roll compensation. In the curve, the outer cylinder is extended to incline the vehicle body. A disadvantage of the known tilting systems is the relatively high design complexity, which also involves high costs in terms of manufacturing, power requirements, sensors and maintenance.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Verfahren zu verbessern.The invention has for its object to improve the known methods.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Wankkompensationssystem gemäß Anspruch 1.This object is achieved by a rolling compensation system according to claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Wankkompensationssystems ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous embodiments of the roll compensation system according to the invention will become apparent from the dependent claims.

Die Erfindung wird anhand von Figuren näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to figures.

Es zeigen beispielhaft und schematisch:

  • Fig. 1 das Grundkonzept einer erfindungsgemäßen Wankkompensation,
  • 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 Ausführungsform die sogenannte "Variante Grundstellung Mitte mit Wegmeßsystem".
  • Fig.4a zeigt die Integration eiens Wegmeßsystems in einen Aktuator
  • Fig.5 zeigt einen Hydraulikschaltplan in einer dritten Ausführungsform 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", wobei diese Ausführungsform nicht zur Erfindung gehört.
  • Fig.8 zeigt den Zusammenhang zwischen Druck und Primärfederweg.
They show by way of example and schematically:
  • Fig. 1 the basic concept of a rolling compensation according to the invention,
  • Fig. 2a and 2b a sectional view of the primary springs with integrated hydraulic cylinders.
  • Figure 3 schematically shows a hydraulic circuit diagram in a first embodiment, the so-called "variant basic position below".
  • Figure 4 shows a hydraulic circuit diagram in a second embodiment, the so-called "variant basic position center with position measuring system".
  • 4a shows the integration of a position measuring system in an actuator
  • Figure 5 shows a hydraulic circuit diagram in a third embodiment, the so-called "variant basic position center with auxiliary piston".
  • Fig. 5a shows the construction of an actuator with auxiliary links
  • Figure 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", this embodiment does not belong to the invention.
  • Figure 8 shows the relationship between pressure and primary spring travel.

Die Darstellung nach Fig. 1 zeigt ein WankkompensationsSystem 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.The representation after Fig. 1 shows a WankkompensationsSystem with a height adjustment of the DG frame by hydraulic cylinders, which are arranged within the primary helical compression springs and always lift on the sheet outer side against gravity and lower on the inside of the sheet.

Diese Funktionalität bewirkt in vorteilhafter Weise eine Vergrößerung des Effektes der Gleisüberhöhung im Bogen, sodass durch Erhöhung der Fahrgeschwindigkeit im Bogen die Fahrzeit eines Schienenfahrzeuges auf der entsprechenden Strecke verkürzt werden kann, ohne die Trassierung der Strecke ändern zu müssen.This functionality advantageously causes an enlargement of the effect of the track cant in the arc, so that by increasing the speed in the arc, the travel time of a rail vehicle on the corresponding route can be shortened without having to change the path of the route.

Durch die Höhenverstellung wird der Wankwinkel, welcher sich in Primär- und Sekundärfederstufe durch die Federsteifigkeiten ergibt, nicht nur kompensiert, sondern bewusst überkompensiert und dadurch die maximale Querbeschleunigung auf den Fahrgast im geforderten Bereich gehalten.By the height adjustment of the roll angle, which results in primary and secondary spring stage by the spring stiffness, not only compensated, but deliberately overcompensated and thereby kept the maximum lateral acceleration to the passenger in the required range.

Bei Erreichen eines definierten Schwellwertes der Querbeschleunigung wird durch die Steuerung ein Heben/Senken des DG-Rahmens um einen von der Steuerung/Regelung vorgegebenen Wert veranlasst.When a defined threshold value of the lateral acceleration is reached, the controller initiates raising / lowering of the DG frame by a value specified by the control / regulation.

Dies geschieht noch während der Fahrt im Übergangsbogen, sodass bei Erreichen des Bogens mit konstantem Radius bereits die Endstellung eingenommen ist und die quasistatische Querbeschleunigung während der Bogenfahrt (ohne weitere Steuerung/Regelung) konstant bleibt.This happens during the journey in the transitional arc, so that when reaching the arc with a constant radius already the end position is taken and the quasi-static lateral acceleration during the arc run (without further control / regulation) remains constant.

Das erfindungsgemäße Konzept bietet in mehrerer Hinsicht Vorteile gegenüber bekannten Lösungen.The inventive concept offers advantages over known solutions in several respects.

Lauftechnisch dadurch, dass in bekannter Weise die Lauftechnik optimiert werden kann, indem Erkenntnisse aus bestehenden Fahrzeugen auf das erfindungsgemäße Konzept übertragen werden können. Auch das Vorgehen bei der Zulassung der Fahrzeuge ist von bestehenden Fahrzeugen übertragbar.Running technology in that in a known manner, the running technique can be optimized by insights from existing vehicles can be transferred to the inventive concept. The procedure for the registration of vehicles is also transferable from existing vehicles.

In Bezug auf die Fahrzeugbreite bestehen keine konzeptionellen Einschränkungen zu bestehenden Konzepten in Reihe RIn terms of vehicle width, there are no conceptual limitations to existing concepts in row R

Es ist eine einfache Nachrüstung bzw. Teilausrüstung der bestehenden Fahrzeuge möglich, da der Bauraum in der Grundkonzeption dafür vorgesehen wird.It is a simple retrofitting or sub-equipment of existing vehicles possible because the space is provided in the basic concept for it.

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 betrieben werden.In case of failure of the hydraulics (powerless, failure e-motor, ...) will take the vehicle by its own mass again the state of lowest potential energy and can be operated in this state in series R.

Die Darstellung nach Figur 2a und 2b zeigt eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Primärfedern mit integrierten Hydraulikzylindern. Fig. 2a zeigt den Fall eines ausgefahrenen Hydraulikzylinders und Fig. 2b den Fall eines eingefahrenen Hydraulikzylinders.The representation after FIGS. 2a and 2b shows a sectional view of the primary springs according to the invention with integrated hydraulic cylinders. Fig. 2a shows the case of an extended hydraulic cylinder and Fig. 2b the case of a retracted hydraulic cylinder.

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 Ausführungsform die sogenannte "Variante Grundstellung unten".With reference to the other figures, different conceivable embodiments of the invention are explained in detail. These embodiments differ in particular by the position of the car body in the normal position. Figure 3 schematically shows a hydraulic circuit diagram in a first embodiment, the so-called "variant basic position below".

Sämtliche Beschreibungen und Leistungsdaten beziehen sich auf ein Drehgestell. Die Entscheidung ob gewisse Bauteile (z.B. Ölbehälter und Pumpe) zentral je Wagenkasten ausgeführt werden oder je DG, wird währen der Projektabwicklung getroffen. In vorteilhafter Weise sind bei dieser ersten Ausführungsform keine Wegsensoren erforderlich, der Stellweg der seriellen Hydraulikzylinder ist mechanisch durch Festanschläge definiert und wird durch reine Druckbeaufschlagung erreicht und mittels Drucksensoren kontrolliert.All descriptions and performance data refer to a bogie. The decision whether certain components (eg oil tank and pump) are carried out centrally per car body or per DG, is made during the project execution. Advantageously, no displacement sensors are required in this first embodiment, the travel of the serial hydraulic cylinder is mechanically defined by fixed stops and is achieved by pure pressurization and controlled by pressure sensors.

Der Alltagsbetrieb ist durch die folgenden Funktionalitäten bestimmt:

  1. 1) Stromloser Zustand: Alle Ventile (DRV, Wegeventil, Entladeventil) sind voll geöffnet, das System inkl. HD-Speicher ist drucklos. Der Wagenkasten hat seine tiefste (fail safe) Stellung.
  2. 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. 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. 4) Bei Bogenfahrt erkennt die Steuerung (Kreisel + Querbeschleunigung) 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 Stellung während der gesamten Bogenfahrt. Die gegenüberliegende Seite ist weiterhin drucklos (Verbindung zum Ölbehälter) .
  5. 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. 6) Ist der Bogen durchfahren, erkennt dies die Steuerung (Kreisel + Querbeschleunigung) und nimmt das Steuersignal vom Wegeventil zurück, wodurch das Ventil seine (durch Federn sichergestellte) Mittelstellung einnimmt und die angehobene Seite wieder nach Unten in die Grundstellung fährt.
  7. 7) Fortführung der Fahrt laufend ab Punkt 4)
  8. 8) Am Ende des Betriebstages wird durch das Druck-Entladeventil sichergestellt, daß bei stromlosem Fahrzeug das Hydrauliksystem inkl. aller Komponenten drucklos ist und gefahrlos abgestellt bzw. gewartet werden kann.
Everyday operation is determined by the following functionalities:
  1. 1) Powerless state: All valves (DRV, directional control valve, discharge valve) are fully open, the system incl. HP storage tank is depressurised. The car body has its lowest (fail safe) position.
  2. 2) With power and electrical signal of the controller close the pressure-unloading valve and the DRV, the motor rotates and the pump delivers a constant flow rate and thus pumps the HD-memory up to the nominal pressure (p = 350bar).
  3. 3) 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. The system is ready to use.
  4. 4) In the case of curved travel, the control (gyro + lateral acceleration) recognizes which side of the DG frame must be lifted and switches the directional control valve to the corresponding side. Both hydraulic cylinders of a DG side extend in about 2 seconds until they stop and remain in this position during the entire arc run. The opposite side is still depressurized (connection to the oil tank).
  5. 5) 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, so that the pressure in the line rises and the pump returns to the HD memory via the RV. The system design ensures that it is recharged until the next arc.
  6. 6) When the arc passes, this detects the control (gyro + lateral acceleration) and decreases the control signal from the directional control valve, causing the valve to assume its middle position (secured by springs) and return the raised side down to the normal position.
  7. 7) continuation of the journey continuously from point 4)
  8. 8) At the end of the day of operation, the pressure-unloading valve ensures that the hydraulic system, including all components, is depressurised when the vehicle is de-energized and can be safely parked or maintained.

Fig.4 zeigt schematisch einen Hydraulikschaltplan in einer zweiten Ausführungsform die sogenannte "Variante Grundstellung Mitte mit Wegmeßsystem". Figure 4 schematically shows a hydraulic circuit diagram in a second embodiment, the so-called "variant basic position center with position measuring system".

Vorteil dieser Ausführung ist die Möglichkeit die Geometrie der Schwingenführung zur radialen Einstellung des Radsatzes zu verwenden und damit den Radverschleiß zu minimieren.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.

Wie in Fig. 4a dargestellt, ist der Aktuator seriell zur Primärfeder angeordnet und das Wegmeßsystem (4# je DG) ist geschützt im Aktuator untergebracht (mißt den Aktuatorweg ohne den Federweg der Primärfeder).As in Fig. 4a shown, the actuator is arranged serially to the primary spring and the distance measuring system (4 # per DG) is housed protected in the actuator (measures the Aktuatorweg without the spring travel of the primary spring).

Der Alltagsbetrieb ist durch die folgenden Funktionalitäten bestimmt:

  1. 1) Stromloser Zustand: Alle Ventile (DRV, Wegeventil, Entladeventil) sind voll geöffnet, das System inkl. HD-Speicher ist drucklos. Der WK hat seine tiefste (fail safe) Stellung.
  2. 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. 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. 4) 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 definierten Höhe (aber nicht bis zum Anschlag) in die Grundstellung hochzuheben. Das System ist Einsatzbereit.
  5. 5) Bei Bogenfahrt erkennt die Steuerung (Kreisel + Querbeschleunigung) welche Seite des DG-Rahmens gehoben und welche Seite abgesenkt werden muß und schaltet die Wegeventile auf die entsprechenden Stellungen. Beide Hydraulikzylinder einer DG-Seite fahren in ca. 2s bis zum Anschlag aus bzw. ein und bleiben in dieser Stellung während der gesamten Bogenfahrt.
  6. 6) Der HD-Speicher gibt dabei ca. 0,35 Liter Öl ab und der Druck verringert sich dadurch von 350bar auf 300bar.
  7. 7) 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.
  8. 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. 9) Fortführung der Fahrt laufend ab Punkt 4)
  10. 10) Am Ende des Betriebstages wird durch das Druck-Entladeventil sichergestellt, daß bei stromlosem Fahrzeug das Hydrauliksystem inkl. aller Komponenten drucklos ist und gefahrlos abgestellt bzw. gewartet werden kann.
Everyday operation is determined by the following functionalities:
  1. 1) Powerless state: All valves (DRV, directional control valve, discharge valve) are fully open, the system incl. HP storage tank is depressurised. The WK has its lowest (fail safe) position.
  2. 2) With power and electrical signal of the controller close the pressure-unloading valve and the DRV, the motor rotates and the pump delivers a constant flow rate and thus pumps the HD-memory up to the nominal pressure (p = 350bar).
  3. 3) 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.
  4. 4) The displacement sensors (2 per DG side) in the primary stage detect the current height and the control causes the height control valves to lift the DG frame up to a defined height (but not up to the stop) to the basic position. The system is ready to use.
  5. 5) In the case of curved travel, the control (gyro + lateral acceleration) detects which side of the DG frame has been lifted and which side has to be lowered and switches the directional control valves to the corresponding positions. Both hydraulic cylinders of a DG side move in and out for about 2 seconds until they stop and remain in this position during the entire arc run.
  6. 6) The HD memory gives off about 0.35 liters of oil and the pressure is thereby reduced from 350 bar to 300 bar.
  7. 7) If the arc passes, this is detected by the control (gyro + lateral acceleration) and the height regulating valves regulate again to the basic position. The oil requirement for the regulation again corresponds to approx. 0.35 liters of oil and the pressure in the HP storage tank drops from 300 bar to 250 bar.
  8. 8) The controller recognizes the lower pressure level in the HP memory 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.
  9. 9) continuation of the journey continuously from point 4)
  10. 10) At the end of the operating day, the pressure-unloading valve ensures that the hydraulic system, including all components, is depressurized when the vehicle is de-energized and can be safely parked or maintained.

Fig.5 zeigt schematisch einen Hydraulikschaltplan in einer dritten Ausführungsform die sogenannte "Variante Grundstellung Mitte mit Hilfskolben". Die konstruktive Gestaltung des Aktuators mit Hilfskolben ist Fig.5a entnehmbar. Figure 5 schematically shows a hydraulic circuit diagram in a third embodiment, the so-called "variant basic position center with auxiliary piston". The structural design of the actuator with auxiliary piston is 5a removable.

Vorteil dieser Ausführung ist die Möglichkeit die Geometrie der Schwingenführung zur radialen Einstellung des Radsatzes zu verwenden und damit den Radverschleiß zu minimieren.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.

Zur Einstellung der Grundstellung ist aber kein Wegsensor 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 somit auch der HD-Speicher größer.To adjust the basic position but no displacement sensor is required but the height is ensured by a telescopic actuator and a suitable choice of the piston areas of the main and auxiliary pistons and the control pressure. Due to the larger area of the auxiliary piston, the oil requirement and thus also the HD memory is larger.

Abkürzungen:Abbreviations:

p0p0 Drucklos für komplett eingefahrenen Zylinder (Obar)Pressure-free for completely retracted cylinder (Obar) p1p1 Steuerdruck für Mittelstellung (ca. 80bar)Control pressure for middle position (about 80bar) p2p2 Der Maximaldruck für voll ausgefahrenen Aktuator (ca. 250bar)The maximum pressure for fully extended actuator (about 250bar) AwAw Wirkfläche des Hauptkolbens (Dw = ca. 60mm)Effective area of the main piston (Dw = approx. 60mm) AhAh Wirkfläche des Hilfskolbens (Dh = ca. 100mm)Effective area of the auxiliary piston (Dh = approx. 100mm)

Der Zusammenhang zwischen den Drücken und den Kolbenflächen ist durch nachfolgende Bedingungen determiniert:

  • Der Druck p1 muß auf der Wirkfläche des Hilfskolbens das voll beladene Fahrzeug inkl. dynamische Kräfte heben können (p1 * Ah > Fz_max)
  • Der Druck p1 darf auf der Wirkfläche des Hauptkolbens das leere Fahrzeug inkl. dynamisch Ausfedern nicht heben können (p1 * 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)
The relationship between the pressures and the piston surfaces is determined by the following conditions:
  • The pressure p1 must be able to lift the fully laden vehicle including dynamic forces on the effective surface of the auxiliary piston (p1 * Ah> Fz_max)
  • The pressure p1 must not be able to lift the empty vehicle including dynamic rebound on the effective surface of the main piston (p1 * Aw <Fz_min)
  • The pressure p2 must be able to lift the fully laden vehicle including dynamic forces on the effective surface of the main piston (p2 * Aw> Fz_max)

Die Funktionalität im täglichen Betrieb ist wie folgt:

  1. 1) Stromloser Zustand: Alle Ventile (DRV, Wegeventil, Entladeventil) sind voll geöffnet, das System inkl. HD-Speicher ist drucklos. Der WK hat seine tiefste (fail safe) Stellung.
  2. 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. 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. 4) Der Druck p1 ist für die Mittelstellung erforderlich und die beide Ventile öffnen um beide Seiten des DG-Rahmens zu heben.
  5. 5) Die Drucksensoren in der Primstufe erkennen wenn p1 (ca. 80bar) erreicht ist und schließen die Ventile. Die definierte Höhe (Anschlag des Hilfskolbens) in der Grundstellung ist erreicht. Das System ist Einsatzbereit.
  6. 6) Bei Bogenfahrt erkennt die Steuerung (Kreisel + Querbeschleunigung) welche Seite des DG-Rahmens gehoben (Steuerdruck p2 = ca. 250bar) und welche Seite abgesenkt (Steuerdruck p0 = 0bar) werden muß und schaltet die Wegeventile 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 (p0=Anschlag unten, p2=Anschlag oben) eindeutig festgelegt und kontrollierbar.
  7. 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. 8) Ist der Bogen durchfahren, erkennt dies die Steuerung (Kreisel + Querbeschleunigung) und die Ventile schalten wieder auf p1 um die Grundstellung anzufahren. Der Ölbedarf für die Regulierung entspricht diesmal ca. 1,0 Liter Öl (Heben auf Ah) und der Druck im HD-Speicher sinkt von 320bar auf 250bar.
  9. 9) 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.
  10. 10) Fortführung der Fahrt laufend ab Punkt 6)
  11. 11) Am Ende des Betriebstages wird durch das Druck-Entladeventil sichergestellt, daß bei stromlosem Fahrzeug das Hydrauliksystem inkl. aller Komponenten drucklos ist und gefahrlos abgestellt bzw. gewartet werden kann.
The functionality in daily operation is as follows:
  1. 1) Powerless state: All valves (DRV, directional control valve, discharge valve) are fully open, the system incl. HP storage tank is depressurised. The WK has its lowest (fail safe) position.
  2. 2) With power and electrical signal of the controller close the pressure-unloading valve and the DRV, the motor rotates and the pump delivers a constant flow rate and thus pumps the HD-memory up to the nominal pressure (p = 350bar).
  3. 3) 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.
  4. 4) The pressure p1 is required for the center position and both valves open to lift both sides of the DG frame.
  5. 5) The pressure sensors in the primary stage detect when p1 (about 80bar) is reached and close the valves. The defined height (stop of the auxiliary piston) in the basic position has been reached. The system is ready to use.
  6. 6) In the case of curved travel, the control (gyro + lateral acceleration) detects which side of the DG frame is lifted (control pressure p2 = approx. 250bar) and which side must be lowered (control pressure p0 = 0bar) and switches the directional control valves to the corresponding positions. Both hydraulic cylinders of a DG side move in and out for about 2 seconds until they stop and remain in this position during the entire arc run. The end positions are clearly defined and controllable via the pressures (p0 = bottom stop, p2 = top stop).
  7. 7) 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.
  8. 8) If the arc passes, the control recognizes (gyro + lateral acceleration) and the valves switch back to p1 to start the basic position. The oil requirement for the regulation this time corresponds to approx. 1.0 liters Oil (lifting on Ah) and the pressure in the HD memory drops from 320bar to 250bar.
  9. 9) The controller recognizes the lower pressure level in the HP memory 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.
  10. 10) continuation of the journey continuously from point 6)
  11. 11) At the end of the operating day, the pressure-unloading valve ensures that the hydraulic system, including all components, is depressurised when the vehicle is de-energized and can be safely parked or maintained.

Fig.6 zeigt schematisch einen Hydraulikschaltplan in einer vierten Ausführungsform die sogenannte "Variante Grundstellung oben". Figure 6 schematically shows a hydraulic circuit diagram in a fourth embodiment, the so-called "variant basic position above".

Vorteilhaft an dieser Ausführungsform ist insbesondere das fehlende Erfordernis für Wegsensoren, da der Stellweg der seriellen 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 Ausfall des Systems entfällt dieser Vorteil aber wieder.An advantage of this embodiment is in particular the lack of requirement for displacement sensors, since the travel of the serial hydraulic cylinder is mechanically defined by fixed stops and reached by pure pressurization and controlled by pressure sensors. A Radialstellung of the wheelset by the swinging effect is feasible, in case of failure of the system eliminates this advantage but again.

Täglicher Betrieb:Daily operation:

  1. 1) Stromloser Zustand: Alle Ventile (DRV, Wegeventil, Entladeventil) sind voll geöffnet, das System inkl. HD-Speicher ist drucklos. Der WK hat seine tiefste (fail safe) Stellung.1) Powerless state: All valves (DRV, directional control valve, discharge valve) are fully open, the system incl. HP storage tank is depressurised. The WK has its lowest (fail safe) position.
  2. 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.2) With power and electrical signal of the controller close the pressure-unloading valve and the DRV, the motor rotates and the pump delivers a constant flow rate and thus pumps the HD-memory up to the nominal pressure (p = 350bar).
  3. 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.3) 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.
  4. 4) Das Ventil schaltet Druck auf beide Seiten und alle 4 Aktuatoren heben den DG-Rahmen bis zum Anschlag hoch. Das System ist Einsatzbereit.4) The valve switches pressure on both sides and all 4 actuators lift the DG frame up to the stop. The system is ready to use.
  5. 5) Bei Bogenfahrt erkennt die Steuerung (Kreisel + Querbeschleunigung) 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 druckbeaufschlagt (Verbindung zum HD-Speicher).5) In the case of curved travel, the control (gyro + lateral acceleration) detects which side of the DG frame (inside the bow) has to be lowered and switches the directional control valve to the corresponding side. Both hydraulic cylinders of a DG side travel downwards for about 2 seconds and remain in this position throughout the entire arc run. The opposite side is still pressurized (connection to the HD memory).
  6. 6) Ist der Bogen durchfahren, erkennt dies die Steuerung (Kreisel + Querbeschleunigung) und nimmt das Steuersignal vom Wegeventil zurück, wodurch das Ventil seine (durch Federn sichergestellte) Mittelstellung einnimmt und die abgesenkte Seite wieder angehoben wird6) When the arc passes, this detects the control (gyro + lateral acceleration) and decreases the control signal from the directional valve, whereby the valve assumes its (by springs ensured) center position and the lowered side is raised again
  7. 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.7) The HD memory gives off 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, so that the pressure in the line rises and the pump returns to the HD memory via the RV. The system design ensures that it is recharged until the next arc.
  8. 8) Fortführung der Fahrt laufend ab Punkt 5)8) continuation of the journey continuously from point 5)
  9. 9) Am Ende des Betriebstages wird durch das Druck-Entladeventil sichergestellt, daß bei stromlosem Fahrzeug das Hydrauliksystem inkl. aller Komponenten drucklos ist und gefahrlos abgestellt bzw. gewartet werden kann.9) At the end of the operating day, the pressure-unloading valve ensures that the hydraulic system, including all components, is depressurised when the vehicle is de-energized and can be safely parked or maintained.

Fig.7 zeigt schematisch einen Hydraulikschaltplan in einer fünften Ausführungsform die sogenannte "Variante Aktuator parallel", in welcher der Aktuator kraftmäßig parallel zur Primärfederungerung wirkt. Figure 7 schematically shows a hydraulic circuit diagram in a fifth embodiment, the so-called "variant actuator parallel", in which the actuator acts in terms of force parallel to the Primärfederungerung.

Diese Variante weist die Vorteile der Ausführungsform "Grundstellung Mitte" auf, aber das Wegmeßsystem kann hierbei entfallen, da die Kennlinie der Primärfeder selbst als Zusammenhang zwischen Druck im Aktuator und Weg in der Federstufe herangezogen wird.This variant has the advantages of the embodiment "basic position center", but the position measuring system can be omitted here, since the characteristic of the primary spring itself is used as a relationship between pressure in the actuator and way in the spring stage.

Der Aktuator kann gleichzeitig die Funktion eines hydraulischen Dämpfers erfüllen.The actuator can simultaneously perform the function of a hydraulic damper.

Täglicher Betrieb:Daily operation:

  1. 1) Stromloser Zustand: Alle Ventile (DRV, Wegeventil, Entladeventil) sind voll geöffnet, das System inkl. HD-Speicher ist drucklos, der WK hat seine tiefste (fail safe) Stellung.1) Powerless state: All valves (DRV, directional control valve, discharge valve) are fully open, the system incl. HP storage tank is depressurized, the WK has its lowest (fail safe) position.
  2. 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.2) With power and electrical signal of the controller close the pressure-unloading valve and the DRV, the motor rotates and the pump delivers a constant flow rate and thus pumps the HD-memory up to the nominal pressure (p = 350bar).
  3. 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.3) 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.
  4. 4) Bei Fahrt auf der Geraden wirk der Aktuator als passiver Dämpfer.4) When driving on the straight, the actuator acts as a passive damper.
  5. 5) Bei Bogenfahrt erkennt die Steuerung (Kreisel + Querbeschleunigung) welche Seite des DG-Rahmens gehoben und welche Seite abgesenkt werden muß und veranlaßt die Druck-Ventile die beidseitig wirkenden Aktuatoren (können 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.5) In the case of curved travel, the control (gyro + lateral acceleration) detects which side of the DG frame has been lifted and which side has to be lowered, and the pressure valves cause the double-acting actuators (can Transmit tensile and compressive forces) to apply to the calculated control pressure. On the characteristic of the primary stage, a reduced or increased height is set for each DG side; the DG frame is inclined.
  6. 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.6) The actuators keep the pressure constant during the Boge ride, but the suspension performs dynamic spring travel, these spring travel must follow the actuators, but without additional stiffness in the primary spring bring. The hydraulic supply and an HD reservoir provide the necessary oil.
  7. 7) Ist der Bogen durchfahren, erkennt dies die Steuerung (Kreisel + Querbeschleunigung) und nimmt das Steuersignal von den Druckventilen zurück und der DG-Rahmen geht in seine ursprüngliche Position zurück.7) When the arc passes, this will detect the control (gyro + lateral acceleration) and will remove the control signal from the pressure valves and the DG frame will return to its original position.
  8. 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.8) The controller recognizes the lower pressure level in the HP memory 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.
  9. 9) Fortführung der Fahrt laufend ab Punkt 4)9) continuation of the journey continuously from point 4)
  10. 10) Am Ende des Betriebstages wird durch das Druck-Entladeventil sichergestellt, daß bei stromlosem Fahrzeug das Hydrauliksystem inkl. aller Komponenten drucklos ist und gefahrlos abgestellt bzw. gewartet werden kann.10) At the end of the operating day, the pressure-unloading valve ensures that the hydraulic system, including all components, is depressurized when the vehicle is de-energized and can be safely parked or maintained.

Fig.8 zeigt schematisch einen Hydraulikschaltplan in einer sechsten Ausführungsform die sogenannte "Variante Aktuator Zapfenführung". Figure 8 schematically shows a hydraulic circuit diagram in a sixth embodiment, the so-called "variant actuator pin guide".

Claims (2)

  1. Roll compensation system for a rail vehicle, in which actuators are arranged within the primary helical compression springs of the bogies for the purpose of targeted height adjustment of the bogie frame, wherein hydraulic cylinders are provided as actuators, wherein the roll compensation system has a controller, and wherein operating modes are assigned to the moving vehicle and a predetermined control of the bogie frame by means of the hydraulic cylinders is assigned to each operating mode, and that provision is made for "straight ahead", "curve to left" and "curve to right" operating modes, and that one-sided height adjustment of the bogie frame occurs in the two "curve" operating modes such that the hydraulic cylinders of a bogie side are extended up to a mechanical fixed stop by means of pressurization and remain in this setting throughout the travel through the curve.
  2. Roll compensation system according to claim 1, characterised in that the predetermined height adjustment compensates for a tilt angle of approximately 3 degrees.
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