EP2762377B1 - Fahrwerk mit gesteuerter Radeinheit - Google Patents
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- EP2762377B1 EP2762377B1 EP13153359.8A EP13153359A EP2762377B1 EP 2762377 B1 EP2762377 B1 EP 2762377B1 EP 13153359 A EP13153359 A EP 13153359A EP 2762377 B1 EP2762377 B1 EP 2762377B1
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B61—RAILWAYS
- B61F—RAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
- B61F5/00—Constructional details of bogies; Connections between bogies and vehicle underframes; Arrangements or devices for adjusting or allowing self-adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves
- B61F5/38—Arrangements or devices for adjusting or allowing self- adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves, e.g. sliding axles, swinging axles
- B61F5/386—Arrangements or devices for adjusting or allowing self- adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves, e.g. sliding axles, swinging axles fluid actuated
Definitions
- the present invention relates to a chassis assembly for a rail vehicle, comprising a vehicle part, in particular a chassis frame or a car body, a wheel unit and a fluidic, in particular hydraulic, actuator arrangement, wherein the vehicle part defines a longitudinal direction, a transverse direction and a height direction and a spring device, in particular a primary suspension, supported on the wheel unit.
- the actuator arrangement comprises a first actuator chamber and a second actuator chamber, which are fluidically coupled via a control device.
- the wheel unit is coupled to the vehicle part via the actuator arrangement in such a way that a first fluid flow of a working fluid from the first actuator chamber to the second actuator chamber is generated during a first turning movement of the wheel unit relative to the vehicle part about a turning axis parallel to the height direction via the control device and at a The first turning movement opposite second turning movement of the wheel unit with respect to the vehicle part via the control device, a second fluid flow of the working fluid from the second actuator chamber to the first actuator chamber is generated.
- the invention further relates to a rail vehicle with such a chassis and a method for influencing a turning movement of a wheel unit of a chassis with respect to a vehicle part.
- a longitudinally soft connection of the wheel units on the chassis frame leads to good sheet behavior, while a transverse soft connection of the wheel units on the chassis frame reduces dynamic cross peaks, as they arise due to sudden, caused by the track geometry lateral acceleration (for example, when driving through a switch or like).
- both have the disadvantage that it comes to unstable behavior of the turning movements of the wheel units because of the low management forces between wheel unit and chassis frame in the straight track above certain speeds.
- a wheel unit in the sense of the present application can be constructed as desired. This may in particular be a wheel set, a pair of wheels or even a single wheel unit.
- a disadvantage of such a solution with passive adjustment of the turning angle of the respective wheel unit is that the desired for the current track curvature ideal setting (for example, a precise bend radial adjustment) due to the counter to the direction of adjustment acting elastic restoring forces or restoring moments (in particular from the primary suspension ) can not be fully achieved.
- the desired for the current track curvature ideal setting for example, a precise bend radial adjustment
- elastic restoring forces or restoring moments in particular from the primary suspension
- the present invention is therefore based on the object to provide a chassis assembly and a method of the type mentioned above, which does not bring the above-mentioned problems, or at least to a lesser extent and in particular in a simple way allows an improved solution in which in particular, the approximation of the turning angle of the wheel unit to the desired ideal value is improved and the inertia of the adjustment of the turning angle of the wheel unit is reduced.
- the present invention solves this problem starting from a landing gear assembly according to the preamble of claim 1 by the features stated in the characterizing part of claim 1. It solves this problem further starting from a method according to the preamble of claim 13 by the features stated in the characterizing part of claim 13.
- the present invention is based on the technical teaching that in generic landing gear arrangements a simple and improved, because less sluggish solution allows when the control device designed in the manner of a switchable freewheel, so admitted in a first switching state turning movements of the wheel unit in a first direction of rotation while turning movements in the be locked in the opposite second direction of rotation substantially. In a second switching state of the control device reversing movements in the second direction of rotation are then allowed conversely, while turning movements are substantially locked in the first direction of rotation.
- the present invention is suitable both for use in the chassis itself between a chassis frame (which in this case forms the vehicle part within the meaning of the present invention) and one or more wheel units, such as wheelsets, etc. It is also suitable for use between a Car body (which in this case forms the vehicle part in the sense of the present invention) and a chassis (which in this case forms the wheel unit in the sense of the present invention), for example a bogie etc.
- this sinusoidal circuit usually requires a turning movement which oscillates around the optimum value that can be achieved with the current track curvature.
- This oscillatory turning movement about the optimum value is usually at a frequency (typically 2 Hz to 10 Hz), which is usually higher than the frequency of the change in the track curvature (typically up to 0.5 Hz), and because of its sinusoidal nature, thus, therefore, because of their gurschwingenden share, of course, no contribution to the adjustment according to the track curvature.
- a further advantage of the solution according to the invention lies in the fact that the additional point energy from the sinusoidal run is utilized in order to "freeze" an overshoot above the optimum value, which would be achievable with the same mechanical boundary conditions with a conventional system.
- the approximation of the turning angle of the wheel unit to a desired ideal value can be improved.
- the invention therefore relates to a chassis, in particular for a rail vehicle, with a vehicle part, in particular a chassis frame or a car body, a wheel unit and a fluidic, in particular hydraulic, actuator assembly, wherein the vehicle part defines a longitudinal direction, a transverse direction and a height direction and is supported on the wheel unit via a spring device, in particular a primary suspension or a secondary suspension.
- the actuator arrangement comprises a first actuator chamber and a second actuator chamber, which are fluidically coupled via a control device.
- the wheel unit is coupled to the vehicle part via the actuator arrangement in such a way that a first fluid flow of a working fluid from the first actuator chamber to the second actuator chamber is generated during a first turning movement of the wheel unit relative to the vehicle part about a turning axis parallel to the height direction via the control device and at a The first turning movement opposite second turning movement of the wheel unit with respect to the vehicle part via the control device, a second fluid flow of the working fluid from the second actuator chamber to the first actuator chamber is generated.
- the control device is embodied as a freewheel device which can be switched over between a first operating mode and a second operating mode, wherein the control device in the first operating mode allows the first fluid flow and at least substantially blocks the second fluid flow and the control device permits the second fluid flow in the second operating mode and the first fluid flow at least essentially locks.
- the first operating mode and the second operating mode may be the only two operating modes of the control device.
- a correspondingly fast switching between the two operating modes could then be provided, for example when driving straight ahead, in order to achieve a stable sinusoidal operation.
- a suitably coordinated chronological sequence of the switching operations that is to say a correspondingly adapted switching frequency, could then be used to influence the characteristics of the sinusoidal waveform, in particular its frequency.
- the sinusoidal run could be adapted to the respective driving speed.
- the control device has a third operating mode, wherein the control device in the third operating mode at least substantially blocks the first fluid flow and the second fluid flow.
- This can be achieved in a simple manner, a chassis configuration with a particularly rigid connection of the wheel unit to the vehicle part. This is in particular when driving straight ahead in terms of driving stability, especially at high speeds, an advantage.
- this third mode of operation can also be used when driving in a full curve (ie a longer track section with constant track curvature), since here too a rigid connection of the wheel unit set or turned to the optimum value that can be achieved is advantageous.
- control device may have a fourth operating mode, wherein the control device in the fourth operating mode allows a bidirectional fluid flow between the first actuator chamber and the second actuator chamber.
- the control device in the fourth operating mode allows a bidirectional fluid flow between the first actuator chamber and the second actuator chamber.
- a configuration with (compared to the third operating mode) reduced rigidity of the connection of the wheel unit to the vehicle part is achieved.
- turning movements are allowed in both directions, as is the case with conventional vehicles.
- this fourth operating mode for example, a driving behavior as in a conventional chassis with passively rotating wheel unit can thus be achieved.
- control device is also designed such that the bidirectional fluid flow has an increased, in particular at least doubled, attenuation relative to the first fluid flow and / or the second fluid flow.
- a corresponding throttle device can be switched or activated in the fluid flow in order to achieve this damping.
- the damping is actively adjustable, for example via a correspondingly actively adjustable throttle device. Due to the increased damping and thus the increased rigidity of the connection of the wheel unit to the vehicle part, an increased driving stability can be achieved at higher driving speeds, for example when driving straight ahead.
- the switching energy and / or the switching signal for switching between the individual operating modes can be provided in any desired manner, in particular via any desired energy source (individually or in any desired combination). In particular, come for this (individually or in any Combination) electrical, electro-mechanical, hydraulic or pneumatic systems into consideration.
- the control device is designed so that it switches automatically in an energy-free state, in particular in an emergency operation in case of failure of an external power supply, in the third operating mode or the fourth operating mode.
- the control device can be designed so that the selection of the third operating mode or the fourth operating mode is made as a function of the current driving state.
- the third operating mode for emergency operation can be selected so as not to jeopardize the driving stability, while in the case of curved travel (at least initially) it is possible to switch to the fourth operating mode.
- control device in the manner of a freewheel can in principle be carried out in any suitable manner, which allows the (switchable) unidirectional release of one of the two fluid streams.
- an active closure element can be provided which only releases the connection between the two actuator chambers as a function of the signals of a corresponding sensor system (acceleration sensors, pressure sensors, etc.) if the fluid flow currently to be released in each case results due to the boundary conditions detected via the sensor system ,
- the control device preferably comprises a switching element and a freewheeling element which has a passage input and a blocking input.
- a fluid flow entering the freewheeling element via the passage inlet is permitted, while a fluid flow entering the freewheeling element via the barrier inlet is substantially blocked.
- the switching element connects the first actuator chamber to the passage input, while it connects the second actuator chamber to the barrier input.
- the switching element then conversely connects the second actuator chamber with the passage inlet and the first actuator chamber with the lock input.
- the fluidic freewheel can be realized in a particularly simple manner with conventional, simple components.
- the switching element can separate the first actuator chamber and the second actuator chamber from the freewheel element in a third operating mode. With this, the above-described operation in the third operation mode can be easily realized.
- the switching element in a fourth operating mode, the first actuator chamber and the second actuator chamber connect bidirectionally. This can be realized in a simple manner, the above-described operation in the fourth mode of operation.
- the fluidic freewheeling element can in principle be designed in any suitable manner.
- the freewheeling element is designed as a valve device with a passage direction and a locking direction.
- a particularly simple and inexpensive configuration results when the freewheeling element is designed in the manner of a check valve.
- the check valve may be formed as a biased check valve to achieve a certain damping of the fluid flow in the forward direction.
- the bias of the check valve and / or a passage cross section of the freewheeling element for adjusting a damping of a transmitted in the passage direction fluid flow is adjustable. This can optionally be an actively tuned to the current driving situation behavior of the chassis, in particular the rigidity of the connection of the wheel unit to the vehicle part can be achieved.
- the switching element can in principle be designed in any suitable manner designed as a fluidic switching element, which allows the switching between the individual operating modes.
- the switching element can be designed as a simple, correspondingly switchable valve device.
- the switching element in the manner of a 4/3-way valve or a 4/4-way valve is formed, wherein the switching element in an energy-free state, in particular an emergency operation in case of failure of an external power supply, preferably automatically in the third mode of operation or the fourth operating mode switches.
- the switching element may for this purpose have a switching spring device, which switches the switching element in the de-energized state in the third operating mode or the fourth operating mode.
- the actuator arrangement can act between any suitable components of the relevant wheel unit and the vehicle part.
- the actuator assembly comprises an actuator unit, which is arranged between the wheel unit and the vehicle part such that it undergoes a deflection in the first turning movement and the second turning movement, wherein the first actuator chamber and the second actuator chamber are working spaces of the same actuator unit.
- the freewheel is thus realized directly on an actuator, so that this design is suitable for example for a separate control of individual actuator units in the chassis.
- actuator units on both chassis sides of a wheel unit can also be controlled in a coordinated manner, as are actuator units that are assigned to different wheel units (the same or different chassis sides).
- the wheel units can be controlled coordinated in chassis with single wheels.
- the two work spaces are preferably arranged on mutually remote sides of a trained for force and / or torque transmission movable interface element of the actuator. This results in particularly easy-to-implement structures.
- the actuator arrangement preferably has a first actuator unit and a second actuator unit.
- the first actuator unit is arranged between a first component of the wheel unit, in particular a wheel bearing unit of the wheel unit, and the vehicle part such that it experiences a specific deflection during the first turning movement and the second turning movement.
- the second actuator unit which is arranged between a second component of the wheel unit, in particular a wheel bearing unit of the wheel unit, and the vehicle part, that it also undergoes a certain deflection during the first turning movement and the second turning movement.
- the first actuator chamber is a working space of the first actuator unit
- the second actuator chamber is a working space of the second actuator unit.
- the first actuator chamber and the second actuator chamber are arranged such that an emptying of the first actuator chamber and a filling of the second actuator chamber supports the same turning movement of the wheel unit.
- the wheel unit is a first wheel unit, wherein the vehicle part is then supported on a further, second wheel unit and the actuator assembly, a first actuator and a second actuator having.
- the first actuator unit is thus between a component of the first wheel unit, in particular a wheel bearing unit of first wheel unit, and arranged the vehicle part, that in turn undergoes a certain deflection in the first turning movement and the second turning movement.
- the second actuator unit is arranged between a component of the second wheel unit, in particular a wheel bearing unit of the second wheel unit, and the vehicle part such that it also experiences a specific deflection during a turning movement of the second wheel unit.
- the first actuator chamber is a working space of the first actuator unit
- the second actuator chamber is a working space of the second actuator unit.
- the first actuator chamber and the second actuator chamber are arranged in this design such that an emptying of the first actuator chamber and a filling of the second actuator chamber supports opposite turning movements of the first wheel unit and the second wheel unit.
- a coupling of the two wheel units is realized, which causes an opposite rotation of the wheel units when traveling on a curved path, as is generally desired for particularly curve-friendly running gears.
- the actuator assembly may comprise at least one actuator unit having at least one working space, wherein the actuator unit comprises at least one piston-cylinder arrangement, which is designed in particular in the manner of a double-acting piston-cylinder arrangement. This makes it possible to achieve particularly simple actuator arrangements using conventional standard components.
- the actuator arrangement may comprise at least one actuator unit having at least one working space, wherein the actuator unit comprises at least one elastic chamber element and an interface element.
- the elastic chamber element delimits at least the first actuator chamber, which can be filled with a working medium under an elastic deformation of the chamber element and a displacement of the interface element.
- Such actuator units are for example basically from the EP 1 457 706 A1 or the EP 1 457 707 A1 known.
- the switching between the individual operating modes can in principle take place in any suitable manner, which enables a switching adapted to the current driving state. In this case, any suitable variables can be taken into account, which allow appropriate conclusions to relevant parameters or variables that describe the current driving state sufficiently accurately.
- the control device is designed to switch between different operating modes depending on a control command of a higher-level control unit.
- the higher-level control unit may include its own sensors. Additionally or alternatively, the higher-level control unit can either itself be part of a higher-level vehicle control or receive corresponding commands and / or information for further processing from this corresponding extent.
- the higher-level control unit is in particular designed to generate the control command as a function of a current value and / or the current time change of at least one actual or predefined driving state variable, in particular a curvature of a traveled track, a driving speed or an acceleration.
- a traction power and / or braking power currently applied and / or to be applied to the respective wheel unit can be taken into account. This is particularly advantageous if there is no fluidic forced coupling of different actuator units (the same wheel unit or different wheel units) via the control device.
- the higher-level control unit comprises a device for determining the current curvature of a track being traveled, which typically represents a particularly important influencing variable for the switching operation.
- a device for determining the current curvature of a track being traveled typically represents a particularly important influencing variable for the switching operation.
- any suitable devices in particular gyroscopic sensors or the like, can be used to determine the current track curvature.
- a suitable vibration monitoring or vibration analysis of the turning movement of the wheel unit in question can be made and the switching so carried out that the low-frequency component (for example, below 2 Hz, preferably below 1 Hz, more preferably below 0.5 Hz) of the turning movement, which results from the so-called quasi-static, corresponding to the current track curvature turning of the wheel unit, is controlled to zero.
- the low-frequency component for example, below 2 Hz, preferably below 1 Hz, more preferably below 0.5 Hz
- the higher-level control unit is configured to detect in a travel condition determination whether a currently traveled travel path section is a straight travel section, a full-arch section with a substantially constant radius of curvature, or a transition arc section with changing Radius of curvature is.
- the higher-order control unit is designed to generate corresponding control commands for the control device as a function of a result of the travel route state determination.
- the higher-level control unit in the case of determining a transition arc section, the higher-level control unit generates a first control command for the control device, wherein the first control command preferably comprises direction information about the direction of the path curvature.
- the higher-level control unit In the case of the determination of a straight section and / or a full-arc section, the higher-level control unit generates a second control command for the control device.
- control device is designed to switch to the first operating mode or the second operating mode as a function of the first control command and the direction information.
- control device is designed to switch in response to the second control command in a third operating mode, in which the control device at least substantially blocks the first fluid flow and the second fluid flow.
- the present invention further relates to a vehicle, in particular a rail vehicle, with a chassis arrangement according to the invention.
- a vehicle in particular, several, possibly even all running gears can be designed according to the invention and, in particular, can be controlled centrally by a superordinate vehicle control.
- track data stored in particular in the higher-level vehicle control (such as, for example, the track curvature) of the route currently being traveled can be used, in which case of course a corresponding device is provided for detecting the current position of the vehicle.
- the invention relates to a method for influencing a turning movement of a wheel unit of a chassis assembly, in particular a rail vehicle, with respect to a vehicle part, in particular with respect to a chassis frame or with respect to a car body, which defines a longitudinal direction, a transverse direction and a height direction and a spring device, in particular a primary suspension or a secondary suspension supported on the wheel unit.
- a first fluid flow of a working fluid from a first actuator chamber of an actuator assembly to a second actuator chamber of the actuator assembly generates at a first turning movement of the wheel unit relative to the vehicle part about a turning axis parallel to the height direction.
- a second fluid flow of the working fluid is generated by the second actuator chamber to the first actuator chamber.
- the first fluid flow is permitted in the manner of a freewheel and the second fluid flow is at least substantially blocked.
- the second fluid flow is permitted in the manner of a freewheel and the first fluid flow is at least substantially blocked.
- the first fluid flow and the second fluid flow are at least substantially blocked.
- a bidirectional fluid flow between the first actuator chamber and the second actuator chamber is permitted, wherein the bidirectional fluid flow in particular has an increased, in particular at least doubled, damping compared with the first fluid flow and / or the second fluid flow.
- an energy-free state in particular an emergency operation in case of failure of an external power supply, can be switched automatically in the third operating mode or the fourth operating mode.
- the first actuator chamber and the second actuator chamber are working spaces of an actuator unit, which experiences a deflection during the first turning movement and the second turning movement.
- the first actuator chamber is a working space of a first actuator unit connected to a first component wheel unit and the second actuator chamber is a working space of a second actuator unit connected to a second component of the wheel unit an emptying of the first actuator chamber and a filling of the second actuator chamber supports the same turning movement of the wheel unit.
- the first actuator chamber is a working space of a first actuator unit which is connected to a first wheel unit of the chassis assembly
- the second actuator chamber is a working space a second actuator unit, which is connected to a second wheel unit of the chassis assembly, wherein an emptying of the first actuator chamber and a filling of the second actuator chamber supports opposite turning movements of the first wheel unit and the second wheel unit.
- a function of a control command of a higher-level control unit switches between different operating modes.
- the higher-level control unit can generate the control command as a function of a current value and / or the current time change of at least one actual or predefined driving state variable, in particular a curvature of a traveled track, a driving speed or an acceleration.
- a travel condition determination it can be detected whether a currently traveled travel path section is a straight travel section, a full-arch section with a substantially constant radius of curvature, or a transition arc section with a varying radius of curvature.
- the vehicle 101 comprises a car body 102, which is supported in the region of both ends in a conventional manner in each case on a chassis arrangement according to the invention in the form of a bogie 103 with two wheel units in the form of a first gearset 104.1 and a second gearset 104.2. It is understood, however, that the present invention may be used in conjunction with other configurations in which the body is supported only directly on a chassis. Likewise, other wheel units, such as pairs of wheels or even single wheels, may be provided instead of wheelsets.
- a vehicle coordinate system x, y, z (given by the wheel-uplift plane of the bogie 103) is indicated, in which the x-coordinate is the vehicle longitudinal direction, the y-coordinate is the vehicle transverse direction, and the z-coordinate indicate the vehicle height direction of the rail vehicle 101.
- the respective bogie 103 comprises a chassis frame in the form of a substantially H-shaped bogie frame 105, which here represents a vehicle part in the context of the present invention and is supported via a spring device in the form of a primary suspension 106 on the Radsatzlagergephinen 107 of the wheelsets 104.1 and 104.2
- FIG. 2 acts between the wheelsets 104.1 and 104.2 and the bogie frame 105, a fluidic actuator assembly 108.
- the actuator assembly 108 includes four fluidic actuator units in the form of hydraulic cylinders 109, wherein each one hydraulic cylinder 109 hingedly connected between one of the wheelset bearing housing 107 and the bogie frame 105 is.
- the respective actuator unit 109 thus experiences a first turning movement of the associated wheelset 104.1 or 104.2 relative to the chassis frame 105 about a to the height direction (z-direction) parallel turning axis (as in FIG. 2 is shown) a certain first deflection in the vehicle longitudinal direction.
- the respective actuator unit 109 then undergoes natural one of the first deflection in the vehicle longitudinal direction opposite second deflection.
- the actuator units 109 are arranged so that their effective direction in the in FIG. 2 by the dashed contour 110 indicated neutral position (in the straight plane track) substantially parallel to the vehicle longitudinal direction (x-direction) extends.
- a different design and / or arrangement and / or effective direction of the actuator units may be provided.
- rotary actuator units can be used which directly provide a rotational movement or a torque.
- gears between the actuator and the associated wheelset can be switched, which provide a corresponding motion ratio and power ratio.
- any other point of application of the respective actuator unit may be selected on the bogie frame and / or the wheel unit.
- the actuator unit 109 is each designed as a double-acting cylinder with a first actuator chamber 109.1 and a second actuator chamber 109.2, which form the working spaces on both sides of a piston 109.3.
- the piston 109.3 together with a piston rod 109.4 a movable interface element, via which the hydraulic cylinder 109 is pivotally connected to the associated Radsatzlagergephinuse 107.
- the actuator unit 109 may comprise at least one elastic chamber element and an interface element, as basically shown in FIG EP 1 457 706 A1 or the EP 1 457 707 A1 known.
- the example associated with the chassis frame elastic chamber element then limits the two actuator chambers 109.1 and 109.2, the can be filled with a working medium under an elastic deformation of the chamber element and a displacement of the interface element connected to the wheel unit.
- the actuator assembly 108 further comprises a control device 111, wherein in the present example each actuator unit 109 is assigned a control unit 111.1 of the control device 111, by means of which the first actuator chamber 109.1 and the second actuator chamber 109.2 of the associated actuator unit 109 are fluidically coupled.
- the control unit 111.1 couples the first actuator chamber 109.1 and the second actuator chamber 109.2 such that in a first operating mode BM1 of the control device 111, as shown in FIG. 3 1, a first fluid flow FS1 of a working fluid from the first actuator chamber 109.1 to the second actuator chamber 109.2 is permitted, while an opposite second fluid flow FS2 of the working fluid is at least substantially blocked by the second actuator chamber 109.2 to the first actuator chamber 109.1.
- the control unit 111.1 allows the second fluid flow FS2 while at least substantially blocking the first fluid flow FS1. Accordingly, in the second operating mode BM2 only retraction of the interface element 109.3, 109.4 in the second direction R2 is possible, while now an extension of the interface element 109.3, 109.4 in the first direction R1 is prevented.
- control device 111 is designed in the manner of a switchable fluidic freewheel, which in each switching state permits a fluid flow in a first direction (dependent on the switching state) while at least substantially blocking a fluid flow in an opposite second direction.
- the actuator units 109 assigned to the second gear set 104.2 can be controlled in such a coordinated manner that they can only execute a turning movement in the second rotational direction DR2, while the turning movement in the first rotational direction DR1 is prevented.
- control device 111 further has a third operating mode BM3 in which the control unit 111.1 at least substantially blocks the first fluid flow FS1 and the second fluid flow FS2.
- a blocking of the two fluid streams FS1 and FS2 makes it possible, for example when driving straight or in full arch (with constant track curvature), to stiffen the connection of the respective wheel set 104.1 or 104.2 to the bogie frame 105, which is not least with regard to the driving dynamics at high Driving speeds is beneficial.
- the substantially complete blockage of a fluid flow in the sense of the present invention should include states in which smaller leakage flows flow in the reverse direction. All that is essential is that under the dynamic conditions during operation of the vehicle 101 in the respective operating mode, no appreciable return movements in the reverse direction occur at the wheel unit.
- control device 111 is designed such that it switches in the respectively suitable operating mode BM1 to BM3 as a function of the current driving state of the vehicle.
- any suitable variables can be taken into account, which corresponding Allow conclusions to be drawn about relevant parameters or variables which describe the current driving condition with sufficient accuracy.
- control device 111 With the described design of the control device 111, it is possible, in particular in the region of a transitional arc, for the energy of the higher-frequency sinusoidal run of the respective wheelset 104.1, 104.2 for setting the respective wheelset 104.1, 104.2 corresponding to the track curvature K (ie, for example, a bend-radial adjustment). to use.
- the design of the control device 111 in the manner of a freewheel advantageously only in the currently desired or required adjustment direction taking place (possibly over the achievable with conventional designs optimum value) proportion of the Sinuslauf resulting turning movement allowed, while the back swing is at least substantially prevented.
- a further advantage of the solution according to the invention is that the additional point energy from the sinusoidal run of the respective wheel set 104.1, 104.2 is used in order to "freeze” an overshoot over the optimum value achievable with conventional designs (with the same mechanical boundary conditions).
- the approximation of the turning angle of the wheel sets 104.1, 104.2 to a desired ideal value can be improved in an advantageous manner.
- control device 111 is designed to switch between the different operating modes depending on a control command SB of a higher-level control unit 112.
- the higher-level control unit may include its own sensor 113. Additionally or alternatively, the higher-level control unit can either itself be part of a higher-level vehicle control or receive corresponding commands and / or information for further processing from this corresponding extent.
- the higher-level control unit 112 is designed to generate the control command SB as a function of a current value and / or the current time change of at least one actual or predefined driving state variable.
- This driving state variable may be, for example, the curvature K act on the busy track section.
- the driving speed and / or an acceleration of the vehicle 101 or of individual components of the vehicle 101, in particular of the chassis 103 can be used as such driving state variable.
- a traction power and / or braking power currently applied and / or applied to the respective wheel set 104.1 or 104.2 can be taken into account. This is particularly advantageous in the present example in that no fluidic forced coupling of the individual actuator units 109 is present.
- the sensor 113 of the higher-level control unit 112 in the present example comprises a device for determining the current curvature K of the track being traveled, which typically represents a particularly important influencing variable for the switching operation.
- any suitable devices in particular gyroscopic sensors or the like, can be used in a conventional manner in order to determine the current track curvature K.
- a suitable vibration monitoring or vibration analysis of the turning movement of the respective wheelset 104.1, 104.2 be made and the switching between the first operating mode BM1 and the second operating mode BM2 done such that the low-frequency component (for example, below 2 Hz, preferably below 1 Hz, more preferably below 0.5 Hz) of the turning movement resulting from the so-called quasi-static turning of the respective wheel set 104.1, 104.2 corresponding to the current track curvature is controlled to zero.
- the low-frequency component for example, below 2 Hz, preferably below 1 Hz, more preferably below 0.5 Hz
- the higher-level control unit 112 is designed to detect in a travel condition determination whether a currently traveled travel path section is a straight travel section, a full-arc section or a transition arc section. The higher-level control unit 112 then generates corresponding control commands SB for the control device 111 depending on a result of the travel state determination.
- the higher-level control unit 112 in the case of determining a transition arc section, the higher-level control unit 112 generates a first control command SB1 for the control device 111, which provides direction information about the direction of the travel curvature includes.
- the higher-order control unit 112 in the case of the determination of a straight section and / or a full-arc section, the higher-order control unit 112 generates a second control command SB2 for the control device 111.
- the individual control units 111.1 of the control device 111 then switch into the first operating mode or the second operating mode as a function of the first control command SB1 and the direction information contained therein. It should be noted that in the present example the actuation of the individual control units 111.1 takes place such that the two control units 111.1 switch on the one landing gear side into the first operating mode BM1, while the two control units 111.1 switch on the other running gear side into the second operating mode BM2 and vice versa , As a result, an opposing coupling of the turning movements of the two sets of wheels 104.1 and 104.2 is achieved by signal engineering or control technology, as it is desirable for a good sheet travel. On the other hand, if the control device 111 receives the second control command SB2, it switches to the third operating mode BM3 described above.
- an advantageous differentiation of the control of the actuator units 109 is thus carried out in accordance with these three types of track sections (straight track, transition curve, full arch) and thus a suitable adaptation of the chassis characteristic (in particular the stiffness characteristic of the connection of the wheelsets 104.1 and 104.2 on the chassis frame 105).
- the purely signaling or control technology coupling of the turning movements of the two wheelsets 104.1 and 104.2 has the advantage that it can be realized in a particularly simple and space-saving.
- control unit 111.1 of the control device 111 comprises a switching element in the form of an electrically controllable 4/3-way valve 111.2 and a freewheeling element in the form of a check valve 111.3.
- the check valve 111.3 has a passage 111.4 and a blocking input 111.5 in a conventional manner. In this case, a fluid flow entering the check valve 111.3 via the passage inlet 111.4 is permitted, while a fluid flow entering the check valve 111.3 via the lock input 111.5 is essentially blocked.
- the switching element 111.2 is driven by the higher-level control unit 112 so that in the first operating mode BM1 (FIG. FIG. 3 ) connects the first actuator chamber 109.1 with the passage entrance 111.4 while connecting the second actuator chamber 109.2 with the lock entrance 111.5.
- the second operating mode BM2 FIG. 4
- the fluidic freewheel in the present example is realized in a particularly simple manner with conventional, simple components.
- the switching element 111.2 is further controlled by the higher-level control unit 112 so that in the third operating mode BM3 (FIG. FIG. 5 ) separates the first actuator chamber 109.1 and the second actuator chamber 109.2 of the check valve 109.3 and thus prevents both fluid flows FS1 and FS2.
- BM3 FIG. FIG. 5
- the check valve 111.3 is designed in the present example as a check valve provided with a bias, whereby a predetermined damping D of the fluid flow in the passage direction can be achieved.
- the bias of the check valve 111.3 and / or a passage cross section of the check valve for adjusting the damping D of the transmitted fluid flow can be actively adjusted by the higher-level control unit 112 to an actively tuned to the current driving situation behavior of the chassis 103, in particular a tuned stiffness of the connection the wheelsets 104.1 and 104.2 on the chassis frame 105 to achieve.
- the control device 111 more precisely the respective switching element 111.2, designed so that in an energy-less state, especially in an emergency operation in case of failure of an external power supply, is automatically switched to the third operating mode BM3.
- the switching element 111.2 comprises a switching spring device 111.6, which moves the switching element 111.2 into the switching position in the de-energized state, which corresponds to the third operating mode BM3 ( FIG. 5 ).
- the respective actuator unit 109 together with the associated control device 111 is preferably designed as a spatially compact component, since hereby a particularly space-saving configuration can be achieved. Incidentally, this is of course not only true for a piston-cylinder arrangement, as is implemented in the actuator units 109, but independent of the specific design or the operating principle of the actuator.
- FIGS. 1 to 6 a further preferred embodiment of the rail vehicle 101 according to the invention with a second preferred embodiment of the chassis assembly according to the invention in the form a chassis 203 described.
- the chassis 203 may replace the chassis 103 in the vehicle 101.
- the chassis 203 is similar in its basic function and its basic structure of the chassis 103, so that only the differences should be discussed here.
- similar components are provided with reference numerals increased by 100, while identical components are provided with identical reference numerals. Unless otherwise stated below, reference is made expressly to the above statements with regard to the features and properties of these components.
- the only difference of the chassis 203 to the chassis 103 is the design of the respective control unit 211.1 of the control device 211, more precisely the design of the switching element 211.2 of the control unit 211.1.
- the switching element 211.2 is formed in the present example as an electrically controllable 4/4 way valve, which is compared to the switching element 111.2 extended only by a further switching position, which corresponds to a fourth operating mode BM4.
- the switching element 211.2 allows a bidirectional fluid flow between the first actuator chamber 109.1 and the second actuator chamber 109.2. In such a case, therefore, a configuration with (compared to the third operating mode BM3) reduced rigidity of the connection of the respective wheel set 104.1 and 104.2 to the chassis frame 105 is achieved. Consequently, therefore, in the fourth operating mode BM4, turning movements in both rotational directions DR1 and DR2 are permitted, as is the case with conventional vehicles. In this fourth operating mode BM4, a driving behavior can thus be achieved, as in a conventional chassis with passively rotating wheelsets 104.1 and 104.2.
- the switching element 211.2 is designed so that the bidirectional fluid flow in the fourth operating mode BM4 an increased compared to the first fluid flow FS1 and the second fluid flow FS2, namely doubled, damping D learns.
- a corresponding throttle device 211.7 is connected in the bidirectional fluid flow.
- the damping D is actively adjustable, for example by the throttle device 211.7 being actively activated by the higher-level control unit 112. Due to the increased damping D and thus the increased rigidity of the connection of the wheel sets 104.1 and 104.2 on the chassis frame 105, for example when driving straight ahead increased driving stability can be achieved at higher driving speeds.
- the control device 211 is designed so that it automatically switches to the fourth operating mode BM4 in an energy-free state, in particular in an emergency operation in the event of an external power supply failure.
- This has the advantage that through the increased damping D and thus the increased rigidity of the connection of the wheelsets 104.1 and 104.2 on the chassis frame 105 in an emergency operation when driving straight ahead increased driving stability is achieved at higher speeds, while still still a (if also slower) passive turning of the wheelsets 104.1 and 104.2 is achieved at Bogenfahrt.
- FIGS. 1 to 5 and 7 a further preferred embodiment of the rail vehicle 101 according to the invention with a further preferred embodiment of the chassis assembly according to the invention in the form of a chassis 303 described.
- the landing gear 303 may replace the landing gear 103 in the vehicle 101.
- the chassis 303 is similar in its basic function and its basic structure of the chassis 103, so that only the differences should be discussed here.
- similar components are provided with reference numerals increased by the value 200, while identical components are provided with identical reference numerals. Unless otherwise stated below, reference is made expressly to the above statements with regard to the features and properties of these components.
- the essential difference between the chassis 303 and the chassis 103 is (with regard to the actuator units 109) identical design and arrangement of the actuator units 309.5 to 309.8 only in the coupling of the actuator units 309.5 to 309.8 via the control device 311.
- the two Actuator 309.5 and 309.6 or 309.7 and 309.8 of the respective wheelset 104.1 and 104.2 via a switching element 311.2 of the (otherwise identical to the switching unit 111.1 constructed) switching unit 311.1 fluidly positively coupled, while the two (in FIG.
- wheelsets 104.1 and 104.2 are positively coupled via a (typically rigid) mechanical connection of the associated switching elements 311.2 so that the two sets of wheels 104.1 and 104.2 perform in the first operating mode BM1 and the second operating mode BM2 each mutually opposite turning movements.
- the first actuator chamber 309.1 of the first actuator unit 309.5 is fluidically coupled via the associated switching element 311.2 to the second actuator chamber 309.2 of the second actuator unit 309.6.
- first actuator chamber 309.1 of the first actuator unit 309.5 and the second actuator chamber 309.2 of the second actuator unit 309.6 are arranged such that a draining of the first actuator chamber 309.1 of the first actuator unit 309.5 and a filling of the second actuator chamber 309.2 of the second actuator unit 309.6 the same turning movement of the first gear 104.1 supported.
- the first actuator chamber 309.1 of the third actuator unit 309.7 is fluidically coupled to the second actuator chamber 309.2 of the fourth actuator unit 309.8 via the associated switching element 311.2.
- first actuator chamber 309.1 of the third actuator unit 309.7 and the second actuator chamber 309.2 of the fourth actuator unit 309.6 are arranged such that a draining of the first actuator chamber 309.1 of the third actuator unit 309.7 and a filling of the second actuator chamber 309.2 of the fourth actuator unit 309.8 the same turning movement of the second gear 104.2 supported.
- the respective compensation coupling 311.8 may be provided in the present example for adjusting the damping D of the system with a throttle device 311.9, which is connected in the bidirectional fluid flow. It can be provided that the damping D is actively adjustable, for example by the throttle device 311.9 active by the Parent control unit 112 is controlled. As a result, it is possible (in the simple manner already described above) to actively influence the chassis characteristic, in particular the rigidity of the connection of the wheel sets 104.1 and 104.2 to the chassis frame 105.
- Switching between the operating modes BM1 to BM3 is carried out as in the previous embodiments as a function of the control commands of the higher-level control unit 112.
- the higher-level control unit 112 again detects in a travel condition determination whether a currently traveled travel path section is a straight stretch section, a full-arc section or a transition arc section.
- the higher-level control unit 112 then generates the first control command SB1 in the manner described above in the case of a transition arc section, or the second control command SB2 for the control device 311 in the case of a straight section and / or a full-arc section.
- the coupled control units 311.1 of the control device 311 then switch to the first operating mode BM1 in dependence on the first control command SB1 and the direction information contained therein (as shown in FIG FIG. 7 indicated by the dashed contour 310.1) or the second operating mode BM2 (as shown in FIG FIG. 7 is indicated by the dash-dotted contour 310.2), in which the respective wheelset 104.1 or 104.2 executes a turning movement opposite to the first operating mode BM1.
- the third operating mode BM3 is switched, in which the two wheelsets 104.1 and 104.2 are finally locked in their current position with comparatively high rigidity.
- FIGS. 1 to 5 and 8th a further preferred embodiment of the rail vehicle 101 according to the invention with a further preferred embodiment of the chassis assembly according to the invention in the form of a chassis 403 described.
- the landing gear 403 may replace the landing gear 103 in the vehicle 101.
- the chassis 403 is similar in its basic function and its basic structure of the chassis 103, so that only the differences should be discussed here.
- similar components are provided with reference numerals increased by the value 300, while identical components are provided with identical reference numerals. Unless otherwise stated below, reference is made expressly to the above statements with regard to the features and properties of these components.
- the one the two actuator units 409.5 and 409.6 of the first set of wheels 104.1 respectively with the arranged on the opposite side chassis actuator 409.7 or 409.8 of the second set 104.2 via a switching element 411.2 (otherwise identical to the switching unit 111.1 built) switching unit 411.1 fluidly and via a (typically rigid ) mechanical connection of the associated switching elements 411.2 are also forcibly coupled control technology such that the two wheelsets 104.1 and 104.2 in the first operating mode BM1 and the second operating mode BM2 each perform mutually opposite turning movements.
- the first actuator chamber 409.1 of the first actuator unit 409.5 is fluidically coupled via the associated switching element 411.2 to the second actuator chamber 409.2 of the fourth actuator unit 409.8.
- the first actuator chamber 409.1 of the first actuator unit 409.5 and the second actuator chamber 409.2 of the fourth actuator unit 409.8 are arranged in this design such that emptying the first actuator chamber 409.1 of the first actuator unit 409.5 and filling the second actuator chamber 409.2 of the fourth actuator unit 409.8 opposite turning movements of the first Support wheelset 104.1 and the second gear 104.2.
- a coupling of the two sets of wheels 104.1 and 104.2 is realized, which causes an opposite rotation of the wheelsets 104.1 and 104.2 when traveling on a curved path, as is generally desired for particularly bow-friendly chassis.
- first actuator chamber 409.1 of the third actuator unit 409.7 is fluidically coupled to the second actuator chamber 409.2 of the second actuator unit 409.6 via an associated switching element 411.2.
- the first actuator chamber 409.1 of the third actuator unit 409.7 and the second actuator chamber 409.2 of the second actuator unit 409.6 are arranged in this design such that an emptying of the first actuator chamber 409.1 of the third actuator unit 409.7 and a filling of the second actuator chamber 409.2 of the second actuator unit 409.6 opposite reciprocating movements of the first Wheelset 104.1 and the second Support wheelset 104.2.
- a coupling of the two sets of wheels 104.1 and 104.2 is realized, which causes an opposite turning out of the wheelsets 104.1 and 104.2 at Bogenfahrt.
- the respective compensation coupling 411.8 can be provided in the present example for adjusting the damping D of the system with a throttle device 411.9, which is connected in the bidirectional fluid flow. It can be provided that the damping D is actively adjustable, for example by the throttle device 411.9 being actively activated by the higher-level control unit 112. As a result, it is possible (in the simple manner already described above) to actively influence the chassis characteristic, in particular the rigidity of the connection of the wheel sets 104.1 and 104.2 to the chassis frame 105.
- Switching between the operating modes BM1 to BM3 is carried out as in the previous embodiments as a function of the control commands of the higher-level control unit 112.
- the higher-level control unit 112 again detects in a travel condition determination whether a currently traveled travel path section is a straight stretch section, a full-arc section or a transition arc section.
- the higher-level control unit 112 then generates the first control command SB1 in the manner described above in the case of a transition arc section, or the second control command SB2 for the control device 411 in the case of a straight section and / or a full-arc section.
- the coupled control units 411, 1 of the control device 411 then switch to the first operating mode BM1 in dependence on the first control command SB1 and the direction information contained therein (as shown in FIG FIG. 8 indicated by the dashed contour 410.1) or the second operating mode BM2 (as shown in FIG FIG. 8 is indicated by the dash-dotted contour 410.2), in which the respective wheelset 104.1 or 104.2 executes a turning movement opposite to the first operating mode BM1.
- the third operating mode BM3 is switched, in which the two wheelsets 104.1 and 104.2 are finally locked in their current position with comparatively high rigidity.
- FIG. 9 shows a variant of the design FIG. 8 in which the coupling between the first actuator chamber 409.1 of the third actuator unit 409.7 and the second actuator chamber 409.2 of the second actuator unit 409.6 is realized by a permanent direct fluidic compensation coupling 411.9, which allows a bidirectional fluid flow between these two actuator chambers.
- a permanent direct fluidic compensation coupling 411.9 which allows a bidirectional fluid flow between these two actuator chambers.
- FIG. 10 finally shows a variant of the design FIG. 9 in which the switching element 411.2 is replaced by a switching element 211.1, as in connection with the design of FIG. 6 has been described. Accordingly, in this variant of the undercarriage 403, a solution with four operating modes BM1 to BM4 is realized, as in connection with the design of FIG. 6 has been described.
- FIGS. 1 to 5 and 11 Another preferred embodiment of the rail vehicle 501 according to the invention with a further preferred embodiment of the chassis assembly according to the invention described with trolleys 503.
- the trolleys 503 may replace the trolleys 103 in the vehicle 101.
- the chassis 503 is similar in its basic function and its basic structure of the chassis 103, so that only the differences should be discussed here.
- similar components are provided with reference numerals increased by the value 400, while identical components are provided with identical reference numerals. Unless otherwise stated below, reference is made expressly to the above statements with regard to the features and properties of these components.
- each of the car body 102 which in this case forms a vehicle part within the meaning of the present invention
- the chassis frame 105 of the two trolleys 503 acts (in the present Case each form a wheel unit in the sense of the present invention).
- FIG. 11 acts between the bogie frame 105 and the car body 102 on each chassis side in each case an actuator unit 109, as described in detail in connection with the first embodiment.
- the respective actuator unit 109 experiences a specific first deflection in the vehicle longitudinal direction with respect to the vehicle body 102 about a turning axis parallel to the height direction (z direction) during a first turning movement of the associated chassis 503.
- the respective actuator unit 109 then of course undergoes one of the first deflection in the vehicle longitudinal direction opposite second deflection.
- the actuator units 109 are arranged so that their effective direction in the in FIG. 2 by the dashed contour 110 indicated neutral position (in the straight plane track) substantially parallel to the vehicle longitudinal direction (x-direction) extends.
- a different design and / or arrangement and / or effective direction of the actuator units may be provided.
- rotary actuator units can be used which directly provide a rotational movement or a torque.
- gears between the actuator and the associated wheelset can be switched, which provide a corresponding motion ratio and power ratio.
- any other point of application of the respective actuator unit may be selected on the bogie frame and / or the wheel unit.
- the actuator assembly 508 further comprises a controller 111, as described in detail above in connection with the first embodiment.
- each actuator unit 109 is assigned a control unit 111.1 of the control device 111, by means of which the first actuator chamber 109.1 and the second actuator chamber 109.2 of the associated actuator unit 109 are fluidically coupled in the manner described above.
- control device 111 is also designed in the manner of a switchable fluidic freewheel in the vehicle 501, which in each switching state permits a fluid flow in a first direction (dependent on the switching state), while at least substantially blocking a fluid flow in an opposite second direction ,
- control device 111 can again have the described third operating mode BM3, in which the control unit 111.1 at least substantially blocks the first fluid flow FS1 and the second fluid flow FS2.
- the control unit 111.1 at least substantially blocks the first fluid flow FS1 and the second fluid flow FS2.
- control device 111 is again embodied such that, as a function of the control commands SB of the superordinate control unit 112, in particular as a function of the current driving state of the vehicle 501, it switches into the respective suitable operating modes BM1 to BM3, as described above has already been described in detail with the first embodiment.
- the control device 111 according to the three track section types (straight line, transitional arch, Full curve) made an advantageous differentiation of the control of the actuator units 109 and thus achieves a suitable adaptation of the chassis characteristic.
- actuator units 109 in turn also a fluidic connection can be provided, as described above in connection with the FIGS. 7 to 10 has been described. It is equally understood that the respective chassis 503 can additionally be provided with one of the actuator units 108, 208, 308 or 408 described above in connection with the other exemplary embodiments.
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrwerksanordnung für ein Schienenfahrzeug, mit einem Fahrzeugteil, insbesondere einem Fahrwerksrahmen oder einem Wagenkasten, einer Radeinheit und einer fluidischen, insbesondere hydraulischen, Aktuatoranordnung, wobei der Fahrzeugteil eine Längsrichtung, eine Querrichtung und eine Höhenrichtung definiert sowie über eine Federeinrichtung, insbesondere eine Primärfederung, auf der Radeinheit abgestützt ist. Die Aktuatoranordnung umfasst eine erste Aktuatorkammer und eine zweite Aktuatorkammer, welche über eine Steuereinrichtung fluidisch gekoppelt sind. Die Radeinheit ist über die Aktuatoranordnung derart mit dem Fahrzeugteil gekoppelt, dass bei einer ersten Wendebewegung der Radeinheit bezüglich des Fahrzeugteils um eine zu der Höhenrichtung parallele Wendeachse über die Steuereinrichtung ein erster Fluidstrom eines Arbeitsfluids von der ersten Aktuatorkammer zu der zweiten Aktuatorkammer erzeugt wird und bei einer der ersten Wendebewegung entgegengesetzten zweiten Wendebewegung der Radeinheit bezüglich des Fahrzeugteils über die Steuereinrichtung ein zweiter Fluidstrom des Arbeitsfluids von der zweiten Aktuatorkammer zu der ersten Aktuatorkammer erzeugt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Schienenfahrzeug mit einem solchen Fahrwerk sowie ein Verfahren zum Beeinflussen einer Wendebewegung einer Radeinheit eines Fahrwerks bezüglich eines Fahrzeugteils.
- Bei spurgeführten Fahrzeugen, insbesondere modernen Schienenfahrzeugen mit vergleichsweise hohen Fahrgeschwindigkeiten, besteht eine Herausforderung darin, einen zumindest akzeptablen Kompromiss zwischen der so genannten Gleisfreundlichkeit und der Stabilität bei hoher Geschwindigkeit zu erzielen. Während eine möglichst starre Anbindung der Radeinheiten am Fahrwerksrahmen zu einem Fahrverhalten mit hoher Fahrstabilität bei hohen Fahrgeschwindigkeiten im geraden Gleis führt, mithin also höhere Fahrgeschwindigkeiten erlaubt, bringt eine solche starre Anbindung große Nachteile bei Bogenfahrt mit sich. So verhindert diese starre Anbindung Wendebewegungen der Radeinheiten um ihre Hochachse und damit eine bogenradiale Einstellung der Radeinheiten, sodass es zu einem so genannten Anlaufen der Spurkränze an den Schienen mit erhöhter Reibung kommt, welche mit entsprechender Geräuschentwicklung und erhöhtem Verschleiß an Rad und Schiene einhergeht.
- Im Gegensatz dazu führt eine in Längsrichtung weiche Anbindung der Radeinheiten am Fahrwerksrahmen zu gutem Bogenlaufverhalten, während eine in Querrichtung weiche Anbindung der Radeinheiten am Fahrwerksrahmen dynamische Querkraftspitzen reduziert, wie sie aufgrund plötzlicher, durch die Gleisgeometrie bedingter Querbeschleunigungen entstehen (beispielsweise bei einer Durchfahren einer Weiche oder dergleichen). Beides bringt jedoch den Nachteil mit sich, dass es wegen der geringen Führungskräfte zwischen Radeinheit und Fahrwerksrahmen im geraden Gleis oberhalb bestimmter Fahrgeschwindigkeiten zu instabilem Verhalten der Wendebewegungen der Radeinheiten kommt.
- Es sei an dieser Stelle zunächst angemerkt, dass eine Radeinheit im Sinne der vorliegenden Anmeldung beliebig aufgebaut sein kann. So kann es sich insbesondere um einen Radsatz, ein Radpaar oder aber auch eine Einzelradeinheit handeln.
- Um den oben beschriebenen Zielkonflikt zu lösen, wurde zum einen vorgeschlagen, die Wendebewegungen der Radeinheiten über entsprechende Aktuatoren aktiv auf den für den aktuell befahrenen Streckenabschnitt jeweils für ideal erachteten Wert einzustellen. Eine solche Lösung ist beispielsweise aus der
EP 1 412 240 B1 bekannt. Eine solche Lösung hat jedoch den Nachteil, dass sie aufgrund der verwendeten Aktuatorik, welche entsprechend hohe Kräfte bzw. Momente zur Einstellung der Wendewinkel der Radeinheiten aufbringen muss, vergleichsweise aufwändig gestaltet sein muss. - Eine alternative Lösung ohne aktive Einstellung der Wendewinkel der Radeinheiten (also eine Lösung mit so genannten passiv ausdrehenden Radeinheiten) ist aus der
EP 0 360 783 A2 bekannt. Bei diesem gattungsgemäßen Fahrwerk wird ein so genanntes passives Ausdrehen der Radeinheiten realisiert. Das Nachführen des der Wendewinkels der Radeinheiten entsprechend der aktuellen Gleiskrümmung erfolgt hierbei nicht über eine aktive Energiezufuhr aus der Aktuatorik, sondern ausschließlich über die passiven Stellkräfte bzw. Stellmomente, welche aus der Rad-Schiene-Paarung resultieren. Allerdings ist eine aktive Steuereinrichtung vorgesehen, über welche einzelne Aktuatorkammern der Aktuatorik hydraulisch gekoppelt sind. Mittels dieser Steuereinrichtung wird eine aktive Einstellung der Steifigkeit der Anbindung der betreffenden Radeinheit an den Fahrwerksrahmen realisiert. Mithin kann also die Steifigkeit der Anbindung auf den Wert eingestellt werden, welcher für den aktuell befahrenen Streckenabschnitt jeweils für optimal erachtet wird. - Nachteilig bei einer solchen Lösung mit passiver Einstellung des Wendewinkels der jeweiligen Radeinheit ist jedoch zum einen, dass die für die aktuelle Gleiskrümmung gewünschte ideale Einstellung (beispielsweise eine exakt bogenradiale Einstellung) aufgrund der entgegen der Stellrichtung wirkenden elastischen Rückstellkräfte bzw. Rückstellmomente (insbesondere aus der Primärfederung) nicht vollständig erreicht werden kann. Gegebenenfalls kann also nur ein (im Folgenden als Optimalwert bezeichneter) Wert für den Wendewinkel erzielt werden, welcher angesichts der Steifigkeit der Anbindung der Radeinheit an dem Fahrwerksrahmen gegebenenfalls nur eine bestenfalls erreichbare Annäherung an den gewünschten Idealwert (beispielsweise die exakt bogenradiale Einstellung) darstellt.
- Ein weiterer Nachteil liegt darin, dass die Einstellung (aufgrund von Reibungsverlusten etc.) eine gewisse Trägheit aufweist. Diese Systemträgheit führt dazu, dass der tatsächliche Wendewinkel dem Optimalwert des Wendewinkels im Mittel zu einem gewissen Grad nachläuft, der Optimalwert also nur verzögert erreicht Zum technischen Umfeld wird weiterhin auf die
DE 198 26 449 A1 verwiesen. - Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Fahrwerksanordnung sowie ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, welches die oben genannten Probleme nicht oder zumindest in geringerem Maße mit sich bringt und insbesondere auf einfache Weise eine verbesserte Lösung ermöglicht, bei der insbesondere die Annäherung des Wendewinkels der Radeinheit an den gewünschten Idealwert verbessert wird und die Trägheit der Einstellung des Wendewinkels der Radeinheit reduziert wird.
- Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe ausgehend von einer Fahrwerksanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Sie löst diese Aufgabe weiterhin ausgehend von einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 13 durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 13 angegebenen Merkmale.
- Der vorliegenden Erfindung liegt die technische Lehre zu Grunde, dass man bei gattungsgemäßen Fahrwerksanordnungen eine einfache und verbesserte, weil weniger träge Lösung ermöglicht, wenn man die Steuereinrichtung nach Art eines schaltbaren Freilaufs gestaltet, sodass in einem ersten Schaltzustand Wendebewegungen der Radeinheit in einer ersten Drehrichtung zugelassen werden, während Wendebewegungen in der entgegengesetzten zweiten Drehrichtung im Wesentlichen gesperrt werden. In einem zweiten Schaltzustand der Steuereinrichtung werden dann umgekehrt Wendebewegungen in der zweiten Drehrichtung zugelassen, während Wendebewegungen in der ersten Drehrichtung im Wesentlichen gesperrt werden.
- Die vorliegende Erfindung eignet sich dabei sowohl für den Einsatz im Fahrwerk selbst zwischen einem Fahrwerksrahmen (welcher in diesem Fall den Fahrzeugteil im Sinne der vorliegenden Erfindung bildet) und einer oder mehreren Radeinheiten, wie Radsätzen etc. Sie eignet sich aber auch für den Einsatz zwischen einem Wagenkasten (welcher in diesem Fall den Fahrzeugteil im Sinne der vorliegenden Erfindung bildet) und einem Fahrwerk (welches in diesem Fall die Radeinheit im Sinne der vorliegenden Erfindung bildet), beispielsweise einem Drehgestell etc.
- Mit einer solchen Lösung ist es insbesondere im Bereich eines so genannten Übergangsbogens (also dem Übergang von einem geraden Streckenabschnitt in einen so genannten Vollbogen mit konstanter Gleiskrümmung und umgekehrt) möglich, die Energie des höherfrequenten Sinuslaufs der Radeinheit für die Einstellung der Radeinheit entsprechend der Gleiskrümmung (also z. B. eine bogenradiale Einstellung) zu nutzen.
- Bei herkömmlichen Fahrwerksgestaltungen bedingt dieser Sinuslauf in der Regel eine Wendebewegung, welche um den bei der aktuellen Gleiskrümmung erzielbaren Optimalwert oszilliert. Diese oszillierende Wendebewegung um den Optimalwert erfolgt in der Regel mit einer Frequenz (typischerweise 2 Hz bis 10 Hz), die meist höher ist als die Frequenz der Änderung der Gleiskrümmung (typischerweise bis zu 0,5 Hz), und kann wegen ihrer sinusförmigen Natur, mithin also wegen ihres rückschwingenden Anteils, naturgemäß keinen Beitrag zur Einstellung entsprechend der Gleiskrümmung liefern.
- Mit der vorliegenden Erfindung wird durch die Gestaltung nach Art eines Freilaufs in vorteilhafter Weise nur der in der aktuellen Stellrichtung erfolgende (gegebenenfalls also der über den Optimalwert überschwingende) Anteil der Wendebewegung zugelassen, während das Rückschwingen der Radeinheit zumindest im Wesentlichen unterbunden wird. Hierdurch ist es möglich, Stellenergie aus dem Sinuslauf zu nutzen, um ein (gegenüber den herkömmlichen Lösungen) schnelleres Nachführen des Wendewinkels entsprechend der aktuellen Gleiskrümmung zu erzielen. Hierdurch kann mit anderen Worten zum einen auf einfache Weise die Trägheit des passiv ausdrehenden Systems reduziert werden.
- Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt darin, dass die zusätzliche Stellenergie aus dem Sinuslauf genutzt werden, um ein Überschwingen über den Optimalwert, der bei gleichen mechanischen Randbedingungen mit einem herkömmlichen System erzielbar wäre, "einzufrieren". Mithin kann also gegebenenfalls bei einem solchen System mit passiv ausdrehender Radeinheit die Annäherung des Wendewinkels der Radeinheit an einen gewünschten Idealwert verbessert werden.
- Gemäß einem Aspekt betrifft die Erfindung daher ein Fahrwerk, insbesondere für ein Schienenfahrzeug, mit einem Fahrzeugteil, insbesondere einem Fahrwerksrahmen oder einem Wagenkasten, einer Radeinheit und einer fluidischen, insbesondere hydraulischen, Aktuatoranordnung, wobei der Fahrzeugteil eine Längsrichtung, eine Querrichtung und eine Höhenrichtung definiert sowie über eine Federeinrichtung, insbesondere eine Primärfederung oder eine Sekundärfederung, auf der Radeinheit abgestützt ist. Die Aktuatoranordnung umfasst eine erste Aktuatorkammer und eine zweite Aktuatorkammer, welche über eine Steuereinrichtung fluidisch gekoppelt sind. Die Radeinheit ist über die Aktuatoranordnung derart mit dem Fahrzeugteil gekoppelt, dass bei einer ersten Wendebewegung der Radeinheit bezüglich des Fahrzeugteils um eine zu der Höhenrichtung parallele Wendeachse über die Steuereinrichtung ein erster Fluidstrom eines Arbeitsfluids von der ersten Aktuatorkammer zu der zweiten Aktuatorkammer erzeugt wird und bei einer der ersten Wendebewegung entgegengesetzten zweiten Wendebewegung der Radeinheit bezüglich des Fahrzeugteils über die Steuereinrichtung ein zweiter Fluidstrom des Arbeitsfluids von der zweiten Aktuatorkammer zu der ersten Aktuatorkammer erzeugt wird. Die Steuereinrichtung ist als zwischen einem ersten Betriebsmodus und einem zweiten Betriebsmodus umschaltbare Freilaufeinrichtung ausgebildet, wobei die Steuereinrichtung in dem ersten Betriebsmodus den ersten Fluidstrom zulässt und den zweiten Fluidstrom zumindest im Wesentlichen sperrt und die Steuereinrichtung in dem zweiten Betriebsmodus den zweiten Fluidstrom zulässt und den ersten Fluidstrom zumindest im Wesentlichen sperrt.
- Grundsätzlich können der erste Betriebsmodus und der zweite Betriebsmodus die einzigen beiden Betriebsmodi der Steuereinrichtung sein. In diesem Fall könnte dann beispielsweise bei Geradeausfahrt ein entsprechend schnelles Umschalten zwischen den beiden Betriebsmodi vorgesehen sein, um einen stabilen Sinuslauf zu erzielen. Hierbei könnte dann über eine entsprechend abgestimmte zeitliche Abfolge der Umschaltvorgänge, mithin also eine entsprechend abgestimmte Umschaltfrequenz, gezielter Einfluss auf die Eigenschaften des Sinuslaufs, insbesondere dessen Frequenz, genommen werden. So könnte das der Sinuslauf beispielsweise an die jeweilige Fahrgeschwindigkeit angepasst werden.
- Bei weiteren bevorzugten Varianten der erfindungsgemäßen Fahrwerksanordnung weist die Steuereinrichtung einen dritten Betriebsmodus auf, wobei die Steuereinrichtung in dem dritten Betriebsmodus den ersten Fluidstrom und den zweiten Fluidstrom zumindest im Wesentlichen sperrt. Hiermit kann in einfacher Weise eine Fahrwerkskonfiguration mit besonders steifer Anbindung der Radeinheit an dem Fahrzeugteil erzielt werden. Dies ist insbesondere bei Geradeausfahrt im Hinblick auf die Fahrstabilität, insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten, von Vorteil. Ebenso kann dieser dritte Betriebsmodus aber auch bei Fahrt im Vollbogen (also einem längeren Gleisabschnitt mit konstanter Gleiskrümmung) zum Einsatz kommen, da auch hier eine steife Anbindung der auf den erreichbaren Optimalwert eingestellten bzw. ausgedrehten Radeinheit von Vorteil ist.
- Zusätzlich oder alternativ kann die Steuereinrichtung einen vierten Betriebsmodus aufweisen, wobei die Steuereinrichtung in dem vierten Betriebsmodus einen bidirektionalen Fluidstrom zwischen der ersten Aktuatorkammer und der zweiten Aktuatorkammer zulässt. In einem solchen Fall wird dann also eine Konfiguration mit (gegenüber dem dritten Betriebsmodus) reduzierter Steifigkeit der Anbindung der Radeinheit an den Fahrzeugteil erzielt. In diesem Fall werden also Wendebewegungen in beiden Richtungen zugelassen, wie dies bei herkömmlichen Fahrzeugen der Fall ist. In diesem vierten Betriebsmodus kann somit beispielsweise ein Fahrverhalten wie bei einem herkömmlichen Fahrwerk mit passiv ausdrehender Radeinheit erzielt werden.
- Bei bevorzugten Varianten der Erfindung ist die Steuereinrichtung zudem so gestaltet, dass der bidirektionale Fluidstrom eine gegenüber dem ersten Fluidstrom und/oder dem zweiten Fluidstrom erhöhte, insbesondere zumindest verdoppelte, Dämpfung aufweist bzw. erfährt. Hierzu kann beispielsweise eine entsprechende Drosseleinrichtung in den Fluidstrom geschaltet bzw. aktiviert werden, um diese Dämpfung zu erzielen. Gegebenenfalls kann zudem vorgesehen sein, dass die Dämpfung aktiv einstellbar ist, beispielsweise über eine entsprechend aktiv verstellbarer Drosseleinrichtung. Durch die erhöhte Dämpfung und damit die erhöhte Steifigkeit der Anbindung der Radeinheit an dem Fahrzeugteil kann beispielsweise bei Geradeausfahrt eine erhöhte Fahrstabilität bei höheren Fahrgeschwindigkeiten erzielt werden.
- In diesem Zusammenhang versteht es sich, dass die Schaltenergie und /oder das Schaltsignal für das Umschalten zwischen den einzelnen Betriebsmodi auf beliebige Weise, insbesondere über beliebige Energieträger (einzeln oder in beliebiger Kombination) zur Verfügung gestellt werden kann. Insbesondere kommen hierfür (einzeln oder in beliebiger Kombination) elektrische, elektromechanische, hydraulische oder pneumatische Systeme in Betracht.
- Bei bestimmten Varianten der Erfindung ist die Steuereinrichtung so gestaltet, dass sie in einem energielosen Zustand, insbesondere in einem Notbetrieb bei Ausfall einer externen Energieversorgung, selbsttätig in den dritten Betriebsmodus oder den vierten Betriebsmodus schaltet. Dabei kann die Steuereinrichtung ausgebildet sein, dass die Auswahl des dritten Betriebsmodus oder des vierten Betriebsmodus in Abhängigkeit von dem aktuellen Fahrzustand getroffen wird. So kann beispielsweise bei schneller Fahrt im geraden Gleis (zumindest zunächst) der dritte Betriebsmodus für den Notbetrieb gewählt werden, um die Fahrstabilität nicht zu gefährden, während bei Bogenfahrt (zumindest zunächst) in den vierten Betriebsmodus geschaltet werden kann.
- Die Gestaltung der Steuereinrichtung nach Art eines Freilaufs kann grundsätzlich auf beliebige geeignete Weise erfolgen, welche die (umschaltbare) unidirektionale Freigabe eines der beiden Fluidströme ermöglicht. So kann beispielsweise ein aktives Verschlusselement vorgesehen sein, welches in Abhängigkeit von den Signalen einer entsprechenden Sensorik (Beschleunigungssensoren, Drucksensoren etc.) nur dann die Verbindung zwischen den beiden Aktuatorkammern freigibt, wenn sich aufgrund der über die Sensorik erfassten Randbedingungen der jeweils aktuell freizugebende Fluidstrom ergibt.
- Bevorzugt umfasst die Steuereinrichtung hierzu ein Schaltelement und ein Freilaufelement, welches einen Durchlasseingang und eine Sperreingang aufweist. Dabei wird ein in das Freilaufelement über den Durchlasseingang eintretender Fluidstrom zugelassen, während ein in das Freilaufelement über den Sperreingang eintretender Fluidstrom im Wesentlichen gesperrt wird. Das Schaltelement verbindet in dem ersten Betriebsmodus die erste Aktuatorkammer mit dem Durchlasseingang, während es die zweite Aktuatorkammer mit dem Sperreingang verbindet. In dem zweiten Betriebsmodus verbindet das Schaltelement dann umgekehrt die zweite Aktuatorkammer mit dem Durchlasseingang und die erste Aktuatorkammer mit dem Sperreingang. Hiermit kann der fluidische Freilauf auf besonders einfache Weise mit herkömmlichen, einfachen Komponenten realisiert werden.
- Bei bevorzugten Varianten der Erfindung kann das Schaltelement in einem dritten Betriebsmodus die erste Aktuatorkammer und die zweite Aktuatorkammer von dem Freilaufelement trennen. Hiermit kann die oben beschriebene Funktionsweise in dem dritten Betriebsmodus auf einfache Weise realisiert werden.
- Zusätzlich oder alternativ kann das Schaltelement in einem vierten Betriebsmodus die erste Aktuatorkammer und die zweite Aktuatorkammer bidirektional miteinander verbinden. Hiermit kann in einfacher Weise die oben beschriebene Funktionsweise in dem vierten Betriebsmodus realisiert werden.
- Das fluidische Freilaufelement kann grundsätzlich auf beliebige geeignete Weise gestaltet sein. Bevorzugt ist das Freilaufelement als Ventileinrichtung mit einer Durchlassrichtung und einer Sperrrichtung ausgebildet. Eine besonders einfache und kostengünstige Konfiguration ergibt sich dabei, wenn das Freilaufelement nach Art eines Rückschlagventils ausgebildet ist.
- Das Rückschlagventil kann dabei als mit einer Vorspannung versehenes Rückschlagventil ausgebildet sein, um eine bestimmte Dämpfung des Fluidstroms in der Durchlassrichtung zu erzielen. Bevorzugt ist die Vorspannung des Rückschlagventils und/oder ein Durchlassquerschnitt des Freilaufelements zur Einstellung einer Dämpfung eines in der Durchlassrichtung durchgelassenen Fluidstroms verstellbar. Hiermit kann gegebenenfalls ein aktiv auf die aktuelle Fahrsituation abgestimmtes Verhalten des Fahrwerks, insbesondere der Steifigkeit der Anbindung der Radeinheit an dem Fahrzeugteil, erzielt werden.
- Das Schaltelement kann grundsätzlich auf beliebige geeignete Weise als fluidisches Schaltelement gestaltet aufgebaut sein, welches das Umschalten zwischen den einzelnen Betriebsmodi ermöglicht. Insbesondere kann das Schaltelement als einfache, entsprechend schaltbare Ventileinrichtung ausgebildet sein.
- Bei bevorzugten Varianten des erfindungsgemäßen Fahrwerks ist das Schaltelement nach Art eines 4/3-Wegeventils oder eines 4/4-Wegeventils ausgebildet, wobei das Schaltelement in einem energielosen Zustand, insbesondere einem Notbetrieb bei Ausfall einer externen Energieversorgung, bevorzugt selbsttätig in den dritten Betriebsmodus oder den vierten Betriebsmodus schaltet. Bei besonders einfach gestalteten Varianten kann das Schaltelement hierzu eine Schaltfedereinrichtung aufweisen, welche das Schaltelement in dem energielosen Zustand in den dritten Betriebsmodus oder den vierten Betriebsmodus schaltet.
- Die Aktuatoranordnung kann grundsätzlich zwischen beliebigen geeigneten Komponenten der betreffenden Radeinheit und dem Fahrzeugteil wirken. Bei bestimmten Varianten der Erfindung weist die Aktuatoranordnung eine Aktuatoreinheit auf, welche derart zwischen der Radeinheit und dem Fahrzeugteil angeordnet ist, dass sie bei der ersten Wendebewegung und der zweiten Wendebewegung eine Auslenkung erfährt, wobei die erste Aktuatorkammer und die zweite Aktuatorkammer Arbeitsräume derselben Aktuatoreinheit sind. Bei dieser Lösung ist somit der Freilauf unmittelbar an einer Aktuatoreinheit realisiert, sodass sich diese Gestaltung beispielsweise für eine separate Ansteuerung einzelner Aktuatoreinheiten im Fahrwerk eignet.
- Dabei können natürlich Aktuatoreinheiten auf beiden Fahrwerksseiten einer Radeinheit ebenso koordiniert angesteuert werden, wie Aktuatoreinheiten, die unterschiedlichen Radeinheiten (derselben oder unterschiedlichen Fahrwerksseiten) zugeordnet sind. Ebenso können hiermit auch die Radeinheiten bei Fahrwerken mit Einzelrädern koordiniert angesteuert werden.
- Die beiden Arbeitsräume sind dabei bevorzugt auf einander abgewandten Seiten eines zur Kraft- und/oder Momentenübertragung ausgebildeten beweglichen Schnittstellenelements der Aktuatoreinheit angeordnet. Hiermit ergeben sich besonders einfach zu realisierende Konstruktionen.
- Bei Varianten mit einer gekoppelten Ansteuerung einer Radeinheit (beispielsweise auf beiden Fahrwerksseiten) weist die Aktuatoranordnung bevorzugt eine erste Aktuatoreinheit und eine zweite Aktuatoreinheit auf. Die erste Aktuatoreinheit ist derart zwischen einer ersten Komponente der Radeinheit, insbesondere einer Radlagereinheit der Radeinheit, und dem Fahrzeugteil angeordnet, dass sie bei der ersten Wendebewegung und der zweiten Wendebewegung jeweils eine bestimmte Auslenkung erfährt. Gleiches gilt für die zweite Aktuatoreinheit, die derart zwischen einer zweiten Komponente der Radeinheit, insbesondere einer Radlagereinheit der Radeinheit, und dem Fahrzeugteil angeordnet ist, dass sie bei der ersten Wendebewegung und der zweiten Wendebewegung ebenfalls eine bestimmte Auslenkung erfährt. In diesem Fall ist die erste Aktuatorkammer ein Arbeitsraum der ersten Aktuatoreinheit, während die zweite Aktuatorkammer ein Arbeitsraum der zweiten Aktuatoreinheit ist. Zudem sind die erste Aktuatorkammer und die zweite Aktuatorkammer derart angeordnet, dass ein Entleeren der ersten Aktuatorkammer und ein Befüllen der zweiten Aktuatorkammer dieselbe Wendebewegung der Radeinheit unterstützt.
- Bei weiteren Varianten mit einer gekoppelten Ansteuerung (beispielsweise auf beiden Fahrwerksseiten oder aber auch derselben Fahrwerksseite) zweier verschiedener Radeinheiten ist die Radeinheit eine erste Radeinheit, wobei der Fahrzeugteil dann auf einer weiteren, zweiten Radeinheit abgestützt ist und die Aktuatoranordnung eine erste Aktuatoreinheit und eine zweite Aktuatoreinheit aufweist. Die erste Aktuatoreinheit ist derart zwischen einer Komponente der ersten Radeinheit, insbesondere einer Radlagereinheit der ersten Radeinheit, und dem Fahrzeugteil angeordnet, dass sie bei der ersten Wendebewegung und der zweiten Wendebewegung wiederum eine bestimmte Auslenkung erfährt. Die zweite Aktuatoreinheit ist hierbei derart zwischen einer Komponente der zweiten Radeinheit, insbesondere einer Radlagereinheit der zweiten Radeinheit, und dem Fahrzeugteil angeordnet ist, dass sie bei der einer Wendebewegung der zweiten Radeinheit ebenfalls eine bestimmte Auslenkung erfährt. In diesem Fall ist wiederum die erste Aktuatorkammer ein Arbeitsraum der ersten Aktuatoreinheit, während die zweite Aktuatorkammer ein Arbeitsraum der zweiten Aktuatoreinheit ist. Die erste Aktuatorkammer und die zweite Aktuatorkammer sind bei dieser Gestaltung derart angeordnet, dass ein Entleeren der ersten Aktuatorkammer und ein Befüllen der zweiten Aktuatorkammer gegenläufige Wendebewegungen der ersten Radeinheit und der zweiten Radeinheit unterstützt. Mit anderen Worten wird bei dieser Variante eine Kopplung der beiden Radeinheiten realisiert, die bei Bogenfahrt ein gegenläufiges Ausdrehen der Radeinheiten bewirkt, wie es in der Regel für besonders bogenfreundliche Fahrwerke gewünscht ist.
- Die Ausführung der Aktuatoranordnung bzw. der jeweiligen Aktuatoreinheit kann grundsätzlich in beliebiger geeigneter Weise erfolgen. So kann die Aktuatoranordnung wenigstens eine Aktuatoreinheit mit wenigstens einem Arbeitsraum umfassen, wobei die Aktuatoreinheit wenigstens eine Kolben-Zylinder-Anordnung umfasst, die insbesondere nach Art einer doppelt wirkenden Kolben-Zylinder-Anordnung ausgebildet ist. Hiermit lassen sich besonders einfache Aktuatoranordnungen unter Verwendung herkömmlicher Standardkomponenten erzielen.
- Alternativ kann die Aktuatoranordnung wenigstens eine Aktuatoreinheit mit wenigstens einem Arbeitsraum umfassen, wobei die Aktuatoreinheit wenigstens ein elastisches Kammerelement und ein Schnittstellenelement umfasst. Das elastische Kammerelement begrenzt wenigstens die erste Aktuatorkammer, die unter einer elastischen Deformation des Kammerelements und einer Verschiebung des Schnittstellenelements mit einem Arbeitsmedium befüllbar ist. Derartige Aktuatoreinheiten sind beispielsweise grundsätzlich aus der
EP 1 457 706 A1 bzw. derEP 1 457 707 A1 bekannt. Das Umschalten zwischen den einzelnen Betriebsmodi kann grundsätzlich auf beliebige geeignete Weise erfolgen, welche ein an den aktuellen Fahrzustand angepasstes Schalten ermöglicht. Hierbei können beliebige geeignete Größen berücksichtigt werden, welche entsprechende Rückschlüsse auf relevante Parameter oder Variablen zulassen, welche den aktuellen Fahrzustand ausreichend genau beschreiben. - Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von einem Steuerbefehl einer übergeordneten Steuereinheit zwischen unterschiedlichen Betriebsmodi umzuschalten. Die übergeordnete Steuereinheit kann dabei eine eigene Sensorik umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann die übergeordnete Steuereinheit entweder selbst Teil einer übergeordneten Fahrzeugsteuerung sein oder von dieser entsprechende, insoweit relevante Befehle und/oder Informationen zur Weiterverarbeitung erhalten.
- Bevorzugt ist die übergeordnete Steuereinheit insbesondere dazu ausgebildet, den Steuerbefehl in Abhängigkeit von einem aktuellen Wert und/oder der aktuellen zeitlichen Änderung wenigstens einer tatsächlichen oder vorgegebenen Fahrzustandsgröße, insbesondere einer Krümmung eines befahrenen Gleises, einer Fahrgeschwindigkeit oder einer Beschleunigung, zu generieren. Hierbei können insbesondere eine aktuell an der jeweiligen Radeinheit anliegende und/oder anzulegende Traktionsleistung und/oder Bremsleistung Berücksichtigung finden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn über die Steuereinrichtung keine fluidische Zwangskopplung unterschiedlicher Aktuatoreinheiten (derselben Radeinheit oder verschiedener Radeinheiten) vorliegt.
- Vorzugsweise umfasst die übergeordnete Steuereinheit eine Einrichtung zur Bestimmung der aktuellen Krümmung eines befahrenen Gleises, welche typischerweise eine besonders wichtige Einflussgröße für den Schaltvorgang darstellt. Hierbei können beliebige geeignete Einrichtungen, wie insbesondere gyroskopische Sensoren oder dergleichen, zum Einsatz kommen, um die aktuellen Gleiskrümmung zu bestimmen.
- Ebenso kann eine geeignete Schwingungsüberwachung bzw. Schwingungsanalyse der Wendebewegung der betreffenden Radeinheit vorgenommen werden und der Umschaltvorgang so erfolgen, das der niedrigfrequente Anteil (beispielsweise unterhalb von 2 Hz, vorzugsweise unterhalb von 1 Hz, weiter vorzugsweise unterhalb von 0,5 Hz) der Wendebewegung, welcher aus dem so genannten quasi-statischen, der aktuellen Gleiskrümmung entsprechenden Ausdrehen der Radeinheit resultiert, gegen Null geregelt wird.
- Das Schalten der Steuereinheit kann grundsätzlich nach beliebig vorgebbaren, gegebenenfalls über die Zeit variablen Vorgaben erfolgen. Vorzugsweise ist die übergeordnete Steuereinheit dazu ausgebildet, in einer Fahrwegszustandsbestimmung zu erfassen, ob es sich bei einem aktuell befahrenen Fahrwegsabschnitt um einen geraden Fahrwegsabschnitt, einen Vollbogenabschnitt mit im Wesentlichen konstantem Krümmungsradius oder einen Übergangsbogenabschnitt mit sich veränderndem Krümmungsradius handelt. Die übergeordnete Steuereinheit ist in diesem Fall dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von einem Ergebnis der Fahrwegszustandsbestimmung entsprechende Steuerbefehle für die Steuereinrichtung zu generieren. So generiert die übergeordnete Steuereinheit im Falle der Bestimmung eines Übergangsbogenabschnitts einen ersten Steuerbefehl für die Steuereinrichtung, wobei der erste Steuerbefehl bevorzugt eine Richtungsinformation über die Richtung der Fahrwegskrümmung umfasst. Im Falle der Bestimmung eines geraden Abschnitts und/oder eines Vollbogenabschnitts generiert die übergeordnete Steuereinheit einen zweiten Steuerbefehl für die Steuereinrichtung.
- Weiterhin ist die Steuereinrichtung in dieser Variante dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von dem ersten Steuerbefehl und der Richtungsinformation in den ersten Betriebsmodus oder den zweiten Betriebsmodus zu schalten. Schließlich ist die Steuereinrichtung in dieser Variante dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von dem zweiten Steuerbefehl in einen dritten Betriebsmodus zu schalten, in dem die Steuereinrichtung den ersten Fluidstrom und den zweiten Fluidstrom zumindest im Wesentlichen sperrt. Hiermit lässt sich in einfacher Weise die oben beschriebene vorteilhafte Differenzierung der Ansteuerung und damit der Fahrwerkscharakteristik (insbesondere der Steifigkeitscharakteristik der Anbindung der Radeinheit) in diesen drei Gleisabschnittstypen erzielen.
- Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Fahrzeug, insbesondere ein Schienenfahrzeug, mit einer erfindungsgemäßen Fahrwerksanordnung. Bei einem solchen Fahrzeug können insbesondere mehrere, gegebenenfalls sogar alle Fahrwerke erfindungsgemäß gestaltet sein und insbesondere zentral durch eine übergeordnete Fahrzeugsteuerung angesteuert sein. Hierbei können insbesondere in der übergeordneten Fahrzeugsteuerung abgelegte Streckendaten (wie beispielsweise die Gleiskrümmung) der aktuell befahrenen Strecke genutzt werden, wobei dann natürlich eine entsprechende Einrichtung zur Erfassung der aktuellen Position des Fahrzeugs vorgesehen ist. Dies hat den Vorteil, dass in Kenntnis der zu erwartenden Beschaffenheit der Strecke bereits ein gewisses vorausschauendes Ansteuern der Steuereinrichtung durch die übergeordnete Fahrzeugsteuerung möglich ist.
- Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Beeinflussen einer Wendebewegung einer Radeinheit einer Fahrwerksanordnung, insbesondere eines Schienenfahrzeugs, bezüglich eines Fahrzeugteils, insbesondere bezüglich eines Fahrwerksrahmens oder bezüglich eines Wagenkastens, der eine Längsrichtung, eine Querrichtung und eine Höhenrichtung definiert sowie über eine Federeinrichtung, insbesondere eine Primärfederung oder eine Sekundärfederung, auf der Radeinheit abgestützt ist. Bei diesem Verfahren wird bei einer ersten Wendebewegung der Radeinheit bezüglich des Fahrzeugteils um eine zu der Höhenrichtung parallele Wendeachse ein erster Fluidstrom eines Arbeitsfluids von einer ersten Aktuatorkammer einer Aktuatoranordnung zu einer zweiten Aktuatorkammer der Aktuatoranordnung erzeugt. Bei einer der ersten Wendebewegung entgegengesetzten zweiten Wendebewegung der Radeinheit bezüglich des Fahrzeugteils wird hingegen ein zweiter Fluidstrom des Arbeitsfluids von der zweiten Aktuatorkammer zu der ersten Aktuatorkammer erzeugt. In einem ersten Betriebsmodus wird nach Art eines Freilaufs der erste Fluidstrom zugelassen und der zweite Fluidstrom zumindest im Wesentlichen gesperrt. In einem zweiten Betriebsmodus wird wiederum nach Art eines Freilaufs der zweite Fluidstrom zugelassen und der erste Fluidstrom zumindest im Wesentlichen gesperrt.
- Mit diesem Verfahren lassen sich die oben im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Fahrwerksanordnung beschriebenen Varianten und Vorteile in demselben Maße realisieren, sodass insoweit auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.
- Vorzugsweise wird in einem dritten Betriebsmodus der erste Fluidstrom und der zweite Fluidstrom zumindest im Wesentlichen gesperrt. Zusätzlich oder alternativ wird in einem vierten Betriebsmodus ein bidirektionaler Fluidstrom zwischen der ersten Aktuatorkammer und der zweiten Aktuatorkammer zugelassen , wobei der bidirektionale Fluidstrom insbesondere eine gegenüber dem ersten Fluidstrom und/oder dem zweiten Fluidstrom erhöhte, insbesondere zumindest verdoppelte, Dämpfung aufweist. Insbesondere in einem energielosen Zustand, insbesondere einem Notbetrieb bei Ausfall einer externen Energieversorgung, kann selbsttätig in den dritten Betriebsmodus oder den vierten Betriebsmodus geschaltet werden.
- Bei bestimmten Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die erste Aktuatorkammer und die zweite Aktuatorkammer Arbeitsräume einer Aktuatoreinheit, welche bei der ersten Wendebewegung und der zweiten Wendebewegung eine Auslenkung erfährt.
- Bei Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer gekoppelten Ansteuerung einer Radeinheit (beispielsweise auf beiden Fahrwerksseiten) ist die erste Aktuatorkammer ein Arbeitsraum einer mit einer ersten Komponente Radeinheit verbundenen ersten Aktuatoreinheit und die zweite Aktuatorkammer ein Arbeitsraum einer mit einer zweiten Komponente der Radeinheit verbundenen zweiten Aktuatoreinheit, wobei ein Entleeren der ersten Aktuatorkammer und ein Befüllen der zweiten Aktuatorkammer dieselbe Wendebewegung der Radeinheit unterstützt.
- Bei weiteren Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer gekoppelten Ansteuerung (beispielsweise auf beiden Fahrwerksseiten oder aber auch derselben Fahrwerksseite) zweier verschiedener Radeinheiten ist die erste Aktuatorkammer ein Arbeitsraum einer ersten Aktuatoreinheit, die mit einer ersten Radeinheit der Fahrwerksanordnung verbunden ist, während die zweite Aktuatorkammer ein Arbeitsraum einer zweiten Aktuatoreinheit ist, die mit einer zweiten Radeinheit der Fahrwerksanordnung verbunden ist, wobei ein Entleeren der ersten Aktuatorkammer und ein Befüllen der zweiten Aktuatorkammer gegenläufige Wendebewegungen der ersten Radeinheit und der zweiten Radeinheit unterstützt.
- Vorzugweise wird in Abhängigkeit von einem Steuerbefehl einer übergeordneten Steuereinheit zwischen unterschiedlichen Betriebsmodi umgeschaltet. Dabei kann die übergeordnete Steuereinheit den Steuerbefehl in Abhängigkeit von einem aktuellen Wert und/oder der aktuellen zeitlichen Änderung wenigstens einer tatsächlichen oder vorgegebenen Fahrzustandsgröße, insbesondere einer Krümmung eines befahrenen Gleises, einer Fahrgeschwindigkeit oder einer Beschleunigung, generieren. Zusätzlich oder alternativ kann in einer Fahrwegszustandsbestimmung erfasst werden, ob es sich bei einem aktuell befahrenen Fahrwegsabschnitt um einen geraden Fahrwegsabschnitt, einen Vollbogenabschnitt mit im Wesentlichen konstantem Krümmungsradius oder einen Übergangsbogenabschnitt mit sich veränderndem Krümmungsradius handelt. In Abhängigkeit von einem Ergebnis der Fahrwegszustandsbestimmung wird dann im Falle der Bestimmung eines Übergangsbogenabschnitts in Abhängigkeit von der Richtungsinformation in den ersten Betriebsmodus oder den zweiten Betriebsmodus geschaltet, während im Falle der Bestimmung eines geraden Abschnitts und/oder eines Vollbogenabschnitts in einen dritten Betriebsmodus geschaltet wird, in dem der erste Fluidstrom und der zweiten Fluidstrom zumindest im Wesentlichen gesperrt wird.
- Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen bzw. der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt.
-
- Figur 1
- ist eine schematische Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugs mit einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fahrwerksanordnung in Form eines Fahrwerks;
- Figur 2
- ist eine schematische Ansicht des Fahrwerks aus
Figur 1 von unten mit ausgelenkten Radeinheiten; - Figur 3
- ist eine schematische Ansicht eines Teils des Fahrwerks aus
Figur 2 in einem ersten Betriebszustand; - Figur 4
- ist eine schematische Ansicht eines Teils des Fahrwerks aus
Figur 3 in einem zweiten Betriebszustand; - Figur 5
- ist eine schematische Ansicht eines Teils des Fahrwerks aus
Figur 3 in einem dritten Betriebszustand; - Figur 6
- ist eine schematische Ansicht eines Teils einer Steuereinheit einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fahrwerksanordnung;
- Figur 7
- ist eine schematische Darstellung der Verschaltung der Aktuatoreinheiten einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fahrwerksanordnung;
- Figur 8
- ist eine schematische Darstellung der Verschaltung der Aktuatoreinheiten einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fahrwerksanordnung;
- Figur 9
- ist eine schematische Darstellung der Verschaltung der Aktuatoreinheiten einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fahrwerksanordnung;
- Figur 10
- ist eine schematische Darstellung der Verschaltung der Aktuatoreinheiten einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fahrwerksanordnung.
- Figur 11
- ist eine schematische Ansicht eines Teils einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugs mit einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fahrwerksanordnung;
- Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die
Figuren 1 bis 3 ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Fahrzeugs in Form eines Schienenfahrzeugs 101 beschrieben. Bei dem Schienenfahrzeug 101 handelt es sich um einen Wagen eines Triebzugs, dessen Nennbetriebsgeschwindigkeit oberhalb von 180 km/h, nämlich bei vn = 200 km/h, liegt. - Das Fahrzeug 101 umfasst einen Wagenkasten 102, der im Bereich seiner beiden Enden in herkömmlicher Weise jeweils auf einer erfindungsgemäßen Fahrwerksanordnung in Form eines Drehgestells 103 mit zwei Radeinheiten in Form eines ersten Radsatzes 104.1 und eines zweiten Radsatzes 104.2 abgestützt ist. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung auch in Verbindung mit anderen Konfigurationen eingesetzt werden kann, bei denen der Wagenkasten lediglich unmittelbar auf einem Fahrwerk abgestützt ist. Ebenso können anstelle von Radsätzen auch anderweitige Radeinheiten, wie beispielsweise Radpaare oder aber auch Einzelräder, vorgesehen sein.
- Zum einfacheren Verständnis der nachfolgenden Erläuterungen ist in den Figuren ein (durch die Radaufstandsebene des Drehgestells 103 vorgegebenes) Fahrzeug-Koordinatensystem x,y,z angegeben, in dem die x-Koordinate die Fahrzeuglängsrichtung, die y-Koordinate die Fahrzeugquerrichtung und die z-Koordinate die Fahrzeughöhenrichtung des Schienenfahrzeugs 101 bezeichnen.
- Das jeweilige Drehgestell 103 umfasst einen Fahrwerksrahmen in Form eines im Wesentlichen H-förmigen Drehgestellrahmens 105, der hier einen Fahrzeugteil im Sinne der vorliegenden Erfindung darstellt und über je eine Federeinrichtung in Form einer Primärfederung 106 auf den Radsatzlagergehäusen 107 der Radsätze 104.1 bzw. 104.2 abgestützt ist
- Wie der
Figur 2 zu entnehmen ist, wirkt zwischen den Radsätzen 104.1 bzw. 104.2 und dem Drehgestellrahmen 105 eine fluidische Aktuatoranordnung 108. Die Aktuatoranordnung 108 umfasst vier fluidische Aktuatoreinheiten in Form von Hydraulikzylindern 109, wobei jeweils ein Hydraulikzylinder 109 gelenkig zwischen eines der Radsatzlagergehäuse 107 und den Drehgestellrahmen 105 geschaltet ist. - Die jeweilige Aktuatoreinheit 109 erfährt somit bei einer ersten Wendebewegung des zugehörigen Radsatzes 104.1 bzw. 104.2 bezüglich des Fahrwerksrahmens 105 um eine zu der Höhenrichtung (z-Richtung) parallele Wendeachse (wie dies in
Figur 2 dargestellt ist) eine bestimmte erste Auslenkung in der Fahrzeuglängsrichtung. Bei einer der ersten Wendebewegung entgegengesetzten zweiten Wendebewegung des zugehörigen Radsatzes 104.1 bzw. 104.2 erfährt die jeweilige Aktuatoreinheit 109 dann natürliche eine der ersten Auslenkung in der Fahrzeuglängsrichtung entgegengesetzte zweite Auslenkung. - Im vorliegenden Beispiel sind die Aktuatoreinheiten 109 so angeordnet, dass ihre Wirkrichtung in der in
Figur 2 durch die gestrichelte Kontur 110 angedeuteten Neutralstellung (im geraden ebenen Gleis) im Wesentlichen parallel zur Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) verläuft. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch eine andere Gestaltung und/oder Anordnung und/oder Wirkrichtung der Aktuatoreinheiten vorgesehen sein kann. So können beispielsweise rotatorische Aktuatoreinheiten verwendet werden, welche unmittelbar eine rotatorische Bewegung bzw. ein Drehmoment zur Verfügung stellen. Ebenso können natürlich auch Getriebe zwischen die Aktuatoreinheit und den zugehörige Radsatz geschaltet sein, welche eine entsprechende Bewegungsübersetzung bzw. Leistungsübersetzung liefern. Ebenso kann natürlich ein beliebiger anderer Angriffspunkt der jeweiligen Aktuatoreinheit an dem Drehgestellrahmen und/oder der Radeinheit gewählt sein. - Wie den
Figuren 3 bis 5 , insbesondere derFigur 3 , zu entnehmen ist, ist die Aktuatoreinheit 109 jeweils als doppelt wirkender Zylinder mit einer ersten Aktuatorkammer 109.1 und einer zweiten Aktuatorkammer 109.2 gestaltet, welche die Arbeitsräume zu beiden Seiten eines Kolbens 109.3 bilden. Der Kolben 109.3 bildet zusammen mit einer Kolbenstange 109.4 ein bewegliches Schnittstellenelement, über welches der Hydraulikzylinder 109 gelenkig mit dem zugehörigen Radsatzlagergehäuse 107 verbunden ist. - Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch eine andere Gestaltung der jeweiligen Aktuatoreinheit vorgesehen sein kann. So können beispielsweise anstelle eines doppelt wirkenden Hydraulikzylinders wenigstens zwei einfach wirkende Hydraulikzylinder mit entgegengesetzten Wirkrichtungen vorgesehen sein.
- Ebenso kann die Aktuatoreinheit 109 wenigstens ein elastisches Kammerelement und ein Schnittstellenelement umfassen, wie dies grundsätzlich aus der
EP 1 457 706 A1 bzw. derEP 1 457 707 A1 bekannt. Das beispielsweise mit dem Fahrwerksrahmen verbundene elastische Kammerelement begrenzt dann die beiden Aktuatorkammern 109.1 und 109.2, die unter einer elastischen Deformation des Kammerelements und einer Verschiebung des mit der Radeinheit verbundenen Schnittstellenelements mit einem Arbeitsmedium befüllbar sind. - Die Aktuatoranordnung 108 umfasst weiterhin eine Steuereinrichtung 111, wobei im vorliegenden Beispiel jeder Aktuatoreinheit 109 eine Steuereinheit 111.1 der Steuereinrichtung 111 zugeordnet ist, mittels derer die erste Aktuatorkammer 109.1 und die zweite Aktuatorkammer 109.2 der zugehörigen Aktuatoreinheit 109 fluidisch gekoppelt sind.
- Die Steuereinheit 111.1 koppelt die erste Aktuatorkammer 109.1 und die zweite Aktuatorkammer 109.2 derart, dass in einem ersten Betriebsmodus BM1 der Steuereinrichtung 111, wie er in
Figur 3 dargestellt ist, ein erster Fluidstrom FS1 eines Arbeitsfluids von der ersten Aktuatorkammer 109.1 zu der zweiten Aktuatorkammer 109.2 zugelassen wird, während ein entgegengesetzter zweiter Fluidstrom FS2 des Arbeitsfluids von der zweiten Aktuatorkammer 109.2 zu der ersten Aktuatorkammer 109.1 zumindest im Wesentlichen gesperrt wird. - Demgemäß ist in dem ersten Betriebsmodus BM1 lediglich ein Ausfahren des Schnittstellenelements 109.3, 109.4 in der ersten Richtung R1 möglich, wie es in
Figur 3 dargestellt ist. Ein Einfahren des Schnittstellenelements 109.3, 109.4 in einer (der ersten Richtung R1) entgegengesetzten zweiten Richtung R2 ist hingegen nicht möglich. - In einem zweiten Betriebsmodus BM2 der Steuereinrichtung 111, wie er in
Figur 4 dargestellt ist, lässt die Steuereinheit 111.1 jedoch den zweiten Fluidstrom FS2 zu, während sie den ersten Fluidstrom FS1 zumindest im Wesentlichen sperrt. Demgemäß ist in dem zweiten Betriebsmodus BM2 lediglich ein Einfahren des Schnittstellenelements 109.3, 109.4 in der zweiten Richtung R2 möglich, während nunmehr ein Ausfahren des Schnittstellenelements 109.3, 109.4 in der ersten Richtung R1 verhindert ist. - Die Steuereinrichtung 111 ist mit anderen Worten nach Art eines schaltbaren fluidischen Freilaufs gestaltet, welcher in einem bestimmten Schaltzustand jeweils einen Fluidstrom in einer (vom Schaltzustand abhängigen) ersten Richtung zulässt, während er einen Fluidstrom in einer entgegengesetzten zweiten Richtung zumindest im Wesentlichen sperrt.
- Hiermit ist es möglich, die dem ersten Radsatz 104.1 zugeordneten Aktuatoreinheiten 109 über die Steuereinrichtung 111 jeweils derart koordiniert anzusteuern, dass der erste Radsatz 104.1 nur eine Wendebewegung in einer ersten Drehrichtung DR1 ausführen kann, während eine Wendebewegung in der entgegengesetzten zweiten Drehrichtung DR2 verhindert wird. Gleichermaßen können die dem zweiten Radsatz 104.2 zugeordneten Aktuatoreinheiten 109 derart koordiniert angesteuert werden, dass er nur eine Wendebewegung in der zweiten Drehrichtung DR2 ausführen kann, während die Wendebewegung in der ersten Drehrichtung DR1 verhindert wird.
- Mithin kann hiermit also über die Steuereinrichtung 111 erzwungen werden, dass die beiden Radsätze 104.1, 104.2 ausschließlich gegenläufige Wendebewegungen ausführen, wie dies in
Figur 2 dargestellt ist. Derartige gegenläufige Wendebewegungen der beiden Radsätze eines Fahrwerks sind typischerweise im Gleisbogen erwünscht, da hiermit zumindest eine Annäherung an die erwünscht verschleißarme und geräuscharme bogenradiale Einstellung der Radsätze 104.1,104.2 erreicht werden kann. - Es sei an dieser Stelle nochmals betont, dass die Wendebewegungen der Radsätze 104.1 und 104.2 im vorliegenden Beispiel ausschließlich aus den Kräften der Rad-Schiene-Paarung resultieren. Mithin erfolgt also bei dem Fahrwerk 103 ausschließlich ein so genanntes passives Ausdrehen der Radsätze 104.1, 104.2.
- Im vorliegenden Beispiel weist die Steuereinrichtung 111 weiterhin einen dritten Betriebsmodus BM3 auf, in dem die Steuereinheit 111.1 den ersten Fluidstrom FS1 und den zweiten Fluidstrom FS2 zumindest im Wesentlichen sperrt. Ein solches Sperren der beiden Fluidströme FS1 und FS2 ermöglicht es, beispielsweise bei Geradeausfahrt oder im Vollbogen (mit konstanter Gleiskrümmung), die Anbindung des jeweiligen Radsatzes 104.1 bzw. 104.2 an den Drehgestellrahmen 105 zu versteifen, was nicht zuletzt im Hinblick auf die Fahrdynamik bei hohen Fahrgeschwindigkeiten von Vorteil ist.
- In diesem Zusammenhang sei angemerkt, dass das im Wesentlichen vollständige Sperren eines Fluidstroms im Sinne der vorliegenden Erfindung Zustände umfassen soll, bei denen kleinere Leckageströme in der Sperrrichtung fließen. Wesentlich ist lediglich, dass unter den dynamischen Bedingungen im Betrieb des Fahrzeugs 101 in dem jeweiligen Betriebsmodus keine nennenswerten Rückstellbewegungen in der Sperrrichtung an der Radeinheit entstehen.
- Die Steuereinrichtung 111 ist im vorliegenden Beispiel derart ausgeführt, dass sie in Abhängigkeit von dem aktuellen Fahrzustand des Fahrzeugs in den jeweils geeigneten Betriebsmodus BM1 bis BM3 schaltet. Wie nachfolgend noch näher erläutert wird, können hierbei beliebige geeignete Größen berücksichtigt werden, welche entsprechende Rückschlüsse auf relevante Parameter oder Variablen zulassen, welche den aktuellen Fahrzustand ausreichend genau beschreiben.
- Mit der beschriebenen Gestaltung der Steuereinrichtung 111 ist es insbesondere im Bereich eines Übergangsbogens möglich, die Energie des höherfrequenten Sinuslaufs des jeweiligen Radsatzes 104.1, 104.2 für die Einstellung des jeweiligen Radsatzes 104.1, 104.2 entsprechend der Gleiskrümmung K (also z. B. eine bogenradiale Einstellung) zu nutzen. So wird im vorliegenden Beispiel, wie oben erläutert wurde, durch die Gestaltung der Steuereinrichtung 111 nach Art eines Freilaufs in vorteilhafter Weise nur der in der aktuell erwünschten bzw. erforderlichen Stellrichtung erfolgende (gegebenenfalls über den bei herkömmlichen Gestaltungen erzielbaren Optimalwert überschwingende) Anteil der aus dem Sinuslauf resultierenden Wendebewegung zugelassen, während das Rückschwingen zumindest im Wesentlichen unterbunden wird. Hierdurch ist es möglich, Stellenergie aus dem Sinuslauf zu nutzen, um ein (gegenüber den herkömmlichen Lösungen) schnelleres Nachführen des Wendewinkels entsprechend der aktuellen Gleiskrümmung K zu erzielen. Hierdurch kann mit anderen Worten zum einen auf einfache Weise die Trägheit des passiv ausdrehenden Systems reduziert werden.
- Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt darin, dass die zusätzliche Stellenergie aus dem Sinuslauf des jeweiligen Radsatzes 104.1, 104.2 genutzt wird, um ein Überschwingen über den mit herkömmlichen Gestaltungen (bei gleichen mechanischen Randbedingungen) erzielbaren Optimalwert "einzufrieren". Mithin kann also bei dem vorliegenden Fahrwerk 103 die Annäherung des Wendewinkels der Radsätze 104.1,104.2 an einen gewünschten Idealwert in vorteilhafter Weise verbessert werden.
- Im vorliegenden Beispiel ist die Steuereinrichtung 111 dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von einem Steuerbefehl SB einer übergeordneten Steuereinheit 112 zwischen den unterschiedlichen Betriebsmodi umzuschalten. Die übergeordnete Steuereinheit kann dabei eine eigene Sensorik 113 umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann die übergeordnete Steuereinheit entweder selbst Teil einer übergeordneten Fahrzeugsteuerung sein oder von dieser entsprechende, insoweit relevante Befehle und/oder Informationen zur Weiterverarbeitung erhalten.
- Im vorliegenden Beispiel ist die übergeordnete Steuereinheit 112 dazu ausgebildet, den Steuerbefehl SB in Abhängigkeit von einem aktuellen Wert und/oder der aktuellen zeitlichen Änderung wenigstens einer tatsächlichen oder vorgegebenen Fahrzustandsgröße zu generieren. Bei dieser Fahrzustandsgröße kann es sich beispielsweise um die Krümmung K des befahrenen Gleisabschnitts handeln. Ebenso können zusätzlich oder alternativ die Fahrgeschwindigkeit und/oder eine Beschleunigung des Fahrzeugs 101 oder einzelner Komponenten des Fahrzeugs 101, insbesondere des Fahrwerks 103, als derartige Fahrzustandsgröße Verwendung finden. Hierbei können insbesondere eine aktuell an dem jeweiligen Radsatz 104.1 bzw. 104.2 anliegende und/oder anzulegende Traktionsleistung und/oder Bremsleistung Berücksichtigung finden. Dies ist insbesondere im vorliegenden Beispiel von Vorteil, indem keine fluidische Zwangskopplung der einzelnen Aktuatoreinheiten 109 vorliegt.
- Die Sensorik 113 der übergeordneten Steuereinheit 112 umfasst im vorliegenden Beispiel eine Einrichtung zur Bestimmung der aktuellen Krümmung K des befahrenen Gleises, welche typischerweise eine besonders wichtige Einflussgröße für den Schaltvorgang darstellt. Hierbei können beliebige geeignete Einrichtungen, wie insbesondere gyroskopische Sensoren oder dergleichen, in herkömmlicher Weise zum Einsatz kommen, um die aktuelle Gleiskrümmung K zu bestimmen.
- Ebenso kann in der übergeordneten Steuereinheit 112 eine geeignete Schwingungsüberwachung bzw. Schwingungsanalyse der Wendebewegung des jeweiligen Radsatzes 104.1, 104.2 vorgenommen werden und der Umschaltvorgang zwischen dem ersten Betriebsmodus BM1 und dem zweiten Betriebsmodus BM2 derart erfolgen, dass der niedrigfrequente Anteil (beispielsweise unterhalb von 2 Hz, vorzugsweise unterhalb von 1 Hz, weiter vorzugsweise unterhalb von 0,5 Hz) der Wendebewegung, welcher aus dem so genannten quasi-statischen, der aktuellen Gleiskrümmung entsprechenden Ausdrehen des jeweiligen Radsatzes 104.1, 104.2 resultiert, gegen Null geregelt wird.
- Zum Umschalten zwischen den Betriebsmodi BM1 bis BM3 ist die übergeordnete Steuereinheit 112 im vorliegenden Beispiel dazu ausgebildet, in einer Fahrwegszustandsbestimmung zu erfassen, ob es sich bei einem aktuell befahrenen Fahrwegsabschnitt um einen geraden Fahrwegsabschnitt, einen Vollbogenabschnitt oder einen Übergangsbogenabschnitt handelt. Die übergeordnete Steuereinheit 112 generiert dann in Abhängigkeit von einem Ergebnis der Fahrwegszustandsbestimmung entsprechende Steuerbefehle SB für die Steuereinrichtung 111. So generiert die übergeordnete Steuereinheit 112 im Falle der Bestimmung eines Übergangsbogenabschnitts einen ersten Steuerbefehl SB1 für die Steuereinrichtung 111, der eine Richtungsinformation über die Richtung der Fahrwegskrümmung umfasst. Demgegenüber generiert die übergeordnete Steuereinheit 112 im Falle der Bestimmung eines geraden Abschnitts und/oder eines Vollbogenabschnitts einen zweiten Steuerbefehl SB2 für die Steuereinrichtung 111.
- Die einzelnen Steuereinheiten 111.1 der Steuereinrichtung 111 schalten dann in Abhängigkeit von dem ersten Steuerbefehl SB1 und der darin enthaltenen Richtungsinformation in den ersten Betriebsmodus oder den zweiten Betriebsmodus. Hierbei ist anzumerken, dass im vorliegenden Beispiel die Betätigung der einzelnen Steuereinheiten 111.1 derart erfolgt, dass die beiden Steuereinheiten 111.1 auf der einen Fahrwerksseite in den ersten Betriebsmodus BM1 schalten, während die beiden Steuereinheiten 111.1 auf der anderen Fahrwerkseite in den zweiten Betriebsmodus BM2 schalten und umgekehrt. Hierdurch wird auf signaltechnischem bzw. steuerungstechnischem Wege eine gegenläufige Kopplung der Wendebewegungen der beiden Radsätze 104.1 und 104.2 erzielt, wie sie für einen guten Bogenlauf erwünscht ist. Erhält die Steuereinrichtung 111 hingegen den zweiten Steuerbefehl SB2, so schaltet sie in den oben beschriebenen dritten Betriebsmodus BM3.
- Im vorliegenden Beispiel wird somit entsprechend diesen drei Gleisabschnittstypen (gerade Strecke, Übergangsbogen, Vollbogen) jeweils eine vorteilhafte Differenzierung der Ansteuerung der Aktuatoreinheiten 109 vorgenommen und damit eine geeignete Anpassung der Fahrwerkscharakteristik (insbesondere der Steifigkeitscharakteristik der Anbindung der Radsätze 104.1 und 104.2 an dem Fahrwerksrahmen 105) erzielt. Die rein signaltechnische bzw. steuerungstechnische Kopplung der Wendebewegungen der beiden Radsätze 104.1 und 104.2 hat dabei den Vorteil, dass sie besonders einfach und Platz sparend realisiert werden kann.
- Um die oben beschriebenen Betriebsmodi BM1 bis BM3 zu realisieren, umfasst die Steuereinheit 111.1 der Steuereinrichtung 111 ein Schaltelement im Form eines elektrisch ansteuerbaren 4/3-Wegeventils 111.2 und ein Freilaufelement in Form eines Rückschlagventils 111.3.
- Das Rückschlagventil 111.3 weist in herkömmlicher Weise einen Durchlasseingang 111.4 und eine Sperreingang 111.5 auf. Hierbei wird ein in das Rückschlagventil 111.3 über den Durchlasseingang 111.4 eintretender Fluidstrom zugelassen, während ein in das Rückschlagventil 111.3 über den Sperreingang 111.5 eintretender Fluidstrom im Wesentlichen gesperrt.
- Das Schaltelement 111.2 wird durch die übergeordnete Steuereinheit 112 so angesteuert, dass es in dem ersten Betriebsmodus BM1 (
Figur 3 ) die erste Aktuatorkammer 109.1 mit dem Durchlasseingang 111.4 verbindet, während es die zweite Aktuatorkammer 109.2 mit dem Sperreingang 111.5 verbindet. In dem zweiten Betriebsmodus BM2 (Figur 4 ) verbindet das Schaltelement 111.2 dann umgekehrt die zweite Aktuatorkammer 109.2 mit dem Durchlasseingang 111.4 und die erste Aktuatorkammer 109.1 mit dem Sperreingang 111.5. Hiermit wird der fluidische Freilauf im vorliegenden Beispiel auf besonders einfache Weise mit herkömmlichen, einfachen Komponenten realisiert. - Das Schaltelement 111.2 wird durch die übergeordnete Steuereinheit 112 weiterhin so angesteuert, dass es in dem dritten Betriebsmodus BM3 (
Figur 5 ) die erste Aktuatorkammer 109.1 und die zweite Aktuatorkammer 109.2 von dem Rückschlagventil 109.3 trennt und somit beide Fluidströme FS1 und FS2 unterbindet. - Das Rückschlagventil 111.3 ist im vorliegenden Beispiel als mit einer Vorspannung versehenes Rückschlagventil ausgebildet, wodurch eine vorgebbare Dämpfung D des Fluidstroms in der Durchlassrichtung erzielt werden kann. Hierbei kann die Vorspannung des Rückschlagventils 111.3 und/oder ein Durchlassquerschnitt des Rückschlagventils zur Einstellung der Dämpfung D des durchgelassenen Fluidstroms aktiv durch die übergeordnete Steuereinheit 112 verstellbar sein, um ein aktiv auf die aktuelle Fahrsituation abgestimmtes Verhalten des Fahrwerks 103, insbesondere eine abgestimmte Steifigkeit der Anbindung der Radsätze 104.1 und 104.2 an dem Fahrwerksrahmen 105, zu erzielen.
- Im vorliegenden Beispiel ist die Steuereinrichtung 111, genauer gesagt das jeweilige Schaltelement 111.2, so gestaltet, dass in einem energielosen Zustand, insbesondere in einem Notbetrieb bei Ausfall einer externen Energieversorgung, selbsttätig in den dritten Betriebsmodus BM3 geschaltet wird. Das Schaltelement 111.2 umfasst hierzu eine Schaltfedereinrichtung 111.6, welche das Schaltelement 111.2 in dem energielosen Zustand in die Schaltstellung verfährt, welche dem dritten Betriebsmodus BM3 entspricht (
Figur 5 ). - Es sei an dieser Stelle noch erwähnt, dass die jeweilige Aktuatoreinheit 109 zusammen mit der zugeordneten Steuereinrichtung 111 bevorzugt als eine räumlich kompakte Komponente ausgebildet ist, da hiermit eine besonders Platz sparende Konfiguration erzielt werden kann. Dies gilt im Übrigen natürlich nicht nur für eine Kolben-Zylinder-Anordnung, wie sie bei den Aktuatoreinheiten 109 realisiert ist, sondern unabhängig von der konkreten Gestaltung bzw. dem Funktionsprinzip der Aktuatoreinheit.
- Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die
Figuren 1 bis 6 ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs 101 mit einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Fahrwerksanordnung in Form eines Fahrwerks 203 beschrieben. Das Fahrwerk 203 kann das Fahrwerk 103 in dem Fahrzeug 101 ersetzen. Das Fahrwerk 203 gleicht in seiner grundsätzlichen Funktion und seinem grundsätzlichen Aufbau dem Fahrwerk 103, sodass hier lediglich auf die Unterschiede eingegangen werden soll. Insbesondere sind gleichartige Komponenten mit um den Wert 100 erhöhten Bezugszeichen versehen, während identische Komponenten mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Sofern nachfolgend keine anderweitigen Ausführungen gemacht werden, wird hinsichtlich der Merkmale und Eigenschaften dieser Komponenten ausdrücklich auf die obigen Ausführungen verwiesen. - Der einzige Unterschied des Fahrwerks 203 zu dem Fahrwerk 103 besteht in der Gestaltung der jeweiligen Steuereinheit 211.1 der Steuereinrichtung 211, genauer gesagt der Gestaltung des Schaltelements 211.2 der Steuereinheit 211.1. Das Schaltelement 211.2 ist im vorliegenden Beispiel als elektrisch ansteuerbares 4/4 Wegeventil ausgebildet, welches gegenüber dem Schaltelement 111.2 lediglich um eine weitere Schaltposition erweitert ist, welche einem vierten Betriebsmodus BM4 entspricht.
- In diesem vierten Betriebsmodus BM4 lässt das Schaltelement 211.2 einen bidirektionalen Fluidstrom zwischen der ersten Aktuatorkammer 109.1 und der zweiten Aktuatorkammer 109.2 zu . In einem solchen Fall wird dann also eine Konfiguration mit (gegenüber dem dritten Betriebsmodus BM3) reduzierter Steifigkeit der Anbindung des jeweiligen Radsatzes 104.1 und 104.2 an dem Fahrwerksrahmen 105 erzielt. Mithin werden also in dem vierten Betriebsmodus BM4 Wendebewegungen in beiden Drehrichtungen DR1 und DR2 zugelassen, wie dies bei herkömmlichen Fahrzeugen der Fall ist. In diesem vierten Betriebsmodus BM4 kann somit ein Fahrverhalten wie bei einem herkömmlichen Fahrwerk mit passiv ausdrehenden Radsätzen 104.1 und 104.2 erreicht werden.
- Im vorliegenden Beispiel ist das Schaltelement 211.2 so gestaltet, dass der bidirektionale Fluidstrom in dem vierten Betriebsmodus BM4 eine gegenüber dem ersten Fluidstrom FS1 und dem zweiten Fluidstrom FS2 erhöhte, nämlich beispielsweise verdoppelte, Dämpfung D erfährt. Hierzu ist eine entsprechende Drosseleinrichtung 211.7 in den bidirektionalen Fluidstrom geschaltet. Zudem kann vorgesehen sein, dass die Dämpfung D aktiv einstellbar ist, beispielsweise indem die Drosseleinrichtung 211.7 aktiv durch die übergeordnete Steuereinheit 112 angesteuert wird. Durch die erhöhte Dämpfung D und damit die erhöhte Steifigkeit der Anbindung der Radsätze 104.1 und 104.2 an dem Fahrwerksrahmen 105 kann beispielsweise bei Geradeausfahrt eine erhöhte Fahrstabilität bei höheren Fahrgeschwindigkeiten erzielt werden.
- Im vorliegenden Beispiel ist die Steuereinrichtung 211 so gestaltet, dass sie in einem energielosen Zustand, insbesondere in einem Notbetrieb bei Ausfall einer externen Energieversorgung, selbsttätig in den vierten Betriebsmodus BM4 schaltet. Dies hat den Vorteil, dass durch die erhöhte Dämpfung D und damit die erhöhte Steifigkeit der Anbindung der Radsätze 104.1 und 104.2 an dem Fahrwerksrahmen 105 auch in einem Notbetrieb bei Geradeausfahrt eine erhöhte Fahrstabilität bei höheren Fahrgeschwindigkeiten erzielt wird, während nach wie vor noch ein (wenn auch trägeres) passives Ausdrehen der Radsätze 104.1 und 104.2 bei Bogenfahrt erreicht wird.
- Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die
Figuren 1 bis 5 und7 ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs 101 mit einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Fahrwerksanordnung in Form eines Fahrwerks 303 beschrieben. Das Fahrwerk 303 kann das Fahrwerk 103 in dem Fahrzeug 101 ersetzen. Das Fahrwerk 303 gleicht in seiner grundsätzlichen Funktion und seinem grundsätzlichen Aufbau dem Fahrwerk 103, sodass hier lediglich auf die Unterschiede eingegangen werden soll. Insbesondere sind gleichartige Komponenten mit um den Wert 200 erhöhten Bezugszeichen versehen, während identische Komponenten mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Sofern nachfolgend keine anderweitigen Ausführungen gemacht werden, wird hinsichtlich der Merkmale und Eigenschaften dieser Komponenten ausdrücklich auf die obigen Ausführungen verwiesen. - Der wesentliche Unterschied des Fahrwerks 303 zu dem Fahrwerk 103 besteht bei (im Hinblick auf die Aktuatoreinheiten 109) identischer Gestaltung und Anordnung der Aktuatoreinheiten 309.5 bis 309.8 lediglich in der Kopplung der Aktuatoreinheiten 309.5 bis 309.8 über die Steuereinrichtung 311. So sind im vorliegenden Beispiel die beiden Aktuatoreinheiten 309.5 und 309.6 bzw. 309.7 und 309.8 des jeweiligen Radsatzes 104.1 bzw. 104.2 über ein Schaltelement 311.2 der (ansonsten identisch zur Schalteinheit 111.1 aufgebauten) Schalteinheit 311.1 fluidisch zwangsgekoppelt, während die beiden (in
Figur 7 stark schematisiert angedeuteten) Radsätze 104.1 und 104.2 über eine (typischerweise starre) mechanische Verbindung der zugeordneten Schaltelemente 311.2 steuerungstechnisch derart zwangsgekoppelt sind, dass die beiden Radsätze 104.1 und 104.2 in den ersten Betriebsmodus BM1 und dem zweiten Betriebsmodus BM2 jeweils zueinander gegenläufige Wendebewegungen ausführen. - Demgemäß sind im vorliegenden Beispiel lediglich zwei mechanisch gekoppelte Schaltelemente 311.2 erforderlich. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung anstelle der mechanischen Kopplung der Schaltelemente 311.2 eine separate Ansteuerung der Schaltelemente 311.2 erfolgen kann, mithin dann also eine signaltechnische Kopplung der beiden Radsätze 104.1 und 104.2 vorliegt.
- Im vorliegenden Beispiel ist hierzu im Bereich des ersten Radsatzes 104.1 die erste Aktuatorkammer 309.1 der ersten Aktuatoreinheit 309.5 über das zugehörige Schaltelement 311.2 fluidisch mit der zweiten Aktuatorkammer 309.2 der zweiten Aktuatoreinheit 309.6 gekoppelt. Zwischen der zweiten Aktuatorkammer 309.2 der ersten Aktuatoreinheit 309.5 und der ersten Aktuatorkammer 309.1 der zweiten Aktuatoreinheit 309.6 besteht hingegen eine permanente direkte fluidische Ausgleichskopplung 311.8, welche einen bidirektionalen Fluidstrom zwischen diesen beiden Aktuatorkammern zulässt.
- Zudem sind die erste Aktuatorkammer 309.1 der ersten Aktuatoreinheit 309.5 und die zweite Aktuatorkammer 309.2 der zweiten Aktuatoreinheit 309.6 derart angeordnet, dass ein Entleeren der ersten Aktuatorkammer 309.1 der ersten Aktuatoreinheit 309.5 und ein Befüllen der zweiten Aktuatorkammer 309.2 der zweiten Aktuatoreinheit 309.6 dieselbe Wendebewegung des ersten Radsatzes 104.1 unterstützt.
- Weiterhin ist im Bereich des zweiten Radsatzes 104.2 die erste Aktuatorkammer 309.1 der dritten Aktuatoreinheit 309.7 über das zugehörige Schaltelement 311.2 fluidisch mit der zweiten Aktuatorkammer 309.2 der vierten Aktuatoreinheit 309.8 gekoppelt. Zwischen der zweiten Aktuatorkammer 309.2 der dritten Aktuatoreinheit 309.7 und der ersten Aktuatorkammer 309.1 der vierten Aktuatoreinheit 309.8 besteht hingegen wiederum eine permanente direkte fluidische Ausgleichskopplung 311.8.
- Zudem sind die erste Aktuatorkammer 309.1 der dritten Aktuatoreinheit 309.7 und die zweite Aktuatorkammer 309.2 der vierten Aktuatoreinheit 309.6 derart angeordnet, dass ein Entleeren der ersten Aktuatorkammer 309.1 der dritten Aktuatoreinheit 309.7 und ein Befüllen der zweiten Aktuatorkammer 309.2 der vierten Aktuatoreinheit 309.8 dieselbe Wendebewegung des zweiten Radsatzes 104.2 unterstützt.
- Die jeweilige Ausgleichskopplung 311.8 kann im vorliegenden Beispiel zur Einstellung der Dämpfung D des Systems mit einer Drosseleinrichtung 311.9 versehen sein, welche in den bidirektionalen Fluidstrom geschaltet ist. Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Dämpfung D aktiv einstellbar ist, beispielsweise indem die Drosseleinrichtung 311.9 aktiv durch die übergeordnete Steuereinheit 112 angesteuert wird. Hierdurch kann (in der oben bereits beschriebenen einfachen Weise) aktiv Einfluss auf die Fahrwerkscharakteristik, insbesondere die Steifigkeit der Anbindung der Radsätze 104.1 und 104.2 an dem Fahrwerksrahmen 105, genommen werden.
- Das Umschalten zwischen dem Betriebsmodi BM1 bis BM3 erfolgt wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen in Abhängigkeit von den Steuerbefehlen der übergeordneten Steuereinheit 112. Dabei erfasst die übergeordnete Steuereinheit 112 in einer Fahrwegszustandsbestimmung wiederum, ob es sich bei einem aktuell befahrenen Fahrwegsabschnitt um einen geraden Streckenabschnitt, einen Vollbogenabschnitt oder einen Übergangsbogenabschnitt handelt. Die übergeordnete Steuereinheit 112 generiert dann in der oben beschriebenen Weise im Falle eines Übergangsbogenabschnitts den ersten Steuerbefehl SB1 bzw. im Falle eines geraden Abschnitts und/oder eines Vollbogenabschnitts den zweiten Steuerbefehl SB2 für die Steuereinrichtung 311.
- Die gekoppelten Steuereinheiten 311.1 der Steuereinrichtung 311 schalten dann in Abhängigkeit von dem ersten Steuerbefehl SB1 und der darin enthaltenen Richtungsinformation in den ersten Betriebsmodus BM1 (wie dies in
Figur 7 durch die gestrichelte Kontur 310.1 angedeutet ist) oder den zweiten Betriebsmodus BM2 (wie dies inFigur 7 durch die strich-punktierte Kontur 310.2 angedeutet ist), bei welchem der jeweilige Radsatz 104.1 bzw. 104.2 eine gegenüber dem ersten Betriebsmodus BM1 entgegengesetzte Wendebewegung ausführt. In Abhängigkeit von dem zweiten Steuerbefehl SB2 wird wiederum in den dritten Betriebsmodus BM3 geschaltet, in welchem die beiden Radsätze 104.1 und 104.2 letztlich in ihrer aktuellen Position mit vergleichweise hoher Steifigkeit verriegelt werden. - Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung keine mechanische Kopplung zwischen den beiden Schaltelemente 311.2 vorgesehen sein kann, sondern die Kopplung der Wendebewegungen der beiden Radsätze 104.1 und 104.2 ausschließlich über die übergeordnete Steuereinheit 112 erfolgt (wie dies in
Figur 7 durch die gestrichelte Steuerleitung zwischen der Steuereinheit 112 und dem rechten Schaltelement 311.2 angedeutet ist). Bei einer bevorzugten Ausführung erfolgt aber gerade keine derartige Koppelung. Hiermit ist es möglich, für jeden der Radsätze 104.1 und 104.2 eine Einstellung vorzunehmen, welche von der exakt radialen Einstellung im Bogen abweicht. - So ist es hiermit beispielsweise möglich, eine nicht zuletzt unter Verschleißgesichtspunkten erwünschte, leicht überradiale Einstellung des jeweiligen Radsatzes 104.1 und 104.2 zu erzielen. Diese ist in vielen realen Fahrsituationen möglich, da der typische bzw. (unter Verschleißgesichtspunkten) kritische Fahrzustand eine Bogenfahrt mit einem so genannten Überhöhungsfehlbetrag ist, bei welcher die Gleisüberhöhung zu gering ist, um für eine Querkraftfreiheit zu sorgen (bei der also jeweils eine Querkraft nach bogenaußen am Radsatz wirkt). Diese Querkraft bedingt, dass der Radsatz seine Querposition nicht in seiner der hinsichtlich der Differenz der Rollradien kinematisch idealen Lage, sondern leicht nach bogenaußen versetzt läuft (mithin also die auf der Bogenaußenseite liegende Schiene mit einem größeren Abrollradius kontaktiert). Dies bewirkt ein Wendemoment um die Hochachse, welches die überradiale Einstellung mit sich bringt.
- Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die
Figuren 1 bis 5 und8 ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs 101 mit einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Fahrwerksanordnung in Form eines Fahrwerks 403 beschrieben. Das Fahrwerk 403 kann das Fahrwerk 103 in dem Fahrzeug 101 ersetzen. Das Fahrwerk 403 gleicht in seiner grundsätzlichen Funktion und seinem grundsätzlichen Aufbau dem Fahrwerk 103, sodass hier lediglich auf die Unterschiede eingegangen werden soll. Insbesondere sind gleichartige Komponenten mit um den Wert 300 erhöhten Bezugszeichen versehen, während identische Komponenten mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Sofern nachfolgend keine anderweitigen Ausführungen gemacht werden, wird hinsichtlich der Merkmale und Eigenschaften dieser Komponenten ausdrücklich auf die obigen Ausführungen verwiesen. - Der wesentliche Unterschied des Fahrwerks 403 zu dem Fahrwerk 103 besteht bei (im Hinblick auf die Aktuatoreinheiten 109) identischer Gestaltung und Anordnung der Aktuatoreinheiten 409.5 bis 409.8 lediglich in der Kopplung der Aktuatoreinheiten 409.5 bis 409.8 über die Steuereinrichtung 411. So ist im vorliegenden Beispiel die eine der beiden Aktuatoreinheiten 409.5 bzw. 409.6 des ersten Radsatzes 104.1 jeweils mit der auf der gegenüberliegenden Fahrwerkseite angeordneten Aktuatoreinheit 409.7 bzw. 409.8 des zweiten Radsatzes 104.2 über ein Schaltelement 411.2 der (ansonsten identisch zur Schalteinheit 111.1 aufgebauten) Schalteinheit 411.1 fluidisch sowie über eine (typischerweise starre) mechanische Verbindung der zugeordneten Schaltelemente 411.2 auch steuerungstechnisch derart zwangsgekoppelt sind, dass die beiden Radsätze 104.1 und 104.2 in den ersten Betriebsmodus BM1 und dem zweiten Betriebsmodus BM2 jeweils zueinander gegenläufige Wendebewegungen ausführen.
- Im vorliegenden Beispiel ist hierzu die erste Aktuatorkammer 409.1 der ersten Aktuatoreinheit 409.5 über das zugehörige Schaltelement 411.2 fluidisch mit der zweiten Aktuatorkammer 409.2 der vierten Aktuatoreinheit 409.8 gekoppelt. Zwischen der zweiten Aktuatorkammer 409.2 der ersten Aktuatoreinheit 409.5 und der ersten Aktuatorkammer 409.1 der zweiten Aktuatoreinheit 409.6 besteht hingegen eine permanente direkte fluidische Ausgleichskopplung 411.8, welche einen bidirektionalen Fluidstrom zwischen diesen beiden Aktuatorkammern zulässt. Hierdurch ist zudem eine Kopplung der ersten Aktuatoreinheit 409.5 und der zweiten Aktuatoreinheit 409.6 realisiert, welche sicherstellt, dass beide Aktuatoreinheiten 409.5 und 409.6 dieselbe Wendebewegung des ersten Radsatzes 104.1 unterstützen.
- Die erste Aktuatorkammer 409.1 der ersten Aktuatoreinheit 409.5 und die zweite Aktuatorkammer 409.2 der vierten Aktuatoreinheit 409.8 sind bei dieser Gestaltung derart angeordnet, dass ein Entleeren der ersten Aktuatorkammer 409.1 der ersten Aktuatoreinheit 409.5 sowie ein Befüllen der zweiten Aktuatorkammer 409.2 der vierten Aktuatoreinheit 409.8 gegenläufige Wendebewegungen des ersten Radsatzes 104.1 und des zweiten Radsatzes 104.2 unterstützen. Mit anderen Worten wird bei dieser Variante wiederum eine Kopplung der beiden Radsätze 104.1 und 104.2 realisiert, die bei Bogenfahrt ein gegenläufiges Ausdrehen der Radsätze 104.1 und 104.2 bewirkt, wie es in der Regel für besonders bogenfreundliche Fahrwerke gewünscht ist.
- Weiterhin ist die erste Aktuatorkammer 409.1 der dritten Aktuatoreinheit 409.7 über ein zugehöriges Schaltelement 411.2 fluidisch mit der zweiten Aktuatorkammer 409.2 der zweiten Aktuatoreinheit 409.6 gekoppelt. Zwischen der zweiten Aktuatorkammer 409.2 der dritten Aktuatoreinheit 409.7 und der ersten Aktuatorkammer 409.1 der vierten Aktuatoreinheit 409.6 besteht hingegen eine permanente direkte fluidische Ausgleichskopplung 411.8, welche einen bidirektionalen Fluidstrom zwischen diesen beiden Aktuatorkammern zulässt. Hierdurch ist zudem eine Kopplung der dritten Aktuatoreinheit 409.7 und der vierten Aktuatoreinheit 409.8 realisiert, welche sicherstellt, dass beide Aktuatoreinheiten 409.7 und 409.8 dieselbe Wendebewegung des zweiten Radsatzes 104.2 unterstützen.
- Die erste Aktuatorkammer 409.1 der dritten Aktuatoreinheit 409.7 und die zweite Aktuatorkammer 409.2 der zweiten Aktuatoreinheit 409.6 sind bei dieser Gestaltung derart angeordnet, dass ein Entleeren der ersten Aktuatorkammer 409.1 der dritten Aktuatoreinheit 409.7 sowie ein Befüllen der zweiten Aktuatorkammer 409.2 der zweiten Aktuatoreinheit 409.6 gegenläufige Wendebewegungen des ersten Radsatzes 104.1 und des zweiten Radsatzes 104.2 unterstützen. Mit anderen Worten wird hierbei wiederum eine Kopplung der beiden Radsätze 104.1 und 104.2 realisiert, die bei Bogenfahrt ein gegenläufiges Ausdrehen der Radsätze 104.1 und 104.2 bewirkt. Zwischen der zweiten Aktuatorkammer 409.2 der dritten Aktuatoreinheit 409.7 und der ersten Aktuatorkammer 409.1 der vierten Aktuatoreinheit 409.8 besteht hingegen wiederum eine permanente direkte fluidische Ausgleichskopplung 411.8.
- Die jeweilige Ausgleichskopplung 411.8 kann im vorliegenden Beispiel zur Einstellung der Dämpfung D des Systems mit einer Drosseleinrichtung 411.9 versehen sein, welche in den bidirektionalen Fluidstrom geschaltet ist. Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Dämpfung D aktiv einstellbar ist, beispielsweise indem die Drosseleinrichtung 411.9 aktiv durch die übergeordnete Steuereinheit 112 angesteuert wird. Hierdurch kann (in der oben bereits beschriebenen einfachen Weise) aktiv Einfluss auf die Fahrwerkscharakteristik, insbesondere die Steifigkeit der Anbindung der Radsätze 104.1 und 104.2 an dem Fahrwerksrahmen 105, genommen werden.
- Das Umschalten zwischen dem Betriebsmodi BM1 bis BM3 erfolgt wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen in Abhängigkeit von den Steuerbefehlen der übergeordneten Steuereinheit 112. Dabei erfasst die übergeordnete Steuereinheit 112 in einer Fahrwegszustandsbestimmung wiederum, ob es sich bei einem aktuell befahrenen Fahrwegsabschnitt um einen geraden Streckenabschnitt, einen Vollbogenabschnitt oder einen Übergangsbogenabschnitt handelt. Die übergeordnete Steuereinheit 112 generiert dann in der oben beschriebenen Weise im Falle eines Übergangsbogenabschnitts den ersten Steuerbefehl SB1 bzw. im Falle eines geraden Abschnitts und/oder eines Vollbogenabschnitts den zweiten Steuerbefehl SB2 für die Steuereinrichtung 411.
- Die gekoppelten Steuereinheiten 411,1 der Steuereinrichtung 411 schalten dann in Abhängigkeit von dem ersten Steuerbefehl SB1 und der darin enthaltenen Richtungsinformation in den ersten Betriebsmodus BM1 (wie dies in
Figur 8 durch die gestrichelte Kontur 410.1 angedeutet ist) oder den zweiten Betriebsmodus BM2 (wie dies inFigur 8 durch die strich-punktierte Kontur 410.2 angedeutet ist), bei welchem der jeweilige Radsatz 104.1 bzw. 104.2 eine gegenüber dem ersten Betriebsmodus BM1 entgegengesetzte Wendebewegung ausführt. In Abhängigkeit von dem zweiten Steuerbefehl SB2 wird wiederum in den dritten Betriebsmodus BM3 geschaltet, in welchem die beiden Radsätze 104.1 und 104.2 letztlich in ihrer aktuellen Position mit vergleichweise hoher Steifigkeit verriegelt werden. - Die
Figur 9 zeigt eine Variante der Gestaltung ausFigur 8 , bei welcher die Kopplung zwischen der ersten Aktuatorkammer 409.1 der dritten Aktuatoreinheit 409.7 und der zweiten Aktuatorkammer 409.2 der zweiten Aktuatoreinheit 409.6 durch eine permanente direkte fluidische Ausgleichskopplung 411.9 realisiert ist, welche einen bidirektionalen Fluidstrom zwischen diesen beiden Aktuatorkammern zulässt. Hierdurch ist nur noch eine Schalteinheit 411.1 mit einem einzigen Schaltelement 411.2 erforderlich, während sichergestellt ist, dass beide Radsätze 104.1 und 104.2 bei Bogenfahrt gegenläufig ausdrehen. - Anhand dieser Variante wird deutlich, dass grundsätzlich ein einziges Schaltelement ausreichen kann, um den erfindungsgemäßen hydraulischen Freilauf bei einer Gestaltung mit gegenläufiger Kopplung der Wendebewegungen der Radeinheiten zu realisieren. Die übrige Kopplung der Aktuatoreinheiten kann über eine entsprechende Verschaltung der Aktuatorkammern mittels einfacher Ausgleichskopplungen (beispielsweise einfacher Hydraulikleitungen) erfolgen.
- Die
Figur 10 zeigt schließlich eine Variante der Gestaltung ausFigur 9 , bei welcher das Schaltelement 411.2 durch ein Schaltelement 211.1 ersetzt ist, wie es im Zusammenhang mit der Gestaltung ausFigur 6 beschrieben wurde. Demgemäß ist bei dieser Variante des Fahrwerks 403 eine Lösung mit vier Betriebsmodi BM1 bis BM4 realisiert, wie sie im Zusammenhang mit der Gestaltung ausFigur 6 beschrieben wurde. Hierbei zeigtFigur 10 den vierten Betriebsmodus BM4, in welchem die Radsätze 104.1 und 104.2 wie herkömmliche Radsätze passiv ausdrehen können. - Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die
Figuren 1 bis 5 und11 ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs 501 mit einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Fahrwerksanordnung mit Fahrwerken 503 beschrieben. Die Fahrwerke 503 können die Fahrwerke 103 in dem Fahrzeug 101 ersetzen. Das Fahrwerk 503 gleicht in seiner grundsätzlichen Funktion und seinem grundsätzlichen Aufbau dem Fahrwerk 103, sodass hier lediglich auf die Unterschiede eingegangen werden soll. Insbesondere sind gleichartige Komponenten mit um den Wert 400 erhöhten Bezugszeichen versehen, während identische Komponenten mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Sofern nachfolgend keine anderweitigen Ausführungen gemacht werden, wird hinsichtlich der Merkmale und Eigenschaften dieser Komponenten ausdrücklich auf die obigen Ausführungen verwiesen. - Der Unterschied zu dem Fahrzeug 101 aus dem ersten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass die jeweilige Aktuatoranordnung 508 jeweils zwischen dem Wagenkasten 102 (der in diesem Fall einen Fahrzeugteil im Sinne der vorliegenden Erfindung bildet) und dem Fahrwerksrahmen 105 der beiden Fahrwerke 503 wirkt (die im vorliegenden Fall jeweils eine Radeinheit im Sinne der vorliegenden Erfindung bilden).
- Wie der
Figur 11 zu entnehmen ist, wirkt zwischen dem Drehgestellrahmen 105 und dem Wagenkasten 102 auf jeder Fahrwerksseite jeweils eine Aktuatoreinheit 109, wie sie im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel ausführlich beschrieben wurde. Auch hier erfährt die jeweilige Aktuatoreinheit 109 bei einer ersten Wendebewegung des zugehörigen Fahrwerks 503 bezüglich des Wagenkastens 102 um eine zu der Höhenrichtung (z-Richtung) parallele Wendeachse eine bestimmte erste Auslenkung in der Fahrzeuglängsrichtung. Bei einer der ersten Wendebewegung entgegengesetzten zweiten Wendebewegung des zugehörigen Fahrwerks 503 erfährt die jeweilige Aktuatoreinheit 109 dann natürlich eine der ersten Auslenkung in der Fahrzeuglängsrichtung entgegengesetzte zweite Auslenkung. - Im vorliegenden Beispiel sind die Aktuatoreinheiten 109 so angeordnet, dass ihre Wirkrichtung in der in
Figur 2 durch die gestrichelte Kontur 110 angedeuteten Neutralstellung (im geraden ebenen Gleis) im Wesentlichen parallel zur Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) verläuft. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch eine andere Gestaltung und/oder Anordnung und/oder Wirkrichtung der Aktuatoreinheiten vorgesehen sein kann. So können beispielsweise rotatorische Aktuatoreinheiten verwendet werden, welche unmittelbar eine rotatorische Bewegung bzw. ein Drehmoment zur Verfügung stellen. Ebenso können natürlich auch Getriebe zwischen die Aktuatoreinheit und den zugehörige Radsatz geschaltet sein, welche eine entsprechende Bewegungsübersetzung bzw. Leistungsübersetzung liefern. Ebenso kann natürlich ein beliebiger anderer Angriffspunkt der jeweiligen Aktuatoreinheit an dem Drehgestellrahmen und/oder der Radeinheit gewählt sein. - Die Aktuatoranordnung 508 umfasst weiterhin eine Steuereinrichtung 111, wie sie oben im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel ausführlich beschrieben wurde. Dabei ist im vorliegenden Beispiel wiederum jeder Aktuatoreinheit 109 eine Steuereinheit 111.1 der Steuereinrichtung 111 zugeordnet, mittels derer die erste Aktuatorkammer 109.1 und die zweite Aktuatorkammer 109.2 der zugehörigen Aktuatoreinheit 109 in der oben beschriebenen Weise fluidisch gekoppelt sind.
- Die Steuereinrichtung 111 ist demgemäß auch bei dem Fahrzeug 501 nach Art eines schaltbaren fluidischen Freilaufs gestaltet, welcher in einem bestimmten Schaltzustand jeweils einen Fluidstrom in einer (vom Schaltzustand abhängigen) ersten Richtung zulässt, während er einen Fluidstrom in einer entgegengesetzten zweiten Richtung zumindest im Wesentlichen sperrt.
- Hiermit ist es möglich, die dem jeweiligen Fahrwerk 503 zugeordneten Aktuatoreinheiten 109 über die Steuereinrichtung 111 jeweils derart koordiniert anzusteuern, dass das eine Fahrwerk 503 nur eine Wendebewegung in einer ersten Drehrichtung DR1 ausführen kann, während eine Wendebewegung in der entgegengesetzten zweiten Drehrichtung DR2 verhindert wird. Gleichermaßen können die dem anderen Fahrwerk 503 zugeordneten Aktuatoreinheiten 109 derart koordiniert angesteuert werden, dass es nur eine Wendebewegung in der zweiten Drehrichtung DR2 ausführen kann, während die Wendebewegung in der ersten Drehrichtung DR1 verhindert wird.
- Mithin kann hiermit also über die Steuereinrichtung 111 wiederum erzwungen werden, dass die beiden Fahrwerke 503 ausschließlich gegenläufige passive Wendebewegungen ausführen. Derartige gegenläufige Wendebewegungen der beiden Fahrwerke 503 sind typischerweise im Gleisbogen erwünscht. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch ausschließlich gleichläufige Wendebewegungen erzwungen werden können.
- Auch im vorliegenden Beispiel kann die Steuereinrichtung 111 wiederum dem beschriebenen dritten Betriebsmodus BM3 aufweisen, in dem die Steuereinheit 111.1 den ersten Fluidstrom FS1 und den zweiten Fluidstrom FS2 zumindest im Wesentlichen sperrt. Ein solches Sperren der beiden Fluidströme FS1 und FS2 ermöglicht es, beispielsweise bei Geradeausfahrt oder im Vollbogen (mit konstanter Gleiskrümmung), die Anbindung des jeweiligen Fahrwerk 503 am Wagenkasten 102 zu versteifen, was nicht zuletzt im Hinblick auf die Fahrdynamik bei hohen Fahrgeschwindigkeiten von Vorteil ist.
- Die Steuereinrichtung 111 ist im vorliegenden Beispiel wiederum derart ausgeführt, dass sie in Abhängigkeit von den Steuerbefehlen SB der übergeordneten Steuereinheit 112, insbesondere in Abhängigkeit von dem aktuellen Fahrzustand des Fahrzeugs 501, in den jeweils geeigneten Betriebsmodus BM1 bis BM3 schaltet, wie dies oben im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel bereits ausführlich beschrieben wurde. Hierbei wird wiederum entsprechend den drei Gleisabschnittstypen (gerade Strecke, Übergangsbogen, Vollbogen) eine vorteilhafte Differenzierung der Ansteuerung der Aktuatoreinheiten 109 vorgenommen und damit eine geeignete Anpassung der Fahrwerkscharakteristik erzielt.
- Es versteht sich, dass zwischen den Aktuatoreinheiten 109 wiederum auch eine fluidische Verschaltung vorgesehen sein kann, wie sie oben im Zusammenhang mit den
Figuren 7 bis 10 beschrieben wurde. Ebenso versteht es sich, dass das jeweilige Fahrwerk 503 zusätzlich mit einer der oben im Zusammenhang mit den anderen Ausführungsbeispielen beschriebenen Aktuatoreinheiten 108, 208, 308 oder 408 versehen sein kann. - Die vorstehend beschriebenen Varianten der Verschaltung der Aktuatoreinheiten stellen lediglich Beispiele möglicher Verschaltungen dar, welche die gewünschte gegenläufige Kopplung der Wendebewegungen der Radeinheiten realisieren. Es versteht sich, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch eine anderweitige Verschaltung realisiert werden kann, welche diese gegenläufige Kopplung gewährleistet.
- Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend ausschließlich anhand eines zweiachsigen Drehgestells beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung auch im Zusammenhang mit beliebigen anderen Fahrwerken mit mehr als zwei Radeinheiten zum Einsatz kommen kann.
- Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend weiterhin ausschließlich im Zusammenhang mit Schienenfahrzeugen beschrieben, die mit vergleichsweise hohen Nennbetriebsgeschwindigkeiten verkehren. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung auch im Zusammenhang mit anderen Fahrzeugen, insbesondere bei niedrigeren oder aber auch noch höheren Nennbetriebsgeschwindigkeiten zum Einsatz kommen kann.
Claims (16)
- Fahrwerksanordnung für ein Schienenfahrzeug, mit- einem Fahrzeugteil (102; 105), insbesondere einem Fahrwerksrahmen (105) oder einem Wagenkasten (102),- einer Radeinheit (104.1; 503) und- einer fluidischen, insbesondere hydraulischen, Aktuatoranordnung (108; 208; 308; 408; 508), wobei- Radeinheit (104.1; 503) derart gestaltet ist, dass sie in einem Betriebszustand einen Sinuslauf ausführt,- der Fahrzeugteil (102; 105) eine Längsrichtung, eine Querrichtung und eine Höhenrichtung definiert sowie über eine Federeinrichtung, insbesondere eine Primärfederung oder eine Sekundärfederung, auf der Radeinheit (104.1; 503) abgestützt ist,- die Aktuatoranordnung (108; 208; 308; 408; 508) eine erste Aktuatorkammer (109.1; 309.1; 409.1) und eine zweite Aktuatorkammer (109.2; 309.2; 409.2) umfasst, welche über eine Steuereinrichtung (111; 211; 311; 411) fluidisch gekoppelt sind,- die Radeinheit (104.1; 503) über die Aktuatoranordnung (108; 208; 308; 408; 508) derart mit dem Fahrzeugteil (102; 105) gekoppelt ist, dass- bei einer ersten Wendebewegung der Radeinheit (104.1; 503) bezüglich des Fahrzeugteils (102; 105) um eine zu der Höhenrichtung parallele Wendeachse über die Steuereinrichtung (111; 211; 311; 411) ein erster Fluidstrom eines Arbeitsfluids von der ersten Aktuatorkammer (109.1; 309.1; 409.1) zu der zweiten Aktuatorkammer (109.2; 309.2; 409.2) erzeugt wird und- bei einer der ersten Wendebewegung entgegengesetzten zweiten Wendebewegung der Radeinheit (104.1; 503) bezüglich des Fahrzeugteils (102; 105) über die Steuereinrichtung (111; 211; 311; 411) ein zweiter Fluidstrom des Arbeitsfluids von der zweiten Aktuatorkammer (109.2; 309.2; 409.2) zu der ersten Aktuatorkammer (109.1; 309.1; 409.1) erzeugt wird,dadurch gekennzeichnet, dass- die Steuereinrichtung (111; 211; 311; 411) als zwischen einem ersten Betriebsmodus und einem zweiten Betriebsmodus umschaltbare Freilaufeinrichtung ausgebildet ist, wobei- die Steuereinrichtung (111; 211; 311; 411) in dem ersten Betriebsmodus den ersten Fluidstrom zulässt und den zweiten Fluidstrom zumindest im Wesentlichen sperrt und- die Steuereinrichtung (111; 211; 311; 411) in dem zweiten Betriebsmodus den zweiten Fluidstrom zulässt und den ersten Fluidstrom zumindest im Wesentlichen sperrt.
- Fahrwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass- die Steuereinrichtung (111; 211; 311; 411) einen dritten Betriebsmodus und/oder einen vierten Betriebsmodus aufweist, wobei- die Steuereinrichtung (111; 211; 311; 411) in dem dritten Betriebsmodus den ersten Fluidstrom und den zweiten Fluidstrom zumindest im Wesentlichen sperrt,- die Steuereinrichtung (111; 211; 311; 411) in dem vierten Betriebsmodus einen bidirektionalen Fluidstrom zwischen der ersten Aktuatorkammer (109.1; 309.1; 409.1) und der zweiten Aktuatorkammer (109.2; 309.2; 409.2) zulässt, wobei der bidirektionale Fluidstrom insbesondere eine gegenüber dem ersten Fluidstrom und/oder dem zweiten Fluidstrom erhöhte, insbesondere zumindest verdoppelte, Dämpfung aufweist,- die Steuereinrichtung (111; 211; 311; 411) insbesondere in einem energielosen Zustand, insbesondere einem Notbetrieb bei Ausfall einer externen Energieversorgung, selbsttätig in den dritten Betriebsmodus oder den vierten Betriebsmodus schaltet.
- Fahrwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass- die Steuereinrichtung (111; 211; 311; 411) ein Schaltelement (111.2; 211.2; 311.2; 411.2) und ein Freilaufelement (111.3; 311.3; 411.3) umfasst, wobei- das Freilaufelement (111.3; 311.3; 411.3) einen Durchlasseingang (111.4) und eine Sperreingang (111.5) aufweist, wobei ein in das Freilaufelement (111.3; 311.3; 411.3) über den Durchlasseingang (111.4) eintretender Fluidstrom zugelassen wird und ein in das Freilaufelement (111.3; 311.3; 411.3) über den Sperreingang (111.5) eintretender Fluidstrom im Wesentlichen gesperrt wird,- das Schaltelement (111.2; 211.2; 311.2; 411.2) in dem ersten Betriebsmodus die erste Aktuatorkammer (109.1; 309.1; 409.1) mit dem Durchlasseingang (111.4) verbindet und die zweite Aktuatorkammer (109.2; 309.2; 409.2) mit dem Sperreingang (111.5) verbindet und- das Schaltelement (111.2; 211.2; 311.2; 411.2) in dem zweiten Betriebsmodus die zweite Aktuatorkammer (109.2; 309.2; 409.2) mit dem Durchlasseingang (111.4) verbindet und die erste Aktuatorkammer (109.1; 309.1; 409.1) mit dem Sperreingang (111.5) verbindet,
wobei- das Schaltelement (111.2; 211.2; 311.2; 411.2) in einem dritten Betriebsmodus insbesondere die erste Aktuatorkammer (109.1; 309.1; 409.1) und die zweite Aktuatorkammer (109.2; 309.2; 409.2) von dem Freilaufelement (111.3; 311.3; 411.3) trennt
und/oder- das Schaltelement (111.2; 211.2; 311.2; 411.2) in einem vierten Betriebsmodus insbesondere die erste Aktuatorkammer (109.1; 309.1; 409.1) und die zweite Aktuatorkammer (109.2; 309.2; 409.2) bidirektional miteinander verbindet. - Fahrwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass- das Freilaufelement (111.3; 311.3; 411.3) als Ventileinrichtung mit einer Durchlassrichtung und einer Sperrrichtung ausgebildet ist, wobei- das Freilaufelement (111.3; 311.3; 411.3) insbesondere nach Art eines Rückschlagventils ausgebildet ist,- das Rückschlagventil (111.3; 311.3; 411.3) insbesondere als mit einer Vorspannung versehenes Rückschlagventil (111.3; 311.3; 411.3) ausgebildet ist,- die Vorspannung des Rückschlagventils (111.3; 311.3; 411.3) und/oder ein Durchlassquerschnitt des Freilaufelements (111.3; 311.3; 411.3) zur Einstellung einer Dämpfung eines in der Durchlassrichtung durchgelassenen Fluidstroms insbesondere verstellbar ist.
- Fahrwerk nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass- das Schaltelement (111.2; 211.2; 311.2; 411.2) nach Art eines 4/3-Wegeventils oder eines 4/4-Wegeventils ausgebildet ist, wobei- das Schaltelement (111.2; 211.2; 311.2; 411.2) insbesondere in einem energielosen Zustand, insbesondere einem Notbetrieb bei Ausfall einer externen Energieversorgung, selbsttätig in den dritten Betriebsmodus oder den vierten Betriebsmodus schaltet, wobei- das Schaltelement (111.2; 211.2; 311.2; 411.2) insbesondere eine Schaltfedereinrichtung (111.6) aufweist, welche das Schaltelement (111.2; 211.2; 311.2; 411.2) in dem energielosen Zustand in den dritten Betriebsmodus oder den vierten Betriebsmodus schaltet.
- Fahrwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass- die Aktuatoranordnung (108; 208) eine Aktuatoreinheit (109) aufweist, welche derart zwischen der Radeinheit (104.1; 503) und dem Fahrzeugteil (102, 105) angeordnet ist, dass sie bei der ersten Wendebewegung und der zweiten Wendebewegung eine Auslenkung erfährt, wobei- die erste Aktuatorkammer (109.1) und die zweite Aktuatorkammer (109.2) Arbeitsräume der Aktuatoreinheit (109) sind, wobei- die Arbeitsräume (109.1, 109.2) auf einander abgewandten Seiten eines Schnittstellenelements (109.3, 109.4) der Aktuatoreinheit (109; 309.5 bis 309.8; 409.5 bis 409.8) angeordnet sind.
- Fahrwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass- die Aktuatoranordnung (308) eine erste Aktuatoreinheit (309.5) und eine zweite Aktuatoreinheit (309.6) aufweist, wobei- die erste Aktuatoreinheit (309.5) derart zwischen einer ersten Komponente (107) der Radeinheit (104.1; 503), insbesondere einer Radlagereinheit der Radeinheit (104.1; 503), und dem Fahrzeugteil (102, 105) angeordnet ist, dass sie bei der ersten Wendebewegung und der zweiten Wendebewegung eine Auslenkung erfährt,- die zweite Aktuatoreinheit (309.6) derart zwischen einer zweiten Komponente (107) der Radeinheit (104.1; 503), insbesondere einer Radlagereinheit der Radeinheit (104.1; 503), und dem Fahrzeugteil (102, 105) angeordnet ist, dass sie bei der ersten Wendebewegung und der zweiten Wendebewegung eine Auslenkung erfährt,- die erste Aktuatorkammer (309.1) ein Arbeitsraum der ersten Aktuatoreinheit (309.5) ist und- die zweite Aktuatorkammer (309.2) ein Arbeitsraum der zweiten Aktuatoreinheit (309.6) ist,- wobei die erste Aktuatorkammer (309.1) und die zweite Aktuatorkammer (309.2) derart angeordnet sind, dass ein Entleeren der ersten Aktuatorkammer (309.1) und ein Befüllen der zweiten Aktuatorkammer (309.2) dieselbe Wendebewegung unterstützt.
- Fahrwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass- die Radeinheit (104.1 eine erste Radeinheit ist und der Fahrwerksrahmen auf einer zweiten Radeinheit (104.2) abgestützt ist,- die Aktuatoranordnung (eine erste Aktuatoreinheit (409.5) und eine zweite Aktuatoreinheit (409.8) aufweist, wobei- die erste Aktuatoreinheit (409.5) derart zwischen einer Komponente (107) der ersten Radeinheit (104.1), insbesondere einer Radlagereinheit der ersten Radeinheit (104.1), und dem Fahrzeugteil (102, 105) angeordnet ist, dass sie bei der ersten Wendebewegung und der zweiten Wendebewegung eine Auslenkung erfährt,- die zweite Aktuatoreinheit (409.8) derart zwischen einer Komponente (107) der zweiten Radeinheit (104.2), insbesondere einer Radlagereinheit der zweiten Radeinheit (104.2), und dem Fahrzeugteil (102, 105) angeordnet ist, dass sie bei der einer Wendebewegung der zweiten Radeinheit (104.2) eine Auslenkung erfährt,- die erste Aktuatorkammer (409.1) ein Arbeitsraum der ersten Aktuatoreinheit (409.5) ist und- die zweite Aktuatorkammer (409.2) ein Arbeitsraum der zweiten Aktuatoreinheit (409.8) ist,- wobei die erste Aktuatorkammer (409.1) und die zweite Aktuatorkammer (409.2) derart angeordnet sind, dass ein Entleeren der ersten Aktuatorkammer (409.1) und ein Befüllen der zweiten Aktuatorkammer (409.2) gegenläufige Wendebewegungen der ersten Radeinheit (104.1) und der zweiten Radeinheit (104.2) unterstützt.
- Fahrwerk nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass- die Aktuatoranordnung (108; 208; 308; 408; 508) wenigstens eine Aktuatoreinheit (109; 309.5 bis 309.8; 409.5 bis 409.8) mit zwei Arbeitsräumen umfasst, wobei- die Aktuatoreinheit (109; 309.5 bis 309.8; 409.5 bis 409.8) wenigstens eine Kolben-Zylinder-Anordnung umfasst, wobei die Kolben-Zylinder-Anordnung nach Art einer doppelt wirkenden Kolben-Zylinder-Anordnung ausgebildet ist,
oder- die Aktuatoreinheit (109; 309.5 bis 309.8; 409.5 bis 409.8) wenigstens ein elastisches Kammerelement und ein Schnittstellenelement umfasst, wobei das elastische Kammerelement wenigstens die erste Aktuatorkammer (109.1; 309.1; 409.1) begrenzt, die unter einer elastischen Deformation des Kammerelements einer Verschiebung des Schnittstellenelements mit einem Arbeitsmedium befüllbar ist. - Fahrwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass- die Steuereinrichtung (111; 211; 311; 411) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einem Steuerbefehl einer übergeordneten Steuereinheit (112) zwischen unterschiedlichen Betriebsmodi umzuschalten,
wobei- die übergeordnete Steuereinheit (112) insbesondere dazu ausgebildet ist, den Steuerbefehl in Abhängigkeit von einem aktuellen Wert und/oder der aktuellen zeitlichen Änderung wenigstens einer tatsächlichen oder vorgegebenen Fahrzustandsgröße, insbesondere einer Krümmung eines befahrenen Gleises, einer Fahrgeschwindigkeit oder einer Beschleunigung, zu generieren,
und/oder- die übergeordnete Steuereinheit (112) insbesondere eine Einrichtung (113) zur Bestimmung der aktuellen Krümmung eines befahrenen Gleises umfasst. - Fahrwerk nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass- die übergeordnete Steuereinheit (112) dazu ausgebildet ist, in einer Fahrwegszustandsbestimmung zu erfassen, ob es sich bei einem aktuell befahrenen Fahrwegsabschnitt um einen geraden Fahrwegsabschnitt, einen Vollbogenabschnitt mit im Wesentlichen konstantem Krümmungsradius oder einen Übergangsbogenabschnitt mit sich veränderndem Krümmungsradius handelt, und- die übergeordnete Steuereinheit (112) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einem Ergebnis der Fahrwegszustandsbestimmung im Falle der Bestimmung eines Übergangsbogenabschnitts einen ersten Steuerbefehl für die Steuereinrichtung (111; 211; 311; 411) zu generieren und im Falle der Bestimmung eines geraden Abschnitts und/oder eines Vollbogenabschnitts einen zweiten Steuerbefehl für die Steuereinrichtung (111; 211; 311; 411) zu generieren, wobei- der erste Steuerbefehl eine Richtungsinformation über die Richtung der Fahrwegskrümmung umfasst,- die Steuereinrichtung (111; 211; 311; 411) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von dem ersten Steuerbefehl und der Richtungsinformation in den ersten Betriebsmodus oder den zweiten Betriebsmodus zu schalten,- die Steuereinrichtung (111; 211; 311; 411) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von dem zweiten Steuerbefehl in einen dritten Betriebsmodus zu schalten, in dem die Steuereinrichtung (111; 211; 311; 411) den ersten Fluidstrom und den zweiten Fluidstrom zumindest im Wesentlichen sperrt.
- Schienenfahrzeug mit einer Fahrwerksanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
- Verfahren zum Beeinflussen einer Wendebewegung einer Radeinheit (104.1; 503) einer Fahrwerksanordnung eines Schienenfahrzeugs, bezüglich eines Fahrzeugteils (102; 105), insbesondere bezüglich eines Fahrwerksrahmens (105) oder bezüglich eines Wagenkastens (102), der eine Längsrichtung, eine Querrichtung und eine Höhenrichtung definiert sowie über eine Federeinrichtung, insbesondere eine Primärfederung oder eine Sekundärfederung, auf der Radeinheit (104.1; 503) abgestützt ist, die derart gestaltet ist, dass sie in einem Betriebszustand einen Sinuslauf ausführt, bei dem- bei einer ersten Wendebewegung der Radeinheit (104.1; 503) bezüglich des Fahrzeugteils (102; 105) um eine zu der Höhenrichtung parallele Wendeachse ein erster Fluidstrom eines Arbeitsfluids von einer ersten Aktuatorkammer (109.1; 309.1; 409.1) einer Aktuatoranordnung (108; 208; 308; 408; 508) zu einer zweiten Aktuatorkammer (109.2; 309.2; 409.2) der Aktuatoranordnung (108; 208; 308; 408; 508) erzeugt wird und- bei einer der ersten Wendebewegung entgegengesetzten zweiten Wendebewegung der Radeinheit (104.1; 503) bezüglich des Fahrzeugteils (102; 105) ein zweiter Fluidstrom des Arbeitsfluids von der zweiten Aktuatorkammer (109.2; 309.2; 409.2) zu der ersten Aktuatorkammer (109.1; 309.1; 409.1) erzeugt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass- in einem ersten Betriebsmodus nach Art eines Freilaufs der erste Fluidstrom zugelassen wird und der zweite Fluidstrom zumindest im Wesentlichen gesperrt wird und- in einem zweiten Betriebsmodus nach Art eines Freilaufs der zweiten Fluidstrom zugelassen wird und der erste Fluidstrom zumindest im Wesentlichen gesperrt wird. - Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass- in einem dritten Betriebsmodus der erste Fluidstrom und der zweite Fluidstrom zumindest im Wesentlichen gesperrt wird,
und/oder- in einem vierten Betriebsmodus ein bidirektionaler Fluidstrom zwischen der ersten Aktuatorkammer (109.1; 409.1) und der zweiten Aktuatorkammer (109.2; 409.2) zugelassen wird, wobei der bidirektionale Fluidstrom insbesondere eine gegenüber dem ersten Fluidstrom und/oder dem zweiten Fluidstrom erhöhte, insbesondere zumindest verdoppelte, Dämpfung aufweist,
wobei- insbesondere in einem energielosen Zustand, insbesondere einem Notbetrieb bei Ausfall einer externen Energieversorgung, selbsttätig in den dritten Betriebsmodus oder den vierten Betriebsmodus geschaltet wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass- die erste Aktuatorkammer (109.1; 309.1; 409.1) und die zweite Aktuatorkammer (109.2; 309.2; 409.2) Arbeitsräume einer Aktuatoreinheit (109; 309.5 bis 309.8; 409.5 bis 409.8) sind, welche bei der ersten Wendebewegung und der zweiten Wendebewegung eine Auslenkung erfährt,
oder- die erste Aktuatorkammer (309.1) ein Arbeitsraum einer mit einer ersten Komponente (107) der Radeinheit (104.1; 503) verbundenen ersten Aktuatoreinheit (309.5) ist und die zweite Aktuatorkammer (309.2) ein Arbeitsraum einer mit einer zweiten Komponente (107) der Radeinheit (104.1; 503) verbundenen zweiten Aktuatoreinheit (309.6) ist, wobei ein Entleeren der ersten Aktuatorkammer (309.1) und ein Befüllen der zweiten Aktuatorkammer (309.2) dieselbe Wendebewegung der Radeinheit (104.1; 503) unterstützt,
oder- die erste Aktuatorkammer (409.1) ein Arbeitsraum einer ersten Aktuatoreinheit (409.5) ist, die mit einer ersten Radeinheit (104.1; 503) der Fahrwerksanordnung verbunden ist, und die zweite Aktuatorkammer (409.2) ein Arbeitsraum einer zweiten Aktuatoreinheit (309.8) ist, die mit einer zweiten Radeinheit (104.2) der Fahrwerksanordnung verbunden ist, wobei ein Entleeren der ersten Aktuatorkammer (409.1) und ein Befüllen der zweiten Aktuatorkammer (409.2) gegenläufige Wendebewegungen der ersten Radeinheit (104.1; 503) und der zweiten Radeinheit (104.2) unterstützt. - Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass- in Abhängigkeit von einem Steuerbefehl einer übergeordneten Steuereinheit (112) zwischen unterschiedlichen Betriebsmodi umgeschaltet wird,
wobei- die übergeordnete Steuereinheit (112) den Steuerbefehl insbesondere in Abhängigkeit von einem aktuellen Wert und/oder der aktuellen zeitlichen Änderung wenigstens einer tatsächlichen oder vorgegebenen Fahrzustandsgröße, insbesondere einer Krümmung eines befahrenen Gleises, einer Fahrgeschwindigkeit oder einer Beschleunigung, generiert,
und/oder- in einer Fahrwegszustandsbestimmung insbesondere erfasst wird, ob es sich bei einem aktuell befahrenen Fahrwegsabschnitt um einen geraden Fahrwegsabschnitt, einen Vollbogenabschnitt mit im Wesentlichen konstantem Krümmungsradius oder einen Übergangsbogenabschnitt mit sich veränderndem Krümmungsradius handelt, und in Abhängigkeit von einem Ergebnis der Fahrwegszustandsbestimmung im Falle der Bestimmung eines Übergangsbogenabschnitts in Abhängigkeit von der Richtungsinformation in den ersten Betriebsmodus oder den zweiten Betriebsmodus geschaltet wird und im Falle der Bestimmung eines geraden Abschnitts und/oder eines Vollbogenabschnitts in einen dritten Betriebsmodus geschaltet wird, in dem der erste Fluidstrom und der zweiten Fluidstrom zumindest im Wesentlichen gesperrt wird.
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