EP3592621A1 - Verfahren zum kompensieren eines zugkraftverlusts eines schienenfahrzeugs - Google Patents

Verfahren zum kompensieren eines zugkraftverlusts eines schienenfahrzeugs

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EP3592621A1
EP3592621A1 EP18702071.4A EP18702071A EP3592621A1 EP 3592621 A1 EP3592621 A1 EP 3592621A1 EP 18702071 A EP18702071 A EP 18702071A EP 3592621 A1 EP3592621 A1 EP 3592621A1
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EP
European Patent Office
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rail
wheel
rail vehicle
compensation method
vehicle
Prior art date
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Application number
EP18702071.4A
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English (en)
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EP3592621B1 (de
Inventor
Werner Breuer
Hans Jürgen MÄRKL
Wolfgang Rulka
Martin Zäch
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Siemens Mobility GmbH
Original Assignee
Siemens Mobility GmbH
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Filing date
Publication date
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Priority to PL18702071T priority Critical patent/PL3592621T3/pl
Publication of EP3592621A1 publication Critical patent/EP3592621A1/de
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Publication of EP3592621B1 publication Critical patent/EP3592621B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61C—LOCOMOTIVES; MOTOR RAILCARS
    • B61C15/00—Maintaining or augmenting the starting or braking power by auxiliary devices and measures; Preventing wheel slippage; Controlling distribution of tractive effort between driving wheels
    • B61C15/14—Maintaining or augmenting the starting or braking power by auxiliary devices and measures; Preventing wheel slippage; Controlling distribution of tractive effort between driving wheels controlling distribution of tractive effort between driving wheels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61C—LOCOMOTIVES; MOTOR RAILCARS
    • B61C15/00—Maintaining or augmenting the starting or braking power by auxiliary devices and measures; Preventing wheel slippage; Controlling distribution of tractive effort between driving wheels
    • 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
    • B61F3/00—Types of bogies
    • B61F3/02—Types of bogies with more than one axle
    • B61F3/04—Types of bogies with more than one axle with driven axles or wheels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61F—RAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
    • B61F5/00—Constructional details of bogies; Connections between bogies and vehicle underframes; Arrangements or devices for adjusting or allowing self-adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves
    • B61F5/38—Arrangements or devices for adjusting or allowing self- adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves, e.g. sliding axles, swinging axles
    • B61F5/386—Arrangements or devices for adjusting or allowing self- adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves, e.g. sliding axles, swinging axles fluid actuated

Definitions

  • the invention relates to a method of compensating for a loss of tensile force of a rail vehicle, preferably a Gü ⁇ terzuglokomotive, in a rail bow, especially in a start-up of the rail vehicle and / or in particular on a slope.
  • a EXISTING ⁇ dene by the rail vehicle mechanical engine power can no longer be fully over and carry a driving control / regulation must be a wheel spin by the withdrawal of a tensile force (tensile force loss) prevent.
  • the transmittable mechanical friction may depend on a slope of a slope.
  • the object of the invention is achieved by a method for compensating a Switzerlandkraft loss of a rail vehicle before ⁇ Trains t a freight locomotive in a rail bow, and in particular ⁇ sondere when starting of the rail vehicle and / or in particular at a pitch according to the independent claim.
  • the driven rail wheel may be part of at least one driven wheelset of the rail vehicle, wherein the comparatively unfavorable friction conditions between the rail bow or the
  • Rail bow or the rail arches are changed in comparatively favorable friction conditions.
  • the Wenig ⁇ least a rail wheel in particular the at least one wheel ⁇ set hydraulically, pneumatically, mechanically, electrically,
  • the at least one rail wheel in particular the iquess a wheel set, are actively steered in such a manner that a contact area between is the at least one rail wheel, in particular the at least one wheel set, and a Subject Author ⁇ fenden rail in the rail bow, in an area in which a relatively favorable and favorable basic ⁇ reibice and / or a comparatively favorable or cheaper contact geometry are present.
  • the at least one rail wheel in particular the at least one wheel set ⁇ be actively steered in such a manner that a Reibungsko increased ⁇ efficiently in the contact region;
  • the contact area is established on a running area of the rail concerned;
  • the contact area moves in the direction of a transverse center of the relevant rail;
  • the contact area is located substantially at a transverse center of the rail in question; a smaller surface pressure occurs in the contact area;
  • the at least one among radially standing rails ⁇ rad, in particular the at least one under radially standing wheel can be pivoted in such a manner that the rail vehicle is at least partially displaced radially outward.
  • the wheel axles are articulated underradial.
  • the at least one means of radially standing rails ⁇ rad in particular the at least one via radially stationary set of wheels, is articulated in such a manner that the rail vehicle we ⁇ is favourables partially offset radially inwards.
  • These cases relate in particular to an excessive and, if necessary, tight track arc, wherein, according to the invention, the contact areas again reach the running area of the rail wheels on the rail.
  • (fast) driving so in a bow outside approaching rail wheel, the wheel axles are articulated over radial, in which case the wheel axle from the outside of the bow moves back to the middle of the rail.
  • the Wenig ⁇ an actuator between the chassis or the chassis frame and the railway wheel or the wheelset can least a rail wheel, in particular the at least one wheel ⁇ set, by at least be steered.
  • the rail wheel or the wheel set on the rail or the track is rotatable or pivotable.
  • the at least one rail wheel, in particular the at least one wheel set can be guided by active hydraulics or by an active pneumatic cylinder.
  • the at least one rail wheel, in particular the at least one set of wheels are steered by a ak ⁇ tive hydraulic bushing or an active hydraulic cylinder.
  • a curve radius can be estimated via a sheet recognition, and / or a desired angle for the at least one rail wheel, in particular the least at least one wheel set, relative to the track by a simulation to be set in advance.
  • a drive of the rail vehicle can operate in a slip ⁇ operation, and / or the at least one actuator may be connected in series or parallel to a Radsatzltemps arrangement.
  • a feature portion element construction ⁇ part, unit, component, function, size, etc.
  • a feature can be positive, that is present, or that is configured to be absent, whereby a negative feature as the feature is not explicitly described negative, if it is not valued in accordance with the invention that it is absent.
  • a feature of this specifics ⁇ tion (description, reference numerals list, claims, drawing) can not only in a specified type and / or manner, but also in a different type and / or manner applied be (insulation, Summary, replacement, Hinzu Stahl- supply, Stand alone, omission, etc.).
  • each feature can be used as a fakultati ⁇ ves, arbiträres or preferred, are therefore regarded as a non-binding royal, feature.
  • a detachment of a feature, possibly including its periphery, from an exemplary embodiment is possible, this feature then being transferable to a generalized concept of the invention.
  • the absence of a characteristic (negative feature) shows an exemplary embodiment in that the feature is optional with respect to the OF INVENTION ⁇ dung.
  • FIG. 2 shows a two-dimensional plan view of an exemplary embodiment of a biaxial chassis of a rail vehicle, with two wheel sets mounted in a chassis frame via four wishbones, wherein a method according to the invention can be carried out by the wishbones.
  • an active link for actively steering a single rail wheel, a single rail wheel of a wheelset or a wheelset of a chassis or a
  • an active axle support bearing for actively steering a single rail wheel, a single rail wheel of a wheel ⁇ set or a wheelset of a chassis or ei ⁇ nes rail vehicle,
  • FIG. 1 a two-dimensional plan view of an embodiment ⁇ example of the chassis according to the invention of Figure 1, wherein the eight fluid chambers of the four wishbones can be acted upon by fluid lines through a fluid pressure and such a wheel of the chassis or the rail vehicle is actively steered, and
  • FIG. 1 a two-dimensional plan view of an embodiment ⁇ example of the chassis according to the invention of Figure 1, wherein a respective wishbone of a parallel Lel arranged actuator is operable and such a wheel of the chassis or the rail vehicle is actively steered.
  • the invention is based on,sbeispie ⁇ len embodiments of a variant of inventive method for compensating a loss of traction of a rail vehicle 2, preferably a freight locomotive 2, in a rail arch 1, in particular at a start of the rail vehicle 2 and / or in particular on a slope, explained in more detail.
  • the invention is not limited to such a sol ⁇ che variant, such embodiments and / or the ⁇ exemplary embodiments explained, but is of a more fundamental nature, so that the invention can be applied to all methods for compensating for traction losses of a rail vehicle.
  • FIG. 1 shows an inventive chassis 20 of a
  • Rail vehicle 2 in particular a freight locomotive 2, on which about a vertical axis (z) rotatably support a non-illustrated car body of the rail vehicle 2 resiliently ⁇ based.
  • the chassis 20 has a chassis frame 2, which is preferably supported on at least two wheelsets 200, 200 relative to a track.
  • Each wheel set 200, 200 has two rail wheels 210, 210, which are preferably mechanically rigidly connected by means of a wheel axle 202 mounted in two axle bearings 310, 310.
  • For horizontal guidance (x, y) of the wheel sets 200, 200 these are in each case on both driving wheels. factory sides each articulated by means of triangular links 410, 410 on the chassis frame 22.
  • one of the four wishbones 410 is articulated to a single axle bearing 310 by means of a single wheel set side bearing 412 of the wishbone 410, and to the Fahrtechniksrah- men 22 by means of two frame-side bearings 414, 414 of the wishbone 410.
  • the respective Radsatzsei- term bearing 412 has z.
  • B. a hydraulic bushing (see below) with preferably constant transverse stiffness (y) and preferably variable longitudinal stiffness (x).
  • the two respec ⁇ border frame bearing 414, 414 have z.
  • B. Elastomerbuchsen (see below) with preferably constant longitudinal stiffness (x) and preferably constant transverse stiffness (y).
  • each wishbone 410 The bearings 412, 414, 414 of each wishbone 410 are arranged at the 'corners' of a horizontally (x, y) aligned, isosceles triangle whose Spitzenab ⁇ cut the respective Radsatz workede bearing 412 and its Base sisabterrorism the respective frame-side bearing 414, 414 bil ⁇ the.
  • a curved run of the rail vehicle 2 we ⁇ least one set of wheels 200, preferably both sets of wheels 200, 200, radially or radially (y) are aligned to form a curve, which is indicated in FIG 1 by a dash-dot line. This orientation of the two sets of wheels 200, 200 can be done according to the invention by an active steering.
  • a three-axle chassis (not illustrated) has a third wheel set 200 which is arranged in the longitudinal direction between the two sets of wheels 200, 200 shown in FIG. 1 and connected to the chassis frame 22.
  • a sheet travel of the rail vehicle 2 (y) at least one wheel set 200, preferably both outer wheel sets 200, 200, radial or radially to the track curve aligned ⁇ the.
  • This alignment of the two outer sets of wheels 200, 200 can be done according to the invention by an active steering. Under unfavorable conditions of adhesion between a driven rail wheel 210 and a respective rail 1, a transmittable tensile force drastically decreases with respect to ideal conditions.
  • a drive control of the rail vehicle 2 must prevent a spinning of the rail wheels 210 by a withdrawal of a drive tensile force.
  • modern rail vehicles 2 further carried out a drive of the rail vehicle 2 with a controlled longitudinal slip between the driven rail wheel 210 and the rail concerned 1.
  • ⁇ at is observed in the order of about 10% when the rail vehicle 2 located in a track curve and in particular when the rail vehicle 2 starts in a track curve.
  • This loss of traction tends to increase with a falling radius of curvature.
  • a steep slope can aggravate this problem. This is of course transferable to a wheelset 200 or the wheelsets 200, 200,... Of the rail vehicle 2.
  • both physical causes have an influence insbesonde ⁇ re on starting operations of the rail vehicle 2 in the track curve.
  • the track curve with a track cant is on a bow-shaped rail 10 laid.
  • starting that is a low speed and a negative Querbe ⁇ acceleration slips a relevant set of wheels 200 and sliding the respective rail wheels 210, 210 on a piece of a curved inner rail 10 on curved track.
  • a contact region 90 between a respective rail wheel 210 or wheelset 200 and a relevant rail 10 of the rail arch 1 travels from the running region (FIG. 2, left: straight) in the direction of an edge (FIG. 2, right: arc) of FIG
  • a contact area 90 which is closer to the respective flank, is characterized by a smaller radius of curvature of a wheel cross section and a smaller rail cross section. This leads to a smaller contact area 90 (FIG. 2, right) and, given a substantially constant normal force, to a higher surface pressure. Due to an inclination of the entire rail vehicle 2 to curves inside a normal ⁇ force on the inside rail wheel 210 is further increased, which further increases the surface pressing.
  • FIG. 3 shows a simulation result of a Wegman- kraftverlaufs when entering a freight train with a drive through a rail vehicle 2 from a flat straight line (I) in a flat transition track (II) in a flat 300m track curve (III) at a speed of about
  • the simulation result shows a tensile force loss, as it results on the basis of the above-described geometry influence and surface pressure influence.
  • the rail vehicle 2 initially starts rolling. After a few meters, the tensile force which is essentially maximum for the freight train has to be applied, wherein a friction coefficient is selected such that a maximum drive power of the rail vehicle 2 is not set off. it must, the drive goes into a slip operation.
  • a to be applied by the rail vehicle 2 stationary train ⁇ force in the straight line (I) levels off at about 318kN.
  • With reaching the transition track (II) after about 30s driving time begins taking into account the geometry einflus ⁇ ses a reduction of friction, while in the 300m track curve (III) stationary only about 290kN tensile force can be discontinued.
  • the simulation shows the observed during operation of the rail vehicle 2 traction loss of about 10%.
  • the invention is to compensate for the loss of traction of the slide ⁇ nenInstituts 2 on curved track preferably below slip operation.
  • at least one drivable rail wheel 210 in particular at least one drivable
  • Wheel set 200 actively steered such that a contact region 90 between the respective rail wheel 210 and the respective rail 10 in a rail bend 1 is again in a range in which better Grundreibixie (comparative high coefficient of friction) and / or Güns ⁇ tiger contact geometry etc., so favorable Reibungsbedingun ⁇ conditions exist.
  • two cases can be distinguished. These cases are in turn dependent on an actually driven speed, a mass, a construction, etc. of the rail vehicle 2; a radius of curvature etc.
  • z. B a start-up case or slow-moving case of the rail vehicle 2 in the raised and, if necessary, tight track curve.
  • both sets of wheels 200, 200 of a Drehge ⁇ stells of the rail vehicle 2 relative to the track sub-radial in a result, the two wheel sets 200, 200 in such a manner directed to ⁇ that the two sets of wheels 200, 200 and the Drehge ⁇ alternate lying on a curve inside rail edge upwards a drive (see FIG. Dash-dotted line in FIG 1) ,
  • the con ⁇ tact areas 90 will be back in the running areas of the rail nenzier 210, 210 on the rails 10 and into the more common rolled over cross sections of the rails 10, and also in areas where a contact geometry with respect.
  • Surfaces ⁇ squeeze in a row for the Friction coefficient is more favorable. Here are better friction conditions or
  • both wheel sets 200, 200 of the bogie are relative to the track over radial.
  • the two wheel sets 200, ⁇ directs such is 200, that the two sets of wheels 200, 200 and the bogie of a curved outboard track edge back a little to the inside of the curve drive (see FIG. Dash-dotted line in FIG 1 ).
  • the contact areas 90 are again in the running areas of the rail wheels 210, 210 on the rails 10 and in the more frequently overrun cross-sectional areas of the rails 10.
  • the loss of traction can ever compensate in an ideal case almost full ⁇ .
  • FIG. 4 shows a principle of such active steering for a single rail wheel 210 or a single wheel set 200 with two rail wheels 210.
  • at least one actuator 100 or at least one actuator 100 is located between the chassis 20 and the chassis frame 22 and / or the wheel set 200.
  • the respective actuator 100 may be formed as a mechanical and / or elekt ⁇ techniks (hydraulic, pneumatic, electromechanical, piezoelectric etc.) actuator 100.
  • the actuator 100 may include an actuator 110 and 120 hold an actuator 110 and optionally a restoring element or an actuator 120 to ⁇ .
  • the sliding ⁇ wheel 210 and the wheelset 200 on the rail 10 and the track is rotatable or pivotable.
  • the at least one drivable railway wheel 210 and the WE ⁇ remedies a drivable wheel 200 are preferably at least a plurality of driven track wheels 210 or at least a plurality of driven axles 200, are drivable in particular all rail wheels 210 and all driven wheelsets 200 of the rail vehicle 2 actively steered, ie actively rotated or pivoted if necessary.
  • This is carried out optionally with a forward movement or a backward movement (travel / start-up, if necessary, on a slope) of the rail vehicle 2.
  • the rail wheel 210 and the wheel 200 un ⁇ terradial, via radially, or on a soiled rail 10 in a rail bow 1 to stand on a track.
  • An active steering of a single wheel set 200 see FIG. 2
  • actuators 100, 100 are preferably effected by means of two actuators 100, 100 (in FIG. 5 only a single actuator 100 is shown) between a bogie, a chassis 20 or a chassis frame 22 and a single wheel set 200 Adjusting forces preferably by a hydraulic system and at comparatively lower necessary steering forces or actuating forces by a pneumatic cylinder, possibly equipped with a lever gain (analogous to brake power cylinders), take place. It is possible to use only a single actuator 100 in embodiments for this purpose.
  • An active hydraulic bush 430, 100 (see FIGS 6 and 7 and 8, actuator 110, reset element, 120, and vice versa) or a passive hydraulic bushing 430 and an actuator 100 (see FIG and 7 and 9, adjusting element 110, restoring element, 120, and vice versa, respectively).
  • an active actuator 100 (see active cylinder in FIG. 9) to be connected in parallel to a conventional RadsatzlCodes entry.
  • a conventional passive RadsatzlCodes Entry represents a 'safe' fallback for a failure of one or the actuators 100, 100.
  • a direct angle measurement can be used, which is at least ⁇ time consuming and costly.
  • a radius of curvature can be estimated by means of a sheet recognition (for example, a turn-out angle measurement, a transverse force measurement, etc.).
  • Rail wheels 210, 210 or a wheelset 200 relative to the track by simulation be predetermined in advance.
  • desired displacements or desired forces of the actuators 100, 100 can be determined in advance and / or determined.
  • These sizes can be applied either controlled or can be easily measured and regulated by a displacement sensor or a pressure sensor.
  • the curve radius can be estimated via the arc detection (turn-off angle, lateral force ⁇ measurement, etc.).
  • (substantially optimal) setpoint angles of the rail wheels 210, 210 or of a wheel set 200 relative to the track by simulation ⁇ tion in advance can be fixed, thus further (substantially optimal) angle of the rail wheels 210, 210 and a wheel set 200 relative to Bogie, the chassis 20 and the chassis frame 22 are present.
  • These can be converted either into nominal displacements in the actuators 100, 100 as well as in Sollstellglied fixture. These can either be applied in a controlled manner or can be easily measured constructively via pressure sensors and thus can be compensated.
  • z. B a three ⁇ wishbone 410 a handlebar body, on whose substantially horizontally extending connecting walls two preferably smaller handlebar eyes 440, 440 for receiving elastomer bushings 450 with a preferably larger handlebar 420 for receiving a hydraulic bushing 430 are fixedly connected to each other.
  • the handlebar body may be formed as a casting, a forged part or a milled part.
  • the larger handlebar 420 with the smaller handlebar eyes 440, 440 connecting side edges of the connecting walls are optionally substantially formed vertically protruding Verbin ⁇ dung webs.
  • Each elastomeric bushing 450 has an inner bearing shell 451, an outer bearing shell 453 and a recessed ⁇ embedded between the elastomer ring 452nd As a result of a rotationally symmetrical structure of the elastomer bushing 450, it has a substantially constant rigidity in the longitudinal direction (x) and in the transverse direction (y).
  • the respective outer bearing cup 453 sits in a respective smaller link eye 440 while the inner race 451 of each of a vertically-oriented is ⁇ bearing pin 455 passes through.
  • the hydraulic jack 430 has an inner bearing shell 431, an outer bearing shell 433 and an annular between these vorgese ⁇ Henes elastomer element 432nd
  • the outer La ⁇ gerschale 433 sits in the larger handle 420, while the inner bearing shell 431 is vertically penetrated by a bearing pin 435.
  • the bearing pin 435 has a substantially vertically extending through-hole through which fastening means 437 for connecting the wheel-set-side bearing 412 to the axle bearing 310 are guided coaxially through the hydraulic bushing 430.
  • the elastomer element 432 and the outer bearing shell 433 form between them two segment-shaped, mutually separate cavities 422, 424.
  • a partition wall of the cavities 422, 424 is not shown in the drawing.
  • the Elasto ⁇ merbuchsen 450 facing cavity 422 forms a nenrestde in ⁇ fluid chamber 422 and the bushes 450 facing away from the elastomer cavity 422 forms an outer
  • Fluid chamber 424 of the wishbone 410 The fluid chambers 422, 424 are filled with a hydraulic fluid.
  • the fluid chambers 422, 424 may communicate with each other through an external or internal fluid channel (not shown) acting as or having a fluid restriction
  • the inner fluid chamber 422 and the outer fluid chamber 424 of a single hydraulic bush 430 may be hydraulically coupled such that hydraulic fluid which flows out of one of the fluid chambers 422/424 by external pressure is flowed into the other fluid chamber 424/422.
  • the external Druckbe ⁇ aufschlagung stems from an executive between the respective axle bearings 310 of a respective wheel set 200 and the chassis frame 22 ago, which transmits a respective wishbone 410 and can lead to a fluid exchange between the fluid chambers 422, 424 in the respective hydraulic bushing 430.
  • This fluid exchange can be further influenced, as set out below.
  • the external or in ⁇ ternal fluid channel may be omitted.
  • the hydraulic jack 430 has a variable, frequency-dependent longitudinal stiffness (x).
  • the fluid chambers 422, 424 of a single hydraulic bush 430 can alternatively or additionally be in fluid communication via external fluid lines, of which only the fluid ports 423, 425 are shown in FIG. 7 (not shown in FIG. 7). Further, the fluid chambers 422, 424 of a single hydraulic bushing 430, of which only the fluid ports 423, 425 are shown in FIG.
  • An external fluid line can, for. B. be designed as a rigid hydraulic line or as flexible hydraulic hose.
  • the on the same chassis side (right or left) arranged hydraulic bushings 430, 430 via two external fluid channels (not shown in FIG 1, shown broken in Figure 8) may be connected such that, per chassis side, an external fluid chamber 424 of a first th gear set 200 with an outer fluid chamber 424 of a second set of wheels 200 and an inner Fluidkam ⁇ mer 422 of the first set of wheels 200 are hydraulically coupled to an inner fluid chamber 422 of the second set of wheels 200.
  • a hydraulic coupling is preferably symmetrical to the longitudinal direction on both suspension sides, whereby a radial position of each two sets of wheels 200, 200 favors in the track curve and a required high L josssteif- sity when starting with high tensile force or braking is ensured.
  • the wheelset side bearings 412, 412, 412, 412, 412 are acted upon by the same direction forces, so there is no fluid exchange between the coupled fluid chambers 422, 422; 424, 424; 422, 422; 424, 424 comes - the wheelset side bearings 412, 412, 412, 412 react hard.
  • a bow travel counteracting forces occur so that hydraulic fluid between the ⁇ each coupled fluid chambers 422, 422; 424 424; 422, 424; 424, 424 is replaced and it comes ei ⁇ ner soft bearing reaction to a radial adjustment of the wheelsets 200, 200.
  • the advantage is a good transmission of tension-pressure forces.
  • an outer ⁇ lying fluid chamber 424 of a first set of wheels 200 with an inner fluid chamber 422 of a second set of wheels 200 and an inner fluid chamber 422 of the first set of wheels 200 are hydraulically coupled to an outer fluid chamber 424 of the second set of wheels 200 .
  • a hydraulic coupling is again preferably symmetrical to the longitudinal direction on both suspension sides.
  • the hydraulic fluid merely on the basis of wheel ⁇ executives to and from the fluid chambers 422, 424; 422, 424; 422, 424; 422, 424; 422, 424 flows. According to the invention, however, it is provided that an active influence on a flow behavior of the hydraulic fluid is taken. This is hereinafter nä ⁇ forth executed, which is why the fluid lines 522, 524; 522, 524 are shown interrupted in FIG 8.
  • the fluid conduits 522, 524; 522, 524 connected to a hydraulic (not shown), with ⁇ means which actively on the pressure conditions in the Fluidkam ⁇ chambers 422, 424; 422, 424; 422, 424; 422, 424 can be influenced (active hydraulic jack 430, (100) FIG 8).
  • active hydraulic jack 430 (100) FIG 8
  • the hydraulic above characteristics passive he ⁇ laubt when by the hydraulic no influence on the pressure conditions in the fluid chambers 422, 424; 422, 424; 422, 424; 422, 424; 422, 424 is taken.
  • the hydraulic system can be designed such that it can actively carry out these passive settings itself.
  • the hydraulics is set up so that it can be operated between comparatively unfavorable friction conditions Rail vehicle 2 and a track, comparatively ungünsti ⁇ ge friction conditions between a rail 10 of a rail bow 1 and a driven rail wheel 210, or a rail arch 1 or a track and a driven wheel set 200, ... of the rail vehicle 2, by a akti ⁇ ves steering (see above) of the rail wheel 210, ... on the
  • Unfavorable friction conditions between the rail vehicle 2 and a track are z.
  • a loss of traction as discussed above, in the curve when approaching the vehicle (for example, wheel sets 200 below, etc.), when driving slowly (eg, under radial
  • Wheelsets 200 Among other things, if necessary, during high-speed travel (eg over-radial wheelsets 200, ...); dirty and / or wet sliding ⁇ no); low or falling radius of curvature; and / or steepness of a slope, etc.
  • high-speed travel eg over-radial wheelsets 200, ...
  • dirty and / or wet sliding ⁇ no dirty and / or wet sliding ⁇ no
  • low or falling radius of curvature e.g., / or steepness of a slope, etc.
  • the hydraulic system may be configured to provide hydraulic pressure in a single fluid chamber of a plurality can be individually adjusted by or from all fluid chambers.
  • the hydraulics can be arranged such that they substantially can stabling a Hyd ⁇ raulikdruck each in an even-numbered plurality of or all of the fluid chambers is equal.
  • both sets of wheels 200 find a bogie for a set from ⁇ a pulling good positions in a track, both sets of wheels should be deflected 200 of the bogie active overall.
  • An interaction of the two wheel sets 200 can be "optimized" beforehand by simulation - What is analogous to the tensile force when starting or accelerating the rail vehicle 2 is a braking force on stopping or a negative one Acceleration, so an impact on a shorter braking distance. Ie.
  • the invention can be applied analogously to compensating a braking force loss of the rail vehicle 2.
  • the slope of the track or the rail concerned, z. B. in a mountain, has secondary effects on the loss of traction. Ie. especially at large pitch be ⁇ Sonder much traction is necessary to keep a running speed of the rail vehicle 2 is constant or can ever anfah ⁇ ren. In a plane, especially in Australia, a tensile force requirement, the Reibvertechnik comes from extra long washerrzü ⁇ gen. However, the loss of traction in the bow is by the contact geometry, etc. (friction conditions) over a rail / Radquerites related.
  • FIG 9. Another possibility of realizing the above is shown in FIG 9.
  • the rail wheel 210 is actively controlled by means of a passive hydraulic bush 430 (compare the explanations for FIGS. 6 and 7) and an actuator 100 which is mechanically parallel to the respective wishbone 410 is switched.
  • the two fluid chambers 422, 424 of the passive hydraulic bush 430 are in fluid communication with each other through the external or internal fluid channel (not shown), which acts as a fluid throttle or has such a fluid throttle.
  • the actuator 100 may be formed as an active cylinder 100, in particular a hydraulic cylinder 100. Another type of actuator 100 is of course applicable.
  • the actuator 100 is formed lengthver ⁇ changeable, with a longitudinal end portion of the actuator 100 mechanically directly or indirectly with the large handle 420 of the wishbone 410 and this opposite longitudinal end portion of the actuator 100 mechanically directly or indirectly with the small Handlebar eye 440 of the wishbone 410 is mechanically coupled.
  • the actuator 100 may not only on the wishbone 410 itself, but z. B. on one side of the big eye 420 on Axle bearing 310 and axle box 312 directly and / or be attached directly to another side of the small eye 440 on the chassis 20 or chassis frame 22.
  • hydraulic fluid flows out of one of the fluid chambers 422/424 and into the other fluid chamber 424/422.
  • 100 of a single set of wheels 200 are preferably controlled or regulated in such that the lengthens an actuator 100, whereas the other adjusting ⁇ membered shortened 100th It may be advantageous to lengthen or shorten both actuators 100, 100 of a single wheel set 200.

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Abstract

Verfahren zum Kompensieren eines Zugkraftverlusts eines Schienenfahrzeugs Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kompensieren eines Zugkraftverlusts eines Schienenfahrzeugs (2), bevorzugt einer Güterzuglokomotive (2), in einem Schienenbogen (1), insbeson- dere bei einem Anfahren des Schienenfahrzeugs (2) und/oder insbesondere an einer Steigung, wobei vergleichsweise ungüns- tige Reibungsbedingungen zwischen einer Schiene (10) und we- nigstens einem angetriebenen Schienenrad (210, 210) des Schienenfahrzeugs (2) durch ein aktives Lenken des Schienen- rads (210, 210) auf der Schiene (10) in vergleichsweise güns- tige Reibungsbedingungen geändert werden.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Kompensieren eines Zugkraftverlusts eines
Schienenfahrzeugs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kompensieren eines Zugkraftverlusts eines Schienenfahrzeugs, bevorzugt einer Gü¬ terzuglokomotive, in einem Schienenbogen, insbesondere bei einem Anfahren des Schienenfahrzeugs und/oder insbesondere an einer Steigung.
Bei ungünstigen Gleisverhältnissen, z. B. verschmutzte und/oder nasse Schienen, nimmt eine übertragbare mechanische Rei¬ bung zwischen einem angetriebenen Schienenrad eines Schienen- fahrzeugs (Eisenbahnfahrzeug, Triebfahrzeug, Lokomotive,
Triebkopf, Triebwagen, selbstfahrendes Spezialfahrzeug für bahnbetriebliche Aufgaben etc.) und einer betreffenden Schie¬ ne ggf. drastisch ab. Eine durch das Schienenfahrzeug vorhan¬ dene mechanische Antriebsleistung kann nicht mehr voll über- tragen werden und eine Antriebssteuerung/-regelung muss ein Durchdrehen der Räder durch Rücknahme einer Zugkraft (Zugkraftverlust) verhindern.
Bei modernen Schienenfahrzeugen erfolgt ein Anfahren des Schienenfahrzeugs in einem Schlupfbetrieb des Antriebs des Schienenfahrzeugs. Im Schlupfbetrieb wird im Schienenfahr¬ zeugeinsatz ein weiterer Zugkraftverlust in der Größenordnung von ca. 10% beobachtet, wenn sich das Schienenfahrzeug in ei¬ nem Bogen (Kurve) befindet (Zugkraftverlust im Bogen) und insbesondere, wenn das Schienenfahrzeug im Bogen aus einem
Stand anfährt. Dieser Zugkraftverlust steigt tendenziell mit einem fallenden Kurvenradius. Ferner kann die übertragbare mechanische Reibung von einer Steilheit einer Steigung abhängen .
Bei Güterzuglokomotiven im Gebirgseinsatz , also einem Einsatz mit hoher benötigter Zugkraftanforderung (hoher Adhäsionsausnutzung) , ist dieser zusätzliche Verlust an Zugkraft insbe- sondere bei Anfahrvorgängen, z. B. eine Anfahrt an einem Haltesignal in einem Bogen, an einer Steigung und/oder bei verschmutztem/nassem Gleis, ggf. nicht akzeptabel; der Güterzug kann bei ungünstigen Schienenverhältnissen im schlimmsten Fall nicht mehr anfahren. Der Zugkraftverlust bei ungünstigen Schienenverhältnissen ist durch eine verringerte Reibung zwischen einem angetriebenen Schienenrad und der betreffenden Schiene (auch verringerter Kraftschluss genannt) bedingt. Um dem Zugkraftverlust entgegenzuwirken bzw. eine übertragba¬ re Zugkraft zu vergrößern existieren bereits die folgenden Möglichkeiten. Man kann eine schwerere Lokomotive einsetzten. Ferner ist es möglich, eine Normalkraft aufgrund einer kon¬ struktiven Gestaltung der Lokomotive besser zu verteilen, da- mit eine Summe über alle Schienenräder im Wesentlichen ein Optimum ergibt (Stichworte: Loadshift, Tiefanlenkung der Längsmitnahme, Zug/Druckstange etc.). Des Weiteren können die Reibverhältnisse verbessert werden (rudimentär: Sandung, Antriebsregelung: Putz- bzw. Hochschlupf zur Aufrauhung einer Kontaktfläche der Schienenräder) .
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen zusätzlichen Verlust an Zugkraft eines Schienenfahrzeugs, insbesondere bei Anfahr¬ vorgängen, in einem Bogen teilweise zu kompensieren, um nicht auf Alternativen wie die Verwendung einer eigentlich überdimensionierten Lokomotive, eine Sandung etc. zurückgreifen zu müssen. Ferner soll gemäß der Erfindung ein Schienenverschleiß, insbesondere ein Verschleiß eines Schienenkopfs, be¬ rücksichtigt sein.
Die Aufgabe der Erfindung ist durch ein Verfahren zum Kompensieren eines Zugkraftverlusts eines Schienenfahrzeugs, bevor¬ zugt einer Güterzuglokomotive, in einem Schienenbogen, insbe¬ sondere bei einem Anfahren des Schienenfahrzeugs und/oder insbesondere an einer Steigung gemäß dem unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen, zusätzliche Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen und/oder der folgenden Beschreibung der Erfindung.
Bei dem erfindungsgemäßen Kompensationsverfahren werden ver- gleichsweise ungünstige (im Sinne von schlecht) Reibungsbe¬ dingungen zwischen einer Schiene des Schienenbogens und we¬ nigstens einem angetriebenen Schienenrad des Schienenfahrzeugs durch ein aktives Lenken des Schienenrads auf der
Schiene in vergleichsweise günstige (im Sinne von gut) Rei- bungsbedingungen geändert. Das angetriebene Schienenrad kann Bestandteil wenigstens eines angetriebenen Radsatzes des Schienenfahrzeugs sein, wobei die vergleichsweise ungünstigen Reibungsbedingungen zwischen dem Schienenbogen bzw. den
Schienenbögen und dem wenigstens angetriebenen Radsatz durch ein aktives Lenken des wenigstens einen Radsatzes auf dem
Schienenbogen bzw. den Schienenbögen in vergleichsweise günstige Reibungsbedingungen geändert werden.
Unter vergleichsweise günstigen Reibungsbedingungen kann ein günstigeres Grundreibverhältnis, eine günstigere Kontaktgeo¬ metrie (anhängig von einer Kontaktpunktposition) etc. verstanden sein (siehe auch unten) . - Eine Radialstellung einer oder einer Mehrzahl von Achsen des Schienenfahrzeugs führt dabei nicht automatisch zu einer Zugkraftsteigerung, sondern eine Verbesserung einer Kontaktpunktposition des angetriebenen Schienenrads auf dem betreffenden Schienenbogen bzw. eine Verbesserung der Kontaktpunktpositionen des angetriebenen Radsatzes auf den Schienenbögen (siehe auch unten) . Dies führt gemäß der Erfindung zu einem insgesamt günstigeren Reibverhältnis.
Beim Durchführen des Kompensationsverfahrens kann das wenigs¬ tens eine Schienenrad, insbesondere der wenigstens eine Rad¬ satz hydraulisch, pneumatisch, mechanisch, elektrisch
und/oder elektromechanisch aktiv gelenkt werden; kann axial und/oder radial verstellt werden; und/oder kann um ein
Schwenkzentrum verschwenkt werden. In einer Ausführungsform kann das wenigstens eine Schienenrad, insbesondere der we- nigstens eine Radsatz, aktiv derart gelenkt werden, dass ein Kontaktbereich zwischen dem wenigstens einen Schienenrad, insbesondere dem wenigstens einen Radsatz, und einer betref¬ fenden Schiene im Schienenbogen, in einem Bereich liegt, in welchem ein vergleichsweise günstiges bzw. günstigeres Grund¬ reibverhältnis und/oder eine vergleichsweise günstige bzw. günstigere Kontaktgeometrie vorliegen.
Beim Durchführen des Kompensationsverfahrens kann das wenigs- tens eine Schienenrad, insbesondere der wenigstens eine Rad¬ satz, aktiv derart gelenkt werden, dass sich ein Reibungsko¬ effizient im Kontaktbereich erhöht; der Kontaktbereich auf einem Laufbereich der betreffenden Schiene eingerichtet wird; der Kontaktbereich in Richtung einer Quermitte der betreffen- den Schiene wandert; sich der Kontaktbereich im Wesentlichen in einer Quermitte der betreffenden Schiene befindet; sich im Kontaktbereich eine kleinere Flächenpressung einstellt;
und/oder der Kontaktbereich vergrößert wird. In einem Anfahrfall oder Langsamfahrfall des Schienenfahr¬ zeugs kann das wenigstens eine unterradial stehende Schienen¬ rad, insbesondere der wenigstens eine unterradial stehende Radsatz, derart angelenkt werden, dass das Schienenfahrzeug wenigstens teilweise radial nach außen versetzt wird. Bevor- zugt wird hierbei, je nach einer Überhöhung, ein bogeninnen anlaufendes Schienenrad durch die aktive Lenkung nach außen gefahren. Um nach außen zu fahren werden die Radachsen unterradial angelenkt. In einem Fahrfall oder einem Schnellfahrfall des Schienen¬ fahrzeugs das wenigstens eine überradial stehende Schienen¬ rad, insbesondere der wenigstens eine überradial stehende Radsatz, derart angelenkt wird, dass das Schienenfahrzeug we¬ nigstens teilweise radial nach innen versetzt wird. Diese Fälle betreffen insbesondere einen überhöhten und ggf. engen Gleisbogen, wobei gemäß der Erfindung die Kontaktbereiche wieder in den Laufbereich der Schienenräder auf der Schiene gelangen. Im ( Schnell- ) Fahrfall , also bei einem bogenaußen anlaufenden Schienenrad, werden die Radachsen überradial angelenkt, wobei dann die Radachse von bogenaußen wieder auf die Schienenmitte fährt. Einschub: Ohne einen Antrieb stellt sich ein vorlaufendes Schienenrad im Wesentlichen immer unterradial ein, da z. B. in einem Rechtsbogen ein Anlauf vorne links erfolgt. Ein Rollradius ist dann aufgrund eines Kegelprofils des Schienen¬ rads größer als bogeninnen, und da aufgrund einer starren Radachse die Drehgeschwindigkeiten beider Schienenräder gleich ist, wird das bogenäußere Schienenrad tendenziell ge¬ bremst, der Radsatz bogenaußen also nach hinten gedrückt. Anders sieht es bei einer nachlaufenden Radachse aus. Je nach¬ dem ob Spießgang vorliegt, also das bogeninnere Schienenrad anläuft, oder in größeren Bögen der Anlauf ebenfalls am bo- genäußeren Schienenrad erfolgt, ergibt sich eine entweder über- oder unterradiale Einstellung. Dies ist abhängig von Bogenradius, Gleisüberhöhung, Fahrgeschwindigkeit, Fahrzeug¬ masse und Abstimmung der Steifigkeiten in einer Achsführung.
Beim Durchführen des Kompensationsverfahrens kann das wenigs¬ tens eine Schienenrad, insbesondere der wenigstens eine Rad¬ satz, durch wenigstens ein Stellglied zwischen dem Fahrwerk bzw. dem Fahrwerksrahmen und dem Schienenrad bzw. dem Radsatz gelenkt werden. Mittels des Stellglieds ist das Schienenrad bzw. der Radsatz auf der Schiene bzw. dem Gleis drehbar bzw. verschwenkbar. Ferner kann das wenigstens eine Schienenrad, insbesondere der wenigstens eine Radsatz, durch eine aktive Hydraulik oder durch einen aktiven pneumatischen Zylinder ge- lenkt werden. Des Weiteren kann das wenigstens eine Schienenrad, insbesondere der wenigstens eine Radsatz, durch eine ak¬ tive Hydrobuchse oder einen aktiven Hydraulikzylinder gelenkt werden . Für ein Bestimmen eines Radwinkels relativ zum Gleis bzw. zur Schiene im Schienenbogen, kann ein Kurvenradius über eine Bo- generkennung abgeschätzt werden, und/oder kann ein Sollwinkel für das wenigstens eine Schienenrad, insbesondere den wenigs- tens einen Radsatz, relativ zum Gleis durch eine Simulation vorab festgelegt werden. In einer Ausführungsform der Erfindung kann ein Antrieb des Schienenfahrzeugs in einem Schlupf¬ betrieb arbeiten, und/oder das wenigstens eine Stellglied kann seriell oder parallel zu einer Radsatzlängsführung geschaltet sein.
Die Erfindung ist im Folgenden anhand von Ausführungsbeispie¬ len unter Bezugnahme auf die beigefügte schematische und nicht maßstabsgetreue Zeichnung näher erläutert. Abschnitte, Elemente, Bauteile, Einheiten, Schemata und/oder Komponenten, welche eine identische, univoke oder analoge Ausbildung und/ oder Funktion besitzen, sind in der Figurenbeschreibung
(s. u.), der Bezugszeichenliste, den Patentansprüchen und in den Figuren (FIG) der Zeichnung mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Eine mögliche, in der Beschreibung (Erfin¬ dungsbeschreibung (s. o.), Figurenbeschreibung) nicht erläuterte, in der Zeichnung nicht dargestellte und/oder nicht ab¬ schließende Alternative, eine statische und/oder kinematische Umkehrung, eine Kombination etc. zu den Ausführungsbeispielen der Erfindung bzw. einer Komponente, einem Schema, einer Einheit, einem Bauteil, einem Element oder einem Abschnitt da¬ von, kann ferner der Bezugszeichenliste entnommen werden. Bei der Erfindung kann ein Merkmal (Abschnitt, Element, Bau¬ teil, Einheit, Komponente, Funktion, Größe etc.) positiv, d. h. vorhanden, oder negativ, d. h. abwesend, ausgestaltet sein, wobei ein negatives Merkmal als Merkmal nicht explizit erläutert ist, wenn nicht gemäß der Erfindung darauf Wert ge- legt ist, dass es abwesend ist. Ein Merkmal dieser Spezifika¬ tion (Beschreibung, Bezugszeichenliste, Patentansprüche, Zeichnung) kann nicht nur in einer angegebenen Art und/oder Weise, sondern auch in einer anderen Art und/oder Weise angewendet sein (Isolierung, Zusammenfassung, Ersetzung, Hinzufü- gung, Alleinstellung, Weglassung etc.). Insbesondere ist es möglich, anhand eines Bezugszeichens und einem diesem zu¬ geordneten Merkmal, bzw. vice versa, in der Beschreibung, der Bezugszeichenliste, den Patentansprüchen und/oder der Zeich- nung, ein Merkmal in den Patentansprüchen und/oder der Beschreibung zu ersetzen, hinzuzufügen oder wegzulassen. Darüber hinaus kann dadurch ein Merkmal in einem Patentanspruch ausgelegt und/oder näher spezifiziert werden.
Die Merkmale dieser Spezifikation sind (angesichts des (meist unbekannten) Stands der Technik) auch als optionale Merkmale interpretierbar; d. h. jedes Merkmal kann als ein fakultati¬ ves, arbiträres oder bevorzugtes, also als ein nicht verbind- liches, Merkmal aufgefasst werden. So ist eine Herauslösung eines Merkmals, ggf. inkl. seiner Peripherie, aus einem Aus¬ führungsbeispiel möglich, wobei dieses Merkmal dann auf einen verallgemeinerten Erfindungsgedanken übertragbar ist. Das Fehlen eines Merkmals (negatives Merkmal) in einem Ausfüh- rungsbeispiel zeigt, dass das Merkmal in Bezug auf die Erfin¬ dung optional ist. Ferner ist bei einem Artbegriff für ein Merkmal auch ein Gattungsbegriff für das Merkmal mitlesbar (ggf. weitere hierarchische Gliederung in Untergattung, Sektion etc.), wodurch, z. B. unter Beachtung von Gleichwirkung und/oder Gleichwertigkeit, eine Verallgemeinerung eines oder dieses Merkmals möglich ist. - In den lediglich beispielhaf¬ ten Figuren zeigen: in einer zweidimensionalen Draufsicht ein Ausführungsbeispiel eines zweiachsigen Fahrwerks eines Schienenfahrzeugs, mit zwei in einem Fahrwerksrahmen über vier Dreieckslenkern gelagerten Radsätzen, wobei durch die Dreieckslenker ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar ist,
zwei zweidimensionale, jeweils oben und unten wegge¬ brochene Querschnittansichten einer Schiene und eines Schienenrads, wobei links ein Kontaktbereich zwischen der Schiene mit dem Schienenrad bei einer Fahrt auf einer Geraden und rechts ein Kontaktbereich bei einer Fahrt in einem Bogen dargestellt sind,
in einem Diagramm ein Simulationsergebnis eines Zug- kraftverlusts eines Schienenfahrzeugs bei einer Ein¬ fahrt in und einer Durchfahrt durch einen Übergangs- gleisbogen (Mitte) sowie eine Einfahrt in einen
Gleisbogen (rechts) bei vergleichsweise niedriger Ge¬ schwindigkeit des Schienenfahrzeugs unter Antrieb¬ schlupf des Schienenfahrzeugs,
ein prinzipielles Ausführungsbeispiel eines aktiven Lenkers zum aktiven Lenken eines einzelnen Schienenrads, eines einzelnen Schienenrads eines Radsatzes oder eines Radsatzes eines Fahrwerks bzw. eines
Schienenfahrzeugs ,
ein prinzipielles Ausführungsbeispiel eines aktiven Achslenkerlagers zum aktiven Lenken eines einzelnen Schienenrads, eines einzelnen Schienenrads eines Rad¬ satzes oder eines Radsatzes eines Fahrwerks bzw. ei¬ nes Schienenfahrzeugs,
eine teilweise geschnittene, zweidimensionale Seiten¬ ansicht eines Dreieckslenkers aus der FIG 1, wobei der Dreieckslenker zentral entlang seines einzigen radsatzseitigen und eines von zwei seiner rahmensei- tigen Lager sowie an seiner Peripherie (Achslager und Fahrwerksrahmen) weggebrochen geschnitten dargestellt ist,
eine teilweise geschnittene, zweidimensionale Drauf¬ sicht auf den Dreieckslenker aus der FIG 6, wobei im als Achslenkerlager ausgebildeten und vereinfacht dargestellten radsatzseitigen Lager des Dreieckslenkers zwei fluidmechanisch getrennt voneinander eingerichtete Fluidkammern teilweise freigeschnitten dargestellt sind,
eine zweidimensionale Draufsicht auf ein Ausführungs¬ beispiel des erfindungsgemäßen Fahrwerks aus FIG 1, wobei die acht Fluidkammern der vier Dreieckslenker durch Fluidleitungen hindurch mit einem Fluiddruck beaufschlagt werden können und derart ein Radsatz des Fahrwerks bzw. des Schienenfahrzeugs aktiv lenkbar ist, und
eine zweidimensionale Draufsicht auf ein Ausführungs¬ beispiel des erfindungsgemäßen Fahrwerks aus FIG 1, wobei ein jeweiliger Dreieckslenker von einem paral- lel dazu angeordneten Stellglied betätigbar ist und derart ein Radsatz des Fahrwerks bzw. des Schienenfahrzeugs aktiv lenkbar ist. Die Erfindung ist im Folgenden anhand von Ausführungsbeispie¬ len von Ausführungsformen einer Variante von erfindungsgemäßen Verfahren zum Kompensieren eines Zugkraftverlusts eines Schienenfahrzeugs 2, bevorzugt einer Güterzuglokomotive 2, in einem Schienenbogen 1, insbesondere bei einem Anfahren des Schienenfahrzeugs 2 und/oder insbesondere an einer Steigung, näher erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine sol¬ che Variante, solche Ausführungsformen und/oder die nachfol¬ gend erläuterten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern ist von grundlegenderer Natur, sodass die Erfindung auf sämtliche Verfahren zum Kompensieren von Zugkraftverlusten eines Schienenfahrzeugs angewendet werden kann.
In der Zeichnung sind nur diejenigen Abschnitte eines Gegenstands der Erfindung dargestellt, welche für ein Verständnis der Erfindung notwendig sind. Obwohl die Erfindung detaillierter durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher beschrie¬ ben und illustriert ist, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Ausführungsbeispiele eingeschränkt. Andere Varia¬ tionen können hieraus und/oder aus Obigem (Erfindungsbe- Schreibung) abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Die FIG 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Fahrwerk 20 eines
Schienenfahrzeugs 2, insbesondere einer Güterzuglokomotive 2, auf dem sich um eine vertikale Achse (z) drehbar ein nicht dargestellter Wagenkasten des Schienenfahrzeugs 2 federnd ab¬ stützen kann. Das Fahrwerk 20 weist einen Fahrwerksrahmen 2 auf, der sich bevorzugt auf mindestens zwei Radsätzen 200, 200 gegenüber einem Gleis abstützt. Jeder Radsatz 200, 200 weist zwei Schienenräder 210, 210 auf, welche mittels einer in zwei Achslagern 310, 310 gelagerten Radachse 202 bevorzugt mechanisch starr verbunden sind. Zur horizontalen Führung (x, y) der Radsätze 200, 200 sind diese jeweils auf beiden Fahr- werksseiten jeweils mittels Dreieckslenkern 410, 410 am Fahr- werksrahmen 22 angelenkt.
Jeweils einer der vier Dreieckslenker 410 ist mit einem ein- zelnen Achslager 310 mittels eines einzelnen radsatzseitigen Lagers 412 des Dreieckslenkers 410, und mit dem Fahrwerksrah- men 22 mittels zwei rahmenseitigen Lagern 414, 414 des Dreieckslenkers 410 gelenkig verbunden. Das jeweilige radsatzsei- tige Lager 412 weist z. B. eine Hydraulikbuchse (vgl. unten) mit bevorzugt konstanter Quersteifigkeit (y) und bevorzugt veränderlicher Längssteifigkeit (x) auf. Die beiden jeweili¬ gen rahmenseitigen Lager 414, 414 weisen z. B. Elastomerbuchsen (vgl. unten) mit bevorzugt konstanter Längssteifigkeit (x) und bevorzugt konstanter Quersteifigkeit (y) auf.
Die Lager 412, 414, 414 eines jeden Dreieckslenkers 410 sind an den , Ecken' eines horizontal (x, y) ausgerichteten, gleichschenkligen Dreiecks angeordnet, dessen Spitzenab¬ schnitt das jeweils radsatzseitige Lager 412 und dessen Ba- sisabschnitt die jeweils rahmenseitigen Lager 414, 414 bil¬ den. Bei einer Bogenfahrt des Schienenfahrzeugs 2 kann we¬ nigstens ein Radsatz 200, bevorzugt können beide Radsätze 200, 200, radial oder unterradial (y) zu einem Gleisbogen ausgerichtet werden, was in FIG 1 durch eine Strich-Punkt- Linie angedeutet ist. Diese Ausrichtung der beiden Radsätze 200, 200 kann gemäß der Erfindung durch eine aktive Lenkung erfolgen .
Im Gegensatz zu dem in FIG 1 dargestellten zweiachsigen Fahr- werk 20 weist ein dreiachsiges Fahrwerk (nicht dargestellt) einen dritten Radsatz 200 auf, der in Längsrichtung zwischen den beiden in FIG 1 dargestellten Radsätzen 200, 200 angeordnet und mit dem Fahrwerksrahmen 22 verbunden ist. Bei einer Bogenfahrt des Schienenfahrzeugs 2 kann wenigstens ein Rad- satz 200, bevorzugt können beide äußeren Radsätze 200, 200, radial oder unterradial (y) zum Gleisbogen ausgerichtet wer¬ den. Diese Ausrichtung der beiden äußeren Radsätze 200, 200 kann gemäß der Erfindung durch eine aktive Lenkung erfolgen. Bei ungünstigen Adhäsionsbedingungen zwischen einem angetriebenen Schienenrad 210 und einer betreffenden Schiene 1 nimmt eine übertragbare Zugkraft gegenüber idealen Bedingungen drastisch ab. Eine Antriebsregelung des Schienenfahrzeugs 2 muss ein Durchdrehen der Schienenräder 210 durch eine Rücknahme einer Antriebszugkraft verhindern. Ferner erfolgt bei modernen Schienenfahrzeugen 2 ein Antrieb des Schienenfahrzeugs 2 mit einem geregelten Längsschlupf zwischen dem ange- triebenen Schienenrad 210 und der betreffenden Schiene 1. Da¬ bei wird ein weiterer Zugkraftverlust in der Größenordnung von ca. 10% beobachtet, wenn sich das Schienenfahrzeug 2 in einem Gleisbogen befindet und insbesondere wenn das Schienenfahrzeug 2 in einem Gleisbogen anfährt. Dieser Zugkraftver- lust steigt tendenziell mit einem fallenden Bogenradius. Eine Steilheit einer Steigung kann dieses Problem noch verschärfen. Dies ist natürlich auf einen Radsatz 200 oder die Radsätze 200, 200, ... des Schienenfahrzeugs 2 übertragbar. Es werden derzeit im Wesentlichen zwei Ursachen für einen
Zugkraftverlust bei einem Schlupfbetrieb des Antriebs ange¬ nommen. Einerseits ein unterschiedlicher , Verschmutzungsgrad' (auch: Nässe) quer zur Schiene 1 bzw. eine unterschiedliche Verteilung einer realisierbaren Reibung über einen Schienen- querschnitt. In den Kontaktbereichen 90 (vgl. auch die FIG 2) der Schiene 1, welche häufig überrollt werden, stellen sich andere Reibverhältnisse ein, als in Bereichen, die seltener berührt werden (im schlimmsten Fall rostiger Bereich des Schienenbogens 1) . Andererseits setzt sich die Reibung aus einem konstanten Anteil und einem Anteil zusammen, der von einer Flächenpressung im Kontaktbereich 90 zwischen dem betreffenden Schienenrad 210 und der betreffenden Schiene 1 be¬ stimmt ist. Mit steigender Flächenpressung nimmt bei gleichbleibendem Kontaktbereich 90 eine übertragbare Reibung ab.
Beide physikalische Ursachen haben einen Einfluss insbesonde¬ re auf Anfahrvorgänge des Schienenfahrzeugs 2 im Gleisbogen. In der Regel ist der Gleisbogen mit einer Gleisüberhöhung an einer bogenäußeren Schiene 10 verlegt. Bei Anfahrvorgängen, also geringer Geschwindigkeit bzw. einer negativen Querbe¬ schleunigung, rutscht ein betreffender Radsatz 200 bzw. rutschen die betreffenden Schienenräder 210, 210 ein Stück auf eine kurveninnere Schiene 10 im Gleisbogen.
Ein Kontaktbereich 90 zwischen einem betreffenden Schienenrad 210 bzw. Radsatz 200 und einer betreffenden Schiene 10 des Schienenbogens 1 wandert vom Laufbereich (FIG 2, links: Gera- de) in Richtung einer Flanke (FIG 2, rechts: Bogen) der
Schiene 10. Ein Kontaktbereich 90, der näher an der betreffenden Flanke liegt, zeichnet sich durch einen kleineren Krümmungsradius eines Radquerschnittabschnitts und eines kleineren Schienenquerschnittabschnitts aus. Dies führt zu einem kleineren Kontaktbereich 90 (FIG 2, rechts) und bei im Wesentlichen gleichbleibender Normalkraft zu einer höheren Flächenpressung. Bedingt durch eine Neigung des gesamten Schienenfahrzeugs 2 nach kurveninnen ist ferner eine Normal¬ kraft am kurveninneren Schienenrad 210 erhöht, was die Flä- chenpressung weiter vergrößert.
Die FIG 3 zeigt ein Simulationsergebnis eines Treibachszug- kraftverlaufs bei einer Einfahrt eines Güterzugs mit einem Antrieb durch ein Schienenfahrzeug 2 von einer ebenen Gerade (I) in einen ebenen Übergangsgleisbogen (II) in einen ebenen 300m Gleisbogen (III) bei einer Geschwindigkeit von ca.
17km/h (Abszisse: Fahrzeit t des Schienenfahrzeugs 2 in [s], Ordinate: Summe der aufzubringenden Zugkräfte durch das
Schienenfahrzeug 2 in [kN]). Das Simulationsergebnis zeigt einen Zugkraftverlust, wie er sich unter Zugrundelegung des oben erläuterten Geometrieeinflusses und Flächenpressungseinflusses ergibt.
Im dargestellten Szenario rollt das Schienenfahrzeug 2 zu- nächst los. Nach wenigen Metern muss die für den Güterzug im Wesentlichen maximale Zugkraft aufgebracht werden, wobei ein Reibungskoeffizient derart gewählt ist, dass eine maximale Antriebsleistung des Schienenfahrzeugs 2 nicht abgesetzt wer- den muss, der Antrieb geht in einen Schlupfbetrieb über. Eine durch das Schienenfahrzeug 2 aufzubringende stationäre Zug¬ kraft in der Geraden (I) pendelt sich bei ca. 318kN ein. Mit einem Erreichen des Übergangsgleisbogens (II) nach ca. 30s Fahrzeit beginnt unter Berücksichtigung des Geometrieeinflus¬ ses eine Verringerung der Reibung, wobei im 300m Gleisbogen (III) stationär nur noch ca. 290kN Zugkraft abgesetzt werden können . Die Simulation zeigt den im Betrieb des Schienenfahrzeugs 2 beobachteten Zugkraftverlust von ca. 10%. Ein über einen Schienenquerschnitt unterschiedlich vorliegender Verschmut¬ zungsgrad (auch: Nässe) des Gleises führt als zweite mögliche Ursache auf vergleichbare Ergebnisse, wenn davon ausgegangen wird, dass an den Schienenrändern aufgrund der weniger vorliegenden Überrollungen mehr Verschmutzung und damit eine geringere Reibung erzielbar ist (siehe oben und FIG 2 rechts) . D. h. in einer Ebene ist mit einem im Wesentlichen maximalen Zugkraftverlust von ca. 20% einer maximalen Antriebsleistung des Schienenfahrzeugs 2 zu rechnen.
Die Erfindung besteht darin, den Zugkraftverlust des Schie¬ nenfahrzeugs 2 im Gleisbogen bevorzugt unter Schlupfbetrieb zu kompensieren. Hierbei wird wenigstens ein antreibbares Schienenrad 210, insbesondere wenigstens ein antreibbarer
Radsatz 200, aktiv derart gelenkt, dass ein Kontaktbereich 90 zwischen dem betreffenden Schienenrad 210 und der betreffenden Schiene 10 in einem Schienenbogen 1 wieder in einem Bereich liegt, in welchem bessere Grundreibverhältnisse (ver- gleichsweiser hoher Reibungskoeffizient) und/oder eine güns¬ tigere Kontaktgeometrie etc., also günstige Reibungsbedingun¬ gen, vorliegen. - Es können prinzipiell zwei Fälle unterschieden werden. Diese Fälle sind wiederum abhängig von einer tatsächlich gefahrenen Geschwindigkeit, einer Masse, einer Konstruktion etc. des Schienenfahrzeugs 2; einem Bogenradius etc . Zunächst beispielhaft ein Anfahrfall oder Langsamfahrfall des Schienenfahrzeugs 2 im überhöhten und ggf. engen Gleisbogen. Hierbei stehen z. B. beide Radsätze 200, 200 eines Drehge¬ stells des Schienenfahrzeugs 2 relativ zum Gleis unterradial. In einer Folge werden die beiden Radsätze 200, 200 derart an¬ gelenkt, dass die beiden Radsätze 200, 200 bzw. das Drehge¬ stell von einer kurveninnen liegenden Schienenkante ein Stück nach oben fahren (vgl. Strich-Punkt-Linie in FIG 1) . Die Kon¬ taktbereiche 90 kommen wieder in die Laufbereiche der Schie- nenräder 210, 210 auf den Schienen 10 bzw. in die häufiger überrollten Querschnittsbereiche der Schienen 10, und ebenso in Bereiche, in welchen eine Kontaktgeometrie bzgl. Flächen¬ pressung in Folge für den Reibungskoeffizienten günstiger ist. Hier herrschen bessere Reibungsverhältnisse bzw.
herrscht ein größerer Reibungskoeffizient als zuvor.
In einem beispielhaften ( Schnell- ) Fahrfall im überhöhten und ggf. engen Bogen bedeutet dies, dass beide Radsätze 200, 200 des Drehgestells relativ zum Gleis überradial stehen. In ei- ner Folge werden die beiden Radsätze 200, 200 derart ange¬ lenkt, dass die beiden Radsätze 200, 200 bzw. das Drehgestell von einer kurvenaußen liegenden Schienenkante wieder ein Stück nach kurveninnen fahren (vgl. Strich-Punkt-Linie in FIG 1) . Die Kontaktbereiche 90 kommen wieder in die Laufbereiche der Schienenräder 210, 210 auf den Schienen 10 bzw. in die häufiger überrollten Querschnittsbereiche der Schienen 10. Hier herrscht ein größerer Reibungskoeffizient als zuvor. - Der Zugkraftverlust lässt sich in einem Idealfall fast voll¬ ständig kompensieren.
Weitere positive Sekundäreffekte der aktiven Lenkung des we¬ nigstens einen Schienenrads 210 bzw. des wenigstens Radsatzes 200 sind im Folgenden erwähnt (nicht abschließend) . Gemäß der Erfindung ergibt sich eine Reduktion der quasistatischen Schienenkräfte im Gleisbogen. Lediglich durch die angewandte Lenkung, die im Hinblick auf die Zugkraft des Schienenfahrzeugs 2 verbesserte Sollwinkel anfährt, ergibt sich eine sig¬ nifikante Reduktion einer Schienenquerkraft in allen drei Fahrzuständen des Schienenfahrzeugs 2 (angetrieben im (Makro- /Mikro- ) Schlupfbetrieb, rollend). Ferner ergibt sich ein ge¬ ringerer Schienenverschleiß bzgl. Head-Checks im Gleisbogen. Bei Head-Checks handelt es sich um Schienenfehler in der Ei- senbahnschiene in Form von feinen Oberflächenrissen. Ein weiteres Potential der aktiven Lenkung besteht darin, im Fall des rollenden Schienenfahrzeugs 2 auf Sollpositionen des Schienenrads 210 bzw. Radsatzes 200 im Gleis zu lenken, die insbesondere für den Schienenverschleiß gute Werte darstel- len.
Die FIG 4 zeigt ein Prinzip einer solchen aktiven Lenkung für ein einzelnes Schienenrad 210 bzw. einen einzelnen Radsatz 200 mit zwei Schienenrädern 210. Hierbei befindet sich we- nigstens ein Stellglied 100 bzw. wenigstens ein Aktuator 100 zwischen dem Fahrwerk 20 bzw. dem Fahrwerksrahmen 22 und dem Schienenrad 210 bzw. dem Radsatz 200. Das bzw. ein betreffendes Stellglied 100 kann als ein mechanisches und/oder elekt¬ risches (hydraulisches, pneumatisches, elektromechanisches , piezoelektrisches etc.) Stellglied 100 ausgebildet sein. Das Stellglied 100 kann ein Stellelement 110 bzw. einen Aktor 110 sowie ggf. ein Rückstellelement 120 bzw. einen Aktor 120 um¬ fassen . Mittels des wenigstens einen Stellglieds 100 ist das Schie¬ nenrad 210 bzw. der Radsatz 200 auf der Schiene 10 bzw. dem Gleis drehbar bzw. verschwenkbar. Gemäß der Erfindung wird das wenigstens eine antreibbare Schienenrad 210 bzw. der we¬ nigstens eine antreibbare Radsatz 200, werden bevorzugt we- nigstens eine Mehrzahl von antreibbaren Schienenrädern 210 bzw. wenigstens eine Mehrzahl von antreibbaren Radsätzen 200, werden insbesondere alle antreibbaren Schienenräder 210 bzw. alle antreibbaren Radsätze 200 des Schienenfahrzeugs 2 aktiv gelenkt, d. h. bei Bedarf aktiv verdreht bzw. verschwenkt.
Hierbei wird z. B. der betreffende Kontaktbereich 90 (vgl. FIG 2) zwischen einem Schienenrad 210 bzw. einem Schienenrad 210 eines Radsatzes 200 und einer betreffenden Schiene 10 des Schienenbogens 1 derart verlagert, dass der Kontaktbereich 90 von einer Flanke (vgl. FIG 2, rechts) in (vgl. FIG 2, Pfeil) einen Laufbereich (vgl. FIG 2, links) wandert. Dies erfolgt ggf. unter einem Vorwärtsbewegen oder einem Rückwärtsbewegen (Fahrt/Anfahren ggf. an einer Steigung) des Schienenfahrzeugs 2. Hierbei kann das Schienenrad 210 bzw. der Radsatz 200 un¬ terradial, überradial, auf einer verschmutzten Schiene 10 in einem Schienenbogen 1 bzw. einem Gleis stehen. Eine aktive Lenkung eines einzelnen Radsatzes 200 (vgl. FIG
5) erfolgt bevorzugt mittels zweier Stellglieder 100, 100 (in der FIG 5 ist nur ein einzelnes Stellglied 100 dargestellt) zwischen einem Drehgestell, einem Fahrwerk 20 bzw. einem Fahrwerksrahmen 22 und einem einzelnen Radsatz 200. Dies kann in Ausführungsformen bei großen notwendigen Lenkkräften bzw. Stellkräften bevorzugt durch eine Hydraulik und bei vergleichsweise geringeren notwendigen Lenkkräften bzw. Stellkräften durch einen pneumatischen Zylinder, ggf. ausgestattet mit einer Hebelverstärkung (analog zu BremskraftZylindern) , erfolgen. Es ist möglich, in Ausführungsformen hierfür lediglich ein einzelnes Stellglied 100 anzuwenden.
Beispielhaft hierfür ist eine aktive Hydrobuchse 430, (100) (vgl. FIG 6 und 7 sowie 8; Stellelement 110, Rückstellele- ment, 120; bzw. vice versa) oder eine passive Hydrobuchse 430 und ein Stellglied 100 (vgl. FIG FIG 6 und 7 sowie 9; Stell¬ element 110, Rückstellelement, 120; bzw. vice versa) . - Ins¬ besondere bezüglich einer Zulassung ist es von Vorteil, ein aktives Stellglied 100 (vgl. aktiver Zylinder in der FIG 9) parallel zu einer konventionellen Radsatzlängsführung zu schalten. Eine konventionelle passive Radsatzlängsführung stellt eine , sichere' Rückfallebene für einen Ausfall eines oder der Stellglieder 100, 100 dar. - Die größeren Stellkräfte, die den Radsatz 200 gegen ein konventionelles Lager schieben/drücken bzw. davon wegziehen/wegsaugen, bleiben beherrschbar klein, da es eine Parallelschaltung erlaubt die konventionellen Lager längsweicher auszulegen. Zum Bestimmen eines Radwinkels relativ zum Gleis kann eine direkte Winkelmessung eingesetzt werden, was zumindest der¬ zeit noch aufwändig und kostenintensiv ist. Ferner kann ein Kurvenradius über eine Bogenerkennung (z. B. eine Ausdrehwin- kelmessung, eine Querkraftmessung etc.) abgeschätzt werden. Ferner können (im Wesentlichen optimale) Sollwinkel der
Schienenräder 210, 210 bzw. eines Radsatzes 200 relativ zum Gleis per Simulation vorab festgelegt sein. Damit lassen sich Sollverschiebungen bzw. Sollkräfte der Stellglieder 100, 100 vorab bestimmen und/oder festlegen. Diese Größen lassen sich entweder gesteuert aufbringen oder können über einen Wegsensor bzw. einen Drucksensor leicht gemessen und damit geregelt werden . Somit kann über die Bogenerkennung (Ausdrehwinkel, Querkraft¬ messung etc.) der Kurvenradius abgeschätzt werden. Ferner sind (im Wesentlichen optimale) Sollwinkel der Schienenräder 210, 210 bzw. eines Radsatzes 200 relativ zum Gleis per Simu¬ lation vorab festlegbar, womit ferner (im Wesentlichen opti- male) Winkel der Schienenräder 210, 210 bzw. eines Radsatzes 200 relativ zum Drehgestell, dem Fahrwerk 20 bzw. dem Fahr- werksrahmen 22 vorliegen. Diese lassen sich entweder in Sollverschiebungen in den Stellgliedern 100, 100 als auch in Sollstellgliedkräfte umrechnen. Diese sind entweder gesteuert aufzubringen bzw. lassen sich konstruktiv über Drucksensoren leicht messen und damit ausregeln.
Gemäß FIG 6 und 7 (vgl. auch die FIG 1) weist z. B. ein Drei¬ eckslenker 410 einen Lenkerkorpus auf, über dessen sich im Wesentlichen horizontal erstreckende Verbindungswandungen zwei bevorzugt kleinere Lenkeraugen 440, 440 zur Aufnahme von Elastomerbuchsen 450 mit einem bevorzugt größeren Lenkerauge 420 zur Aufnahme einer Hydraulikbuchse 430 miteinander fest verbunden sind. Der Lenkerkorpus kann als ein Gussteil, ein Schmiedeteil oder ein Frästeil ausgebildet sein. An den bei¬ den das größere Lenkerauge 420 mit den kleineren Lenkeraugen 440, 440 verbindenden Seitenrändern der Verbindungswandungen sind optional im Wesentlichen vertikal hervorstehende Verbin¬ dungsstege angeformt.
Jede Elastomerbuchse 450 weist eine innere Lagerschale 451, eine äußere Lagerschale 453 und einen zwischen diesen einge¬ betteten Elastomerring 452 auf. Durch einen rotationssymmetrischen Aufbau der Elastomerbuchse 450 weist diese eine im Wesentlichen konstante Steifigkeit in Längsrichtung (x) und in Querrichtung (y) auf. Die jeweilige äußere Lagerschale 453 sitzt in einem betreffenden kleineren Lenkerauge 440, während die innere Lagerschale 451 von jeweils einem vertikal ausge¬ richteten Lagerbolzen 455 durchsetzt ist.
An den beiden aus einer inneren Lagerschale 451 herausstehen- den Enden des Lagerbolzens 455 sind im Wesentlichen ebene, parallel zueinander liegende Auflageflächen herausgearbeitet, in deren Bereich je eine im Wesentlichen horizontal verlaufende Durchgangsausnehmung vorgesehen ist. Die Durchgangsaus- nehmungen dienen einer Durchführung von Befestigungsmitteln 457 zur Verbindung des jeweiligen rahmenseitigen Lagers 414 mit dem Fahrwerksrahmen 22 oberhalb und unterhalb der
Elastomerbuchsen 450.
Die Hydraulikbuchse 430 weist eine innere Lagerschale 431, eine äußere Lagerschale 433 und ein zwischen diesen vorgese¬ henes ringförmiges Elastomerelement 432 auf. Die äußere La¬ gerschale 433 sitzt im größeren Lenkerauge 420, während die innere Lagerschale 431 vertikal von einem Lagerbolzen 435 durchsetzt ist. Der Lagerbolzen 435 weist eine im Wesentli- chen vertikal verlaufende Durchgangsausnehmung auf, durch die Befestigungsmittel 437 zur Verbindung des radsatzseitigen Lagers 412 mit dem Achslager 310 koaxial durch die Hydraulikbuchse 430 geführt sind. An in Längsrichtung (x) einander gegenüberliegenden Seiten bilden das Elastomerelement 432 und die äußere Lagerschale 433 zwischen sich zwei segmentförmige, voneinander separate Hohlräume 422, 424 aus. Eine Trennwandung der Hohlräume 422, 424 ist in der Zeichnung nicht dargestellt. Der den Elasto¬ merbuchsen 450 zugewandte Hohlraum 422 bildet dabei eine in¬ nenliegende Fluidkammer 422 und der den Elastomerbuchsen 450 abgewandte Hohlraum 422 bildet dabei eine außenliegende
Fluidkammer 424 des Dreieckslenkers 410. Die Fluidkammern 422, 424 sind mit einem Hydraulikfluid befüllt.
Die Fluidkammern 422, 424 können durch einen externen oder internen Fluidkanal (nicht dargestellt) , der als eine Fluid- drossel wirkt oder eine solche aufweist, miteinander in
Fluidkommunikation stehen. Ferner können die innenliegende Fluidkammer 422 und die außenliegende Fluidkammer 424 einer einzelnen Hydraulikbuchse 430 hydraulisch derart gekoppelt sein, dass Hydraulikfluid, welches durch äußere Druckbeauf- schlagung aus einer der Fluidkammern 422/424 herausströmt, in die andere Fluidkammer 424/422 einströmt. Die äußere Druckbe¬ aufschlagung rührt von einer Führungskraft zwischen den jeweiligen Achslagern 310 eines betreffenden Radsatzes 200 und dem Fahrwerksrahmen 22 her, die ein jeweiliger Dreieckslenker 410 überträgt und zu einem Fluidaustausch zwischen den Fluidkammern 422, 424 in der jeweiligen Hydraulikbuchse 430 führen kann .
Dieser Fluidaustausch kann weiter beeinflusst werden, wie nachstehend ausgeführt ist. Hierbei kann der externe oder in¬ terne Fluidkanal weggelassen sein. Entscheidend für eine Steifigkeit in Längsrichtung (x) einer Hydraulikbuchse 430 - unter der Voraussetzung, dass kein aktiver Einfluss auf eine Fluidströmung zwischen den Fluidkammern 422, 424 oder mit ei- ner Fluidkammer 422, 424 einer anderen Hydraulikbuchse 430
(siehe weiter unten) genommen wird - ist dabei eine Frequenz, mit der im Elastomerelement 432 eine Querbeschleunigung von außen durch einen Wellenlauf des betreffenden Radsatzes 200 erregt wird. Neben einer hohen Quersteifigkeit weist die Hyd- raulikbuchse 430 eine veränderliche, erregerfrequenzabhängige Längssteifigkeit (x) auf. Die Fluidkammern 422, 424 einer einzelnen Hydraulikbuchse 430 können gemäß der Erfindung alternativ oder zusätzlich über externe Fluidleitungen, von welchen in der FIG 7 lediglich die Fluidanschlüsse 423, 425 dargestellt sind, in Fluidkommu- nikation stehen (in der FIG 7 nicht dargestellt) . Ferner können die Fluidkammern 422, 424 einer einzelnen Hydraulikbuchse 430, von welchen in der FIG 7 lediglich die Fluidanschlüsse 423, 425 dargestellt sind, mit wenigstens einer Fluidkammer 422, 424 einer anderen Hydraulikbuchse 430 alternativ oder zusätzlich über externe Fluidleitungen in Fluidkommunikation stehen (in der FIG 7 nicht dargestellt) . Eine externe Fluid- leitung kann z. B. als eine starre Hydraulikleitung oder als in flexibler Hydraulikschlauch ausgebildet sein. So können die auf derselben Fahrwerksseite (rechts oder links) angeordneten Hydraulikbuchsen 430, 430 über zwei externe Fluidkanäle (in der FIG 1 nicht dargestellt, in FIG 8 unterbrochen dargestellt) derart verbunden sein, dass, je Fahrwerksseite, eine außenliegende Fluidkammer 424 eines ers- ten Radsatzes 200 mit einer außenliegenden Fluidkammer 424 eines zweiten Radsatzes 200 und eine innenliegende Fluidkam¬ mer 422 des ersten Radsatzes 200 mit einer innenliegenden Fluidkammer 422 des zweiten Radsatzes 200 hydraulisch gekoppelt sind. Eine hydraulische Kopplung erfolgt bevorzugt sym- metrisch zur Längsrichtung auf beiden Fahrwerksseiten, wodurch eine Radialstellung jeweils zweier Radsätze 200, 200 im Gleisbogen begünstigt und eine erforderliche hohe Längssteif- igkeit beim Anfahren mit hoher Zugkraft beziehungsweise beim Bremsen sichergestellt ist.
Beim Antreiben oder auch beim Bremsen der Radsätze 200, 200 werden die radsatzseitigen Lager 412, 412, 412, 412 mit gleichsinnigen Kräften beaufschlagt, sodass es zu keinem Fluidaustausch zwischen den gekoppelten Fluidkammern 422, 422; 424, 424; 422, 422; 424, 424 kommt - die radsatzseitigen Lager 412, 412, 412, 412 reagieren hart. Bei einer Bogenfahrt treten gegensinnige Kräfte auf, sodass Hydraulikfluid zwi¬ schen den jeweils gekoppelten Fluidkammern 422, 422; 424, 424; 422, 424; 424, 424 ausgetauscht wird und es aufgrund ei¬ ner weichen Lagerreaktion zu einer Radialeinstellung der Radsätze 200, 200 kommt. Der Vorteil besteht in einer guten Übertragung von Zug-Druck-Kräften.
Ferner ist es möglich, dass, je Fahrwerksseite, eine außen¬ liegende Fluidkammer 424 eines ersten Radsatzes 200 mit einer innenliegenden Fluidkammer 422 eines zweiten Radsatzes 200 und eine innenliegende Fluidkammer 422 des ersten Radsatzes 200 mit einer außenliegenden Fluidkammer 424 des zweiten Radsatzes 200 hydraulisch gekoppelt sind. Eine hydraulische Kopplung erfolgt wiederum bevorzugt symmetrisch zur Längsrichtung auf beiden Fahrwerksseiten . In den vorstehend gemachten Ausführungen wird davon ausgegangen, dass das Hydraulikfluid lediglich aufgrund von Radsatz¬ führungskräften in die bzw. aus den Fluidkammern 422, 424; 422, 424; 422, 424; 422, 424 strömt. Erfindungsgemäß ist aber vorgesehen, dass aktiv Einfluss auf ein Strömungsverhalten des Hydraulikfluids genommen wird. Dies ist im Folgenden nä¬ her ausgeführt, weswegen die Fluidleitungen 522, 524; 522, 524 in der FIG 8 unterbrochen dargestellt sind.
Gemäß der Erfindung sind die Fluidleitungen 522, 524; 522, 524 an eine Hydraulik (nicht dargestellt) angeschlossen, mit¬ tels welcher aktiv auf die Druckverhältnisse in den Fluidkam¬ mern 422, 424; 422, 424; 422, 424; 422, 424 Einfluss genommen werden kann (aktive Hydrobuchse 430, (100) FIG 8) . Hierbei kann eine hydraulische Verschaltung der Hydraulik derart ein- gerichtet sein, dass die Hydraulik obige Merkmale passiv er¬ laubt, wenn durch die Hydraulik kein Einfluss auf die Druckverhältnisse in den Fluidkammern 422, 424; 422, 424; 422, 424; 422, 424 genommen wird. Ferner kann die Hydraulik derart ausgebildet sein, dass sie diese passiven Einstellungen selbst aktiv durchführen kann.
Ferner ist die Hydraulik derart eingerichtet, dass sie bei vergleichsweise ungünstigen Reibungsbedingungen zwischen dem Schienenfahrzeug 2 und einem Gleis, vergleichsweise ungünsti¬ ge Reibungsbedingungen zwischen einer Schiene 10 eines Schie- nenbogens 1 und einem angetriebenen Schienenrad 210, bzw. einem Schienenbogen 1 bzw. eines Gleises und einem angetrie- benen Radsatz 200, ... des Schienenfahrzeugs 2, durch ein akti¬ ves Lenken (siehe oben) des Schienenrads 210, ... auf der
Schiene 10 bzw. des Radsatzes 200, ... auf dem Gleis in ver¬ gleichsweise günstige Reibungsbedingungen (günstigeres Grund¬ reibverhältnis und/oder günstigere Kontaktgeometrie und/oder etc.) geändert werden.
Ungünstige Reibungsbedingungen zwischen dem Schienenfahrzeug 2 und einem Gleis sind z. B. ein oben diskutierter Zugkraftverlust im Bogen bei Anfahrt (z. B. unterradial stehende Rad- sätze 200, ...) , bei Langsamfahrt (z. B. unterradial stehende
Radsätze 200, ...) oder ggf. bei Schnellfahrt (z. B. überradial stehende Radsätze 200, ...) ; verschmutzte und/oder nasse Schie¬ nein); geringer oder fallender Bogenradius ; und/oder Steilheit einer Steigung etc.
Die folgenden Ausführungen beziehen sich auf ein einzelnes Schienenfahrzeug 2, ein einzelnes Drehgestell, ein einzelnes Fahrwerk 20 bzw. einen einzelnen Fahrwerksrahmen 22 oder einen einzelnen Radsatz 200. Die Hydraulik kann dafür derart eingerichtet sein, dass sie einen Hydraulikdruck in jeweils einer einzelnen Fluidkammer einer Mehrzahl von oder von allen Fluidkammern individuell einstellen kann. Darüber hinaus kann die Hydraulik derart eingerichtet sein, dass sie einen Hyd¬ raulikdruck jeweils in einer geradzahligen Mehrzahl von oder in allen Fluidkammern im Wesentlichen gleich einstallen kann.
Damit z. B. beide Radsätze 200 eines Drehgestells für ein Ab¬ setzen eine Zugkraft gute Positionen in einem Gleis vorfinden, sollten beide Radsätze 200 des Drehgestells aktiv ge- lenkt werden. Ein Zusammenspiel der beide Radsätze 200 kann vorab per Simulation „optimiert" werden. - Was der Zugkraft beim Anfahren bzw. Beschleunigen des Schienenfahrzeugs 2 analog ist, ist eine Bremskraft beim Anhalten bzw. eine negative Beschleunigung, also ein Einfluss auf einen kürzeren Bremsweg. D. h. die Erfindung kann analog auf ein Kompensieren eines Bremskraftverlusts des Schienenfahrzeugs 2 angewendet sein .
Die Steigung des Gleises bzw. der betreffenden Schiene, z. B. in einem Gebirge, hat sekundäre Auswirkungen auf den Zug- kraftverlust . D. h. insbesondere bei großer Steigung ist be¬ sonders viel Zugkraft nötig, um eine Fahrgeschwindigkeit des Schienenfahrzeugs 2 konstant zu halten oder überhaupt anfah¬ ren zu können. In einer Ebene, insbesondere in Australien, kommt eine Zugkraftanforderung aus besonders langen Güterzü¬ gen. Der Zugkraftverlust im Bogen ist jedoch durch die Kontaktgeometrie, die Reibverteilung etc. (Reibungsbedingungen) über einen Schienen-/Radquerschnitt bedingt.
Eine andere Möglichkeit Obiges zu realisieren zeigt die FIG 9. Hierbei erfolgt ein aktives Lenken des Schienenrads 210 mittels einer passiven Hydrobuchse 430 (vgl. die Erläuterun- gen zu den FIG 6 und 7) und eines Stellglieds 100, welches mechanisch parallel zu dem jeweiligen Dreieckslenker 410 geschaltet ist. Hierbei stehen die beiden Fluidkammern 422, 424 der passiven Hydrobuchse 430 durch den externen oder internen Fluidkanal (nicht dargestellt) , der als eine Fluiddrossel wirkt oder eine solche aufweist, miteinander in Fluidkommuni- kation. Das Stellglied 100 kann als ein aktiver Zylinder 100, insbesondere ein Hydraulikzylinder 100, ausgebildet sein. Ein anderer Typ von Stellglied 100 ist dabei natürlich anwendbar. Hierbei ist es bevorzugt, dass das Stellglied 100 längenver¬ änderlich ausgebildet ist, wobei ein Längsendabschnitt des Stellglieds 100 mechanisch mittelbar oder unmittelbar mit dem großen Lenkerauge 420 des Dreieckslenkers 410 und ein diesem gegenüberliegender Längsendabschnitt des Stellglieds 100 me- chanisch mittelbar oder unmittelbar mit dem kleinen Lenkerauge 440 des Dreieckslenkers 410 mechanisch gekoppelt ist.
D. h. das Stellglied 100 kann nicht nur am Dreieckslenker 410 selbst, sondern z. B. auf einer Seite des großen Auges 420 am Achslager 310 bzw. Achslagergehäuse 312 direkt und/oder auf einer anderen Seite des kleinen Auges 440 am Fahrwerk 20 bzw. Fahrwerksrahmen 22 direkt befestigt sein. Je nach einer Längenänderung des Stellglieds 100 strömt Hyd- raulikfluid aus einer der Fluidkammern 422/424 heraus und in die andere Fluidkammer 424/422 ein. Für ein aktives Lenken werden die Stellglieder 100, 100 eines einzelnen Radsatzes 200 bevorzugt derart angesteuert oder geregelt, dass sich das eine Stellglied 100 längt, wohingegen sich das andere Stell¬ glied 100 verkürzt. Es kann ggf. von Vorteil sein, beide Stellglieder 100, 100 eines einzelnen Radsatzes 200 zu längen bzw. zu verkürzen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Kompensieren eines Zugkraftverlusts eines Schienenfahrzeugs (2), bevorzugt einer Güterzuglokomotive (2), in einem Schienenbogen (1), insbesondere bei einem Anfahren des Schienenfahrzeugs (2) und/oder insbesondere an ei¬ ner Steigung, dadurch gekennzeichnet, dass
vergleichsweise ungünstige Reibungsbedingungen zwischen einer Schiene (10) und wenigstens einem angetriebenen Schie- nenrad (210, 210) des Schienenfahrzeugs (2) durch ein aktives Lenken des Schienenrads (210, 210) auf der Schiene (10) in vergleichsweise günstige Reibungsbedingungen geändert werden.
2. Kompensationsverfahren gemäß vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das angetriebene Schienenrad
(210) Bestandteil wenigstens eines angetriebenen Radsatzes (200; 210, 210) des Schienenfahrzeugs (2) ist, wobei
die vergleichsweise ungünstigen Reibungsbedingungen zwischen dem Schienenbogen (1) und dem wenigstens angetriebenen Radsatz (200; 210, 210) durch ein aktives Lenken des wenigs¬ tens einen Radsatzes (200; 210, 210) auf dem Schienenbogen (1) in vergleichsweise günstige Reibungsbedingungen geändert werden . 3. Kompensationsverfahren gemäß einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Durchführen des Kompensationsverfahrens das wenigstens eine Schienenrad
(210), insbesondere der wenigstens eine Radsatz (200):
• hydraulisch, pneumatisch, mechanisch, elektrisch
und/oder elektromechanisch aktiv gelenkt wird,
• axial und/oder radial verstellt wird, und/oder
• um ein Schwenkzentrum (80) verschwenkt wird.
4. Kompensationsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Schienenrad (210), insbesondere der wenigstens eine Radsatz (200), aktiv derart gelenkt, dass
ein Kontaktbereich (90) zwischen dem wenigstens einen Schienenrad (210), insbesondere dem wenigstens einen Radsatz (200), und einer betreffenden Schiene (10) im Schienenbogen (1), in einem Bereich liegt, in welchem ein günstigeres Grundreibverhältnis und/oder eine günstigere Kontaktgeometrie vorliegen.
5. Kompensationsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Durchführen des Kompensationsverfahrens das wenigstens eine Schienenrad
(210), insbesondere der wenigstens eine Radsatz (200), aktiv derart gelenkt wird, dass:
• sich ein Reibungskoeffizient im Kontaktbereich (90) erhöht,
• der Kontaktbereich (90) auf einem Laufbereich der betreffenden Schiene (10) eingerichtet wird,
• der Kontaktbereich (90) in Richtung einer Quermitte der betreffenden Schiene (10) wandert,
• sich der Kontaktbereich (90) im Wesentlichen in einer Quermitte der betreffenden Schiene (10) befindet,
• sich im Kontaktbereich (90) eine kleinere Flächenpres¬ sung einstellt, und/oder
• der Kontaktbereich (90) vergrößert wird.
6. Kompensationsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Anfahrfall oder einem Langsamfahrfall des Schienenfahrzeugs (2) das we¬ nigstens eine unterradial stehende Schienenrad (210), insbe¬ sondere der wenigstens eine unterradial stehende Radsatz (200), derart angelenkt wird, dass das Schienenfahrzeug (2) wenigstens teilweise radial nach außen versetzt wird, und/oder
in einem Fahrfall oder einem Schnellfahrfall des Schie¬ nenfahrzeugs (2) das wenigstens eine überradial stehende Schienenrad (210), insbesondere der wenigstens eine überradi al stehende Radsatz (200), derart angelenkt wird, dass das Schienenfahrzeug (2) wenigstens teilweise radial nach innen versetzt wird.
7. Kompensationsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Durchführen des Kompensationsverfahrens das wenigstens eine Schienenrad
(210), insbesondere der wenigstens eine Radsatz (200):
· durch wenigstens ein Stellglied (100) zwischen dem Fahr¬ werk (20) bzw. dem Fahrwerksrahmen (22) und dem Schienenrad (210) bzw. dem Radsatz (200),
• durch eine aktive Hydraulik (100) oder durch einen aktiven pneumatischen Zylinder (100),
· durch eine aktive Hydrobuchse (100) oder einen aktiven Hydraulikzylinder (100),
gelenkt wird.
8. Kompensationsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für ein Bestimmen ei¬ nes Radwinkels relativ zum Gleis bzw. zur Schiene (10) im Schienenbogen (1), ein Kurvenradius über eine Bogenerkennung abgeschätzt wird, und/oder ein Sollwinkel für das wenigstens eine Schienenrad (210), insbesondere den wenigstens einen Radsatz (200), relativ zum Gleis durch eine Simulation vorab festgelegt wird.
9. Kompensationsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Antrieb des
Schienenfahrzeugs (2) in einem Schlupfbetrieb arbeitet, und/oder das wenigstens eine Stellglied (100) seriell oder parallel zu einer Radsatzlängsführung geschaltet ist.
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