WO2008155185A1 - Verfahren zur minimierung von laufflächenschäden und profilverschleiss von rädern eines schienenfahrzeugs - Google Patents

Verfahren zur minimierung von laufflächenschäden und profilverschleiss von rädern eines schienenfahrzeugs Download PDF

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WO2008155185A1
WO2008155185A1 PCT/EP2008/056137 EP2008056137W WO2008155185A1 WO 2008155185 A1 WO2008155185 A1 WO 2008155185A1 EP 2008056137 W EP2008056137 W EP 2008056137W WO 2008155185 A1 WO2008155185 A1 WO 2008155185A1
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WO
WIPO (PCT)
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losradsatz
vehicle
rail vehicle
wheelset
chassis
Prior art date
Application number
PCT/EP2008/056137
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English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Dietmaier
Martin Rosenberger
Klaus Six
Original Assignee
Siemens Transportation Systems Gmbh & Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Transportation Systems Gmbh & Co. Kg filed Critical Siemens Transportation Systems Gmbh & Co. Kg
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Priority to CN200880020801.7A priority patent/CN101821146B/zh
Priority to US12/664,112 priority patent/US8485109B2/en
Publication of WO2008155185A1 publication Critical patent/WO2008155185A1/de

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61F—RAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
    • B61F5/00—Constructional details of bogies; Connections between bogies and vehicle underframes; Arrangements or devices for adjusting or allowing self-adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves
    • B61F5/38—Arrangements or devices for adjusting or allowing self- adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves, e.g. sliding axles, swinging axles

Definitions

  • the invention relates to a method for minimizing tread damage and profile wear of the wheels of a rail vehicle with at least two idler gears or at least two wheelsets or a bogie of a rail vehicle with at least two idler gears or at least two wheelsets, wherein during the journey of the rail vehicle measurement data of at least one, be recorded during the journey of the rail vehicle variable size, which is relevant to the load in the wheel-rail contact.
  • the invention relates to a rail vehicle with at least two Losrad arrangementsn or at least two wheelsets and a bogie of a rail vehicle with at least two
  • Losradmentsn or at least two wheelsets for application of the method according to the invention.
  • 'idler gear' here refers to a pair of wheels, e.g. are mounted on an axle carrier and can rotate independently of each other, i. not rigidly connected.
  • a wheel set is understood as a wheel pair rigidly connected to each other via a wheel set shaft.
  • the wheel-rail contact is therefore, for example, in high-speed trains, a special safety significance to. Irregularities on the wheel-rail contact, for example due to severe damage to a wheel, can lead to considerable consequential damage or even derailment. But even slight damage such as fine cracks can cause great difficulties as they
  • EP 0 600 172 A1 describes a chassis for rail vehicles, in which the wheelsets are turned out against the bogie frame by means of force-controlled actuators.
  • no radial position of the wheelsets is realized relative to the track, but only the angle between the wheelset and chassis frame adjusted according to the radial position.
  • DE 44 13 805 A1 discloses a self-steering three-axle drive for a rail vehicle, in which the outer two wheelsets are provided with a radial control and the inner wheel is movable by an active actuator transversely to the direction of travel.
  • the lateral forces are reduced to the lecturrad accounts - with appropriate loading of the active actuator affects each wheel set one third of the centrifugal force.
  • all three wheelsets are used to control when cornering, the alignment of the wheelsets to the center of the arc is improved.
  • This object is achieved by a method of the type mentioned in the present invention that based on measurements of at least one, while driving the
  • Rail vehicle variable size which is relevant for the formation of tread damage and profile wear, set points for parameters that characterize the position of at least one wheel relative to the track, provided that thereby
  • Tread damage and tread wear on the wheels of the rail vehicle are minimized, wherein the position of the at least one idler gear or wheelset is set according to the desired values by means of control, regulation or a combination of both.
  • routing data such as radius of curvature and track cant, but also sizes directly related to wheel-rail contact conditions, such as contact geometry and friction coefficient in the wheel rail contact.
  • parameters characterizing the position of the wheels relative to the track are adjusted taking into account the current condition of the rail vehicle such that tread damage and tread wear can be minimized together or optimized for a particular situation. This is done with special consideration of caused by rolling contact fatigue damage and caused by friction wear profile wear. As a result, it can also be taken into account that, due to somewhat increased friction losses, damage caused by rolling contact fatigue can be removed by abrasion.
  • the nominal values of the parameters are calculated by means of a mathematical model describing the interaction between the rail vehicle and the track and stored in tables of a database.
  • the parameters currently to be set are selected from the tables of the database according to the measured values taken.
  • the mathematical model used here can be, for example, a model for a quasi-stationary sheet travel of a rail vehicle.
  • the setpoint values for the parameters during travel of the rail vehicle are calculated on the basis of the measured values by an evaluation unit with a mathematical model describing the interaction between the rail vehicle and the track.
  • This embodiment has the advantage that no database has to be used and the calculation takes place directly from the measured values.
  • the method is also much more flexible: While in the embodiment with the database with the addition of further variable, the results improving variables whose measured values are used for the calculation of the setpoints of the parameters, also the database entries would have to be recalculated, is here only a change of the mathematical model needed, which is associated with much less effort.
  • the parameters are the position of the at least one wheel relative to the track Characterize the transverse displacement between at least one Losradsatz- or wheelset axle and a chassis or vehicle frame and / or the angular position between at least one Losradsatz- or wheelset axle and a chassis or vehicle frame.
  • Transverse displacement and angular position are of greatest influence on the formation of tread damage, due to rolling contact fatigue and profile wear in the wheel-rail contact.
  • the transverse displacement occurs automatically in conventional methods depending on a number of parameters.
  • the angular position adjusts itself in conventional methods or is adjusted with regard to the profile wear behavior.
  • the advantage of the method according to the invention is therefore the additional consideration of the damage due to rolling contact fatigue.
  • the parameters which characterize the position of the at least one wheel relative to the track may be the transverse displacement between at least one idler gear set. Wheelset and the at least one other Losradsatz- or wheelset axle of the chassis or vehicle and / or the angular position between the at least two Losradsatz- or axles of the chassis or vehicle act.
  • a control variable for the control of the wheel position in the track a drive and braking torque superimposed differential torque between the wheels of an axle. This can be achieved by specifying a differential torque, a certain position of the wheels in the track. It is conceivable to thereby save an actuator for angle adjustment.
  • a rail vehicle of the type mentioned or a chassis of a rail vehicle of the type mentioned according to the invention that at least one of Losradsatz- or Radsatzachsen is transversely displaceable by means of at least a first actuator against a vehicle frame, wherein the determination the transverse displacement takes place according to one of the above-mentioned methods and / or that the angle between at least one idler gear or axle set can be adjusted relative to the vehicle frame by means of at least one second actuator, wherein the determination of the angle takes place according to one of the above-mentioned methods.
  • At least one of the Losradsatz- or Radsatzachsen be transversely displaceable by means of at least one first actuator against the at least one further Losradsatz- or wheelset axle of the vehicle, wherein the determination of the transverse displacement takes place according to one of the above methods and / or can the angle between the at least two Losradsatz- or Radsatzachsen be set by means of at least one second actuator, wherein the determination of the angle takes place according to one of the above-mentioned methods.
  • actuators as hydraulic, pneumatic or electromechanical
  • Actuators are executed. Such actuators are relatively simple to manufacture and have long been in use for other applications, so that their function and solution to occurring problems are well known.
  • FIG. 3 is a surface RCF index map.
  • FIGS. 4.1 to 4.3 exemplarily a chassis of a rail vehicle with two wheelsets with one or more actuators for setting a transverse displacement
  • FIGS. 5.1 to 5.4 a chassis from fig. 3.1 to 3.3 with one or more actuators for adjusting an angle, Fig. 6 by way of example a chassis of a rail vehicle with two Losradaxen.
  • FIG. 1 shows a block diagram in which the mode of operation of the method according to the invention is presented on the basis of a rail vehicle 101.
  • a rail vehicle 101 may be any rail vehicle, such as one with two or more wheelsets or Losrad amongn, the inventive method is also on a Bogie of a rail vehicle with at least two wheelsets or Losrad arrangementsn applicable.
  • the mode of operation is described with reference to a rail vehicle 101 with two wheelsets.
  • Each wheel set consists of a wheel set shaft and two wheel discs, which are more or less rigidly connected to the shaft; In contrast, in a loose wheel set, the wheel discs can rotate independently.
  • variable size may be, for example, routing data such as arc radius or
  • the lateral acceleration can either be measured directly or calculated from other quantities (for example, from the
  • Tread damage is understood here to mean, in particular, damage due to rolling contact fatigue (RCF), which can be detected, for example, by when
  • the measured values of the variable variable are transmitted to an evaluation device 104, which uses this
  • Measurements Determines setpoints for parameters that characterize the position of the wheels relative to the track. These target values in the present exemplary embodiment are the angle OC between the two wheelset axles and the relative transverse displacement y of the two wheelset axles relative to one another.
  • Figure 2 shows schematically a rail vehicle 201 having a first gear set 210 and a second gear set 211 on a short track with two rails 212, the rails 212 describing an arc having a certain radius.
  • the wheelsets 210, 211 are at an angle OC to each other, further a transverse displacement y of the second set of wheels 211 is realized against the first wheel 210.
  • Fig. 1 are for Setting the determined setpoint values of the parameters at least two actuators 106, 107 provided.
  • a first actuator 106 sets the angle OC
  • a second actuator 107 sets the transverse displacement y.
  • Actuators 106, 107 can be designed in different ways, for example, hydraulic, pneumatic or electromechanical actuators are mentioned here.
  • the setting of the setpoint values of the parameters takes place with the described actuators 106, 107, which takes place either by means of control or by regulation. This results in the position of the vehicle / chassis in the track. For vehicles with idler gear sets, an additional regulation is required, because there the mentioned
  • Differential torque is effected with at least one additional drive module 108.
  • Evaluation device 104 done in different ways.
  • the applied procedure depends not least on how the damage caused by rolling contact fatigue and the profile wear are evaluated relative to each other.
  • the respective frictional power is calculated for the profile wear by material abrasion, the damage due to RCF are determined by means of the model of Anders Ekberg et al. determined. This model is described in An engineering model for prediction of rolling contact fatigue of railway wheels, Anders Ekberg et al (Fatigue fract. Engng. Mater., Struct. 25, 2002, 899-909).
  • surface RCF surface-initiated fatigue
  • sub-surface RCF subsurface initiated fatigue
  • the surface RCF is quantified with a surface RCF index FI obf , which is essentially determined from the normalized vertical load v and the utilized friction coefficient ⁇ .
  • a sub-surface RCF index FI sub can also be calculated.
  • the tread damage caused by RCF and the profile wear caused by friction power which are to be expected for certain values of the parameters characterizing the position of the wheels relative to the track, the respective values of the parameters above-mentioned indices and the frictional loss.
  • the setpoint values for angles CC and transverse displacement y of a database 105 are taken from the measured values of the variable quantities measured by the sensors 102, 103.
  • the entries of the database 105 become 'offline', that is to say before the rail vehicle 101 is driven, by means of an algorithm which contains a mathematical model possible values of the variable variables.
  • the respectively matching pairing of angle CC and transverse displacement y is determined by searching for the optimum pairing for the damage influences of surface area RCF and subfacial RCF as well as the profile wear and then determining the overall optimum.
  • Optimal pairing is to be understood as the one in which the respectively expected damage or the profile wear are as small as possible.
  • the pairing that is then stored in the variable size measurement database 105 is the one where the individual damage effects are as small as possible.
  • Profile wear occur. This can be done, for example, by choosing the pairing at which the maximum of the weighted sum of damage and tread wear across all wheel rail contacts occupies a minimum. In the present case, this means that the friction power, the surface RCF index FI obf and the sub-surface RCF index FI sub would be the smallest at the highest loaded wheel. In a variant, the pairing can be selected in the the sum of the assessed amounts of damage and profile wear over all wheel-rail contacts occupies a minimum.
  • FIG. 3 shows a typical calculation result in the form of a 'surface RCF index map' 301, that is to say a graphical representation of, for example, the surface RCF index for particular values of the variable variables for any pairings of angle OC and transverse displacement y ,
  • map 301 the course of the surface RCF index can be detected by means of height layer lines 302.
  • the optimal pairing of angle CC and transverse displacement y, in which the surface RCF index would be minimal, is recognizable as point 303. This pairing would be stored for the values of the variable variables underlying the calculation in the database 105 mentioned in FIG.
  • the determination of the measured quantities can be supplemented by sensors 102, 103 by an additional position database 109, wherein path data such as radius of curvature and track cant are stored in this position database 109. If then one of the sensors 102, 103 is a GPS sensor, the the position of the rail vehicle 101 using a satellite positioning system, such as GPS or Galileo, determined, based on these position data from the position database 109, the corresponding routing data can be taken.
  • a satellite positioning system such as GPS or Galileo
  • the actuators 106, 107 may be arranged in different configurations.
  • the Fign. 4.1 to 4.2 show an example of a chassis of a rail vehicle 401 with two wheelsets and an actuator 402, with a
  • Transverse displacement of a wheelset can be realized.
  • a wheel set can be transversely displaced against the chassis frame.
  • a transverse displacement of a wheel set can be realized against the other, while in Fig. 4.3 shows a further variant for the transverse displacement of a wheelset is shown against the chassis frame.
  • the Fign. 5.1 to 5.4 show by way of example a running gear of a rail vehicle 501 with two sets of wheels and one or more actuators 502, 502 ', 502 ", 503, with which an angular position can be realized.
  • Fig. 5.1 shows a variant in which with an actuator 502 and optionally with a second actuator 502 ', an angle between the wheelset and the chassis frame is realized.
  • Fig. 5.2 the adjustment of the angle with an angle actuator 503, which is arranged on the axle of the wheelset.
  • an angle between the wheelsets of the chassis 501 is adjusted by means of an actuator 502.
  • Fig. 5.4 a further variant of an angular adjustment of a wheelset is realized against the chassis frame.
  • FIGS. 4.1 to 4.3 and Figs. 5.1 to 5.4 are shown, of course, only to be understood as an example, there are various other variants conceivable.
  • the above arrangements can also be realized for vehicles with Losrad arrangementsn, after adaptation to the specific characteristics of such vehicles.
  • Fig. 6 shows a chassis of a rail vehicle 601 with two Losrad algorithmsn.
  • Fig. 6 are no actuators for adjustment set the angle or the transverse displacement, but these can be essentially as shown in Figs. Attach 4.1 to 5.4 shown.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Machines For Laying And Maintaining Railways (AREA)
  • Platform Screen Doors And Railroad Systems (AREA)

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Minimierung von Lauf f lächenschäden und Profilverschleiß der Räder eines Schienenfahrzeuges (101, 201, 401, 501, 601) mit zumindest zwei Losradsätzen bzw. zumindest zwei Radsätzen oder eines Drehgestells eines Schienenfahrzeugs mit zumindest zwei Losradsätzen bzw. zumindest zwei Radsätzen, wobei anhand von Messwerten von zumindest einer, während der Fahrt des Schienenfahrzeugs (101, 201, 401, 501, 601) variablen Größe, die für die Entstehung von Lauf f lächenschäden und Profilverschleiß relevant ist, Sollwerte für Parameter, die die Stellung zumindest eines Rades relativ zum Gleis charakterisieren, unter der Voraussetzung ermittelt werden, dass dadurch Lauf f lächenschäden und Profilverschleiß an den Rädern des Schienenfahrzeugs (101, 201, 401, 501, 601) minimiert werden, wobei die Stellung des zumindest eines Losradsatzes bzw. Radsatzes gemäß den Sollwerten mittels Steuerung, Regelung oder einer Kombination von beiden eingestellt wird.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Minimierung von Laufflächenschäden und Profilverschleiß von Rädern eines Schienenfahrzeugs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Minimierung von Laufflächenschäden und Profilverschleiß der Räder eines Schienenfahrzeugs mit zumindest zwei Losradsätzen bzw. zumindest zwei Radsätzen oder eines Drehgestells eines Schienenfahrzeugs mit zumindest zwei Losradsätzen bzw. zumindest zwei Radsätzen, wobei während der Fahrt des Schienenfahrzeugs Messdaten von zumindest einer, während der Fahrt des Schienenfahrzeugs variablen Größe aufgenommen werden, welche für die Belastung im Rad-Schiene Kontakt relevant ist.
Weiters betrifft die Erfindung ein Schienenfahrzeug mit zumindest zwei Losradsätzen bzw. zumindest zwei Radsätzen und ein Drehgestell eines Schienenfahrzeugs mit zumindest zwei
Losradsätzen bzw. zumindest zwei Radsätzen zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens .
Der Begriff , Losradsatz' bezeichnet hier ein Paar von Rädern, die z.B. auf einem Achsträger gelagert sind und sich unabhängig voneinander drehen können, d.h. nicht starr miteinander verbunden sind. Unter einem Radsatz versteht man ein über eine Radsatzwelle starr miteinander verbundenes Radpaar .
Es ist bekannt, dass Schienenfahrzeuge spurgebunden fahren. Die zur Spurführung erforderlichen Kräfte entstehen im Kontaktbereich von Rad und Schiene, dem Rad-Schiene Kontakt. Diese Kräfte sind allerdings auch für negative Effekte an den Schienen und Rädern verantwortlich. So verursachen
Tangentialkräfte, die immer mit Gleiteffekten und somit mit Reibleistungen verbunden sind, Profilverschleiß durch Materialabtrag. Weiters ermüden die an Rad und Schiene angreifenden Kräfte bei genügend hohem Kraftniveau den Werkstoff, es kommt zur Rollkontaktermüdung (Rolling Contact Fatigue, RCF) . Dadurch entstehen z.B feine Risse in der Schiene und/oder im Rad. Eine typische dadurch verursachte Schadensform an der Schienenoberfläche stellen Head Checks dar. Im Rad können Risse unter der Oberfläche entstehen, nach außen wachsen und zu größeren Ausbröckelungen führen. Die Risse können aber auch an der Oberfläche entstehen, in die Tiefe wachsen und ebenfalls zu Materialausbrüchen führen, wie es z.B. beim bekannten Phänomen des Fischgrätmusters geschieht. Bei oberflächeninitierten Rissen gibt es den Effekt, dass die Anrisse zum Teil durch den erwähnten Profilverschleiß wieder entfernt werden woraus folgt, dass ein gewisses Maß an Profilverschleiß mitunter erwünscht sein kann. Neben den erwähnten Laufflächenschäden treten noch eine Reihe weiterer Schadensformen wie z.B. Flachstellen, Materialauftragung, Laufflächenquerrisse usw. auf.
Dem Rad-Schiene Kontakt kommt daher, beispielsweise auch bei Hochgeschwindigkeitszügen, eine besondere sicherheitsrelevante Bedeutung zu. Unregelmäßigkeiten am Rad- Schiene Kontakt, beispielsweise durch schwere Beschädigung eines Rades, können zu erheblichen Folgeschäden bis hin zum Entgleisen führen. Aber auch leichte Beschädigungen wie feine Risse können große Schwierigkeiten verursachen, da sie
Instandhaltungsarbeiten erforderlich machen und somit hohe Kosten und Verspätungen im Zugverkehr verursachen können.
Es sind daher eine Reihe mechanischer Vorrichtungen zur Spurführung eines Schienenfahrzeuges bekannt. Viele der bekannten Systeme gehen davon aus, dass bei Bogenfahrten die Radialstellung der Räder im Gleis optimal ist, um die auf die Losradsätze oder Radsätze eines Fahrwerks oder Fahrzeugs wirkenden Kräfte zu reduzieren. Dadurch, wird argumentiert, lassen sich die Reibleistung und damit auch der
Profilverschleiß im Rad-Schienekontakt verringern. Beispielsweise beschreibt die EP 0 600 172 Al ein Fahrwerk für Schienenfahrzeuge, bei dem die Radsätze bei Bogenfahrten mittels kraftgeregelter Stellglieder gegen den Drehgestellrahmen ausgedreht werden. Dabei wird aber keine Radialstellung der Radsätze relativ zum Gleis realisiert, sondern nur der Winkel zwischen Radsatz und Fahrwerksrahmen entsprechend der Radialstellung eingestellt. Damit stellt sich zwar in vielen Betriebszuständen ein günstiges Verschleißverhalten ein, jedoch entspricht dieses nicht dem Optimum.
Die DE 44 13 805 Al offenbart ein selbstlenkendes dreiachsiges Laufwerk für ein Schienenfahrzeug, bei dem die äußeren beiden Radsätze mit einer Radialsteuerung versehen sind und der innere Radsatz durch ein aktives Stellglied quer zur Fahrtrichtung beweglich ist. Dadurch werden die Seitenkräfte auf die Außenradsätze vermindert - bei geeigneter Beaufschlagung des aktiven Stellgliedes wirkt auf jeden Radsatz ein Drittel der Fliehkraft. Damit werden alle drei Radsätze zur Steuerung bei Kurvenfahrt herangezogen, die Ausrichtung der Radsätze zur Bogenmitte wird verbessert.
Ein weiteres Verfahren dieser Art findet sich in der EP 1 609 691 Al der Anmelderin.
Allen diesen Verfahren ist gemein, dass sie darauf abzielen, die Reibleistung im Rad-Schiene Kontakt und somit den Profilverschleiß zu minimieren. Bei diesen Verfahren wird die Stellung der Räder relativ zum Gleis so beeinflusst, dass Gleiteffekte im Kontaktpunkt vermieden bzw. minimiert werden. Allerdings kommt es auch durch Rollkontaktermüdung zu Schäden an Schiene und Rad. Zur Behebung dieser Schäden kann ein gewisses Maß an Reibleistung durchaus erwünscht sein, da entstandene Risse im Material dadurch an der Oberfläche abgetragen werden können. Ein Minimum an Reibleistung entspricht daher also nicht immer einem optimalen Belastungsverhältnis im Rad-Schiene Kontakt. Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen Weg zu schaffen, bei einem Schienenfahrzeug die Belastung im Rad- Schiene-Kontakt so zu optimieren, dass die Lebensdauer sowohl der Räder als auch der Schiene maximiert werden. Dies gelingt durch Minimierung der bewerteten Summe aus Laufflächenschäden aufgrund von Rollkontaktermüdung und Profilverschleiß.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass anhand von Messwerten von zumindest einer, während der Fahrt des
Schienenfahrzeugs variablen Größe, die für die Entstehung von Laufflächenschäden und Profilverschleiß relevant ist, Sollwerte für Parameter, die die Stellung zumindest eines Rades relativ zum Gleis charakterisieren, unter der Voraussetzung ermittelt werden, dass dadurch
Laufflächenschäden und Profilverschleiß an den Rädern des Schienenfahrzeugs minimiert werden, wobei die Stellung des zumindest einen Losradsatzes bzw. Radsatzes gemäß den Sollwerten mittels Steuerung, Regelung oder einer Kombination von beiden eingestellt wird.
Für die Entstehung von Laufflächenschäden und Profilverschleiß relevante Größen, die während der Fahrt eines Schienenfahrzeugs variabel sind, sind beispielsweise Fahrzeuggeschwindigkeit, Zuladungsmasse, Antriebs- und Bremsmomente, Trassierungsdaten wie Bogenradius und Gleisüberhöhung, aber auch Größen im direkten Zusammenhang mit Rad-Schiene Kontaktverhältnissen, wie Kontaktgeometrie und Reibungskoeffizient im Rad-Schiene Kontakt.
Es ist ein Vorteil der Erfindung, dass Parameter, die die Stellung der Räder relativ zum Gleis charakterisieren, unter der Berücksichtigung des aktuellen Zustands des Schienenfahrzeugs derart eingestellt werden, dass die Laufflächenschäden und der Profilverschleiß gemeinsam minimiert bzw. für eine spezielle Situation optimiert werden können. Dies geschieht unter besonderer Berücksichtigung der durch Rollkontaktermüdung verursachten Schäden und des durch Reibleistung verursachten Profilverschleißes. Dadurch lässt sich auch berücksichtigen, dass durch etwas erhöhte Reibleistung Schäden, die durch die Rollkontaktermüdung entstanden sind, durch Abrieb beseitigt werden können.
Vorteilhafterweise werden für die möglichen Messwerte die Sollwerte der Parameter mittels eines die Interaktion zwischen dem Schienenfahrzeug und dem Gleis beschreibenden, mathematischen Modells berechnet und in Tabellen einer Datenbank abgespeichert, während der Fahrt des Schienenfahrzeugs werden entsprechend den Messwerten die aktuell einzustellenden Parameter aus den Tabellen der Datenbank entnommen. Bei dem hier verwendeten mathematischen Modell kann es sich beispielsweise um ein Modell für einen quasistationären Bogenlauf eines Schienenfahrzeugs handeln. Durch die beschriebene Ausführungsform der erfindungsgemäßen Methode kann der Rechenaufwand während der Fahrt des Schienenfahrzeugs in Grenzen gehalten werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden anhand der Messwerte die Sollwerte für die Parameter während der Fahrt des Schienenfahrzeugs von einer Auswerteeinheit mit einem die Interaktion zwischen dem Schienenfahrzeug und dem Gleis beschreibenden, mathematischen Modell berechnet. Diese Ausführungsform hat zum Vorteil, dass dabei keine Datenbank verwendet werden muss und die Berechnung direkt aus den Messwerten heraus erfolgt. Weiters ist das Verfahren auch sehr viel flexibler: Während bei der Ausführungsform mit der Datenbank bei der Hinzunahme von weiteren variablen, die Ergebnisse verbessernden Größen, deren Messwerte für die Berechnung der Sollwerte der Parameter verwendet werden, auch die Datenbankeinträge neu berechnet werden müssten, ist hier nur eine Änderung des mathematischen Modells nötig, was mit sehr viel weniger Aufwand verbunden ist.
Günstigerweise handelt es sich bei den Parametern, die die Stellung des zumindest einen Rades relativ zum Gleis charakterisieren, um die Querverschiebung zwischen zumindest einer Losradsatz- bzw. Radsatzachse und einem Fahrwerks- oder Fahrzeugsrahmen und/oder um die Winkelstellung zwischen zumindest einer Losradsatz- bzw. Radsatzachse und einem Fahrwerks- oder Fahrzeugsrahmen. Die Parameter
Querverschiebung und Winkelstellung sind von größtem Einfluss auf die Entstehung von Laufflächenschäden, bedingt durch Rollkontaktermüdung und Profilverschleiß im Rad-Schiene Kontakt. Die Querverschiebung stellt sich bei herkömmlichen Verfahren in Abhängigkeit von einer Reihe von Parametern selbständig ein. Auch die Winkelstellung stellt sich bei herkömmlichen Verfahren selbstständig ein oder wird im Hinblick auf das Profilverschleißverhalten eingestellt. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Methode liegt daher in der zusätzlichen Berücksichtigung der Schädigung aufgrund von Rollkontaktermüdung. Durch die Steuerung bzw. Regelung der Querverschiebung und/oder der Winkelstellung lassen sich die Rollkontaktermüdung und die Reibleistung gemeinsam je nach Erfordernis minimieren bzw. optimieren, wodurch die Lebensdauer von Schienenfahrzeugrädern gezielt optimiert werden kann.
Weiters kann es sich bei den Parametern, die die Stellung des zumindest einen Rades relativ zum Gleis charakterisieren, um die Querverschiebung zwischen zumindest einer Losradsatzbzw. Radsatzachse und der zumindest einen weiteren Losradsatz- bzw. Radsatzachse des Fahrwerks oder Fahrzeugs und/oder um die Winkelstellung zwischen den zumindest zwei Losradsatz- bzw. Radsatzachsen des Fahrwerks oder Fahrzeugs handeln.
In einer bevorzugten Variante der Erfindung wird die Querverschiebung zwischen zumindest einer Losradsatz- bzw. Radsatzachse und einem Fahrwerks- oder Fahrzeugsrahmen bzw. die Querverschiebung zwischen zumindest einer Losradsatzbzw. Radsatzachse und der zumindest einen weiteren Losradsatz- bzw. Radsatzachse des Fahrwerks oder Fahrzeugs durch zumindest einen ersten Aktuator eingestellt und/oder die Winkelstellung zwischen zumindest einer Losradsatz- bzw. Radsatzachse und einem Fahrwerks- oder Fahrzeugsrahmen bzw. die Winkelstellung zuwischen den zumindest zwei Losradsatzbzw. Radsatzachsen des Fahrwerks oder Fahrzeugs durch zumindest einen zweiten Aktuator eingestellt. Durch das
Vorsehen von solchen Aktuatoren zur direkten Einstellung der errechneten bzw. der Datenbank entnommenen Werte lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren besonders einfach durchführen.
Günstigerweise kann bei Einzelradfahrzeugen als Stellgröße für die Regelung der Radstellung im Gleis ein Antriebs- und Bremsmomenten überlagertes Differenzdrehmoment zwischen den Rädern einer Achse vorgesehen sein. Dadurch kann mittels Vorgabe eines Differenzdrehmoments eine bestimmte Stellung der Räder im Gleis erreicht werden. Es ist denkbar, dadurch einen Aktuator zur Winkeleinstellung einzusparen.
Die oben geschilderte Aufgabe wird weiters mit einem Schienenfahrzeug der eingangs erwähnten Art bzw. einem Fahrwerk eines Schienenfahrzeugs der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zumindest eine der Losradsatz- bzw. Radsatzachsen mittels zumindest einem ersten Aktuator gegen einen Fahrzeugrahmen querverschiebbar ist, wobei die Ermittlung der Querverschiebung nach einem der oben genannten Verfahren erfolgt und/oder dass der Winkel zwischen zumindest einer Losradsatz- bzw. Radsatzachse gegenüber dem Fahrzeugrahmen mittels zumindest einem zweiten Aktuator eingestellt werden kann, wobei die Ermittlung des Winkels nach einem der oben genannten Verfahren erfolgt.
In einer Variante der Erfindung kann zumindest eine der Losradsatz- bzw. Radsatzachsen mittels zumindest einem ersten Aktuator gegen die zumindest eine weitere Losradsatz- bzw. Radsatzachse des Fahrzeugs querverschiebbar sein, wobei die Ermittlung der Querverschiebung nach einem der oben genannten Verfahren erfolgt und/oder kann der Winkel zwischen den zumindest zwei Losradsatz- bzw. Radsatzachsen mittels zumindest einem zweiten Aktuator eingestellt werden, wobei die Ermittlung des Winkels nach einem der oben genannten Verfahren erfolgt.
Es ist dabei von Vorteil, wenn oben genannte Aktuatoren als hydraulische, pneumatische oder elektromechanische
Stellglieder ausgeführt sind. Solche Aktuatoren sind relativ einfach in der Herstellung und für andere Anwendungen bereits lange in Gebrauch, sodass ihre Funktion und die Lösung auftretender Probleme gut bekannt sind.
Die Erfindung samt weiteren Vorteilen wird im Folgenden anhand einiger nicht einschränkender Ausführungsbeispiele näher erläutert, welche in der Zeichnung dargestellt sind. In dieser zeigen schematisch:
Fig. 1 ein Blockdiagramm zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Schienenfahrzeugs,
Fig. 3 eine , Oberflächen-RCF-Index Landkarte',
Fign. 4.1 bis 4.3 beispielhaft ein Fahrwerk eines Schienenfahrzeugs mit zwei Radsätzen mit einem oder mehreren Aktuatoren zur Einstellung einer Querverschiebung,
Fign. 5.1 bis 5.4 ein Fahrwerk aus Fign. 3.1 bis 3.3 mit einem oder mehreren Aktuatoren zur Einstellung eines Winkels, Fig. 6 beispielhaft ein Fahrwerk eines Schienenfahrzeugs mit zwei Losradsätzen.
Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm, bei dem anhand eines Schienenfahrzeugs 101 die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgestellt wird. Es kann sich dabei um ein beliebiges Schienenfahrzeug handeln, beispielsweise eines mit zwei oder mehr Radsätzen oder Losradsätzen, das erfindungsgemäße Verfahren ist auch auf ein Drehgestell eines Schienenfahrzeuges mit zumindest zwei Radsätzen oder Losradsätzen anwendbar. Im vorliegenden Anwendungsbeispiel wird die Funktionsweise anhand eines Schienenfahrzeugs 101 mit zwei Radsätzen beschrieben. Jeder Radsatz besteht aus einer Radsatzwelle und zwei Radscheiben, die mehr oder weniger starr mit der Welle verbunden sind; im Gegensatz dazu können sich bei einem Losradsatz die Radscheiben unabhängig voneinander drehen.
Während der Fahrt des Schienenfahrzeugs werden mit zumindest einem Sensor 102, 103 Messwerte zumindest einer Größe aufgenommen, die während der Fahrt des Schienenfahrzeugs 101 variabel und für die Entstehung von Laufflächenschäden relevant ist. Bei dieser variablen Größe kann es sich beispielsweise um Trassierungsdaten wie Bogenradius oder
Gleisüberhöhung, Eigenschaften des Rad-Schiene Kontaktes aber auch um Fahrzeuggeschwindigkeit, Zuladungsmasse, Antriebsund Bremsmomente oder die Querbeschleunigung handeln. Die Querbeschleunigung kann dabei entweder direkt gemessen oder aus anderen Größen berechnet werden (z.B. aus der
Geschwindigkeit, dem Bogenradius und der Gleisüberhöhung) . Für die nachfolgend beschriebene Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Querbeschleunigung und der Bogenradius gemessen. Weitere variable Größen können optional aus den oben genannten Möglichkeiten gewählt werden. Grundsätzlich wäre es für das erfindungsgemäße Verfahren ausreichend, mit einem Sensor nur den Bogenradius zu messen.
Für jede Kombination von Werten dieser variablen Größen gibt es eine Stellung der Räder relativ zum Gleis, in der die bewertete Summe der zu erwartenden Laufflächenschäden und des durch die auftretende Reibleistung verursachten Profilverschleißes am geringsten ist. Unter Laufflächenschäden werden hier insbesondere Schäden durch Rollkontaktermüdung (RCF) verstanden, die sich z.B. als
Fischgrätmuster und Ausbröckelungen am Rad und in Form von Head Checks an der Schiene zeigen. Neben einer Stellung, in der die Laufflächenschäden und der Profilverschleiß insgesamt am geringsten sind, gibt es natürlich auch Stellungen der Räder, in der entweder die zu erwartenden Laufflächenschäden oder der Profilverschleiß für sich alleine betrachtet noch kleiner sind. Prinzipiell lässt sich also durch Vorgabe einer bestimmten Stellung der Räder relativ zum Gleis ein bestimmtes Gesamtschädigungs- bzw. Verschleißverhalten einstellen. Beispielsweise ist auf Strecken mit engen Kurvenradien der Profilverschleiß durch die hohen Reibleistungen relativ hoch, während RCF eine eher untergeordnete Rolle spielt. Die Stellung der Räder relativ zum Gleis lässt sich dann derart einstellen, dass auf diese Tatsache Rücksicht genommen wird.
Die Messwerte der variablen Größe werden einer Auswertevorrichtung 104 übermittelt, die anhand dieser
Messwerte Sollwerte für Parameter ermittelt, die die Stellung der Räder relativ zum Gleis charakterisieren. Bei diesen Sollwerten handelt es sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel um den Winkel OC zwischen den beiden Radsatzachsen und um die relative Querverschiebung y der beiden Radsatzachsen zueinander. Zum besseren Verständnis zeigt Fig. 2 schematisch ein Schienenfahrzeug 201 mit einem ersten Radsatz 210 und einem zweiten Radsatz 211 auf einem kurzen Gleisstück mit zwei Schienen 212, wobei die Schienen 212 einen Bogen mit einem bestimmten Radius beschreiben. Die Radsätze 210, 211 stehen in einem Winkel OC zueinander, weiters ist eine Querverschiebung y des zweiten Radsatzes 211 gegen den ersten Radsatz 210 realisiert. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass zur Illustrierung obiger Parameter nur die zur Erklärung wichtigsten Teile des Schienenfahrzeugs 201 dargestellt und Winkel CC und Querverschiebung y in übertriebener Größe abgebildet sind. Grundsätzlich kann es sich um Parameter unterschiedlichster Art handeln, beispielsweise auch um den Winkel zwischen einer Losradsatz- bzw. Radsatzachse und dem Fahrzeug- bzw. Fahrwerksrahmen oder die Querverschiebung einer Losradsatz- bzw. Radsatzachse gegen den Fahrzeug- bzw. Fahrwerksrahmen. In Fig. 1 sind zur Einstellung der ermittelten Sollwerte der Parameter zumindest zwei Aktuatoren 106, 107 vorgesehen.
Ein erster Aktuator 106 stellt den Winkel OC ein, ein zweiter Aktuator 107 stellt die Querverschiebung y ein. Die
Aktuatoren 106, 107 können dabei auf unterschiedliche Arten ausgeführt sein, beispielhaft seien hier hydraulische, pneumatische oder elektromechanische Stellglieder erwähnt.
Die Einstellung der Sollwerte der Parameter erfolgt mit den beschriebenen Aktuatoren 106, 107, was entweder mittels Steuerung oder mittels Regelung geschieht. Daraus ergibt sich die Stellung des Fahrzeuges/Fahrwerkes im Gleis. Bei Fahrzeugen mit Losradsätzen ist grundsätzlich eine zusätzliche Regelung erforderlich, da dort die erwähnte
Stellung im Gleis sehr sensibel gegenüber kleinen Störungen reagiert. Aus diesem Grund ist als weitere Stellgröße für die Regelung ein den Antriebs- und Bremsmomenten überlagertes Differenzdrehmoment vorgesehen, mit dem die Auswirkungen der Störungen ausgeglichen werden können. Ein solches
Differenzdrehmoment wird mit zumindest einem zusätzlichen Antriebsmodul 108 bewirkt.
Die Bestimmung der Sollwerte der Parameter, die die Stellung der Räder zum Gleis charakterisieren, kann in der
Auswertevorrichtung 104 auf unterschiedliche Weise erfolgen. Die angewandte Vorgehensweise hängt dabei nicht zuletzt davon ab, wie die Schäden durch Rollkontaktermüdung und der Profilverschleiß relativ zueinander bewertet werden. Im vorliegenden Anwendungsbeispiel wird für den Profilverschleiß durch Materialabrieb die jeweils wirkende Reibleistung berechnet, die Schäden aufgrund RCF werden mittels dem Modell von Anders Ekberg et al . ermittelt. Dieses Modell ist beschrieben in „An engineering model for prediction of rolling contact fatigue of railway wheels", Anders Ekberg et al. (Fatigue Fract . Engng. Mater. Struct. 25, 2002, 899-909). In diesem Modell werden drei Arten von RCF beschrieben: Oberflächeninitiierte Ermüdung bzw. , surface-initiated fatigue' (in weiterer Folge als Oberflächen-RCF bezeichnet), die von schwerwiegender plastischer Verformung an der Materialoberfläche herrührt und sich in der Entstehung von Anrissen an der Oberfläche und in weiterer Folge in Ausbröckelungen des Laufflächenmaterials äußert; unter der Oberfläche initiierte Ermüdung bzw. , subsurface-initiated fatigue' (in weiterer Folge als Suboberflächen-RCF bezeichnet) , die zu Anrissen unter der Oberfläche und im
Weiteren zu massiven Ausbröckelungen führen kann; Ermüdung ausgelöst durch tiefliegende Materialdefekte bzw. , fatigue initiated at deep material defects' . Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden nur die ersten zwei Arten von RCF, also Oberflächen-RCF und Suboberflächen-RCF, näher behandelt.
Die Oberflächen-RCF wird mit einem Oberflächen-RCF-Index FIobf quantifiziert, der im Wesentlichen aus der normalisierten Vertikallast v und dem ausgenützten Reibungskoeffizienten μ ermittelt wird. Für Suboberflächen-RCF lässt sich ebenfalls ein Suboberflächen-RCF-Index FIsub berechnen.
Um nun im vorliegenden Anwendungsbeispiel die durch RCF verursachten Laufflächenschäden und den durch Reibleistung verursachten Profilverschleiß, die für bestimmte Werte der Parameter, die die Stellung der Räder relativ zum Gleis charakterisieren, zu erwarten sind, abschätzen zu können, müssen für die jeweiligen Werte der Parameter die oben genannten Indices und die Reibleistung ermittelt werden.
In einer ersten Methode zur Ermittlung des Winkels OC und der Querverschiebung y in der Auswertevorrichtung 104 werden anhand der Messwerte der variablen Größen, die von den Sensoren 102, 103 gemessen werden, die Sollwerte für Winkel CC und Querverschiebung y einer Datenbank 105 entnommen. Die Einträge der Datenbank 105 werden dabei , offline', also vor der Fahrt des Schienenfahrzeugs 101, mittels eines Algorithmus' , der ein mathematisches Modell beinhaltet, aus möglichen Werten der variablen Größen berechnet. Dabei wird die jeweils passende Paarung aus Winkel CC und Querverschiebung y ermittelt, indem die optimale Paarung jeweils für die Schadenseinflüsse Oberlächen-RCF und Suboberflächen-RCF sowie den Profilverschleiß gesucht und dann das Gesamtoptimum ermittelt wird. Unter optimaler Paarung ist dabei diejenige zu verstehen, bei der die jeweils zu erwartenden Schäden bzw. der Profilverschleiß so gering wie möglich sind. Die Paarung, die dann in der Datenbank 105 für die Messwerte der variablen Größen abgelegt wird, ist diejenige, bei der die einzelnen Schadenseinflüsse so gering wie möglich sind.
Allerdings kann auch eine Paarung ermittelt werden, bei der die Reibleistung minimiert wird und dafür etwas größere
Schäden durch Oberflächen- und Suboberflächen-RCF in Kauf genommen werden oder es können Schäden durch Oberflächen-RCF bei gleichzeit etwas größerer Reibleistung und Suboberflächen-RCF minimiert werden. Die Datenbankeinträge der Paarungen aus Winkel OC und Querverschiebung y können für diese oder beliebige andere Voraussetzungen ermittelt werden.
Grundsätzlich gibt es bei einem Schienenfahrzeug mit zwei Radsätzen, wie es hier beschrieben ist, für jeden Rad-Schiene Kontakt eine Paarung aus Winkel CC und Querverschiebung y, bei der die Laufflächenschäden und der Profilverschleiß am geringsten sind. Da aber nicht jedes Rad individuell verstellt werden kann, wird üblicherweise eine Paarung gewählt werden, bei der für alle Rad-Schiene Kontakte die geringsten Laufflächenschäden und der geringste
Profilverschleiß auftreten. Dies kann z.B. erfolgen, indem man die Paarung wählt, bei der das Maximum der bewerteten Summe aus Schädigung und Profilverschleiß über alle Rad- Schiene Kontakte ein Minimum einnimmt. Im vorliegenden Fall bedeutet das, dass die Reibleistung, der Oberflächen-RCF- Index FIobf und der Suboberflächen-RCF-Index FIsub beim am höchsten beanspruchten Rad am kleinsten wären. In einer Variante kann auch diejenige Paarung gewählt werden, bei der die Summe der bewerteten Summen aus Schädigung und Profilverschleiß über alle Rad-Schiene Kontakte ein Minimum einnimmt .
Zur Verdeutlichung der Vorgehensweise zeigt Fig. 3 ein typisches Berechnungsergebnis in Form einer , Oberflächen-RCF- Index Landkarte' 301, also eine grafische Darstellung beispielsweise des Oberflächen-RCF-Index für bestimmte Werte der variablen Größen für beliebige Paarungen aus Winkel OC und Querverschiebung y. In der Landkarte 301 lässt sich mittels Höhenschichtlinien 302 der Verlauf des Oberflächen- RCF-Index erkennen. Die optimale Paarung aus Winkel CC und Querverschiebung y, bei der also der Oberflächen-RCF-Index minimal wäre, ist als Punkt 303 erkennbar. Diese Paarung würde für die der Berechnung zu Grunde liegenden Werte der variablen Größen in der in Fig. 1 erwähnten Datenbank 105 abgespeichert werden.
So wie sich auf der , Oberflächen-RCF-Index' Landkarte optimale Paarungen aus Winkel OC und Querverschiebung y ausmachen lassen, werden solche Paarungen auch für Suboberflächen-RCF-Index und die Reibleistung ermittelt. Neben der Methode, bei der die Datenbank 105 , offline' erstellt wird, gibt es auch eine weitere Methode, bei der die Sollwerte der Parameter wie Winkel CC und Querverschiebung y , online' ermittelt werden. In diesem Fall wird anhand der Messwerte der variablen Größen in der Auswertevorrichtung 104 während der Fahrt die jeweils optimale Paarung aus Winkel CC und Querverschiebung y ermittelt. Da ein solches Verfahren relativ rechenintensiv ist, wird, wo möglich, das , offline' - Verfahren bevorzugt werden.
In einer weiteren Variante lässt sich die Ermittlung der Messgrößen mittels Sensoren 102, 103 noch durch eine zusätzliche Positionsdatenbank 109 ergänzen, wobei in dieser Positionsdatenbank 109 Trassierungsdaten wie z.B. Bogenradius und Gleisüberhöhung gespeichert sind. Wenn es sich dann bei einem der Sensoren 102, 103 um einen GPS-Sensor handelt, der die Position des Schienenfahrzeugs 101 unter Ausnutzung eines Satellitenpositionierungssystems, beispielsweise GPS oder Galileo, ermittelt, können anhand dieser Positionsdaten aus der Positionsdatenbank 109 die entsprechenden Trassierungsdaten entnommen werden.
Die Aktuatoren 106, 107 können in unterschiedlichen Konfigurationen angeordnet sein. Die Fign. 4.1 bis 4.2 zeigen beispielhaft ein Fahrwerk eines Schienenfahrzeugs 401 mit zwei Radsätzen und einem Aktuator 402, mit dem eine
Querverschiebung eines Radsatzes realisiert werden kann. In Fig. 4.1 kann dabei ein Radsatz gegen den Fahrwerkrahmen querverschoben werden. In Fig. 4.2 kann eine Querverschiebung eines Radsatzes gegen den anderen realisiert werden, während in Fig. 4.3 eine weitere Variante zur Querverschiebung eines Radsatzes gegen den Fahrwerksrahmen dargestellt ist. Die Fign. 5.1 bis 5.4 zeigen beispielhaft ein Fahrwerk eines Schienenfahrzeugs 501 mit zwei Radsätzen und einem oder mehreren Aktuatoren 502, 502', 502'', 503, mit denen eine Winkelstellung realisierbar ist. Fig. 5.1 zeigt dabei eine Variante, bei der mit einem Aktuator 502 und optional mit einem zweiten Aktuator 502' ein Winkel zwischen dem Radsatz und dem Fahrwerksrahmen realisiert wird. In Fig. 5.2 erfolgt die Einstellung des Winkels mit einem Winkelaktuator 503, der an der Achse des Radsatzes angeordnet ist. In Fig. 5.3 wird mittels eines Aktuators 502 ein Winkel zwischen den Radsätzen des Fahrwerks 501 eingestellt. In Fig. 5.4 ist eine weitere Variante einer Winkeleinstellung eines Radsatzes gegen den Fahrwerksrahmen realisiert.
Die Varianten, die in den Fign. 4.1 bis 4.3 und Fign. 5.1 bis 5.4 dargestellt sind, sind natürlich nur beispielhaft zu verstehen, es sind verschiedene andere Varianten denkbar. Die obigen Anordnungen lassen sich auch für Fahrzeuge mit Losradsätzen realisieren, nach Adaption an die spezifischen Merkmale solcher Fahrzeuge. Zum besseren Verständnis zeigt Fig. 6 ein Fahrwerk eines Schienenfahrzeugs 601 mit zwei Losradsätzen. In Fig. 6 sind keine Aktuatoren zur Verstellung des Winkels oder der Querverschiebung eingestellt, diese lassen sich aber im Wesentlichen so wie in den Fign. 4.1 bis 5.4 gezeigt anbringen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Minimierung von Laufflächenschäden und Profilverschleiß der Räder eines Schienenfahrzeuges (101, 201, 401, 501, 601) mit zumindest zwei Losradsätzen bzw. zumindest zwei Radsätzen oder eines Drehgestells eines Schienenfahrzeugs mit zumindest zwei Losradsätzen bzw. zumindest zwei Radsätzen, dadurch gekennzeichnet, dass
*) anhand von Messwerten von zumindest einer, während der Fahrt des Schienenfahrzeugs (101, 201, 401, 501, 601) variablen Größe, die für die Entstehung von Laufflächenschäden und Profilverschleiß relevant ist,
*) Sollwerte für Parameter, die die Stellung zumindest eines Rades relativ zum Gleis charakterisieren, unter der Voraussetzung ermittelt werden, dass dadurch
Laufflächenschäden und Profilverschleiß an den Rädern des Schienenfahrzeugs (101, 201, 401, 501, 601) minimiert werden, wobei
*) die Stellung des zumindest eines Losradsatzes bzw. Radsatzes gemäß den Sollwerten mittels Steuerung,
Regelung oder einer Kombination von beiden eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die möglichen Messwerte die Sollwerte der Parameter mittels eines die Interaktion zwischen dem Schienenfahrzeug (101, 201, 401, 501, 601) und dem Gleis beschreibenden, mathematischen Modells berechnet und in Tabellen einer Datenbank (105) abgespeichert werden und während der Fahrt des Schienenfahrzeugs (101, 201, 401, 501, 601) entsprechend den Messwerten die aktuell einzustellenden Parameter aus den Tabellen der Datenbank (105) entnommen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der Messwerte die Sollwerte für die Parameter während der Fahrt des Schienenfahrzeugs (101, 201, 401, 501, 601) von einer Auswerteeinheit (104) mit einem die Interaktion zwischen dem Schienenfahrzeug (101, 201, 401, 501, 601) und dem Gleis beschreibenden, mathematischen Modell berechnet werden .
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Parametern, die die
Stellung des zumindest einen Rades relativ zum Gleis charakterisieren, um die Querverschiebung (y) zwischen zumindest einer Losradsatz- bzw. Radsatzachse und einem Fahrwerks- oder Fahrzeugsrahmen und/oder um die Winkelstellung (CC) zwischen zumindest einer Losradsatz- bzw. Radsatzachse und einem Fahrwerks- oder Fahrzeugsrahmen handelt .
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Parametern, die die Stellung des zumindest einen Rades relativ zum Gleis charakterisieren, um die Querverschiebung (y) zwischen zumindest einer Losradsatz- bzw. Radsatzachse und der zumindest einen weiteren Losradsatz- bzw. Radsatzachse des Fahrwerks oder Fahrzeugs und/oder um die Winkelstellung (CC) zwischen den zumindest zwei Losradsatz- bzw. Radsatzachsen des Fahrwerks oder Fahrzeugs handelt.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Querverschiebung (y) zwischen zumindest einer Losradsatz- bzw. Radsatzachse und einem Fahrwerks- oder Fahrzeugsrahmen bzw. die Querverschiebung (y) zwischen zumindest einer Losradsatz- bzw. Radsatzachse und der zumindest einen weiteren Losradsatz- bzw. Radsatzachse des Fahrwerks oder Fahrzeugs durch zumindest einen ersten Aktuator (106) eingestellt wird und/oder die Winkelstellung (OC) zwischen zumindest einer Losradsatz- bzw. Radsatzachse und einem Fahrwerks- oder Fahrzeugsrahmen bzw. die
Winkelstellung (OC) zwischen den zumindest zwei Losradsatzbzw. Radsatzachsen des Fahrwerks oder Fahrzeugs durch zumindest einen zweiten Aktuator (107) eingestellt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei Einzelradfahrzeugen als Stellgröße für die Regelung der Radstellung im Gleis ein Antriebs- und Bremsmomenten überlagertes Differenzdrehmoment zwischen den Rädern einer Achse vorgesehen ist.
8. Schienenfahrzeug (101, 201, 401, 501, 601) mit zumindest zwei Losradsätzen bzw. zumindest zwei Radsätzen, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Losradsatz- bzw. Radsatzachsen mittels zumindest einem ersten Aktuator (106) gegen einen Fahrzeugrahmen querverschiebbar ist, wobei die
Ermittlung der Querverschiebung (y) mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 7 erfolgt und/oder dass der Winkel (OC) zwischen zumindest einer Losradsatz- bzw. Radsatzachse gegenüber dem Fahrzeugrahmen mittels zumindest einem zweiten Aktuator (107) eingestellt werden kann, wobei die Ermittlung des Winkels (OC) mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 7 erfolgt.
9. Schienenfahrzeug (101, 201, 401, 501, 601) mit zumindest zwei Losradsätzen bzw. zumindest zwei Radsätzen, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Losradsatz- bzw. Radsatzachsen mittels zumindest einem ersten Aktuator (106) gegen die zumindest eine weitere Losradsatz- bzw. Radsatzachse des Fahrzeugs querverschiebbar ist, wobei die Ermittlung der Querverschiebung (y) mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 5 oder 7 erfolgt und/oder dass der Winkel (OC) zwischen den zumindest zwei Losradsatz- bzw. Radsatzachsen mittels zumindest einem zweiten Aktuator (107) eingestellt werden kann, wobei die Ermittlung des Winkels (OC) mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 5 oder 7 erfolgt.
10. Schienenfahrzeug nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoren (106, 107) als hydraulische, pneumatische oder elektromechanische Stellglieder ausgeführt sind.
11. Fahrwerk eines Schienenfahrzeugs (101, 201, 401, 501, 601) mit zumindest zwei Losradsätzen bzw. zumindest zwei Radsätzen, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Losradsatz- bzw. Radsatzachsen mittels zumindest einem ersten Aktuator (106) gegen den Fahrwerksrahmen querverschiebbar ist, wobei die Ermittlung der Querverschiebung (y) mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 7 erfolgt und/oder dass der Winkel (CC) zwischen zumindest einer Losradsatz- bzw. Radsatzachse gegenüber dem Fahrzeugrahmen mittels zumindest einem zweiten Aktuator (107) eingestellt werden kann, wobei die Ermittlung des Winkels (CC) mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 7 erfolgt.
12. Fahrwerk eines Schienenfahrzeugs (101, 201, 401, 501, 601) mit zumindest zwei Losradsätzen bzw. zumindest zwei Radsätzen, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der
Losradsatz- bzw. Radsatzachsen mittels zumindest einem ersten Aktuator (106) gegen die zumindest eine weitere Losradsatzbzw. Radsatzachse des Fahrzeugs querverschiebbar ist, wobei die Ermittlung der Querverschiebung (y) mit einem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, 5 oder 7 erfolgt und/oder dass der Winkel (CC) zwischen den zumindest zwei Losradsatz- bzw. Radsatzachsen mittels zumindest einem zweiten Aktuator (107) eingestellt werden kann, wobei die Ermittlung des Winkels
(CC) mit einem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, 5 oder 7 erfolgt.
13. Fahrwerk nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoren (106, 107) als hydraulische, pneumatische oder elektromechanische Stellglieder ausgeführt sind.
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