DE19609032A1 - Neigungseinrichtung zur Neigung des Wagenkastens eines Schienenfahrzeuges gegenüber den Schienen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Neigungseinrichtung zur Neigung des Wagen­ kastens eines Schienenfahrzeuges gegenüber den Schienen gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1.

Eine solche Neigungsvorrichtung zur Neigung des Wagenkastens eines Schienen­ fahrzeuges gegenüber den Schienen ist durch ABB Technik 1/92, Seite 3 bis 8 be­ kannt. Dort wird der Schnelltriebzug X2000 beschrieben, der mittels radial gesteuer­ ter Drehgestelle und einer aktiven Wagenkastensteuerung ein schnelles Durchfah­ ren der Gleisbogen ohne Beeinträchtigung des Fahrgastkomforts ermöglicht. Durch eine gleisbogenabhängige Wagenkastensteuerung lassen sich die Wagen bei der Fahrt durch Gleisbogen nach innen neigen. Die Impulse für die Wagenkastensteue­ rung liefern Geschwindigkeitsmesser im ersten Drehgestell des Schnelltriebzuges. Die Signale werden vom Mikroprozessorsystem verarbeitet, das seinerseits die Hy­ draulik für die Neigung der Wagenkasten steuert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Neigungseinrichtung zur Neigung des Wagenkastens eines Schienenfahrzeuges gegenüber den Schienen der ein­ gangs genannten Art anzugeben, die ohne aufwendige konstruktive und steu­ er/regeltechnische Maßnahmen auskommt.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfin­ dungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß für die Neigung bei Gleisbogenfahrt keine aufwendige Hydraulik- oder Spindelge­ triebe/Stellmotor-Anordnungen erforderlich sind. Des weiteren entfallen aufwendige steuer/regeltechnische Maßnahmen, da die gleisbogenabhängige Wagenkasten­ steuerung passiv arbeitet. Lediglich die Option, die Neigung der Keilflächen hin­ sichtlich ihres Steigungswinkels einstellbar auszubilden, erfordert aktive Stellorgane. Als Meßkriterium ist jedoch lediglich das bei Schienenfahrzeugen stets vorhandene Geschwindigkeitssignal erforderlich.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiele erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Sicht auf einen auf einem Gleisbogen befindlichen Wagenkasten eines Schienenfahrzeuges,

Fig. 2 einen Drehgestellrahmen mit Neigungseinrichtung für den Wagenka­ sten,

Fig. 3 ein Detail der Neigungseinrichtung,

Fig. 4 eine Neigungseinrichtung mit Stempel/Keilflächen-Ausbildung

Fig. 5 eine Neigungseinrichtung gemäß Fig. 4 bei Betrachtung der Schmalsei­ te des Schienenfahrzeuges,

Fig. 6 eine Neigungseinrichtung nach Fig. 5 mit zusätzlichen stabilisierenden Maßnahmen,

Fig. 7 eine Variante zur Stempel/Keilflächen-Ausbildung,

Fig. 8 eine Neigungseinrichtung mit einstellbarem Neigungswinkel,

Fig. 9 Maßnahmen zur Stabilisierung der Wiege.

In Fig. 1 ist eine Sicht auf einen auf einem Gleisbogen befindlichen Wagenkasten eines Schienenfahrzeuges dargestellt. Der Wagenkasten 1 mit Hauptachse HA (Fahrzeuglängsachse) weist zwei Drehgestellrahmen 2, 3 mit jeweils zwei Rad­ satzwellen 5 auf, wobei die beiden Drehgestellrahmen 2, 3 entsprechend dem Gleisbogen der Schienen 6 ausgerichtet und demzufolge um einen Drehwinkel α gegenüber dem Wagenkasten 1 ausgelenkt sind. Die Längsachse eines Drehge­ stellrahmens ist mit LA und die Querachse eines Drehgestellrahmens ist mit QA be­ zeichnet. Die vertikale Drehachse (Hochachse) eines Drehgestellrahmens ist mit Ziffer 4 bezeichnet. Diese Auslenkung (Verdrehung) der Drehgestellrahmen 2, 3 ge­ genüber dem Wagenkasten 1 bei Gleisbogenfahrt des Schienenfahrzeuges wird herangezogen, um die bogenäußere Seite des Wagenkastens mit Hilfe eines Keilflächen-Systems anzuheben und die bogeninnere Seite des Wagenkastens in gleichem Maß abzusenken. Die Höhenlage des Wagenkasten-Schwerpunktes von der Schiene bleibt während und nach der Neigung praktisch unverändert (siehe auch Fig. 5), da die Änderung theoretisch sehr klein und deshalb vernachlässigbar ist.

Fig. 2 zeigt einen Drehgestellrahmen mit Neigungseinrichtung für den Wagenkasten. Die Längsachse des Drehgestellrahmens ist mit LA und die Querachse mit QA be­ zeichnet. Wie zu erkennen ist, stützt sich eine Wiege 10 über Federelemente 11 (Sekundärfedern) auf dem Drehgestellrahmen 2 mit Radsatzwellen 5 und Rädern 9 ab. Die vertikale Drehachse 4 ist deckungsgleich mit der Hauptachse von zwei übereinander angeordneten, jeweils schief abgeschnittenen geraden Kreiszylindern 7, 8. Der untere Kreiszylinder 7 ist über seine Kreisfläche fest mit der Wiege 10 und der obere Kreiszylinder 8 ist über seine Kreisfläche fest mit dem Wagenkasten 1 verbunden. Die Ellipsenfläche des unteren Zylinders 7 und die Ellipsenfläche des oberen Zylinders 8 sind als sich gegenseitig abstützende und gegeneinander ver­ drehbare Keilflächen ausgebildet, wobei die Keilfläche (Ellipsenfläche) des unteren Zylinders 7 mit Ziffer 12 bezeichnet ist (siehe hierzu Fig. 3). Der Neigungswinkel der Ellipsenflächen gegen die Kreisflächen, d. h. der Steigungswinkel der Keilflächen der Zylinder 7, 8 beträgt jeweils β.

Die Keilflächen der Zylinder 7, 8 sind derart positioniert, daß sich bei Geradeaus­ fahrt des Schienenfahrzeuges, d. h. Drehwinkel α = 0, ein aus den beiden überein­ anderliegenden Zylindern 7, 8 bestehender gerader Kreiszylinder als Gesamtzylin­ der ergibt. Sobald sich jedoch bei Gleisbogenfahrt des Schienenfahrzeuges ein Drehwinkel α zwischen Drehgestellrahmen 2 und Wagenkasten 1 einstellt, verdre­ hen sich auch die Keilflächen beider Zylinder 7, 8 gegeneinander, was zu einem Ab­ knicken des oberen Zylinders 8 gegenüber dem unteren Zylinder 7 führt. Dement­ sprechend stellt sich eine Neigung des Wagenkastens gegenüber dem Drehgestell­ rahmen im gewünschten Sinn ein.

In Fig. 3 ist als Detail der Neigungseinrichtung der fest mit der Wiege 10 verbun­ dene untere Zylinder 7 mit seiner Keilfläche 12 (Ellipsenfläche) dargestellt. Wie zu erkennen ist, fallen vertikale Drehachse 4 und Hauptachse des Zylinders zusam­ men. Die Lage der Keilfläche 12 in Bezug zur Längsachse LA und Querachse QA des Drehgestellrahmens ist dargestellt. Bei Gleisbogenfahrt verdrehen sich die Längsachse LA und Querachse QA und damit auch die Keilfläche 12 um den Dreh­ winkel α gegenüber dem Wagenkasten.

Die Ausbildung des Keilflächen-Systems der Neigungseinrichtung gemäß den Fig. 2 und 3 ist lediglich beispielhaft und es sind verschiedene Ausführungsvarianten hier­ zu möglich. In Fig. 4 ist als eine der möglichen Varianten eine Neigungseinrichtung mit Stempel/Keilflächen-Ausbildung dargestellt. Bei dieser Variante sind die Keilflä­ chen als Segmente ausgebildet und vom Zentrum weg an die äußeren Seiten der Wiege 10 positioniert. An den Außenbereichen des Wagenkastens sind dement­ sprechend zwei Stempel 13, 15 befestigt, deren Gleitflächen sich gegen an der Wiege 10 befestigte Keilflächen 14, 16 abstützen. Die vertikale Drehachse 4 des Drehgestellrahmens 2 liegt mittig zwischen beiden Keilflächen 14, 16 und schneidet die Verbindungsachse beider Keilflächen, d. h. die Querachse QA rechtwinklig. Der Wagenkasten 1 ist durch die Drehachse 4 mit der Wiege 10 über ein sphärisches Gelenklager 34 mit Zapfen 35, das die Ausdrehung des Drehgestelles infolge Gleis­ bogenfahrt und die Wagenkastenneigung infolge der Keilflächen erlaubt, verbunden.

In Fig. 5 ist eine Neigungseinrichtung gemäß Fig. 4 bei Betrachtung der Schmalseite des Schienenfahrzeuges dargestellt. Es ist der auf der Schiene 6 laufende Wagen­ kasten 1 mit dem Drehgestellrahmen 2 mit vertikaler Drehachse 4, den Rädern 9, der Wiege 10, den Federelementen 11, den am Wagenkasten befestigten Stempeln 13, 15, den an der Wiege 10 befestigten Keilflächen 14, 16, dem sphärischen Ge­ lenklager 34 und dem Zapfen 35 zu erkennen. Die Höhe h_G des Gelenklagers 34 von der Schiene 6 kann nach Auslegungsparameter der Neigung variiert werden. Auch läßt sich das Gelenklager 34 kinematisch durch Kreuzlenker in bekannter Weise ersetzen. Die Neigung des Wagenkastens 1 (ohne Neigung: durchgezogene Linie; mit Neigung rechts/links: Strichpunkt-Linien), d. h. das Anheben und Absenken der äußeren Wagenkastenbereiche erfolgt um eine durch das sphärische Gelenkla­ ger 34 verlaufende Achse parallel zur Fahrzeughauptachse HA. Die Höhe h des Schwerpunktes 17 des Wagenkastens über der Schiene 6 bleibt bei den hier vorge­ sehenen Wagenkastenneigungen praktisch erhalten.

In Fig. 6 ist eine Neigungseinrichtung gemäß Fig. 5 mit zusätzlichen stabilisierenden Maßnahmen gezeigt. Diese zusätzlichen Maßnahmen betreffen die Achsen der Stempel und die Neigung der Keilflächen quer zur Hauptachse HA des Wagenka­ stens 1. Im einzelnen sind die Achsen der Stempel 19, 21 derart geneigt, daß sich der imaginäre Schnittpunkt 18 der verlängert gedachten Stempelachsen oberhalb des Schwerpunktes 17 des Wagenkastens befindet. Dementsprechend sind auch die Keilflächen 20, 22 derart quer zur Hauptachse HA geneigt, daß sie einen rechten Winkel mit den Stempelachsen bilden. Diese Maßnahmen stellen die Stabilität des Wagenkastens im geneigten und nicht geneigten Zustand sicher. Das sphärische Gelenklager 34 ist nicht mehr erforderlich.

Fig. 7 zeigt eine Variante zur Stempel/Keilflächen-Ausbildung, bei der die Enden der Stempel 13 nicht mit Gleitflächen, sondern mit Rollen 23 versehen sind, was das reibungsarme Gleiten des Stempels längs der Keilfläche 14 für das Anheben und Absenken der Wagenkastenbereiche verbessert.

Die vorstehend angeführten Keilflächen-Systeme bewirken die Wagenka­ sten-Neigung unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit und lediglich in Ab­ hängigkeit der Drehgestellauslenkungen bei Gleisbogenfahrt. Bei langsamer Fahr­ zeuggeschwindigkeit ist es jedoch oftmals sinnvoll, ganz auf eine Neigung des Wa­ genkastens zu verzichten. Um zu verhindern, daß sich der Wagenkasten in unnöti­ ger Weise auch bei Langsamfahrt des Fahrzeuges neigt wird vorgeschlagen, die Keilflächen oder Stempel erst ab einer festgelegten Geschwindigkeit auszufahren und bei Langsamfahrt zu versenken. Alternativ kann das Ausmaß der Wagenka­ sten-Neigung in Abhängigkeit der Geschwindigkeit durch entsprechendes Ausfah­ ren/Versenken der die Neigung bewirkenden Baukomponenten stufenlos oder in mehreren Stufen eingestellt werden.

In Fig. 8 ist hierzu eine Neigungseinrichtung mit einstellbarem Neigungswinkel dar­ gestellt, mit der die vorstehend angeführten Vorteile erzielbar sind. Es ist eine Sei­ tenansicht des Drehgestellrahmens 2 mit Federelementen 11 und Wiege 10 zu er­ kennen. Als im Steigungswinkel β einstellbare Keilfläche 24 dient eine um eine Drehachse 25 schwenkbare Platte. An einer Endseite der Platte greift die Kolben­ stange 26 eines Steuerzylinders 27 an, welcher von einer Steuereinrichtung 28 (z. B. einer Hydraulikpumpe) beaufschlagbar ist. Durch Ein- und Ausfahren der Kolben­ stange 26 läßt sich der Steigungswinkel β der Keilfläche 24 stufenlos einstellen.

Wie aus den vorstehenden Ausführungen ersichtlich ist, erfolgt die Verbindung zwi­ schen Drehgestellrahmen 2, 3 und Wiege 10 elastisch über die Federelemente 11. In Fig. 9 sind zusätzliche Maßnahmen zur Stabilisierung der Wiege dargestellt. Wie zu erkennen ist, kann die Stabilisierung der Wiege 10 am Drehgestellrahmen 2 über Längslenker 29, 30 und/oder am Wagenkasten 1 über Querlenker 31, 32 erfolgen, wobei die einzelnen Lenker zusätzlich mit Federelementen 33 versehen sein kön­ nen. Die Querlenker 31, 32 sind gestrichelt angedeutet, um zu dokumentieren, daß diese Lenker alternativ zu den Längslenkern 29, 30 oder zusätzlich zu diesen vor­ gesehen sein können. Auch kann das Drehgestell 2, 3 in Richtung der Hauptachse HA durch eine Stange 36 mit dem Wagenkasten 1 gelenkig verbunden und in Längsrichtung geführt werden, wenn in der Wiege das sphärische Gelenklager 34 in Längsrichtung verschiebbar (mit Längsspiel) oder aber stabilisierende Längslenker 29, 30 für die Wiege 10 nicht ausgeführt bzw. angewandt werden.

Bei den vorstehend behandelten Keilflächen/Stempel-Systemen wird stets davon ausgegangen, daß die Stempel oder Stützen am Wagenkasten montiert sind, wäh­ rend die Keilflächen an der Wiege befestigt sind. Die Umkehrlösung hierzu ist je­ doch selbstverständlich ebenfalls ausführbar, d. h. am Wagenkasten sind die Keilflä­ chen montiert und an der Wiege die Stempel oder Stützen.

Claims (9)

1. Neigungseinrichtung zur Neigung des Wagenkastens eines mit Drehge­ stellen versehenen Schienenfahrzeuges gegenüber den Schienen, gekennzeichnet durch eine mit dem Drehgestellrahmen (2, 3) über Federelemente (11) verbundene Wiege (10), welche über ein Keilflächen-System mit dem Wagenkasten (1) des Schienenfahrzeuges verbunden ist, wobei das Keilflächen-System bei Verdrehungen (α) zwischen Drehgestellrahmen und Wagenkasten bei Gleisbogenfahrt die bogen­ äußere Seite des Wagenkastens anhebt und die bogeninnere Seite in gleichem Maß absenkt.

2. Neigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Keilflächen-System aus zwei vertikal übereinander angeordneten, jeweils schief ab­ geschnittenen, geraden Kreiszylindern (7, 8) besteht, deren Achsen bei Geradeaus­ fahrt und ohne Verdrehung (α) zwischen Drehgestellrahmen und Wagenkasten deckungs­ gleich sind der vertikalen Drehachse (4) des Drehgestellrahmens (2, 3), wobei die Kreisflächen der Kreiszylinder fest mit der Wiege (10) bzw. dem Wagenkasten (1) verbunden sind und die Keilflächen (12) gegeneinander pressen.

3. Neigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Keilflächen-System aus zwei an den äußeren Seiten des Wagenkastens bzw. der Wiege angeordneten Keilflächen/Stempel-Systemen besteht, deren Verbindungs­ achse die vertikale Drehachse (4) des Drehgestellrahmens rechtwinklig schneidet, wobei entweder die Stempel (13, 15, 19, 21) fest mit dem Wagenkasten (1) und die Keilflächen (14, 16, 20, 22) fest mit der Wiege (10) oder umgekehrt die Keilflächen fest mit dem Wagenkasten und die Stempel fest mit der Wiege verbunden sind.

4. Neigungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (4) des Wagenkastens (1) als Zapfen (35) ausgebildet ist und in einem sphärischen Gelenklager (34) in der Wiege (10) zentriert wird oder umgekehrt die Wiege einen Zapfen besitzt und das Gelenklager im Wagenkasten angeordnet ist.

5. Neigungseinrichtung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Stempel (19, 21) und Keilflächen (20, 22) derart geneigt sind, daß sich der imagi­ näre Schnittpunkt (18) der verlängert gedachten Stempelachsen oberhalb des Schwerpunktes (17) des Wagenkastens (1) befindet.

6. Neigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, gekennzeichnet durch Rollen (23) an den Stempelenden.

7. Neigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Steigungswinkel (β) der Keilflächen (24) einstellbar ist.

8. Neigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine stabilisierende Befestigung der Wiege (10) am Drehgestellrahmen (2, 3) oder Wagenkasten (1) über Lenker (29, 30, 31, 32, 36).

9. Neigungseinrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Lenker (29, 30, 31, 32) mit Federelementen (33).