DE1965729A1

DE1965729A1 - Kurvenabhaengige Steuerungseinrichtung fuer Fahrzeuge

Info

Publication number: DE1965729A1
Application number: DE19691965729
Authority: DE
Inventors: Hans Poellinger; Axel Dipl-Ing Dr Schelle
Original assignee: Knorr Bremse GmbH
Current assignee: Knorr Bremse GmbH
Priority date: 1969-12-31
Filing date: 1969-12-31
Publication date: 1971-07-08
Also published as: ES386929A1; HU163893B; JPS519208B1; FR2074463A5; CH522529A

Description

Hunches, den 2.9.12.1969 P-Dr.Pd/Wo -9P7--

KHORE-BREMSE G.m.b.H., 8 München 13, Moosacher Str.

Kurvenabhängige Steuerungseinrichtung für Fahrzeuge

Die Erfindung bezieht sich auf eine kurvenabhängige Steuerungseinrichtung für Fahrzeuge, insbesondere für eine Heigungssteuerung von Schienenfahrzeugen, mit einer beim Durchfahren von Kurven Steuersignale abgebenden, im Fahrzeug angeordneten Meßeinrichtung,

Für eine genaue Steuerungseinrichtung der vorgenannten Art ist es erforderlich, dieser sofort beim Einfahren des Schienenfahrzeuges aus einem geraden Streckenabschnitt in.einen Übergangsbogen mit veränderlicher Krümmung zu einer Kurve ein Betätigungssignal zuzuleiten, welches ein Heigen des Wagenkastens entsprechend der Kurvenrichtung veranlaßt..Zugleich muß der Steuereinrichtung ein Betätigungssignal zugeführt werden, welches ein Abschalten der üblichen Hiveausteuerung bewirkt, um ein Rücksteuern des Wagenkastens durch diese Hiveausteuerung zu vermeiden. Spätestens bei der Einfahrt des Schienenfahrzeuges aus dem Übergangsbogen in den Bogen- ©bschnitt jnit konstanter Krümmung muß das Betätigungssignal zum Heigen des Fahrzeugkastens erlöschen, da während dejs Durchfahrens eines Bogens mit konstanter Krümmung auch die auf das Fahrzeug einwirkende Fliehkraft konstant bleibt« Bei der Einfahrt des Fahrzeuges

109828/0186 .

BAD OfilGIMAL

aus dem Bogen konstanter Krümmung in den Übergangsbogen zu einem auf den Kurvenabschnitt folgenden geraden Streckenabschnitt muß die Steuerungseinrichtung ein Signal abgeben, durch welches ein Aufrichten des '.-Schienenfahrzeuges eingeleitet wird. Spätestens beim Übergang des Schienenfahrzeuges aus dem Übergangsbogen in den nachfolgenden, geraden Streckenabschnitt muß dieses Betätigungssignal zusammen mit dem ein Abschalten der Niveausteuerung bewirkenden Betätigungssignal abklingen. Die Neigungssteueruag kann dabei durch eine Luftfederung oder durch besondere druckluft- oder öldruckbeaufschlagte Zylinder-Kolben-Glieder erfolgen. Außerdem sind die Betätigungssignale einer derartigen Steuerungseinrichtung auch geeignet, ein Drehgestell, eine Laufachse oder eine Kupplungseinrichtung eines Schienenfahrzeuges kurvenabhängig genau zu steuern»

Es sind kurvenabhängige Steuerungseinrichtung.en der eingangs, genannten Art bekannt, welche mit einem Pendel als Meßeinrichtung ausgerüstet sind. Derartige Steuerungseinrichtungen erfüllen jedoch die vorstehend angegebenen Forderungen für eine exakte kisrveöabhängige leigungssteuerung nicht. Es wurde daher in einem nicht vorveröffentlichten Erfindungsvorschlag vorgeschlagen als Meßeinrichtung ein Kreiselgerät zu verwenden, das während des Auftretens von Dxehiirinkelbeschleunigungen und von Drehbewegungen des Fahrzeuges um dessen Vertikalachse gesonderte, sich entsprechend der■ Wirlmngsrichtuiig öer-Drehwinkelbeschleunigung bzw» . Bp;©lxheweg;ung unterscheiden-·. de Meßsignale (+ta und =&> so^fie ψ^ -unä -^J )

• 10 9 8 2 8/01 $■§" ·-' ' BÄD'ÖilGINAL

Der nicht vorveröffentlichte Erfindungsvqrschlag liegt der Patentanmeldung P 16 05 831 «4- zugrunde«

Aufgabe der Erfindung ist es, eine kurvenabhängige

Steuerungseinrichtung der eingangs angegebenen Art ι - . . '-."-"■"-"

anzugeben, deren Meßeinrichtung einen wesentlich ge- >rihgeren Aufwand bedingt als das als Meßeinrichtung vorgeschlagene Kreiselgerät«

ι Diese Aufgabe wird nach der Erfindung gelöst durch eine um eine Vertikalachse drehbar angeordnete, kraftschlüssig am Fahrzeugrahmen gefesselte Trägheitsmasse als drehwinkelbeschleunigungsempfindliches Meßgerät, das beim Auftreten, von Drehwinkelbeschleunigungen des Fahrzeuges um dessen Vertikalachse gesonderte, sich entsprechend der Wirkungsrichtung der Drehwinkelbe~ sch!eunigüng unterscheidende Meßsignale erzeugt zur Erstellung unterschiedlicher Wirkungsrichtungsabhängiger Betätigungssignale während des Auftretens der Drehwinkelbesch!eunigungen. ■

Vorteilhafte Ausführungsformen bzw. weitere Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung besteht darin, daß beim Einlauf in einen Übergangsbogen die Trägheitsmasse aufgrund ihrer Beharrung versucht, ihre Lage im Raum beizubehalten. Da die Trägheitsmasse mit dem Fahrzeugrahmen kraftschlüssig gefesselt ist, entsteht bei einer Drehung

109820/0108

BAt* ORIGINAL

des Wagenkastens eine Rückstellkraft. Solange die Drehwinkelgeschwindigkeit im Übergangsbogen zunimmt, ■d.h. eine Winkerbeschleunigung wirksam ist, bleibt die Masse gegenüber dem Wagenkasten um einen Winkel verdreht. Die Größe dieses Winkels ist durch die Fesselkraft und durch die Winkelbeschleunigung bestimmt. Bei 'konstanter Winkelgeschwindigkeit im gleichförmigen Bogenlauf mit konstantem Krümmungsradius stellt die Rückstellkraft die Trägheitsmasse wieder in ihre NuIl- oder Ausgangslage zurück. Beim Übergang vom gleichförmigen Bogenlauf über den anschließenden Übergangsbogen in eine Gerade sind die Vorgänge gegenläufig.

In schematischen Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele nach der Erfindung dargestellt. Im einzelnen=zeigt:

-Fig. 1 ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäß verwendeten Trägheitsmasse in perspektivischer Seitenansicht;

) Fig. 2 eine Draufsicht auf das Fahrzeug

nach Fig. 1 beim Druchfahren eines Übergangsbogens;

Fig. 5 bis 5 beispielsweise Fesserungsmög-

lichkeiten für die Trägheitsmasse und

Fig. 6 bis 8 beispielsweise Ausführungen der

Trägheitsmasse als drehwinkelbeschleunigungsempfindliches Meßgerät.

109828/0188

■" ■■- BAD ORIGINAL

In Fig. 1 ist ein Fahrzeug 1 schematisch dargestellt. In der Hochachse 2 des Fahrzeuges 1, die senkrecht auf der Längs- und Querachse des Fahrzeuges steht, erstreckt sich die Drehachse 3 einer Trägheitsmasse 4 die als Meßgerät der kurvenabhängigen Steuerungsein- * richtung nach der Erfindung ausgebildet ist. Die Drehachse J ist in am Fahrzeug 1 festen Lagerstellen 5 drehbar gelagert;* ■

Fig. 2 zeigt in verkleinerter Darstellung eine Draufsicht auf das Fahrzeug .1 in schematischer Darstellung, das in Pfeilrichtung in einen Gleisbogen 6 einfährt. Dabei durchfährt das Fahrzeug anfangs einen ersten Übergangsbogen 7 mit veränderlichem Krümmungsradius. Die Trägheitsmasse 4- versucht aufgrund ihrer Beharrung ihre längs des durchlaufenen geraden Streckenabschnitts 9 vor Beginn des Übergangsbogens 7 eingenommene, durch die Längsachse 8 parallel zur Längsachse des Fahrzeuges im geraden Streckenabschnitt 9 gekennzeichnete Lage (Nullage der Trägheitsmasse 4-) beizubehalten. Durch die für Ausführungsbeispiele noch näher zu beschreibenden Fesselungen der Trägheitsmasse K entsteht Jedoch bei der Drehung des Fahrzeuges im-ÜbergangsbOgen 7 auf die Trägheitsmasse eine Kraft, die die Längsachse 8 der Trägheitsmasse in die Längsachse 11 des Fahrzeuges zurückzudrehen versucht« Solange die Winkelgeschwindigkeit des Fahrzeuges im Übergangsbogen zunimmt, d.h. eine Winkelbeschleunigung wirksam ist, bleibt die Trägheitsmasse 4- gegenüber der Längsachse 11 des Fahrzeuges 1 um einen Winkel·^* verdreht« Die Größe des Winkelsfist durch die Fesselungskraft und die Winkel-

109828/0186

beschleunigung cDbestimmt. Bei konstanter Winkelgeschwindigkeit O im an den Übergangsbogen 7 anschließenden Bogenabschnitt 10 mit konstantem Krümmungsradius stellt die durch die Fesselung bewirkte Rückführkraft ι die Trägheitsmasse 4 wieder in die Nullage zurück, in der die Längsachse 8 der Trägheitsmasse 4 um den 'Winkely in die Längsachse= 11 des Fahrzeuges 1 zurück- W schwenkt«.Beim Übergang vom gleichförmigen Bogenabschnitt 10 in einen in Fahrtrichtung anschließenden weiteren Übergangsbogen, der hier der Einfachheit wegen nicht dargestellt ist, laufen die vorbeschriebenen Vorgänge gegensinnig ab. .

Pig» 3 zeigt in der Draufsicht im Prinzip eine mechanische Fesselung der Trägheitsmasse 4 mittels zweier gleich starker, entgegengesetzt wirkender Federn 12,13 die sich einerseits an gegenüberliegenden festen Wandungen 14_?15 des Fahrzeuges und andererseits an entgegengesetzten Seiten eines an der Trägheitsmasse 4 festen fc Armes 16 oder dergleichen vorstehenden Teiles abstützen. Die beiden Federn 12,15 suchen die Trägheitsmasse 4 in der gezeichneten Nullage zu halten_? in der keine Beschleunigungskräfte auf sie einwirken.

Fig. 4 zeigt in der Draufsicht im Prinzip eine pneumatische Fesselung der Trägheitsmasse 4« Statt der Federn 12,15 sind zwei gleich ausgebildete,. entgegengesetzt gerichtete Ausströmdüse^ 10,19 sm Fahrzeug fest angeordnet« Zwischen die gegenüberliegenden Austritts--

098 28/01

öffnungen 18',19V der beiden Ausströmdüsen ragt eine an der Trägheitsmasse feste Prallplatte 17 oder dergleichen. Die aus den Austrittsöffnungen 18*,Ί9V austretenden, gleich starken Luftstrahlen der Aus-' strömdüsen 18,19 suchen die Trägheitsmasse 4 in der gezeichneten Nullage zu halten,

, Fig. 5 zeigt in der Draufsicht im Prinzip eine magnetische ' Fesselung der Trägheitsmasse 4, die zwei entgegengesetzt gep'olte Magnete 20,21 am Umfang der Trägheitsmasse aufweist, wobei die magnetischen Achsen in einem Durchmesser 22 der Trägheitsmasse liegen. Am Fahrzeug sind zwei entgegengesetzt gepolte, einander gegenüber-* liegende Magnete 23,24- angeordnet, die gleiche Luftspalte zu den Magneten 20,21 frei lassen. Die entgegengesetzt gepolten Magnete 20,23 und 21,24. suchen die Trägheitsmasse 4- in der gezeichneten Nullage zu halten, in der beispielsweise einerseits der Nordpol des Magneten 21 an der Trägheitsmasse 4- dem Südpol des am Fahrzeug festen Magneten 24- und andererseits der Südpol des Magneten 20 an der Trägheitsmasse 4- dem Nordpol des Magneten 23 am Fahrzeug jeweils genau gegenüberliegen. In Fig. 5 sind die Magnete 20,21,23 und 24- als Elektromägnete gezeichnet*

Fig. 6 zeigt die mit einer mechanischen Fesselung versehene Trägheitsmasse 4 als Meßgerät, das bei"auf- - tretenden Winkelbeschleunigungen beim Durchfahren von Übergangsbögen mit veränderlichen Krümmungsradien ein Rechts- oder Linkssignal abgibt. Hierzu weist die Trägheitsmasse einen Signalarm 25 auf. In der

109828/0 186 ·

3 ORIGINAL

gezeichneten Nullage der Trägheitsmasse sind "beidseitig des Signalarmes 25 mit gleichen Abständen von der !!ullage zwei konkatlose Lichtschranken 26,27 angeordnet. Fahrt das Fahrzeug in einen Rechtsbogen ein, so verdreht sich die Längsachse 8 der Trägheitsmasse relativ zur Vagenlängsachse in Pfeilrichtung. Dabei ι gelangt der Signalarm 25 in den Lichtstrahl der einen Lichtschranke, die daraufhin.ein Signal.E für .einen Rechtsbogen abgibt. Durchfährt das Fahrzeug in gleicher Fahrtrichtung einen Linksbogen, so gelangt der Signalarm 25 entsprechend in den Lichtstrahl der anderen Lichtschranke 26, die daraufhin ein.Signal L für einen Linksbogeh abgibt.

Nach dem Durchfahren der Übergangsbögen wird die Trägheitsmasse 4- durch die mechanische Fesselung in die Nullage zurückgestellt, in der beide Lichtschranken 26,27 wieder freigegeben sind. Statt auf jeder Seite des Signalarmes wenigstens eine Lichtschranke 26 bzw. 27 anzuordnen, können auch mit zunehmenden Abständen von der Nullage mehrere Lichtschranken angeordnet werden, so daß stufenweise die Größe des jeweiligen Anschlages des Signalarmes 25 gemessen werden kann. Um zu verhindern, daß die Trägheitsmasse bei auf das Fährzeug wirkenden Fahrtstöße oder Fahrtschwingungen zur Umzeit ausgelenkt wird und dabei Signale abgibt, ist die Trägheitsmasse 4-zweckmäßigerweise mit einer Dämpfung versehen. Im Beispielsfalle 1st eine Wirbelstromdämpfung 28,28' vorgesehen, die aus einem am Fahrzeug festen Hufeisenmagnet 28 besteht. In den Spalt des Hufeisenmagnetes 28 greift das vordere Ende 28' des verlängerten Signal-

109828/0 186

_:i . , ÜAD ORIGINAL

armes 25 der Trägheitsmasse 4.

Fig. 7 zeigt die mit einer pneumatischen Fesselung versehene Trägheitsmasse 4 als Meßgerät, das "bei auftretenden Winkelbesehleunigungen beim Durchfahren von Über- ^gangsbögen mit veränderlichen Krümmungsradien entsprechend den jeweiligen Beschleunigungswerten analoge Signale abgibt. Hierzu weisen die Ausströmdüsen 18,19 zur pneumatischen Fesselung nach Fig. 4 seitliche Austrittsöffnungen 29 lind 30 mit Austrittsdrücken p* und Po auf. Beim Bogenein- und Auslauf bewirkt die auftrende Winkelbeschleunigung eine Verstellung der zwischen den Ausströmdüsen 18,19 gehaltenen Prallplatte 17 aus ihrer mit gleichem Abstand von den Düsenöffnungen der Ausströmdüsen gehaltenen Nullage. Hierdurch entsteht an den Austrittsöffnungen 29 und JO der beiden Ausströmdüsen ein Druckunterschied^ρ = P^-Pp als analoges Maß für die Winkelbeschleunigung. Auf diese Weise läßt sich die Neigungsgeschwindigkeit des Fahrzeuges um seine Längsachse bereits bei Beginn des Bogeneinlaufes vorherbestimmen.

Entsprechend dem Ausführungsheispiel nach Fig. 6.ist die Trägheitsmasse 4 zusätzlich mit einer Wirbelstromdämpfung 28,28* versehen. Die Austrittsöffnungen 29,50 können mit Vorteil mit bekannten StrÖmungsmittelverstärkern ohne bewegliche Teile in Verbindung stehen.

Fig. 8 zeigt die mit einer elektromagnetischen Fesselung versehene Trägheitsmasse 4 als Meßgerat. Hierbei wird die Trägheitsmasse entsprechend dem Ausführungsbeispie'l

109828/0188

jä&D ORIGINAL

• - ίο -

nach I¹Ig. 5 über Elektromagnete 3^i 32 am Fahrzeug gefesselt. Eine am Stator 33 in. Verbindung mit der Trägheitsmasse angelegte Wechselspannung induziert im Rotor 32 am Fahrzeug eine Spannung. Verdreht sich der Stator 31 gegenüber dem Rotor 32 beim Auftreten von Winkelbeschleunigungen, entsteht eine Änderung der ι induzierten Spannung und ein RückStellmoment in die gezeichnete Nullage der Trägheitsmasse 4. Die Spannungsänderung ist ein analoges Maß für die Winkelbeschleunigung und kann ebenfalls zur Bestimmung der Neigungsgeschwindigkeit des Wagenkastens um seine Längsachse herangezogen werden. Der elektrische Abgriff kann auch kapazitiv erfolgen, indem nach dem Prinzip des Drehkondensators die Relativbewegung zwischen der Trägheitsmasse und dem Fahrzeug zur Änderung einer Kapazität herangezogen wird. Auch hierbei entstehen Signale, die der jeweils auftretenden Winkelbeschleunigung analog sind.

Die Signalausgange des erfindungsgemäßen Meßgerätes werden auf eine nicht dargestellte Steuerungsvorrichtung zur Informationsverarbeitung aufgegeben*, Da die abgegebenen Signale fahrtrichtungsabhängig sind, muß die Fahrtrichtung in die Informationsverarbeitung einbezogen werden. In der Steuerungsvorrichtung die analog der Steuerungsvorrichtung nach der eingangs genannten älteren Patentanmeldung P 16 05 831 „4-21 zur Verarbeitung von Kreiselausgängen ausgebildet sein kann₉ werden einerseits positive oder negative Drehgeschwindigkeitssignale (+(*> und -sJ) und andererseit positive oder

108828/01 ÖS

BADORfGfNAL

- 11 - .■■'..

negative Drehbeschleunigungssignale (+uJund -t*>) gebildet. Die Dreligeschv/indigkeitssignale (+& und -fc?) können lediglich als einfache + oder - Signale erscheinen.

Einzelzeiten der Steuerungsvorrichtung analog der •Steuerungsvorrichtung nach der älteren Patentanmeldung zur Informationsverarbeitung für die vom erfindungsgemäßen Meßgerät abgegebenen Signale sind zum Verständnis der Erfindung nicht erforderlich.

Patentansprüche:

109828/0 186

Claims

Patentansprüche

1.JKurvenabhängige Steuerungseinrichtung für Fahrzeuge, " isbesondere für eine Neigungssteuerung von Schienenfahrzeugen, mit einer beim Durchfahren von Kurven Steuersignale abgebenden, im Fahrzeug angeordneten Meßeinrichtung, gekennzeichnet durch ein um eine ,Vertikala.ch.se drehbar angeordnete, kraftschlüssig am Fahrzeugrahmen gefesselte.Trägheitsmasse (4-) als drehwinkelbeschleunigungsempfindliches Meßgerät, das beim Auftreten von Drehwinkelbeschleunigungen des Fahrzeuges (1) um dessen Vertikalachse (2) gesonderte, sich entsprechend der Wirkungsrichtung der Drehwinkerbeschleunigung unterscheidende Meßsignale erzeugt zur Erstellung, unterschiedlicher wirkungsrichtungsabhängiger Betätigungssignale während des Auftretens der Drehwinkelbeschleunigungen.

2. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägheitsmasse (4-) mechanisch, pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch gefesselt ist.

5. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägheitsmasse (4) zur mechanischen Fesselung mit mindestens einem vorstehenden Teil (16) versehen ist, auf das von entgegengesetzten Seiten im wesentlichen gleich große Federkräfte einwirken.'

4. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägheitsmasse (4) zur pneumatischen Fesselung mit mindestens einer vorstehenden Prall-

1 0 9 8 2 8/0 188

' platte (17) versehen ist, auf die von entgegengesetzten Seiten im wesentlichen gleich große Druckkräfte von aus Ausströmdüsen (18,19) austretendem Strömungsmittel wirken. . \ ■

5. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägheitsmasse (4-) zur magnetischen Fesselung mit wenigstens einem Magnetkörper (51) versehen ist und mit geringem Abstand von diesem ein entgegengesetzt gepolter Magnetkörper (52) am Fahrzeug fest angeordnet ist.

6. Steuerungseinrichtung nach (Leu Ansprüchen 1 "bis 5> dadurch gekennzeichnet, daß die Trägheitsmasse (4) mit einem vorstehenden Arm (1?»25) als Signalgeber versehen ist_r durch dessen Lagenänderung gegenüber einer MuIl-•punktlage digitale oder analoge Signale erzeugt werden.

7; Steuerungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß auf den Signalgeber Fesselungs- und/oder Dämpfungskräfte einwirken.

8. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekenn zeichnet, daß zur Erzeugung von Dämpfungskräften gegen unerwünschte Schwingungen des Trägheitskörpers (4-) wenigstens eine fahrzeugfeste Wirbelstromeinrichtung (28,28*) vorgesehen ist,

9« Steuerungseinrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zu beiden Seiten des in seiner Kulistellung befindlichen Signalgebers mindestens

9828/0186

BAD

ft

je eine kontaktlose Lichtschranke (26,27) mit entgegengesetzt gleichem Abstand von der Nullstellung zur Erzeugung digitaler Signale angeordnet ist.

'10. Steuerungseinrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber als Prallplatte (1?) für eine pneumatische Fesselung . ausgebildet ist, wobei die die Fesselung bewirkenden P j Ausströmdüsen'(18,19) Signalausgange (29,30) enthalten und die Differenz der aus den Signalausgängen aus-. tretenden Strömungsmitteldrücke (p^., p^) in Abhängigkeit, von der Lage der Prallplatte gegenüber den Öffnungen (18',19') der Ausströmdüsen ein analoges Maß für die auf die Trägheitsmasse (4-) wirkende Winkelbeschleunigung ist.

11. Steuerungseinrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber als Rotor (31) ausgebildet ist, in dem durch eine an einem fahrzeugfesten Stator (32) angelegte Wechselspannung eine Spannung induziert wird, wobei die von dem Rotor abgegebene Spannung in Abhängigkeit von der Lage des Rotors gegenüber dem Stator ein analoges Maß für die auf die Trägheitsmasse (4·) !wirkende Winkerbeschleunigung ist«

12. Steuerungseinrichtung nach den Ansprüchen 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalausgänge (29»30) der Ausströmdüsen (18,19) mit einem, logischen Schaltkreis aus bekannten Strömungsverstärkerelementen in Verbindung stehen.

10 9 8 2 8/Q 1 8 S

BAD ORIGINAL

-;<k- ■ ■■/.■

13· Steuerungseinriclitung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalausgange (29,30) mit entgegengesetzten Steuereingängen eines "bistabilen Strömungselementes verbunden sind.

109828/0186

BAD OBJGINAt