DE20002130U1 - Dämpfungssystem für Schienenfahrzeuge (Stadtbahnwagen) - Google Patents

Description

Mannheim, den 04.02.2000

Anmelder: Gottfried Settele Krautheimer Str.72

D-68 259 Mannheim

Dämpfungssystem für Schienenfahrzeuge (Stadtbahnwagen)

Die Erfindung betrifft ein aktives Dämpfungssystem zum Stabilisieren von Stadtbahnfahrzeugen.

Die neuen Stadtbahnwagen bestehen aufgrund ihrer 100%/80% Niederflurigkeit aus mehreren starren Wageneinheiten ( Schienenfahrwerke sind fest mit den einzelnen Wagenkästen verbunden), die über Drehzapfen mit den einzelnen Wagenkästen miteinander gekoppelt sind. Durch diesen gewählten Fahrzeugaufbau (Fahrzeug ohne Drehgestelle) neigen diese Fahrzeuge zum Schlingern.

Beim Betrieb mit diesen Stadtbahnwagen kommt es nach kurzem Fahreinsatz durch den Verschleiß der Schienenräder zum Schlingern der Fahrzeuge. Hierbei schaukelt sich das Fahrzeug soweit auf, dass ein Fahrbetrieb nicht mehr möglich ist. Auch durch ein Vermindern der Fahrgeschwindigkeit lässt sich dieses Problem nicht lösen. Nur durch ein absolutes Abbremsen des Fahrzeuges auf Null, können die Schwingungen wieder beseitigt werden. Das Problem des Aufschaukeins des Fahrzeuges ist immer abhängig von dem Verschleiß zwischen Rad und Schiene. D. h.: beim Anfahren des Fahrzeuges treten ab einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit (abhängig vom Verschleiß) diese Schwingungen auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dem Problem des Schlingems des Fahrzeuges bis zum zulässigen Verschleiß zwischen Rad und Schiene, schon bei der Entstehung entgegenzuwirken.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Aufschaukeln des Fahrzeuges schon unterhalb des kritischen Schwingungsbereiches gekappt wird. Dadurch bleibt das Fahrzeug immer in einem unkritischen Schwingungsbereich.

Durch das System wird ein absoluter schwingungsfreier Fahrbetrieb ermöglicht, ohne dass das Fahrzeug im Bewegungsablauf, zum Beispiel bei Richtungsänderung eingeschränkt wird. Gleichzeitig funktioniert das System bei allen Fahrgeschwindigkeiten. Auch wird der Schienenverschleiß dadurch nicht erhöht, sondern durch den schwingungsfreien Betrieb reduziert.

Die Erfindung wird in der nachfolgenden Funktionsbeschreibung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Einbaubeispieles (Fig.l) sowie mit einem Hydraulikplan (Fig.2) näher erläutert.

Es zeigen,

Fig. 1 Schematisches Einbaubeispiel bei einem

Stadtbahnwagen,

Fig. 2 Hydraulikplan.

Technische Bezeichnung der Erfindung: hydraulische Sperreinrichtung mit Steuerung zur Installation in den neuen Niederflur-Stadtbahnfahrzeugen (Fahrzeuge ohne Drehgestelle).

Aufgabe der Sperrzylinder: Gewährleistung der Fahrstabilität (kein Schlingern im Fahrbetrieb) auch bei schlechten Radreifen sowie Schienenlage.

Einbauort: die hydraulische Sperreinrichtung wird zwischen dem ersten 1 und zweiten 2 (Figur 1) Wagenteil sowie dem letzten und vorletzten Wagenteil (alternativ können alle Drehgelenke zwischen den Wagenkästen mit diesem System ausgerüstet werden) eingebaut. Es wurde in der Figur 1 nur eine Sperreinrichtung dargestellt, da sich bei mehreren Drehgelenken die Anordnung wiederholt.

Systemaufbau:

Benötigte Teile für eine Systemeinheit:

1) 2 Stück doppelwirkende Hydraulikzylinder 3 (Größe der Zylinder sind von den baulichen Abmessungen des Fahrzeuges abhängig sowie den Kräften, die beim Betrieb entstehen).

2) 4 Stück Hydrospeicher 4 (bauliche Abmessungen sowie benötigte Drücke sind ebenfalls von den auftretenden Kräften abhängig).

3) 2 Stück Sicherheitsventile 5 (Einstellung muss unterhalb der Entgleisungskraft liegen).

4) 1 Stück 4/2 Wegeventil 6.

5) 1 Stück Impulsgeber 7 für taktmäßige Ansteuerung des 4/2 Wegeventils.

6) 2 Stück Füllanschluss 8

7) 1 Stück Druckwächter 9 (zur Funktionsüberwachung des Systems).

8) 4 Stück Hydraulikschläuche 10

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Schematische Darstellung der Erfindung (Figur 1)

Funktion der Sperreinrichtung:

Nach dem Einbau der beiden Hydraulikzylinder 3 (Fig 2) mit den angeflanschten Hydrospeichern 4 sowie dem Verbinden dieser über die Hydraulikleitungen 10 (siehe Hydraulikplan) und dem 4/2 Wegeventil 6 wird das System über die Füllanschlüsse 8 auf einen Vordruck zwischen 3 und 4 bar aufgefüllt. Danach erfolgt die elektrische Installation des Taktgebers 7 sowie die restliche Verkabelung.

Um im Hydrauliksystem ein gutes Ansprechverhalten und gleichzeitig eine Verspannung und Druckspitzen zu minimieren, sind an den Hydraulikzylindern 3, Hydrospeicher 4 zu installieren. Im System herrscht durch diese Anordnung der Speicher immer eine Druckspannung vor (vorgespanntes System).

Steht nun ein Fahrsignal an, wird der Impulsgeber 7 aktiviert (Impulsgeber taktet mit einer vorgegebenen Taktfrequenz) und das 4/2 Wegeventil 6 schaltet nun im Wechsel auf Durchgang und sperren. D. h.: das Fahrzeug wird nun im Fahrbetrieb durch das taktente Ventil 6 (umschalten auf sperren und Durchgang) in den Drehgelenken bei einem Takt versteift und danach beim nächsten Takt wieder frei beweglich. Es findet immer ein kurzes Festhalten (keine Drehbewegung zwischen den Wagenkästen) in dem Fahrzeugzustand (z.B. gestrecktes-, gebogenes Fahrzeug) statt. Danach findet der Takt mit dem Ausgleich statt, bei dem das Fahrzeug wieder frei be-

weglich ist. Durch dieses kurze Festhalten der Wagenkästen lund 2 wird die Schwingungsamplitude jedesmal wieder abgeschnitten und das Fahrzeug bleibt dadurch unterhalb dem kritischen Schwingungsbereich. Bezogen auf den gewählten Zeitimpuls ist die Richtungsänderung proportional der Geschwindigkeit ( kleine Geschwindigkeit, große Richtungsänderung von der Mittelachse möglich, z.B. enge Kurven, da in der Zeit auch nur ein kleiner Weg zurück gelegt wird). Umgekehrt bei großer Geschwindigkeit kleine Richtungsänderung bei großem Weg, über die Zeit wird in beiden Fällen die gleiche Richtungsänderung durchgeführt. D. h.: der Volumenstrom bezogen auf die Zeit und die Richtungsänderung bleibt in allen Fahrsituationen gleich. Durch diesen Sachstand ist eine Taktfrequenz ausreichend.

Im spannungslosen Zustand ist das 4/2 Wegeventil 6 immer auf Durchgang geschaltet. Das Sperrsystem ist dadurch frei beweglich.

Bei Ausfall der Steuerung oder des 4/2 Wegeventils 6 wird ein Entgleisen des Fahrzeuges durch die Überdruckventile 5 (Sicherheitsventile) verhindert.

Um bei Kurvenfahrt das Problem der verschiedenen Ölvolumenströme (Ölvolumen vor dem Druckkolben sowie Ölvolumen hinter dem Druckkolben) zu lösen, sind die Hydraulikleitungen 10 über das 4/2 Wegeventil gekreuzt. Durch diese Anordnung wird immer gewährleistet, dass sich die gleichen Ölvolumen ausgleichen müssen.

Vorteil der Erfindung:

1.) Das System arbeitet schon, bevor der Wagen ins Schlingern kommt.

2.) Das Fahrzeug bleibt über die gesamte Fahrgeschwindigkeit beweglich (bis z.B. max. 60 km/h). Da ab 60 km/h nur noch Kurvenbögen mit grossen Radien durchfahren werden können, kann zu Gunsten der Fahrstabilität auf ein Takten (das 4/2 Wegeventil 6 wird in die Stellung „Sperren" geschaltet, Fahrzeug starr) verzichtet werden. Die bei diesen Geschwindigkeiten auftretenden Richtungsänderungen werden durch den Einsatz der Hydrospeicher 4 kompensiert.

3.) Das System bleibt auch in Kurven sowie bei allen Richtungsänderungen des Fahrzeuges aktiv.

4.) Bei Ausfall des Systems wird über die Sicherheitsventile 5 ein Entgleisen verhindert.

5.) Nach einer Entgleisung verhält sich das Fahrzeug zum Eingleisen genauso wie ein Wagen ohne Sperrsystem.

Mannheim, den 04.02.2000

Claims (6)

1. Das komplette System als Dämpfungsoptimierungssystem. Geschlossenes Hydrauliksystem, das aus mehreren Komponenten besteht mit integrierter Steuerung. Für das System werden folgende Teile benötigt: zwei doppelwirkende Hydraulikzylinder (3), vier Hydrospeicher (4), zwei Sicherheitsventile (5), ein 4/2 Wegeventil (6), ein Impulsgeber (7) für die taktmäßige Ansteuerung des 4/2 Wegeventil (6), zwei Füllanschlüsse (8) und ein Druckwächter (9). Das Komplettsystem verhindert das Aufschwingen von zwei über einen Drehpunkt miteinander verbundenen Bauteilen (hier in unserem Fall die beiden Wagenkästen 1 und 2). Das System ist für alle wie vorher beschriebene Verbindungen von Bauteilen zur Schwingungsoptimierung geeignet.

2. Dämpfungsoptimierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikzylinder (3) um 180° gedreht eingebaut sind und die Leitungen (10) so miteinander verknüpft wurden, dass sich immer das gleiche Ölvolumen von den rechten und linken Zylinderkammern bei Längenänderung der einen Kolbenstange zur anderen (hier in unserem Fall bei Kurvenfahrt) ausgleicht.

3. Dämpfungsoptimierungssystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet das an den Hydraulikzylinder (3) Hydrospeicher (4) installiert wurden, die im System immer einen Vordruck erzeugen und die Druckspitzen beim Betrieb minimieren.

4. Dämpfungsoptimierungssystem nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass für die Steuerung des Schwingungssystemes ein 4/2 Wegeventil (6) zum Einsatz kommt, das von einem Taktgeber (7), (Schaltet das Ventil immer von Durchgang auf sperren) angesteuert wird. Hierbei ist die Taktfrequenz konstruktionsabhängig (z. B. wie weit sind die Zylinder vom Drehpunkt entfernt und welchen Weg müssen sie innerhalb einer bestimmten Zeit zurücklegen usw.). Die Steuerung ist einfach und arbeitet bei allen Richtungsänderungen optimal.

5. Dämpfungsoptimierungssystem nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, das für den Ausfall des 4/2 Wegeventil (6) sowie der Steuerung (7 Taktgeber) zur Sicherheit des Systems und der Bauteile zwei Sicherheitsventile eingebaut sind. Eine Überbeanspruchung der Zylinder sowie der fest mit den Zylindern verbundenen Bauteile (z. B. Wagenkästen) ist ausgeschlossen.

6. Dämpfungsoptimierungssystem nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, das für den Ausfall eines Systembauteiles (z. B. Hydrospeicher (4), Steuerung (7), 4/2 Wegeventil (6) usw.) eine Fehleranzeige über einen Druckwächter möglich ist.