Steueranordnung für eine Einrichtung zum Neigen des Wagenkastens gegenüber dem Fahrgestell eines Schienenfahrzeuges Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steueranord nung für eine mittels steuerbarer Antriebsorgane be- tätigbare Einrichtung zum Neigen des Wagenkastens gegenüber dem Fahrgestell eines Schienenfahrzeuges.
Zur Verbesserung des Fahrkomfortes von insbeson dere schnellfahrenden Schienenfahrzeugen ist es bekannt, den Wagenkasten über eine Einrichtung auf dem Fahr werk bzw. den Drehgestellen anzuordnen, die insbeson dere bei Kurvenfahrt ein Neigen des Wagenkastens gegenüber dem Fahrwerk gestattet. Solche Einrichtun gen sind z. B. Pendelaufhängungen und -Abstützungen sowie hydraulische oder pneumatische Federungen. Die Neigung des Wagenkastens wird dabei vorteilhafterweise durch steuerbare Antriebsorgane herbeigeführt, damit sie von der Wagenbelastung nicht beeinflusst wird.
Die Steuerung der Antriebsorgane erfolgt durch eine Steuer anordnung, die in Abhängigkeit der bei der Kurven fahrt auftretenden Fliehbeschleunigung die Neigung und auf geraden Fahrstrecken eine exakte Mitteleinstellung des Wagenkastens herbeiführt. Im Zusammenhang mit Luftfederungs-Neigungseinrichtungen sind bereits einige derartige Steueranordnungen bekanntgeworden. Diese sind jedoch sehr kompliziert und aufwendig und besitzen auch nicht die für einen sicheren Betrieb erforderlichen Kontroll- und Korrektureinrichtung.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu grunde, eine einfache zuverlässig arbeitende Steueranord nung zu schaffen, die auch die erforderlichen Korrektur- und Kontrolleinrichtungen aufweist.
Die erfindungsgemässe Steueranordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsorgane zwei gegen läufig arbeitende, hydraulische oder pneumatische Ar beitszylinder sind, von denen jeder über eine Druck leitung mit je einem Steuerzylinder verbunden ist, wo bei die Steuerzylinder durch einen Stellantrieb über ein Gestänge gegenläufig betätigbar sind und der Stellantrieb von einer im Wagenkasten angeordneten fliehbeschleu nigungsabhängigen Schalteinrichtung entsprechend der einzustellenden Wagenkastenneigung in der einen oder anderen Richung einschaltbar ist.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Er findung sind die Druckleitungen über eine mittels eines Magnetventils verschliessbare Verbindungsleitung mitein ander verbindbar, wobei das Magnetventil die Verbin dungsleitung bei erregter Magnetwicklung entgegen der Kraft einer Feder verschlossen hält.
Auf der beiliegenden Zeichnung ist ein Ausführungs beispiel der Erfindung dargestellt, welches im folgen den näher beschrieben wird. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Neigungs einrichtung, bei welcher der Wagenkasten mittels Rollen abgestützt ist, Fig. 2 eine schematische Darstellung des hydrau lischen Teils der Steueranordnung und Fig. 3 ein Schaltschema der elektrischen Apparate der Steueranordnung.
In der Fig. 1 ist mit 1 ein Wagenkasten eines Schie nenfahrzeuges bezeichnet, der auf den ihm gegenüber undrehbaren Teil 2 der Wiege eines nicht weiter dar gestellten Drehgestelles abgestützt ist. Die Abstützung erfolgt über zwei am Wiegenteil 2 drehbar gelagerten Rollen 3, 4, auf welchen der Wagenkasten 1 über an ihm befestigte, kreisförmig gewölbte Laufflächen 5, 6 aufliegt. In Ansicht liegen die beiden Laufflächen 5, 6 auf einem Kreis, dessen Mittelpunkt 7 in der vertikalen Mittelebene-8 des Schienenfahrzeuges liegt. Der Wagen kasten 1 ist somit um die durch diesen Kreismittel punkt 7 gelegte Wagenlängsachse 9 nach beiden Seiten neigbar.
Zwischen den Abstützorganen 3, 5 und 4, 6 sind zwei gegenläufig arbeitende hydraulische Arbeitszylin der 10, 11 angeordnet. Dabei ist jeweils die eine Seite dieser Arbeitszylinder 10, 11 in der Wagenmitte mittels eines Lagerbockes 12 am Wiegenteil 2 und die andere Seite je am Tragstück einer der beiden Laufflächen 5 bzw. 6 gelenkig gelagert. Parallel zu den beiden Ar beitszylindern 10,<B>11</B> sind Zugfedern 13, 14 am Lager bock 12 und an den Tragstücken der Laufflächen 5, 6 befestigt. Ferner sind zwischen dem Wagenkasten 1 und dem Wiegenteil 2 Stossdämpfer 15, 16 eingebaut.
Gemäss Fig. 2 steht der Arbeitszylinder 10 über eine mit Druckflüssigkeit gefüllte Druckleitung 17 mit einem Steuerzylinder 19 und der Arbeitszylinder 11 über eine mit Druckflüssigkeit gefüllte Druckleitung 18 mit einem Steuerzylinder 20 in Verbindung. Die Arbeits zylinder 10, 11 besitzen Kolben 10.1 bzw. 11.1 und Kolbenstangen 10.2 bzw. 11.2. Die Steuerzylinder 19, 20 weisen Kolben 19.1 bzw. 20.1 und Kolbenstangen 19.2 bzw. 20.2 auf. Die Steuerzylinder 19, 20 werden von einem aus einem drehrichtungsumkehrbaren Elek tromotor 21 und einem selbsthemmenden Getriebe 22 gebildeten Stellantrieb über ein aus einem doppelarmi- gen Hebel 23 bestehenden Gestänge betätigt.
Die beiden Steuerzylinder 19, 20 sind über den doppelarmigen Hebel 23 miteinander zwangläufig mechanisch verbun den und führen daher beim Einschalten des Stellmotors 21 eine gegenläufige Bewegung aus. Da über dem Wagenkasten 1 auch die Arbeitszylinder 10, 11 mecha nisch starr miteinander verbunden sind, führen auch diese immer eine gegenläufige Bewegung aus. Die bei den Druckleitungen 17, 18 sind durch eine Verbindungs leitung 24 miteinander verbunden, die mittels eines elek trisch gesteuerten Magnetventils 25 verschliessbar ist. Bei Erregung der Magnetwicklung 25.1 schliesst dieses Magnetventil 25.
Der Magnetwicklung 25.1 ist ein elek trischer Kondensator 25.2 parallel geschaltet, der beim Abschalten der Magnetwicklung 25.1 das Öffnen des Magnetventils 25 verzögert. In die Offenstellung wird das Magnetventil 25 durch eine Feder 25.3 gebracht.
Mit 26 ist ein Druckflüssigkeitsbehälter bezeichnet. An jeder Druckleitung 17, 18 ist je ein überdruck- ventil 27 bzw. 28 angeschlossen, deren gemeinsame Ab gangsleitung 29 in den Druckflüssigkeitsbehälter 26 mündet. Mittels einer Pumpe 30 kann Druckflüssigkeit aus dem Behälter 26 in die Druckleitungen 17, 18 ge pumpt werden. Zu diesem Zweck ist die Pumpe 30 in eine vom Behälter 26 über je ein Rückschlagventil 31, 32 in die beiden Druckleitungen 17, 18 mündende Leitung 33 eingesetzt. Das Ein- und Ausschalten der Pumpe 30 erfolgt durch Druckwächter 34, 35, von welchen je einer an eine der Druckleitungen 17, 18 angeschlossen ist.
Diese Druckwächter 34, 35 besitzen je einen elektrischen Kontakt 34.1, 35.1, welcher ge schlossen wird, sobald der Druck in der zugeordneten Druckleitung 17 bzw. 18 unter einen bestimmten Wert abgesunken ist. Am Druckflüssigkeitsbehälter 26 ist ein Schwimmerschalter 36 angeordnet, der einen Kontakt 36.1 schliesst, wenn der Flüssigkeitsstand unter einen bestimmten Wert abgesunken ist.
An jeder Kolbenstange 10.2, 11.2, 19.2, 20.2 der Arbeitszylinder 10, 11 und der Steuerzylinder 19, 20 ist eine Schaltkurve 10.3 bzw. 11.3 bzw. 19.3 bzw. 20.3 zur Betätigung von die Stellung dieser Kolbenstangen überwachenden elektrischen Schaltern 37, 38, 39, 40, 41, 42 befestigt. Dabei sind der Schaltkurve 10.3 die Schalter 37, 39 der Schaltkurve 11.3 die Schalter 38, 40, der Schaltkurve 19.3 der Schalter 41 und der Schaltkurve 20.3 der Schalter 42 zugeordnet. Die Schal ter 37, 38, 41, 42 bleiben unbetätigt, solange die ihnen entsprechenden Kolbenstangen 10.2, 11.2, 19.2, 20.2 nicht über ihre Mittelstellungen aus den Zylindern 10. 11, 19, 20 heraustreten.
Die Schalter 37, 38 weisen je zwei im unbetätigten Zustand geöffnete Kontakte 37.1, 37.2 bzw. 38.1, 38.2 auf. Die Schalter 41, 42 besitzen je einen im unbetätigten Zustand geöffneten Kontakt 41.1 bzw. 42.1 und je einen in diesem Zustand geschlossenen Kontakt 41.2 bzw. 42.2. Die Schalter 39, 40 sind Endschalter, welche betätigt werden, wenn die entsprechende Kolbenstange 10.2 bzw. 11.2 bis in die Endstellung aus dem Zylinder 10 bzw. 11 heraustritt. Diese Endschalter 39, 40 besitzen je einen im unbe- tätigten Zustand geschlossenen Kontakt 39.1 bzw. 40.1.
Im Schaltschema der Fig. 3 ist mit + die positive und mit - die negative Klemme einer Gleichspannungs quelle bezeichnet. 21.1 und 21.2 sind Schaltschütze zur Einschaltung des Elektromotors 21 in je einer seiner beiden Drehrichtungen. Beim Erregen des Schützes 21.1 wird der Elektromotor 21 in derjenigen Drehrichtung eingeschaltet, welche ein Eintauchen der Kolbenstange 19.2 in den Steuerzylinder 19 und daher ein Heraus treten der Kolbenstange 10.2 aus dem Arbeitszylinder 10 bewirkt. Beim Erregen des Schützes 21.2 wird der Stellmotor in umgekehrter Drehrichtung eingeschaltet, so dass die Kolbenstangen 19.2 und 10.2 eire gegen läufige Bewegung ausführen und die Kolbenstange 20.2 in den Steuerzylinder 20 eintaucht, während die Kolben stange 11.2 aus dem Arbeitszylinder 11 hervortritt.
Die Schütze 21.1, 21.2 werden von einer fliehbeschleu nigungsabhängigen Schalteinrichtung 43 betätigt, welche im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Pendelschalt- einrichtung ausgebildet ist. Diese Pendelschalteinrich- tung 43 besteht aus zwei Schaltern 44, 45, die durch ein Pendel 46 betätigbar sind, welches im Wagenkasten 1 frei pendelnd aufgehängt ist und einen Massenkörper 46.1 besitzt.
Die Schalter 44, 45 werden je durch eine Feder 44.1 bzw. 45.1 in der unbetätigten Stellung ge halten und besitzen je einen in dieser Stellung geöff neten Kontakt 44.2 bzw. 45.2 und je einen in dieser Stellung geschlossenen Kontakt 44.3 bzw. 45.3. Mit 47 ist ein Schalter bezeichnet, der in Abhängigkeit der Fahrgeschwindigkeit des Schienenfahrzeuges betätigt wird. Es wird geschlossen, wenn diese Geschwindigkeit einen bestimmten Wert, z. B. 50 km/Std. übersteigt. Dieser Schalter 47 soll vermeiden, dass die Steuerung auch bei Rangierfahrten, wo ein schneller Wechsel der Kastenneigung stattfinden würde, arbeitet.
Das Dreh richtungsschütz 21.1 ist einschaltbar über einen Strom kreis, in welchem der Schalter 47, der Kontakt 44.2 und der Endkontakt 39.1 in Reihe geschaltet sind, oder über einen Stromkreis, in welchem in Reihe zum Kon takt 45.3 die Parallelschaltung des Kontaktes 38.1 mit der Reihenschaltung der Kontakte 38.3 und 41.1 liegen. Das andere Drehrichtungsschütz 21.2 ist einschaltbar über einen Stromkreis, in welchem der Schalter 47, der Kontakt 45.2 und der Endkontakt 40.1 in Reihe liegen, oder über einen Stromkreis, in welchem in Reihe zum Kontakt 44.3 die Parallelschaltung des Kontaktes 37.1 mit der Reihenschaltung der Kontakte 37.3 und 42.1 geschaltet sind.
Zwischen den Klemmen + und - der Gleichspan nungsquelle sind ferner in parallelen Stromkreisen die Parallelschaltung der Erregerwicklung 25.1 mit dem Kondensator 25.2 des Magnetventils 25, ein Einschalt schütz 30.1 der Pumpe 30 und eine Kontrollampe 48 geschaltet. Im Stromkreis der Parallelschaltung der Wick lung 25.1 mit dem Kondensator 25.2 liegen in parallelen Stromzweigen die Reihenschaltung der Kontakte 41.2, 42.2, der Kontakt 37.2 und der Kontakt 38.2. Im Stromkreis des Einschaltschützes<B>30.1</B> liegt die Par allelschaltung der beiden Kontakte 34.1, 35.1 der Druckwächter 34, 35 und im Stromkreis der Kontroll- lampe 48 der Kontakt 36.1 des Schwimmerschalters 36.
Die beschriebene Steueranordnung arbeitet wie folgt: Es sei angenommen, dass sich das Schienenfahrzeug mit grosser Fahrgeschwindigkeit auf einer geraden Fahr strecke bewege und die Steueranordnung für die Be tätigung der Neigungsbewegung des Wagenkastens 1 in Betrieb gesetzt sei. Der Wagenkasten 1 befindet sich dann in der in Fig. 1 gezeichneten Stellung. Der Schal ter 47 ist geschlossen. Die Wicklung 25.1 wird über die Schalter 41.2, 42.2 erregt, so dass das Magnetventil 25 die Verbindungsleitung 24 geschlossen hält. Im übri gen befinden sich alle Apparate in den in den Fig. 2 und 3 gezeigten Stellungen.
Fährt nun das Schienenfahrzeug in eine Linkskurve ein, so wird das Pendel 46 unter der Wirkung der auf tretenden Fliehbeschleunigung nach rechts ausgelenkt. Der Massenkörper 46.1 betätigt dabei den Schalter 45, so dass der Kontakt 45.2 geschlossen und der Kontakt 45.3 geöffnet wird. über Schalter 47, Kontakt 45.2 und Endkontakt 40.1 spricht nun das Schütz 21.2 an und schaltet den Elektromotor 21 ein. über den Steuer zylinder 20 wird nun das Flüssigkeitsvolumen im Ar beitszylinder 11 vergrössert, so dass dessen Kolbenstange 11.2 mehr und mehr aus dem Zylinder 11 heraustritt. Der Wagenkasten 1 wird dabei in Linksdrehung um seine Schwenkachse 9 geneigt.
Der Steuerzylinder 19 führt dabei eine zum Steuerzylinder 20 gegenläufige und der Arbeitszylinder 10 eine zum Arbeitszylinder 11 gegenläufige Bewegung aus. Die Kontakte 38.1, 38.2, 41.1 werden nun geschlossen und die Kontakte 38.3, 41.2 geöffnet, was jedoch ohne Wirkung bleibt. Bei einer eventuellen kurzzeitigen Unterbrechung des Strom kreises der Wicklung 25.1, welche eintreten kann, wenn der Kontakt 41.2 öffnet, bevor der Kontakt 38.2 ge schlossen hat, wird diese Wicklung<B>25.1</B> aus dem Kon densator 25.2 gespeist. Das Magnetventil 25 verbleibt daher auf jeden Fall in der Sperrstellung.
Der Wagenkasten 1 kann sich je nach Kurvenform und Fahrgeschwindigkeit bis in seine Endstellung neigen oder aber auf einer Zwischenstellung stehen bleiben, wenn die Neigung die Fliehbeschleunigung bis auf den Einstellwert der Feder 45.1 ausgeglichen hat oder der Druck des Massenkörpers 46.1 infolge geringer wer dender Fliehbeschleunigung vermindert wird. Geht der Wagenkasten 1 in die Endstellung, so wird der beim Erreichen dieser Stellung öffnende Endkontakt 40.1 die Stromzufuhr zum Schütz 21.2 unterbrechen und damit den Elektromotor 21 stillsetzen.
Wird die erforderliche Neigung früher erreicht, so verringert sich die vom Massenkörper 46.1 auf den Schalter 45 ausgeübte Kraft so weit, dass der Kontakt 45.2 geöffnet, jedoch der Kontakt 45.1 noch nicht geschlossen wird. Das Schütz 21.2 wird dann stromlos und der Elektromotor 21 still gesetzt. Bei Stillstand des Elektromotors 21 verbleibt der Wagenkasten 1 in der eingesteuerten Neigung, da das Getriebe 22 selbsthemmend ist. Sobald sich die auf dem Massenkörper 46.1 ausgeübte Fliehkraft so weit verringert, dass der Schalter 45 unter der Wirkung der Feder 45.1 in seine Ausgangslage zurückgeht, so schaltet Kontakt 45.3 über den geschlossenen Kontakt 38.1 das Schütz 21.1 ein.
Der Elektromotor 21 wird dadurch mit umgekehrter Drehrichtung eingeschaltet und bewirkt über die Steuerzylinder 19, 20 und die Arbeits zylinder 10, 11 die Rückstellung des Wagenkastens 1. Der Rückstellvorgang kann bei einer geringeren Nei gung unterbrochen werden. Erreicht der Wagenkasten 1 die Ausgangslage, so wird der Rückstellvorgang durch den Schalter 38 unterbrochen, der seinen Kontakt 38.1 öffnet. In analoger Weise arbeitet die Steueranordnung beim Befahren einer Rechtskurve. Es wird dann vom Massen körper 46.1 der Schalter 44 betätigt und dabei der Elektromotor 21 derart eingeschaltet, dass die Kolben stange 10.2 aus dem Arbeitszylinder 10 herausbewegt wird, wobei sich der Wagenkasten 1 in Rechtsdrehung um seine Schwenkachse 9 neigt.
Bei Stromausfall öffnet nach kurzer Zeit das Magnet ventil 25 den Verbindungsweg der Verbindungsleitung 24. Die beiden Druckleitungen 17, 18 sind dadurch mit einander verbunden. Der Wagenkasten 1 wird nun ge gebenenfalls mittels der Federn 13, 14 in die Mittel stellung zurückgeführt und in dieser Stellung gehalten. Wenn der Wagenkasten 1 mit einer Pendelaufhängung versehen ist, so kann er frei auspendeln, wobei die Ver bindungsleitung 24 zusammen mit den Arbeitszylindern 10, 11 und eventuell vorgesehenen Stossdämpfern 15, 16 diese Bewegung dämpfen. Die Steuerzylinder 19, 20 verbleiben in der bei Stromausfall eingenommenen Stel lung. Es kann daher vorkommen, dass beim Wieder einschalten des Stromes die Wagenkastenstellung bzw. die Stellung der Arbeitszylinder 10, 11 nicht mit der Stellung der Steuerzylinder 19, 20 übereinstimmt.
Im allgemeinen befindet sich hierbei der Wagenkasten 1 in der Mittelstellung, während die Stellung der Steuer zylinder 19, 20 einer bestimmten Neigung entspricht. Es ist dann z. B. der Kontakt 41.1 geschlossen und der Kontakt 41.2 geöffnet. Beim Wiedereinschalten des Stroms wird dabei die Wicklung 25.1 nicht erregt, so dass die Verbindungsleitung 24 offen bleibt. Dagegen wird über die Kontakte 47, 45.3, 38.3, 41.1 das Schütz 21.1 betätigt, wodurch der Elektromotor 21 die Steuer zylinder 19, 20 in die Mittelstellung zurückführt. So bald diese Stellung erreicht ist, öffnet Kontakt 41.1 und setzt den Elektromotor 21 still. Kontakt 41.2 schliesst dann, wodurch die Wicklung 25.1 erregt wird und das Magnetventil 25 die Verbindungsleitung 24 wieder ver schliesst. Die Steueranordnung ist dann wieder betriebs bereit.
Wenn jedoch beim Wiedereinschalten des Stromes der Wagenkasten 1 ausnahmsweise nicht in Mittelstel lung steht, so wird die Wicklung 25.1 sofort, z. B. über den Kontakt<B>38.2,</B> erregt. Die Verbindungsleitung 24 wird dann verschlossen. Die Einrichtung arbeitet nun nicht mehr einwandfrei, jedoch nur so lange, bis der Wagenkasten 1 das nächste Mal in Mittelstellung gelangt. Dies geschieht nach kurzer Zeit durch die bei der Fahrt zwangläufig auftretenden Fliehkrafteinflüsse. Dann wird sofort die Stromzufuhr zur Wicklung 25.1 unterbrochen und die Verbindungsleitung 24 geöffnet. Es erfolgt dann der oben beschriebene Einstellvorgang.
Die bei einem Leck oder sonstwie auftretenden Druckunterschiede in den Druckleitungen 17, 18 bewirken ebenfalls Fehl stellungen der Steuerzylinder 19, 20 bezüglich der Stel lungen der Arbeitszylinder 10, 11. Auch diese Fehl stellungen werden auf die gleiche Art auskorrigiert. Die betreffende Korrekturschaltung arbeitet unabhängig von der Bewegungsrichtung und stellt eine einwandfrei ar beitende automatsiche Kontroll- und Korrektureinrich tung für den hydraulischen Teil der Steueranordnung dar.
Wenn in einer der Druckleitungen 17, 18 der Druck unter einen bestimmten Wert absinkt, so schliesst der entsprechende Druckwächter 34 bzw. 35 seinen Kontakt 34.1 bzw. 35.1. Das Einschaltschütz 30.1 für die Pumpe 30 wird damit betätigt. Die Pumpe 30 drückt über die Rückschlagventile 31, 32 so lange Druckflüssigkeit in die Druckleitungen 17, 18, bis der Druckwächter 34 bzw. 35 den Kontakt 34.1 bzw. 35.1 wieder öffnet und damit das Einschaltschütz 30.1 zum Abfallen bringt. Ein eventueller Überdruck wird durch die Überdruck ventile 27, 28 in den Druckflüssigkeitsbehälter 26 ab geleitet.
Sinkt der Druckflüssigkeitsstand im Behälter 26 unter einen bestimmten Wert, so schliesst der Schwim merschalter 36 seinen Kontakt 36.1, der seinerseits den Stromkreis einer Kontrollampe 48 schliesst.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das be schriebene Ausführungsbeispiel. Sie ist auch anwend bar, wenn der Wagenkasten 1 über Pendelaufhängun gen oder -abstützungen oder auf Federungen oder Gleit- schuhen .auf dem Fahrwerk angeordnet ist. In dem in der Fig. 2 dargestellten Steuerungsteil kann auch ein pneumatisches Druckmittel angewendet werden. Die fliehbeschleunigungsabhängige Schalteinrichtung 43 kann aus einem zwischen zwei Federn gehaltenen Massen körper bestehen, der die beiden Schalter 44 und 45 betätigt. Anderseits kann diese Schalteinrichtung und eventuell der ganze elektrische und/oder hydraulische Steuerungsteil zur Steuerung mehrerer Neigungseinrich tungen verwendet werden.
Als Stehantrieb 21, 22 kann ein hydraulisches oder pneumatisches Stellglied verwen det werden. Der Schwimmerschalter 26 kann auch zur Unterbrechung der Stromzufuhr zum elektrischen Steue rungsteil und/oder zur Betätigung weiterer Alarmeinrich tungen dienen. Anstelle des in Abhängigkeit der Fahr geschwindigkeit betätigten Schalters 47 kann ein Schal ter gesetzt werden, der in Abhängigkeit der Schalthäufig keit des Elektromotors 21 arbeitet. Ein solcher Schalter würde dann die Steuerung bei Rangierfahrten unter brechen, nicht aber, wenn das Schienenfahrzeug eine ausgebaute Kurve langsam befährt oder auf dieser still steht.