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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug, insbesondere zur Aufnahme eines Krans, insbesondere eines Eisenbahnkrans, mit einem Unterwagen, der an seinen beiden Längsenden von jeweils einem Laufwerk mit zumindest einer Achse abgestützt ist. Die Laufwerke können dabei fest oder zumindest um eine Achse drehbar und/oder verschiebbar mit dem Unterwagen verbunden sein.
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Schienenfahrzeuge der vorgenannten Art, insbesondere Schienenfahrzeuge zur Aufnahme eines Krans, die auch als Eisenbahnkrane bezeichnet werden, sind allgemein bekannt. Aus der Druckschrift
DE 42 37 948 C2 ist beispielsweise ein solcher Eisenbahnkran bekannt. Auch aus der Druckschrift
DE 10 2005 027 596 A1 ist ein Eisenbahnkran bekannt.
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Der Grundaufbau eines solchen Schienenfahrzeuges weist ein Fahrwerk auf, welches einen Unterwagen trägt. Das Fahrwerk umfasst mindestens zwei Laufwerkseinheiten mit jeweils mindestens einer Achse. Die Laufwerkseinheiten sind formschlüssig mechanisch mit dem Unterwagen verbunden. Über diese Anlenkung ist in bestimmten Fallen auch der Ausgleich einer Querneigung des Schienenfahrzeuges möglich. Sind mehrere Achsen einer Laufwerkseinheit in einem Rahmen mechanisch zusammengefasst (Drehgestell), so ist im Anlenkpunkt dieser Laufwerkseinheit am Unterwagen eine Drehbewegung um die vertikale Achse (z) möglich.
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Probleme bei der Entwicklung solcher Eisenbahnkrane, die insbesondere für sehr große Lasten ausgelegt sind, stellen die Schienenbelastung einerseits und die Kurvengängigkeit andererseits dar.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb unter anderem darin, ein Schienenfahrzeug der vorgenannten Art so weiterzubilden, dass Krane mit hoher Variabilität möglich werden, was insbesondere die Einhaltung der zulässigen Achslasten (bei Zugfahrt) und der zulässigen Rad-Aufstandskräfte (im Kranbetrieb) betrifft.
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Diese Aufgabe wird von dem eingangs genannten Schienenfahrzeug dadurch gelöst, dass zumindest ein Mittellaufwerk und eine Hydraulikzylinder-Einheit vorgesehen werden, wobei die Hydraulikzylinder-Einheit einerseits mit dem Mittellaufwerk und andererseits mit dem Unterwagen verbunden ist, so dass das Mittellaufwerk den Unterwagen in vertikaler Richtung alleine über die Hydraulikzylinder-Einheit abstützt.
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Das Vorsehen zumindest eines weiteren Laufwerks in der Mitte (in Längsrichtung gesehen) des Unterwagens ermöglicht eine insgesamt größere Tragkraft, ohne die einzelne zulässige Radlast zu überschreiten. Durch die Kopplung über eine Hydraulikzylinder-Einheit lässt sich eine sehr geringe Bauhöhe gegenüber rein mechanischen Verbindungen erreichen, so dass das Schienenfahrzeug selbst auch bei vergrößertem Kranaufbau innerhalb der zulässigen Bauhöhen bleiben kann.
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Darüber hinaus ermöglicht die Kopplung des Mittellaufwerks über die Hydraulikzylinder-Einheit unterschiedliche Modi, da eine Veränderung der Stützkräfte über die Ansteuerung der Hydraulikzylinder-Einheit möglich wird.
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Damit lassen sich beispielsweise aktiv die Rad-Aufstandskräfte des Mittellaufwerks anpassen.
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In einer bevorzugten Weiterbildung weist die Hydraulikzylinder-Einheit zumindest einen Abstützzylinder und zumindest zwei Wankzylinder auf. Vorzugsweise sind Abstützzylinder vorgesehen, die schräg zueinander verlaufen.
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Insbesondere sind Wankzylinder und Abstützzylinder so mit dem Mittellaufwerk und dem Unterwagen gekoppelt, dass eine Relativbewegung zwischen Mittellaufwerk und Unterwagen quer zur Längsrichtung (d. h. Fahrtrichtung) des Schienenfahrzeugs möglich ist. Weiter bevorzugt sind sie so gekoppelt, dass das Mittellaufwerk sich relativ zu dem Unterwagen um eine in Längsrichtung verlaufende Achse verdrehen kann.
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Durch eine derartige Anordnung der einzelnen Zylinder lässt sich eine hohe Flexibilität erreichen. Insbesondere bleibt die Kurvengängigkeit eines solchen Schienenfahrzeugs genau so wie bei einem Schienenfahrzeug, das über kein Mittellaufwerk verfügt. Ist das Schienenfahrzeug mit einem Neigungsausgleich ausgerüstet, so kann mit Hilfe dieser Anordnung von Abstützzylinder und Wankzylinder die Funktion des Neigungsausgleichs weiterhin gewährleistet werden, was ebenfalls vorteilhaft ist.
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In der bevorzugten Weiterbildung ist jedem Zylinder (Wankzylinder, Abstützzylinder) ein Druckspeicher zugeordnet. Damit kann die Federwirkung des Mittellaufwerkes dem Federverhalten des Gesamtfahrzeuges angepasst werden.
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In der bevorzugten Weiterbildung wird die gesamte Stützkraft auf die Abstütz- und Wankzylinder aufgeteilt. Durch die spezielle geometrische Anordnung der Zylinder in Verbindung mit den zugeordneten Druckspeichern wird eine Einflussnahme auf das Wankverhalten des Gesamtfahrzeuges möglich.
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Das heißt mit anderen Worten, dass hier ein Mittellaufwerk über insgesamt vier Achsen verfügt, wobei für jeweils zwei Achsen eine Hydraulikzylinder-Einheit mit vorzugsweise zwei Wankzylindern und zwei Abstützzylindern vorgesehen ist. Diesen Zylindern ist jeweils ein Druckspeicher zugeordnet.
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Diese Ausgestaltung hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt und ermöglicht insbesondere Krane mit sehr hohen möglichen Traglasten. Darüber hinaus lässt sich das Eigengewicht eines solchen Mittellaufwerks teilweise als standsicherheits-wirksame Masse bei abgestütztem Kranbetrieb nutzen. Zudem wird das Eigengewicht des gesamten Schienenfahrzeugs bei Zugfahrt auf sehr viele Achsen verteilt, wobei ein Ausgleich der Achslasten unter Einhaltung der bisherigen Parameter der Entgleisungssicherheit und der Kurvenläufigkeit möglich bleibt.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist das Mittellaufwerk mit dem Unterwagen in Längsrichtung (x) über eine mechanische Koppelstange gekoppelt.
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Der Vorteil dieser Maßnahme ist darin zu sehen, dass die vertikale Abstützung des Unterwagens weiterhin alleine über die Hydraulikzylinder-Einheit erreicht wird, während eine Abstützung in Längsrichtung über die mechanische Koppelstange erfolgt. Die Hydraulikzylinder-Einheit muss folglich keine großen Kräfte in Längsrichtung aufnehmen.
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In einer bevorzugten Weiterbildung sind die beiden Wankzylinder in den beiden äußeren Längsbereichen und der zumindest eine Abstützzylinder in einem mittleren Bereich angeordnet.
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Das bedeutet mit anderen Worten, dass der zumindest eine Abstützzylinder in Längsrichtung gesehen zwischen den beiden außen liegenden Wankzylindern angeordnet ist. Sind zwei Abstützzylinder vorgesehen, so liegen sie bezüglich einer Längsmittelebene spiegelsymmetrisch zueinander, wobei sie bevorzugt schräg zu dieser Längsmittelebene verlaufen.
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Diese spezielle Anordnung der Wank- und Stützzylinder ermöglicht eine ausreichende relative Beweglichkeit zwischen Mittellaufwerk und Unterwagen.
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In einer bevorzugten Weiterbildung weist die Hydraulikzylinder-Einheit zumindest eine Hydraulikpumpe auf.
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In einer bevorzugten Weiterbildung sind die Abstützzylinder und die Wankzylinder der Hydraulikzylinder-Einheit jeweils mit zumindest einem Drucksensor ausgestattet, wobei die Drucksensoren mit einer Steuerungseinheit verbunden sind.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben. Dabei zeigen:
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1 verschiedene schematische Ansichten eines Schienenfahrzeugs mit Kranaufbau;
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2 mehrere schematische Ansichten eines erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs;
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3 eine schematische Querschnittsansicht eines Mittellaufwerks des in 2 gezeigten Schienenfahrzeugs; und
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4 eine schematische Darstellung des Hydraulikkreislaufs.
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In 1 ist ein Schienenfahrzeug schematisch dargestellt und mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet. Bei dem Schienenfahrzeug 10 handelt es sich in dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel um einen Eisenbahnkran 11. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht nur bei Eisenbahnkranen, sondern auch bei anderen Schienenfahrzeugen eingesetzt werden könnte.
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Der grundsätzliche Aufbau eines solchen Eisenbahnkrans 11 ist an sich aus dem Stand der Technik bekannt, so dass nur kurz darauf eingegangen werden soll. Der Eisenbahnkran 11 besteht im Wesentlichen aus einem Unterwagen 12 und einem Oberwagen 14, Der Unterwagen 12 ist aber Fahrwerke 16 auf Schienen 18 verfahrbar. Auf dem Unterwagen 12 ist über eine vertikale und senkrecht zum Unterwagen 12 ausgerichtete Achse H der Oberwagen 14 schwenkbar gelagert. Auf dem Oberwagen 14 ist ein Ausleger 20 angelenkt, der sich parallel zur Längsrichtung L des Oberwagens 14 erstreckt. Der Ausleger 20 kann in seiner Längsrichtung teleskopierbar sein und ist gegenüber dem Oberwagen 14 um eine Achse y*, die senkrecht zur Längsachse des Oberwagens verläuft, schwenkbar angeordnet. Ferner ist an einem dem Ausleger 20 gegenüberliegenden Ende des Oberagens 20 ein Gegengewicht 22 vorgesehen, wobei das Gegengewicht 22 gegenüber dem Oberwagen 14 um eine vertikale Achse schwenkbar und/oder um dessen Längsachse mittels einer Teleskopiereinrichtung 23 verschiebbar sein kann. An den Längsseiten des Unterwagens 12 können Abstützarme 24 angebracht sein, die bei Kranbetrieb eine Abstützung gegenüber dem Boden ermöglichen sollen.
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Das Schienenfahrzeug 10 weist, wie bereits erwähnt, Fahrwerke 16 auf, die sich in mehrere Laufwerkseinheiten 30, 32 und 36 gruppieren. Die beiden Laufwerkseinheiten 30, 32 an den beiden Längsendbereichen des Unterwagens 12 umfassen jeweils zwei Achsen und sind über ein gemeinsames Drehgestell 33 (2) mit dem Unterwagen 12 verbunden. Das heißt mit anderen Worten, dass die beiden Laufwerkseinheiten 30, 32 im vorderen Längsbereich des Unterwagens 12 über ein Drehgestell 33 mit diesem verbunden sind, und dass auch die im hinteren Längsabschnitt des Unterwagens 12 vorgesehenen beiden Laufwerkseinheiten 30, 32 über ein Drehgestell 33 mit dem Unterwagen 12 verbunden sind. Die Abstützung des Unterwagens 12 an diesen Laufwerkseinheiten 30, 32 erfolgt in vertikaler Richtung formschlüssig, stabil und mechanisch. Auch in horizontaler Richtung ist eine formschlüssige mechanische Verbindung vorgesehen. Die Verbindung zwischen einem die beiden Laufwerkseinheiten 30, 32 tragenden Drehgestell 33 und dem Unterwagen 12 erlaubt eine Drehbewegung um eine vertikale Achse z* und in geringem Maße um die Kran-Längsachse (x) und um eine Achse y, die in Querrichtung zum Gleis verläuft. Alle drei translatorischen Freiheitsgrade (Verschiebungen in x-, y- und z-Richtung) sind mit dieser Verbindung mechanisch festgelegt.
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Wie sich aus 1 deutlich ergibt, gehört zu dem Fahrwerk 16 auch ein so genanntes Mittellaufwerk 34, das hier zwei Laufwerkseinheiten 36 mit jeweils zwei Achsen 37 umfasst. Das Mittellaufwerk 34 ist symmetrisch zur Hochachse z angeordnet, so dass die Abstände zu einer Mittelebene M, die durch die Hochachse z und senkrecht zu der Längsachse x verläuft, gleich sind.
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Insgesamt verfügt das Schienenfahrzeug 10 hier somit über insgesamt sechs Laufwerkseinheiten 30, 32, 36 mit jeweils zwei Achsen, so dass das Schienenfahrzeug 10 insgesamt zwölf Achsen besitzt. Im Vergleich zu den bisher bekannten Schienenfahrzeugen, insbesondere Eisenbahnkranen, sind das vier zusätzliche Achsen, die in einem mittleren Bereich des Unterwagens 12 vorgesehen sind.
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Mit Bezug auf die 2 und 3 soll nun nachfolgend auf den besonderen Aufbau des Mittellaufwerks 34, und dort insbesondere auf die Lagerung einer Laufwerkseinheit 36, eingegangen werden.
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In 2 ist der Unterwagen 12 zusammen mit den Fahrwerken 16 dargestellt, wobei der Oberwagen 14 aus Übersichtlichkeitsgründen weggelassen wurde. In der in 2 oben dargestellten Schnittansicht ist eine Achse 37 einer Laufwerkseinheit 36 des Mittellaufwerks 34 zu erkennen. Die Laufwerkseinheit 36 ist dabei in vertikaler Richtung über zwei Abstützzylinder 40 abgestützt. Die beiden hydraulisch arbeitenden Abstützzylinder 40 sind jeweils mit ihrer Zylinderseite am Oberwagen 14 und mit ihrer Stangenseite am Laufwerk 36 angebracht. Die Anordnung der beiden Abstützzylinder 40 ist in Längsrichtung gesehen V-förmig zu der in Längsrichtung verlaufenden Mittelebene M. Die vertikale Abstützung des Unterwagens 12 an diesem Laufwerk 36 erfolgt über diese Abstützzylinder 40.
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Zusätzlich zu diesem Abstützzylinder-Paar 40 sind, wie sich aus 3 sehr gut ergibt, zwei weitere hydraulisch arbeitende Zylinder 46 vorgesehen, die nachfolgend als Wankzylinder 46 bezeichnet werden. Die beiden Wankzylinder 46 sind bezüglich der Mittelebene M ebenfalls symmetrisch angeordnet und verlaufen ebenfalls V-förmig, wobei der Neigungswinkel gegenüber einer senkrechten Achse geringer ist als bei den Abstützzylindern 40.
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3 lässt ferner erkennen, dass die beiden Wankzylinder 46 ebenfalls mit ihrem Zylinderteil an dem Unterwagen 12 und mit ihrem Stangenteil an dem Fahrwerk 36 angebracht sind. Die Anbringung der Abstützzylinder 40 und der Wankzylinder 46 am Unterwagen 12 erfolgt in etwa in der gleichen Ebene, während die Anbringung der Abstützzylinder 40 am Fahrwerk 36 etwas tiefer erfolgt als die Anbringung der Wankzylinder 46 am Fahrwerk 36. Die Anbringung der Abstützzylinder 40 und Wankzylinder 46 am Unterwagen 12 und am Fahrwerk 36 erfolgt gelagert, so dass jeweils eine Drehbewegung um eine Achse parallel zur Längsachse x möglich ist, zumindest in geringem Umfang.
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Die gewählte Anordnungsgeometrie der beiden Abstützzylinder 40 und der beiden Wankzylinder 46 sowie die gelagerte Anbringung an Unterwagen 12 bzw. Fahrwerk 36 ermöglicht, dass sich das Fahrwerk 36 in y-Richtung verlagern kann, was gerade bei Kurvenfahrten von großer Bedeutung ist. Darüber hinaus kann das Fahrwerk 36 gegenüber dem Unterwagen 12 um eine Achse (x) parallel zur Längsachse L gekippt werden, so dass beispielsweise ein Wankausgleich möglich ist. In Längsrichtung ist das Fahrwerk 36 mit dem Unterwagen 12 über eine mechanische Koppelstange 42 verbunden.
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Die Abstützung eines Fahrwerks 36 des Mittellaufwerks 34 erfolgt somit in vertikaler Richtung (z) und in Querrichtung (y) alleine über die Abstützzylinder 40 und die Wankzylinder 46, nicht aber über andere mechanische formschlüssige Verbindungen. Die Abstützung des Fahrwerks 36 in Längsrichtung erfolgt über die mechanische Koppelstange 42.
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Wie sich aus 2 und 3 weiter ergibt, sind hier zwei Abstützzylinder 40 und zwei Wankzylinder 46 pro Laufwerkseinheit 36 des Mittellaufwerks 34 vorgesehen, die sich zwischen den zwei Achsen 37 einer Laufwerkseinheit 36 befinden.
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Der zur Steuerung der Abstütz- und Wankzylinder erforderliche Hydraulikkreislauf soll nun anhand der in 4 gezeigten Abbildung näher erläutert werden, wobei aus Übersichtlichkeitsgründen in 4 lediglich ein Fahrwerk 36 gezeigt sind. Es versteht sich, dass das andere Fahrwerk in gleicher Weise angesteuert bzw. betrieben wird.
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Das hydraulische System umfasst verschiedene Pumpen, wobei in 4 eine Pumpe dargestellt und mit dem Bezugszeichen 101 gekennzeichnet ist. Die Ölversorgung des hydraulischen Systems des Mittenlaufwerkes kann auch von anderen Pumpen des gesamten Hydrauliksystems alternativ oder summarisch übernommen werden. Ebenfalls kann die hier aufgezeigte Hydraulikpumpe in anderen Betriebssituationen für andere Funktionalitäten mit benutzt werden.
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Zur Absicherung des maximalen Druckes sind Druckbegrenzungsventile vorgesehen, in 4 mit dem Bezugszeichen 102 gekennzeichnet. Weiterhin ist der Hydraulikkreis mit einem Druckfilter (Bezugszeichen 103) ausgestattet.
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Die Abstützzylinder 40 und die Wankzylinder 46 werden entsprechend der jeweiligen Betriebssituation (z. B. Kranfahrt, Kranbetrieb ohne Abstützung, Kranbetrieb mit Abstützungen) mit einem vorgegebenen Druck beaufschlagt. Dieser Druck wird über die elektrisch angesteuerten Proportional-Druck-Regelventile eingestellt, die den jeweiligen Zylindern zugeordnet sind. In 4 sind die Abstützzylinder mit dem Bezugszeichen 105 und die dazugehörigen Proportional-Druck-Regelventile mit dem Bezugszeichen 104 gekennzeichnet, des weiteren sind die Wankzylinder 46 mit dem Bezugszeichen 110 und die diesen Zylindern zugeordneten Proportional-Druck-Regelventile mit dem Bezugszeichen 109 gekennzeichnet.
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Die Proportional-Druck-Regelventile 104 bzw. 110 werden mit einem bestimmten elektrischen Strom angesteuert, proportional zu diesem Strom wird der entsprechende Druck in diesen Ventilen eingestellt. Die entsprechenden Sollwerte für diese Ströme sind in der elektronischen Steuerung hinterlegt bzw. werden in dieser generiert.
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Wenn der vorgegebene Druck in den Zylindern erreicht ist, wird dieser über die elektrisch angesteuerten Wege-Sitz-Ventile in den Zylindern und den daran angeschlossenen Druckspeichern eingeschlossen. Der jeweilige Zylinder-Kreislauf wird quasi von der Kranhydraulik abgesperrt. Die zu den Stützzylindern 105 zugehörigen Wege-Sitz-Ventile sind mit dem Bezugszeichen 106 gekennzeichnet, die Druckspeicher für die Stützzylinder mit dem Bezugszeichen 107. Entsprechend sind die zu den Wankzylindern 110 gehörenden Wege-Sitz-Ventile mit dem Bezugszeichen 111 und die Druckspeicher mit dem Bezugszeichen 112 gekennzeichnet.
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Über die Druckspeicher 107 bzw. 112 wird erreicht, dass auch bei auftretenden Zylinderhüben (z. B. aus Fahrschwingungen) der eingestellte Druck nahezu konstant gehalten werden kann.
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Über die Möglichkeit, die Stützzylinder 105 und die Wankzylinder 110 mit unterschiedlichen Drücken zu beaufschlagen, kann im Zusammenhang mit ihren unterschiedlichen Kraft-Wirkungsrichtungen das Wankverhalten des Gesamtsystems beeinflusst werden.
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Über die Wege-Sitz-Ventile 106 bzw. 111 an den Zylindern kann bei entsprechender elektrischer Ansteuerung gegebenenfalls der eingesperrte Druck aus den Zylindern zum Tank hin entlastet werden. Dazu müssen die zugehörigen Proportional-Druck-Regelventile 104 bzw. 109 elektrisch nicht angesteuert sein, sie müssen sich also im Durchgangszustand befinden.
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Für bestimmte Betriebszustände kann es erforderlich sein, eine Stützkraft einzustellen, die kleiner als das Eigengewicht des jeweiligen Laufwerkes ist. Die Abstützzylinder 40 bzw. die Wankzylinder 46 müssen also Zugkräfte aufbringen, um das darunter befindliche Laufwerk 36 zumindest teilweise anzuheben. Dazu sind die Zylinder 105 bzw. 110 stangenseitig mit Druck zu beaufschlagen. Diese Druckbeaufschlagung erfolgt in gleicher Weise wie zuvor für die Kolbenseite beschrieben, es wird jedoch zwischen Kolben- und Stangenseite umgeschaltet. Die den Abstützzylindern 105 zugeordneten Umschaltventile sind mit dem Bezugszeichen 108 gekennzeichnet, die den Wankzylindern zugehörigen Ventile mit dem Bezugszeichen 113. Stangenseitig sind hier jedoch keine Druckspeicher vorgesehen, sie sind für die relevanten Betriebszustände hier auch nicht erforderlich.
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Mit dem aufgezeigten System ist jede Stützkrafteinstellung im vorgegebenen Arbeitsbereich möglich. Über die Druckspeicher kann die aufgebrachte Stützkraft – hier zumindest auf der Kolbenseite – im jeweiligen Betriebszustand nahezu konstant gehalten werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4237948 C2 [0002]
- DE 102005027596 A1 [0002]
