DE3305607A1 - Drehgestell-schienenfahrzeug - Google Patents
Drehgestell-schienenfahrzeugInfo
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Description
FRIED. KRUPP GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG
in Essen
Drehgestell-Schienenfahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Drehgestell-Schienenfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die mechanisch-hydraulische
Kopplung dient - sowohl für sich als auch im Zusammenwirken - zum einen, insbesondere bei drehzapfenlosen
Triebfahrzeugen, der Übertragung der Zug- und Druckkräfte
von den Drehgestellen zum Fahrzeugrahmen bzw. umgekehrt, und zum anderen der kontrollierten Ausdrehbewegung
der Drehgestelle.
Ein Drehgestell-Schienenfahrzeug, bei dem jedem Drehgestell
zwei Hydraulikzylinder zugeordnet sind, von denen je einer an jeder Seite des Fahrzeugkastens befestigt ist, wobei
jede Zylinderkammer des einen Zylinders mit der entsprechenden Kammer des anderen Zylinders durch eine Leitung ver-
T5 bunden ist, ist aus der DE-OS 20 OO 747 bekannt.
Die Radsätze von Schienenfahrzeugen besitzen im allgemeinen
konisch profilierte Laufflächen, durch die sich die Radsätze beim Lauf in der Geraden ständig zur Gleismitte hin
zentrieren, so daß ein Spurkranzanlauf in der Regel vermieden wird. Ein mit derartigen Radsätzen ausgerüstetes
Laufwerk stellt ein selbst^erregbares Schwingungssystem
dar, dessen Dämpfung mit steigender Geschwindigkeit abnimmt. Bei der sog. kritischen Geschwindigkeit wird die
Dämpfung zumindest einer Schwingform Null. Ab dieser Geschwindigkeit
ist das dynamische Verhalten des Laufwerks durch Anlaufen der Spurkränze an die Schiene gekennzeichnet,
bei dem sehr hohe Kräfte zwischen Rad und Schiene übertragen werden. Das Anlaufen der Spurkräfte hat eine deutliche
Beeinträchtigung des Fahrkomforts und einen erhebliehen Verschleiß und eine Minderung der Betriebssicher-,3/81
heit zur Folge.
COPY
- -3-a -
Zur Verminderung von störenden Drehschwingungen und damit zur Erhöhung der kritischen Geschwindigkeit
- ist es bekannt, den Drehgestellrahmen über einzelne, unabhängig voneinander wirkende Dämpfungs-'
. 5 zylinder mit dem Fahrzeugrahmen zu verbinden. Bei dieser Anordnung handelt es sich um eine nicht variierbare
Dämpfungskopplung zwischen den Drehgestellen und dem Fahrzeugrahmen. Diese -Kopplung weist unabhängig
von der Geschwindigkeit immer den gleichen Dämpfungswert auf. Bei Fahrten in der Geraden mit hohen Geschwindigkeiten,
bei denen eine große Dämpfung wünschens-
COPY
wert wäre, ist also die gleiche Dämpfung vorhanden, wie bei einer Fahrt durch enge Bögen mit niedrigen Geschwindigkeiten/
bei denen freie Ausdrehbewegungen wünschenswert sind.
Es ist auch versucht worden, die Laufruhe von Schienenfahrzeugen
bei hohen Geschwindigkeiten durch Reibdämpfer zu erhöhen. Nachteilig hierbei ist jedoch, daß für jede Drehbewegung
ein bestimmtes Losreißmoment erforderlich ist, was sich nur bei entsprechend hohen Anlaufkräften einstellt,
die wiederum großen Verschleiß verursachen. Außerdem gehen die Drehgestelle nicht von alleine in ihre Geradeausstellung
zurück, so daß die Drehgestelle in der Geraden ausgedreht zur Gleislängsachse laufen, was wiederum zu
großem Verschleiß an Rad und Schiene führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ,die Laufruhe des
Schienenfahrzeugs unter Beibehaltung der guten Kurvenläufigkeit
in der Drehbewegung ungedämpfter Drehgestell-Schienenfahrzeuge
bei hohen Geschwindigkeiten zu verbessern bzw. die Geschwindigkeit, bei der wegen des
SchwingungsVerhaltens des Drehgestells ein periodisches
Anlaufen der Spurkränze an die Schiene beginnt, heraufzusetzen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Durch die Blockier- —
einrichtung kann das Drehgestell bei hohen Geschwindigkeiten festgestellt werden, was einer unendlich großen
Dämpfung gleich kommt.
Zweckmäßigerweise wird die Blockiereinrichtung gemäß Anspruch 2 von einem Ge^schwindigkeitsgeber beeinflußt,
wobei die Geschwindigkeit, bei der die Blockiereinrichtung betätigt wird, vorgebbar ist.
Mit der Lehre nach Anspruch 3 ist eine besonders vorteilhafte Lösung der Aufgabe für Fahrzeuge mit mechanisch-
COPY
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-B-
hydraulischer Kopplung zwischen den Drehgestellen und dem
Fahrzeugrahmen gegeben. Während die Drehgestelle bei niedrigen Geschwindigkeiten im wesentlichen dämpfungsfrei
ausdrehen können, wird ein geradeausgestelltes Drehgestell bei einer vorgebbaren Geschwindigkeit durch Betätigen
eines Steuerventils an einer ein Schwingungsverhalten ermöglichenden Drehbewegung gehindert.
Die die Laufruhe des Fahrzeugs erhöhende Maßnahme kann bei
einer Ausbildung nach den Ansprüchen 4 und 5 noch stufenweise bzw. stufenlos verfeinert werden, wobei die Geradeausstellung
der Drehgestelle nach Anspruch 5 durch ein Paar von Gebern sichergestellt ist.
Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden
näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Schienenfahrzeug mit zwei Drehgestellen und hydraulisch-mechanischer Kopplung zwischen
diesen und dem Hauptrahmen in einer schematisierten Draufsicht,
Fig. 2 die Zylinder .und Drehgestelle des Fahrzeugs
gemäß Fig. 1 , bei dem die 'beiden jedem Drehgestell
zugeordneten Hydraulikzylinder durch zwei mit einem gemeinsamen Steuerventil versehenen
Leitungen verbunden sind^insymbolischer
Darstellung,
Fig. 3 eine Hälfte der Ausführungsform gemäß Fig. 2
in einer ausführlicheren symbolischen Darstellung,
Fig. 4 die Hydraulikzylinder des Fahrzeugs gemäß Fig. 1 mit einer kreuzweisen Leitungsver
bindung,
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33056Q7
Fig. 5 die Hydraulikzylinder des Fahrzeugs nach Fig. 1, von denen jeder Zylinder mit dem
Zylinder auf der anderen Fahrzeugseite und dem Zylinder auf der anderen Fahrzeughälfte
an der gleichen Seite verbunden ist,
Fig. 6 eine mechanisch-hydraulische Kopplung der Drehgestelle mit dem Fahrzeugrahmen über
zwei einfachwirkende Zylinder je Drehgestellseite, bei der die in der Fahrzeugmitte liegenden
Zylinder kreuzweise miteinander verbunden
sind,
Fig. 7 eine mechanisch-hydraulische Kopplung, bei der die beiden jedem Drehgestell zugeordneten
einfachwirkenden Hydraulikzylinder in · einer Richtung angeordnet sind, wobei jeweils
zwei Zylinder je Drehgestell mit je zwei Zylindern des anderen Drehgestells kreuzweise
verbunden sind,
Fig. 8 zwei einer Drehgestellseite zugeordnete, übereinander angeordnete Hydraulikzylinder in pers
pektivischer Darstellung,
eine hydraulische Kopplung für ein Schienenfahrzeug mit zwei Drehgestellen, bestehend
aus zwei jeweils zwei Kolben aufweisenden Zylindern,
Fig. 10 . eine mechanisch-hydraulische Kopplung mit
zwischen Drehgestell und Fahrzeugrahmen gelenkig angeordneten Hydraulikzylindern und
Fig. 11 zwei Verbindungsleitungen der hydraulischen
Kopplung mit einem drosselnden Wegeventil.
COPY
Das Drehgestell-Schienenfahrzeug besteht bei der Ausführ
ungs form nach Fig. 1 aus einem Hauptrahraen 1 und zwei zweiachsigen Drehgestellen 2, 3. Der Hauptrahmen 1
ruht über Flexicoil-Federn 4 auf den Drehgestellen 2 bzw. 3.
Die Flexicoil-Federn 4 erlauben ein Ausdrehen der Drehgestelle 2, 3 um ihren jeweiligen Drehpunkt 5 bzw. 6,
der insbesondere als drehzapfenloser, ideeller Drehpunkt
ausgebildet sein kann.
Das Schienenfahrzeug weist vier Hydraulikzylinder 11 bis 14 auf, die über jeweils eine Konsole 7 an dem Fahrzeugrahmen
1 befestigt sind. Die Kolbenstangen 15 der Zylinder 11 und 12 sind über eine gelenkig mit ihr verbundene
Zug- und Druckstange 16 mit dem Drehgestell 2 verbunden, wobei das von dem Zylinder wegweisende Ende der'
Zug- und Druckstange 16 gelenkig mit einer am Drehgestell
2 befestigten Halterung 17 verbunden ist. In gleicher
Weise sind die Kolbenstangen 15 der Zylinder 13 und 14 gelenkig mit dem Drehgestell 3 verbunden.
Von den beiden doppelt wirkenden Zylindern 11 und 12 des
Fahrzeugs gemäß Fig. 1 sind bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 jeweils die Zylinderkammern 11a, 12a, 11b,
12b durch eine Leitung 41 bzw. 42 miteinander verbunden. Die dem Drehgestell 3 zugeordneten Zylinderkammern 13a,
14a, 13b, 14b sind mit je einer Leitung 43 bzw. 44 verbunden.
In die Leitungen 41, 42 und 43, 44 ist jeweils paarweise ein magnetisch betätigbares 4/2-Wegeventil 37 - im
folgenden auch kurz als "Magnetventil" bezeichnet - eingebaut, das im stromlosen Zustand von einer Feder in der
dargestellten Durchflußstellung gehalten wird und von einem Elektromagneten in die Sperrstellung geschaltet
werden kann.
An einem Drehgestell ist ein Tachogenerator 61 mit der Achse 8 eines Radsatzes verbunden und wird von dieser (8)
angetrieben. Zwischen dem Tachogenerator 61 und dem Magnetventil 37 sind folgende Elemente angeordnet: ein
Schwellwertschalter 62, ein magnetisch betätigter Einschalter 63 und ein Verstärker 64.
An einer Stirnseite eines Drehgestells ist ein Positionsgeber
65 und an einer entsprechenden Stelle des Fahrzeugrahmens 1 ein zugehöriger Po'sitionsaufnehmer 66 angeordnet.
Der Positionsgeber 65 kann beispielsweise als
der
Lichtquelle und Positionsaufnehmer 66 als Fotozelle ausgebildet sein. Bei der Geradeausstellung des Drehgestelles
erzeugt der Positionsgeber 65 in dem Positionsaufnehmer 66 ein elektrisches Signal das den Einschalter
63 schließt.
Der Tachogenerator 61 gibt ein der Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs proportionales elektrisches Signal ab.
Unter einem vorgebbarem Sollwert gibt der Schwellwertschalter 62 kein Signal ab. Ab dem einer vorgebbaren
Geschwindigkeit entsprechenden Sollwert gibt der Schwellwertschalter 62 ein konstantes elektrisches Signal ab,
das, wenn das Drehgestell geradeaus steht und der Einschalter 63 geschlossen ist, durch den Verstärker 64 verstärkt,
den Elektromagneten 37 in die Sperrstellung schal tet.
Damit die Drehgestelle 2, 3 beim Auftreten von Kraftspitzen
oder Störkräften auch bei geschlossenem Magnetventil 37 bzw. bei gesperrten Leitungen 41, 42, usw.
noch ausdrehen können, weist jede Leitung 41, 42, usw. eine Anordnung von zwei parallel geschalteten, in entgegengesetzten
Richtungen wirksamen Druckbegrenzungsventilen 58, 59 bzw. 58', 59' auf.
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Wird beispielsweise dem Drehgestell 2 in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 bei geschlossenem Magnetventil
37 von außen eine Ausdrehbewegung im Sinne des Uhrzeigers aufgezwungen, so wird der Kolben des Zylinders
11 nach oben und der Kolben des Zylinders 12 nach unten
bewegt. Infolge dessen fließt Druckmittel aus der Zylinderkammer 11a durch das Druckbegrenzungsventil 57
in die Druckkammer 12a und das Druckmittel aus der Zylinderkammer 12b über das Druckbegrenzungsventil 58'
in die Zylinderkammer 11b.
Zur Aufrechterhaltung des zur Funktion der hydraulischen Kopplung notwendigen Druckes ist ein Hydrospeicher 27
vorgesehen. Um die durch die Federwirkung des Hydrospeicher s 27 gegebene Möglichkeit von Schwingungen des
hydraulischen Systems - und damit auch ein Schwingen der Drehgestelle 2, 3 - insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten
auszuschließen, ist dem Hydrospeicher 27 ein Schaltventil 28 vorgeschaltet, das nur bei Stillstand
des Fahrzeugs geöf ßie t werden kann.
In Abwandlung des beschriebenen Ausführungsbeispiels
sind bei der Anordnung gemäß Fig. 4 die Zylinderkammern 11a und 12a wieder mit der Leitung 41 und die Zylinderkammern
13a und 14a mit der Leitung 43 verbinden, während
die Zylinderkammern 11b und 14b und die Zylinderkammern 13b und 12b kreuzweise mit einer Leitung 45 bzw. 46 verbunden
sind. Die Leitungen 41 und 43 weisen jeweils ein magnetisch betätigbares 2/2-Wegeventil 38 auf, das,
wie im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 beschrieben, geschaltet werden kann. Bei dieser
Anordnung kann jedes Drehgestell bzw. 3 - bei geöffnetem Magnetventil 38" - nur gegensinnig im gleichen
Winkel und zusammen mit dem anderen Drehgestell ausschwenken. Bei gleicher Anordnung der Verbindungsleitungen können aber auch jeweils zwei Leitungen, z.B.
41, 45 und 43, 46 paarweise von einem 4/2-Wegeventil, wie
• - yo -
beschrieben, geschaltet werden.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 sind die Zylinderkammern 11a, 12a, in der beschriebenen
Weise mit der Leitung 41 verbunden. Abweichend von den bisherigen Anordnungen sind hier die Zylinderkammern
11b, 13a und 12b, 14a durch je eine Leitung 47 bzw. verbunden und die Zylinderkammern 13b, 14b durch eine
- wie die Leitung 41 - ein Magnetventil 38 aufweisende Leitung 49.
Bei dem Ausführungsbeipiel gemäß Fig. 6 sind jedem Drehgestell 2 bzw. 3 auf jeder Fahrzeugseite zwei sich
gegenüberliegende einfachwirkende Hydraulikzylinder 21', 21" bzw. 22', 22" im Falle des Drehgestells 2 und
im Falle des Drehgestells 3 die Zylinder 23', 23" und
24', 24"·zugeordnet. Die Kolbenstangen 15 jeweils zweier
sich gegenüberliegender Zylinder 21', 21" bzw. 22", 22",
usw. sind über zwei Zug- und Druckstangen 16 mit den Halterungen 17 der Drehgestelle 2 bzw. 3 verbunden. Die
Zylinder 21' bzw. 22' und 23", 24' sind jeweils unmittelbar
über eine ein Magnetventil 38 aufweisende Leitung 51 bzw. 52 miteinander verbunden, während die
Zylinder 21", 24" und 22", 23" kreuzweise über je eine Leitung 53 bzw. 54 miteinander verbunden sind.
Bei diesem Ausführungsbeipiel können auch die Leitungen 53 ,54 mit je einem 2/2-Wegeventil 38 ausgerüstet sein.
Es ist aber auch möglich, wie beschrieben, jeweils zwei Leitungen z.B. 51 und 53 mit einem gemeinsamen 4/2-Wege-Ventil
auszurüsten.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die einem Drehgestell zugeordneten einfachwirkenden Zylinder 21'
bis 22" bzw. 23' bis 24" jeweils von einer Seite her an die Drehgestelle angelenkt (vgl. Fig. 7 und 8), wobei
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die hydraulische Anordnung derjenigen des Ausführungsbeispiels nach Fig. 6 entspricht. Die an den Drehgestellen
2, 3 vorgesehenen Halterungen 17' haben dazu zwei übereinander angeordnete Anlenkpunkte (vgl. Fig. 8).
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 weist das Fahrzeug an seinem Hauptrahmen lediglich
zwei Hydraulikzylinder 31, 32 auf, die jeweils zwei unabhängig voneinander bewegbare Kolben 33, 34 bzw. 35,
36 aufweisen. Durch die Kolben werden die Zylinder 31, 32 jeweils in drei verschiedene Zylinderkammern 31a, 31b,
31c bzw. 32a, 32b, 32c aufgeteilt. Die Zylinderkammern 31a, 32a sind durch eine Leitung 55 miteinander verbunden,
die Zylinderkammern 31b, 32b durch die Leitung 56 und die mittleren oder inneren Zylinderkammern 31c, 32c durch die
Leitung 57. Die Leitungen 55, 56 weisen jeweils ein Magnetventil 38 auf. Die Kolbenstangen 15 der Kolben 33, 35 sind
jeweils über eine Zug- und Druckstange 16 an Halterungen 17 des Drehgestells 2 angelenkt, während die Kolbenstangen
15 der Kolben 34, 36 in gleicher Weise an das Drehgestell 3 angelenkt sind. Bei der beschriebenen Anordnung
können die Leitungen 55,56 und 57 selbstverständlich auch gemeinsam durch ein 6/2-Wegeventil geschaltet werden.
In Abwandlung der beschriebenen Ausführungsbeispiele können die Hydraulikzylinder 11 bis 14 und 21 bis 24" statt
am Hauptrahmen 1 befestigt - auch gelenkig mit diesem verbunden sein, wobei die Kolbenstangen 15 der
Hydraulikzylinder dann, wie in Fig. 10 angedeutet, unmittelbar an den Halterungen 17 bzw. 17' der Drehgestelle
2, 3 angelenkt sind.
In den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die die Hydraulikzylinder verbindenden Leitungen 41 bis 57
mit nichtdrosselnden Steuer- oder Wegeventilen 37 bzw. 38 mit einer geöffneten und einer sperrenden Schaltstellung
versehen, wobei die sperrende Schaltstellung nur bei geradeausgestellten Drehgestellen möglich ist. In
Abwandlung dieser Ausführungsbeispiele können die Leitungen 41 bis 57 auch mit drosselnden Wegeventilen
mit einer ganz geöffneten Endstellung einer anderen den Durchfluß endlich oder unendlich drosselnden Endstellung
und mindestens einer Zwischenschaltstellung versehen sein. In Fig. 11 sind die Leitungen 41 und 42
gemäß Fig. 2 und 3 mit einem drosselnden 4/2-Wegeventil
37' mit einer geöffneten und einer gesperrten Endstellung
und einer unendlichen Anzahl von Zwischenschaltstellungen mit veränderlicher Drosselwirkung versehen.
Das Ventil 37' ist mit einem magnetischen Betätigungsorgan
versehen, das direkt von dem Tachogenerator 61 über den Verstärker 64 - ggf. ab einer vorgebbaren
Mindestgeschwindigkeit - gesteuert wird.
Claims (5)
- ------- ■·- '■-"■'- 330560PatentansprücheDrehgestell-Schienenfahrzeug, bestehend aus mindestens einem Fahrzeugrahmen und mindestens zwei Drehgestellen, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Drehgestell (2, 3) eine Einrichtung (37; 38) zum Blockieren seiner Drehbewegung gegenüber dem bzw. einem Fahrzeugrahmen (1) zugeordnet ist.
- 2. Schienenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (37; 38) zum Blockieren von einem Geschwindigkeitsgeber (61) beeinflußbar ist.
- 3. Schienenfahrzeug nach Anspruch 2 mit einer mechanischhydraulischen Kopplung zwischen den Drehgestellen und dem bzw. den HauptrahmtenV -'tooBei die hydraulische Kopplung mindestens-, Zwei' Zylinder'· aufweist, für jedes Drehgestell mindestens zwei Zylinderkammern mit jeweils einer anderen Zylinderkammer des bzw. eines anderen Zylinders in Leitungsverbindung stehen und wobei die mechanische Verbindung über die Kolbenstangen der Zylinder erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß für jedes Drehgestell (2> 3) mindestens eine zwei Zylinderkammern (11a, 12a ...) verbindende Leitung(41, ...) mit einem Steuerventil (37; 38) ausgestattet ist, dessen Betätigungsorgan über eine Steuerleitung mit dem Ausgang eines Tachogenerators (61) verbunden ist.
- 4. Schienenfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (37; 38) als drosselndes Wegeventil mit einer geöffneten und einer geschlossenen Endstellung und mindestens einer Zwischenschaltstellungausgebildet ist.
53/81·COPY - 5. Schienenfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,daß das Steuerventil (37; 38) als nichtdrosselndes Wegenventil mit einer Durchlaß- und einer Sperrstellung ausgebildet ist,daß jedem Drehgestell (2, 3) ein seine Geradeausstellung registrierendes Paar von Gebern (65, 66) zugeordnet ist, von denen ein Geber (65) am Drehgestell (2, 3) und ein Geber am Fahrzeugrahmen (1) angeordnet ist, unddaß die Steuerleitung zwischen dem Betätigungsorgan des Steuerventils (37; 38) und dem Tachogenerator (61) mit einem Schalter (63) versehen ist, der durch die Geber (65, 66) bei Geradeausstellung des Drehgestells (2, 3) in die eingeschaltete, verbindende Schaltstellung überführbar ist.COPY
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