DE4235522C2 - Fahrwerk für ein Schienenfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fahrwerk für ein Schienenfahrzeug gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1, nach Patent 42 14 066.

Ein derartiges Fahrwerk ist in der DE 42 14 066 A1 beschrieben. Dieses niedrigbauende und geringgewichtige Fahrwerk erlaubt die Konstruktion eines fahrgastfreundlichen Schienenfahrzeuges, das insbesondere in Kurven sowie bei Beschleunigungs- und Bremsvorgängen einen verbesserten Fahrkomfort ermöglicht.

Bei dem bekannten Fahrwerk entsteht in den Gleiskurven eine Lenkgeometrie, die zu einer Verkleinerung des führungswirk­ samen Spurmaßes führt. Dadurch kann das Fahrwerk nach Patent 42 14 066 nur begrenzt in Schienen­ netzen eingesetzt werden, die durch eine bautechnische Gleisspurerweiterung in den Kurven für die Spurführungsbedingungen von Drehgestell- oder Starrahmen­ fahrzeugen ausgelegt sind. Insbesondere bei kleinen Gleis­ radien wirkt sich die Spurspielvergrößerung, die unter anderem von dem Fahrwerksabstand der jeweiligen Fahrzeug­ konstruktion abhängig ist, besonders stark aus, so daß bei Verwendung schmaler Radreifenbreiten, wie dies im Bereich von Schmalspur- und Straßenbahnen üblich ist, fahrzeug­ seitig konstruktive Kompensationsmaßnahmen notwendig werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Fahrwerk gemäß Patent 42 14 066 für den Einsatz in Gleisnetzen zu ertüchtigen, die auf die Spurführungs­ bedingungen von Drehgestell- oder Starrahmenfahrzeugen ausgelegt sind.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der weiteren Ansprüche.

Durch die Verstellbarkeit des Drehzapfens quer zur Fahr­ zeug-Längsachse bei wenigstens einem Fahrwerksholm ist das zulässige Spurspiel der Radpaare einstellbar. Die Radpaarspur liegt hierbei in der rechtwinklig zur Fahrzeug- Längsachse liegenden Verbindungslinie der Drehzapfen beider Fahrwerksholme. Das erfindungsgemäße Fahrwerk ist dadurch problemlos in herkömmlichen Schienennetzen, die für die Spurführungsbedingungen von Drehgestell- oder Starrahmen- Fahrzeugen ausgelegt sind, einsetzbar. Selbst in engen Kurven, also bei kleinen Gleisradien, und bei schmalen Radreifenbreiten ist ein sicherer, spurtreuer Kurvenlauf mit hohem Fahrkomfort gewährleistet.

Erfindungsgemäß genügt es bereits, den Drehzapfen bei nur einem der beiden Fahrwerksholme verschiebbar auszu­ gestalten, um bei einem Fahrwerk gemäß Anspruch 1 das zulässige Radpaar-Spurspiel zuverlässig zu regulieren. Für bestimmte Anwendungsfälle ist es jedoch auch denkbar, die Drehzapfen beider Fahrwerksholme querverschiebbar zur Fahr­ zeug-Längsachse anzuordnen.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Drehzapfen in Abhängigkeit vom Schwenkwinkel wenigstens eines Fahrwerksholmes gegenüber der Fahrzeug-Längsachse querverschiebbar (Anspruch 2). Dadurch können auf einfache Weise nicht nur Kurven, sondern auch Schienenverwerfungen berücksichtigt werden.

Prinzipiell kann das erfindungsgemäß ausgebildete Fahrwerk so ausgebil­ det sein, daß die Einstellvorrichtung bei allen auftretenden Gleisradien eine Radpaar-Spurspielregulierung vornimmt. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei großen Gleis­ bögen und damit verbundenen höheren Geschwindigkeiten des Schienenfahrzeuges auf eine Radpaar-Spurspielregulierung verzichtet werden kann, so daß die Einstellvorrichtung in vorteilhafter Weise nur beim Durchfahren kleiner Gleisbögen aktivierbar sein muß (Anspruch 3).

Um bei einer Betriebsstörung der Einstellvorrichtung ein mögliches Entgleisen des Schienenfahrzeuges zuverlässig zu verhindern, kann das Fahrzeug z. B. gemäß Anspruch 4 ausge­ bildet sein. Bei einem Ausfall der Einstellvorrichtung wird der quer verschiebbare Drehzapfen in seine Ausgangslage zurückgeführt. Es versteht sich in diesem Zusammenhang von selbst, daß dieser Betriebszustand der Fahrautomatik des Schienenfahrzeugs gemeldet wird, die dann gegebenenfalls ein Stillsetzen des Fahrzeuges bewirkt.

Die für einen sicheren und spurtreuen Kurvenlauf erforder­ liche Radpaar-Spurspielregulierung kann alternativ entweder durch eine direkt wirkende mechanische Einstellvorrichtung (Anspruch 5) oder durch eine indirekte pneumatisch-hydrau­ lisch arbeitende Einstellvorrichtung (Anspruch 9) bzw. durch eine ebenfalls indirekt arbeitende elektro­ mechanische Einstellvorrichtung (Anspruch 11) erzielt werden.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung bezug genommen, in der anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sowie der funktionale Ablauf der Radpaar-Spulspielregulierung erläutert sind. Es zeigen:

Fig. 1 die Draufsicht auf einen Fahrwerksholm einer ersten Ausführungsform des Fahrwerkes mit Teilaufbruch im Bereich des Drehzapfens,

Fig. 2 den Schnitt durch das Fahrwerk entlang der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 den Schnitt durch das Fahrwerk entlang der Linie III-III in Fig. 1,

Fig. 4 den Schnitt durch das Fahrwerk entlang der Linie IV-IV in Fig. 2,

Fig. 5 einen Teilaufbruch im Bereich des Drehzapfens bei einer zweiten Ausführungsform des Fahrwerkes,

Fig. 6 den Schnitt durch das Fahrwerk entlang der Linie VI-VI in Fig. 5,

Fig. 7 einen Teilaufbruch im Bereich des Drehzapfens bei einer dritten Ausführungsform des Fahrwerkes,

Fig. 8 den Schnitt durch das Fahrwerk entlang der Linie VIII-VIII in Fig. 7.

In den Fig. 1 bis 3 sowie 5 bis 8 ist mit 1 einer der beiden Fahrwerksholme bezeichnet. Von den beiden Fahrwerksholmen des Fahrwerkes, dessen Aufbau in der DE 42 14 066 C2 ausführlich beschrieben ist, ist in Fig. 1 nur ein Fahrwerksholm dargestellt. In der Mitte des Fahrwerksholmes 1 ist ein im wesentlichen in der Fluchtlinie der Radlaufebene angeordneter Drehzapfen 2 fest mit dem Wagenkasten 3 eines Schienenfahrzeuges verbunden. Zu beiden Seiten des Drehzapfens 2 ist je eine sekundäre Lastfeder 4 bzw. 5 angeordnet (Fig. 1), die den Wagenkasten 3 abstützt.

An beiden Seiten des Fahrwerksholmes 1 ist jeweils ein Einzelrad 6 bzw. 7 federnd angelenkt. Die Einzelräder 6 und 7 sind hierzu im vorliegenden Ausführungsbeispiel in einer Radführungsschwinge 8 bzw. 9 drehbar gelagert. Die Radfüh­ rungsschwingen 8 und 9 sind über jeweils ein Gelenk, das nur eine vertikale Auslenkung erlaubt, mit dem Fahr­ werksholm 1 verbunden.

Die Radführungsschwingen stützen sich über jeweils eine in Fig. 1 nicht sichtbare, primäre Lastfeder an den gekröpften Enden des Fahrwerksholmes 1 ab.

Der Drehzapfen 2 ist quer zur Fahrzeug­ längsachse verschiebbar. Der Drehzapfen 2 ist hierzu bei dem in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel auf einem Schlitten 60 befestigt, der in gleit- oder wälz­ gelagerten, quer zur Fahrzeug-Längsachse verlaufenden Längsführungen 61 bzw. 62 verschiebbar ist.

Beim Schwenken des Fahrwerksholmes 1 aus seiner Geradeaus­ stellung heraus tritt ein Schwenkwinkel zwischen dem Fahr­ werksholm 1 und der Fahrwerks-Längsachse auf. Übersteigt dieser Schwenkwinkel einen vorgebbaren Grenzwert, dann wird mittels einer Hebelkulissenführung 63 der Drehzapfen 2 quer zur Fahrzeug-Längsachse verschoben. Die Hebelkulissenfüh­ rung 63 ist hierbei zwischen dem Fahrwerksholm 1 und dem Wagenkasten 3 angeordnet und an der zur Fahrzeug-Längsachse zeigenden Stirnseite des Schlittens 60 befestigt. Die Kulissenführung 63, deren Aufbau im einzelnen in Fig. 2 dargestellt ist, besteht aus einer Kulissenführungsrolle 64, die mit einem Kulissenhebel 65 verbunden und in einer am Wagenkasten 3 befestigten Kulissenbahn 66 geführt ist. Der Kulissenhebel 65 ist winkelig fest am Fahrwerksholm 1 befestigt.

Um einen Federwegsausgleich zwischen dem Wagenkasten 3 und dem Fahrwerksholm 1 sicherzustellen, bewegt sich die Kulis­ senführungsrolle 64 in der Kulissenbahn 66 derart, daß eine vertikale Rollwegführung der Kulisse in der Kulissenbahn 66 möglich ist.

An der der Hebelkulissenführung 63 gegenüberliegenden Stirnseite des Schlittens 60 ist ein Federelement 67 mit seinem ersten Ende angeordnet; mit seinem zweiten Ende ist das Federelement 67 am Wagenkasten 3 befestigt. Zur Verbesserung des Fahrkomforts sind am Wagenkasten 3 zu beiden Seiten der Kulissenführung 63 stoßdämpfende Anschläge 68 und 69 vorgesehen.

Durch die vorstehend beschriebene mechanische Einstellvor­ richtung wird der Drehzapfen 2 nur beim Durchfahren kleiner Gleisbögen, d. h. nur wenn der Schwenkwinkel zwischen dem Fahrwerksholm 1 und der Fahrzeug-Längsachse den vorgege­ benen Grenzwert überschreitet, quer zur Fahrzeug-Längsachse verstellt. Die Hebelkulissenführung 63 arbeitet hierbei gegen die Rückstellkraft des Federelementes 67. Dadurch ist sichergestellt, daß bei einem Ausfall der Einstell­ vorrichtung der querverschiebbare Schlitten 60 und damit der Drehzapfen 2 in seine Ausgangslage zurückgeführt wird. Die Kulissenführung 63 ist in bezug auf ihren Aufbau nicht auf die in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Ausführungsform beschränkt, d. h. der Kulissenhebel 65 kann auch am Wagenkasten 3 und die Kulissenbahn 66 am Fahrwerksholm 1 befestigt sein.

Die beiden Fahrwerksholme des Fahrwerks sind mittels einer Spurstange 30 im Sinne eines schlingerfreien Gerade­ auslaufs sowie eines nahezu quergleitfreien Kurvendurch­ laufs horizontal lenkbar. Abhängig von der Ausschwenkung des Fahrwerksholmes 1 gegenüber der Fahrzeug-Längsachse ist die Stange 30 durch ein federtechnisch, pneumatisch oder hydraulisch wirkendes Stellglied 31 in seiner wirksamen Länge veränderbar.

In Fig. 4 sind die wesentlichen Stellungen der Kulissenfüh­ rungsrolle 64 in der Kulissenbahn 66 bei einer Auslenkung des Fahrwerksholms 1 aus seiner Geradeausstellung heraus dargestellt.

Bei Geradeausstellung des Fahrwerksholms 1 (Fahrwerksholm 1 ist parallel zur Fahrzeug-Längsachse) befindet sich die Kulissenführungsrolle 64 in ihrer Nullstellung N. Beim Schwenken des Fahrwerksholms 1 aus seiner Geradeausstellung heraus, tritt ein Schwenkwinkel zwischen dem Fahrwerksholm 1 und der Fahrzeug-Längsachse auf. Solange dieser Schwenkwinkel einen bestimmten Grenzwert nicht übersteigt, bewegt sich die Kulissenführungsrolle 64 innerhalb des Freilaufweges y. Dieser Funktionsfreilauf wird im vorliegenden Fall durch die Formgebung der inneren Wand der Kulissenbahn 66 erreicht. Während der Bewegung der Kulissenführungsrolle 64 innerhalb des Freilaufweges y liegt der Schlitten 60 an den stoßdämpfenden Anschlägen 68 und 69 an. Die Kulissenführungsrolle 64 bewegt sich bei Geradeausfahrt und bei großen Kurvenradien immer innerhalb des Freilaufweges y. Wird der Fahrwerksholm 1 weiter ausgelenkt, so daß er den durch den Freilaufweg y festgelegten Grenzwert übersteigt (kleine Kurvenradien), dann erreicht die Kulissenführungsrolle 64 entgegen der Rückstellkraft des Federelementes 67 die erste Arbeitsstellung A und der Schlitten 60 entfernt sich von den Anschlägen 68 und 69. Bei einer weiteren Auslenkung des Fahrwerksholms 1 gelangt die Kulissenführungsrolle in ihre Endstellung E. In dieser Stellung ist der Schlitten 60 und damit der Drehzapfen 2 um einen Verschiebeweg x quer zur Fahrzeuglängsachse verschoben. Der Kulissenhebel 65 wird hierbei gegenüber seiner Nullstellung um einen Ausschlag­ winkel α verschwenkt.

In den Fig. 5 und 6 sind die gleichen Teile wiederum mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei dem in den Fig. 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispiel ist zur Radpaar-Spur­ spielregulierung eine pneumatisch-hydraulische Einstellvor­ richtung vorgesehen, die ebenfalls gegen die Rückstellkraft eines Federelementes 67 arbeiten muß. Die pneumatisch- hydraulische Einstellvorrichtung umfaßt ein am Wagenkasten 3 angebrachtes Steuerventil 71, das mit dem Fahrwerksholm 1 über eine gelenkige Kopplungsstange 72 verbunden ist. Das Steuerventil 71 steht über eine Leitung 73 mit einer nicht dargestellten Druckluftversorgung des Schienenfahrzeugs in Verbindung. Vom Steuerventil 71 aus ist eine Leitung 74 an einen pneumatisch-hydraulischen Druckübersetzer 75 geführt, der über eine Hydraulikleitung 76 einen Arbeitszylinder 77 betätigt. Gleichzeitig wird über eine weitere Hydraulik­ leitung 78 das Stellglied 31 gesteuert. Der Arbeitszylinder 77 betätigt den Schlitten 60 des Drehzapfens 2. Entgegen der Rückstellkraft des Federelementes 67. Der Schlitten 60 wird hierbei entsprechend der Ausschwenkung des Fahrwerks­ holmes 1 quer verschoben. Das Steuerventil 71 beaufschlagt den pneumatisch-hydraulischen Druckübersetzer 75 nur dann, wenn der vorgegebene Freilaufwinkel zwischen dem Fahrwerks­ holm 1 und der Fahrzeug-Längsachse überschritten wird. Das Steuerventil gibt unabhängig von der Ausschlagrichtung des Fahrwerksholmes 1 stets gleichsinnig ansteigende Steuer­ drücke über den Druckübersetzer 75 an den Arbeitszylinder 77 ab. Hierdurch wird bei Einfahrt in kleine Gleisbögen die auftretende geometrische Spurspielvergrößerung auf die erforderliche Radpaarspur, welche in der rechtwinkelig zur Fahrzeug-Längsachse liegenden Verbindungslinie der Dreh­ zapfen 2 liegt, eingestellt. Bei Kurvenauslauf werden durch die Rückführung der Fahrwerksholme 1 in die Geradeausstel­ lung die Steuerdrücke im Steuerventil 71 zurückgeregelt, so daß die Rückstellkraft des Federelementes 67 den Schlitten 60 des Drehzapfens 2 wieder in die Ausgangsstellung bringt.

Tritt ein Druckabfall im pneumatischen oder hydraulischen Regelkreis auf, so wird der Schlitten 60 und damit der Drehzapfen 2 durch das Federelement 67 wieder zurück­ gestellt und dieser Betriebszustand der Fahrautomatik des Schienenfahrzeugs gemeldet, die ein Stillsetzen des Wagens bewirkt.

In den Fig. 7 und 8 ist wiederum ein über einen Schlitten 60 quer verschiebbarer Drehzapfen 2 dargestellt. Der Schlitten 60 und damit der Drehzapfen 2 werden in diesem Ausführungs­ beispiel von einer elektro-mechanischen Einstellvorrichtung gegen die Rückstellkraft eines Federelementes 67 bewegt. Wie bei den vorgehenden Ausführungsbeispielen sind auch in diesem Fall gleiche Teile wiederum mit gleichen Bezugs­ zeichen versehen.

Die elektro-mechanische Einstellvorrichtung umfaßt einen am Wagenkasten 3 angebrachten elektronischen Wegesensor 79, der über die gelenkige Kopplungstange 72 mit dem Fahr­ werksholm 1 verbunden ist. Vom Wegesensor 79 werden Steuer­ signale erst dann abgegeben, wenn ein vorgegebener Frei­ laufweg überschritten ist. Dadurch erfolgt die Querver­ schiebung des Drehzapfens 2 nur bei Gleisbogenfahrten kleiner Radien. Die digitalen, richtungsbezogenen Steuer­ signale werden über eine Leitung 80 an ein Steuerglied 81 gegeben. Über eine weitere Leitung 82 wird ein Schrittmotor 83 entsprechend der Winkelstellung des Fahrwerksholms 1 zur Fahrzeug-Längsachse eingeschaltet, wodurch über ein nicht hemmendes Schneckengetriebe 84 und ein Kugelgewindetrieb 85 der Schlitten 60 des Drehzapfens 2 in der Längsführung 61 bzw. 62 gegen das Federelement 67 querverschoben wird. Die stoßdämpfenden Anschläge 68 und 69, gegen die die Rückstellkraft des Federelementes 67 wirkt, hält innerhalb des nicht geregelten Freilaufbereiches eine spurtreue Geradeausfahrt entsprechend bei. Sicherheitsanschläge 86 und 87 verhindern die Überschreitung des vorgegebenen maximalen Veschiebeweges x. Bei Ausfall der Regelschaltung stellt das Federelement 67 die Ausgangslage des Schlittens 60 und damit des Drehzapfens 2 wieder her. Dieser Betriebszustand wird der Fahrautomatik des Schienenfahrzeuges gemeldet, die ein Stillsetzen des Wagens bewirkt.

Claims (12)

1. Fahrwerk für ein Schienenfahrzeug, bei dem zwei voneinander unabhängige, in horizontaler und vertikaler Richtung bewegliche Fahrwerksholme mittels eines Kupp­ lungsgliedes paarweise miteinander verbunden sind und an beiden Enden der Fahrwerksholme jeweils wenigstens ein Einzelrad über mindestens ein Gelenk und über eine primäre Lastfeder federnd angelenkt ist, wobei jeder Fahrwerksholm durch einen im wesentlichen in der Fluchtlinie der Radlauf­ ebene angeordneten Drehzapfen, der Quer- und Kippkräfte aufnimmt, horizontal fest mit einem Wagenkasten des Schienenfahrzeugs verbunden ist und der Wagenkasten im Bereich des Drehzapfens mittels wenigstens einer sekundären Lastfeder abgestützt ist, wobei die beiden Fahrwerksholme mittels des Kupplungsgliedes im Sinne eines schlingerfreien Geradeauslaufs sowie eines weitestgehend quergleitfreien Kurvendurchlaufs horizontal lenkbar sind, nach Patent 42 14 066, gekennzeichnet durch eine Einstellvorrichtung (Bauteile 63-67; 71-78 bzw. 79-85), durch die der Drehzapfen (2) wenigstens eines Fahrwerksholms (1) quer zur Fahrzeug-Längsachse zur Einstellung des zulässigen Spur­ spiels der Radpaare verschiebbar ist, wobei die Radpaarspur in der rechtwinklig zur Fahrzeug-Längsachse liegenden Verbindungslinie der Drehzapfen (2) beider Fahrwerksholme (1) liegt.

2. Fahrwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzapfen (2) in Abhängigkeit vom Schwenkwinkel wenigstens eines Fahrwerksholms (1) gegenüber der Fahrzeug- Längsachse querverschiebbar ist.

3. Fahrwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellvorrichtung (Bauteile 63-67; 71-78 bzw. 79-85) nur beim Durchfahren kleiner Gleisbögen aktivierbar ist.

4. Fahrwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzapfen (2) gegen die Rückstellkraft eines vorgespannten Federelementes (67) querverschiebbar und durch diese Rückstellkraft in seine Ausgangslage rückführ­ bar ist.

5. Fahrwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Radpaar-Spurspielregulierung eine mechanische, selbststeuernde Einstellvorrichtung (Bauteile 63-67) vorgesehen ist.

6. Fahrwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellvorrichtung eine mechanische Hebelkulissen­ führung (63) umfaßt, die zwischen Fahrwerksholm (1) und Wagenkasten (3) angeordnet ist.

7. Fahrwerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Federwegausgleich zwischen Wagenkasten (3) und Fahrwerksholm (1) durch eine vertikale Rollwegführung der Kulisse (Bauteile 63-65) in der Kulissenbahn (66) vorgesehen ist.

8. Fahrwerk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Formgebung zumindest der inneren Wand der Kulissenbahn (66) ein Funktionsfreilauf des Kulissenhebels (65) erzielbar ist.

9. Fahrwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Radpaar-Spurspielregulierung eine pneumatisch­ hydraulische Einstellvorrichtung (Bauteile 71-78) vorgesehen ist.

10. Fahrwerk nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die pneumatisch-hydraulische Einstellvorrichtung (Bauteile 71-78) ein Proportionalwegeventil (Steuerventil 71) mit richtungsunab­ hängiger gleichsinniger Drucksteuerung und einen einstell­ baren Funktionsfreilauf (y) zur Begrenzung des Arbeits­ bereiches aufweist.

11. Fahrwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Radpaar-Spurspielregulierung eine elektro-mechani­ sche Einstellvorrichtung (Bauteile 79-85) vorgesehen ist.

12. Fahrwerk nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die elektro-mechanische Einstellvorrichtung wenigstens einen digitalen elektronischen Impulsweg-Sensor (Wegesensor 79) mit richtungsunabhängiger Steuersignalausgabe und einstellbarem Funktionsfreilauf (y) zur Begrenzung des Arbeitsbereiches aufweist.