DE4235522C2 - Fahrwerk für ein Schienenfahrzeug - Google Patents
Fahrwerk für ein SchienenfahrzeugInfo
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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.
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