EP0678436A1 - Selbstlenkendes dreiachsiges Laufwerk für ein Schienenfahrzeug - Google Patents
Selbstlenkendes dreiachsiges Laufwerk für ein Schienenfahrzeug Download PDFInfo
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- B61F5/386—Arrangements or devices for adjusting or allowing self- adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves, e.g. sliding axles, swinging axles fluid actuated
Definitions
- the invention relates to a self-steering three-axis running gear for a rail vehicle according to the preambles of the independent claims 1 and 2.
- the invention has for its object to provide a self-steering three-axle drive for a rail vehicle of the type mentioned, in which the central wheel set transmits lateral forces due to centrifugal force on the rails.
- the active involvement of the center wheel set on the control system improves the alignment of the wheel sets to the center of the curve, in particular in the case of small curve radii in which larger horizontal deflections of the wheel set springs are required for the radial position. Further advantages are evident from the description.
- Radial control reduces or ideally avoids the lateral forces in the curve caused by the wheel / rail friction. Lateral forces due to centrifugal force or excess downforce in the bend must always be transferred from the wheel sets (axles) to the track. In the case of three-axle bogies (bogies), the centrifugal force is only transmitted from the end wheel sets (outer wheel sets), since these perform the guidance in a curve.
- each wheelset transmits the centrifugal force corresponding to the axle load
- each end wheel set has to transmit about half of the lateral forces caused by centrifugal force if no special precautions are taken so that the center wheel set also transmits the centrifugal force corresponding to the axle load.
- FIG. 1 shows a bogie with an active actuator between the center wheel set and the bogie, the centrifugal force being shifted to the center wheel set in such a way that all three wheel sets each transmit one third of the lateral forces caused by centrifugal force to the rails.
- the view of a self-steering, three-axis bogie 1 movably connected to the vehicle body of a rail vehicle is shown.
- the bogie 1 has a bogie frame consisting of parallel side members 2, 3 and parallel cross members 4, 5.
- Wheelset bearings 6 to 11 of the three axles 12 to 14 are fastened to the side members 2, 3 by means of wheelset springs (not shown), namely wheelset bearings 6, 7 for the first axle 12 (outer axle, outer wheel set) assigned to the first drive motor 16, wheelset bearings 8, 9 for the second (middle), the second (middle) drive motor 17 assigned axle 13 (middle wheel set) and wheelset bearings 10, 11 for the third, the third drive motor 18 assigned axle 14 (outer axle, outer wheel set).
- Wheelset bearings 9 cannot be seen in FIG. 1, but are shown in FIG. 2.
- the wheelset bearings 6, 7, 10, 11 of the two outer axes 12, 14 are, among other things, in the direction parallel to the longitudinal beams 2, 3 of the Bogie frame, ie movable in the direction of travel or against the direction of travel of the rail vehicle, which is indicated by directional arrows x1, x2.
- the wheelset bearings 8, 9 of the central axis 13 can be moved, among other things, in the direction parallel to the cross members 4, 5 of the bogie frame, ie perpendicular to the direction of travel of the rail vehicle, which is indicated by directional arrows y1, y2.
- the impellers driven by Tatzlagermotoren 16 to 18 are designated 15.
- a control cylinder 22 (generally: active actuator) is provided, the movable piston 21 of which is connected via a piston rod 20 with a joint 19 on the center wheel set 13, 8, 9 - e.g. on the drive motor 17 - attacks.
- the control cylinder 22, on the other hand, is fastened to the side member 3 of the bogie frame via a connecting rod 23 with a joint 24.
- the control cylinder 22 acting transversely to the direction of travel is e.g. a double-acting compressed air or hydraulic cylinder.
- the control cylinder can be pressurized in a suitable manner via connecting lines, so that an additional compressive force or tensile force is exerted between the center wheel set and the bogie via the piston 21 and the piston rod 20, which additionally pushes or pulls the center wheel set towards the outside of the arc.
- the control cylinder 22 is controlled as a function of the centrifugal force and / or the radius of the arc.
- the active actuator control cylinder
- the actuating force then only has to be correspondingly higher than the centrifugal force component of the center wheel set.
- FIG. 2 shows a bogie with an active actuator between the center wheel set and the vehicle body, the quasi-static transverse deflection between the vehicle body and the bogie occurring when the centrifugal force is excessive being avoided or reduced.
- the center wheel set is used to transfer centrifugal force to the track to relieve the two end wheel sets.
- the bogie 1 has all of the structural components 2 to 18 described above in FIG. 1, but not the structural components 19 to 24.
- a control cylinder 28 is provided, the movable piston 27 of which is connected via a piston rod 26 with a joint 25 on the center wheel set 13, 8, 9 - e.g. on the drive motor 17 - attacks.
- the control cylinder (generally: active actuator) 28, on the other hand, is fastened to the vehicle body 31 via a connecting rod 29 with a joint 30.
- the control cylinder 28 acting transversely to the direction of travel is, for example, a double-acting compressed air or hydraulic cylinder.
- the control cylinder can be pressurized in a suitable manner via connecting lines, so that an additional compressive force or tensile force is exerted between the center wheel set and vehicle body via the piston 27 and the piston rod 26, which pushes or pulls the vehicle body toward the inside.
- the control cylinder 28 is controlled as a function of the centrifugal force and / or the radius of the arc.
- the active actuator control cylinder
- the reaction force acts on the vehicle body and reduces the deflection of the transverse suspension.
- the level of the control force corresponds to the centrifugal force component to be transmitted from the center wheel set plus the spring force for the rotational deflection of the end wheel sets and the spring force of the center wheel set, which arises from the arrow height of the track arch between the end wheel sets.
- the proportion of the possible resetting of the centrifugal force deflection of the vehicle body / bogie depends on the bogie weight in relation to the vehicle body, on the curve radius and on the horizontal restoring force of the wheelset springs.
- the centrifugal force load of the center wheel set is chosen to be higher than that of the end wheel sets, which is possible because of its lower dynamic transverse stress, the resetting of the centrifugal force deflection can be increased further. In this way, an optimal reset of the centrifugal force deflection, distribution of the centrifugal force to the three wheel sets and radial position of the wheel sets can be achieved.
- a three-axle bogie for a locomotive which is driven by Tatzlager motors, is always assumed.
- the active actuators are connected in an articulated manner to a fastening part which is mounted on the middle wheel set.
- the radial control of the three wheel sets in particular the opposing coupling of the outer wheel sets when cornering and the coupling of the central wheel set to the outer wheel sets, is not explained.
- the coupling means according to DE 41 40 126 A1 is referred to by way of example only. However, the invention is not limited to the coupling means used there, but other coupling means can also be used which enable the bogie axles of the rail vehicle to be adjusted radially.
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Abstract
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein selbstlenkendes dreiachsiges Laufwerk für ein Schienenfahrzeug gemäß den Oberbegriffen der nebengeordneten Ansprüche 1 und 2.
- Aus der DE 41 40 126 A1 ist ein Laufwerk für Schienenfahrzeuge mit drei angetriebenen Radsätzen bekannt, die in einem Drehgestell- oder Fahrzeugrahmen elastisch gelagert sind und bei dem durch ein Lenkgestänge die sich bei Bogenfahrt einstellenden Drehbewegungen des ersten Radsatzes und des dritten Radsatzes um vertikale Achsen mit der durch Längslenker geführten Querbewegung des zweiten Radsatzes gekoppelt sind. An den Radsatzlagergehäusen des ersten Radsatzes und des dritten Radsatzes sind in Richtung auf den zweiten Radsatz weisende, parallel zur Fahrzeuglängsmitte verlaufende Lenkerstangen gelenkig befestigt, deren jeweils vom Radsatzlager abgewandtes Ende an den zur Fahrzeuglängsmitte weisenden Armen von außen am Drehgestell- oder Fahrzeugrahmen gelagerten Winkelhebeln gelenkig befestigt sind, deren in Richtung auf den zweiten Radsatz weisende Arme jeweils durch eine in Querrichtung verlaufende Koppelstange gelenkig miteinander verbunden sind. Die jeweils in Richtung auf den zweiten Radsatz verlängerten Arme der zueinander diagonal versetzt angeordneten Winkelhebel sind über außen am Drehgestell- oder Fahrzeugrahmen gelagerte und in Fahrzeuglängsrichtung verlaufende Doppelhebel mit den Stirnseiten der Radsatzlagergehäuse des zweiten Radsatzes gelenkig miteinander verbunden.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein selbstlenkendes dreiachsiges Laufwerk für ein Schienenfahrzeug der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem auch der Mittelradsatz durch Fliehkraft bedingte Seitenkräfte auf die Schienen überträgt.
- Diese Aufgabe wird alternativ in Verbindung mit den Merkmalen der Oberbegriffe erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 und 2 angegebenen Merkmale gelöst.
- Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß ein selbstlenkendes, dreiachsiges Laufgestell für ein Schienenfahrzeug geschaffen wird, bei dem die durch Fliehkraft bedingten Seitenkräfte auf die Außenradsätze vermindert werden. Bei geeigneter Beaufschlagung des aktiven Stellgliedes wirkt auf jeden Radsatz je ein Drittel Fliehkraftanteil. Gleichzeitig werden die der Steuerbewegung entgegenstehenden, eine Querbewegung des Mittelradsatzes und Drehbewegungen der Endradsätze behindernden horizontalen Rückstellkräfte der Primärfedern überwunden. Allgemein gilt für das selbstlenkende dreiachsige Laufwerk, daß alle drei Radsätze zur Steuerung bei Kurvenfahrt herangezogen werden. Durch die aktive Mitwirkung des Mittelradsatzes am Steuerungssystem wird inbesondere bei kleinen Bogenradien, bei denen für die radiale Stellung größere horizontale Auslenkungen der Radsatzfedern erforderlich werden, die Ausrichtung der Radsätze zur Bogenmitte verbessert. Weitere Vorteile sind aus der Beschreibung ersichtlich.
- Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:
- Figur 1
- ein erste Ausführungsform mit aktivem Stellglied zwischen Mittelradsatz und Drehgestell,
- Figur 2
- eine zweite Ausführungsform mit aktivem Stellglied zwischen Mittelradsatz und Fahrzeugkasten.
- Durch Radialsteuerung werden die im Bogen die durch die Reibung Rad/Schiene verursachten Seitenkräfte vermindert bzw. im Idealfall vermieden. Seitenkräfte durch Fliehkraft oder Abtriebsüberschuß im Bogen müssen in jedem Fall von den Radsätzen (Achsen) auf das Gleis übertragen werden. Bei dreiachsigen Drehgestellen (Laufgestellen) wird die Fliehkraft nur von den Endradsätzen (Außenradsätze) übertragen, da diese die Führung im Bogen ausführen. Während beim zweiachsigen Drehgestell jeder Radsatz den der Radsatzlast entsprechenden Fliehkraftanteil überträgt, muß beim dreiachsigen Drehgestell jeder Endradsatz etwa die Hälfte der durch Fliehkraft verursachten Seitenkräfte übertragen, wenn keine besonderen Vorkehrungen getroffen werden, damit auch der Mittelradsatz den der Radsatzlast entsprechenden Fliehkraftanteil überträgt.
- In Figur 1 ist ein Drehgestell mit aktivem Stellglied zwischen Mittelradsatz und Drehgestell dargestellt, wobei eine solche Verlagerung des Fliehkraftanteils auf den Mittelradsatz erfolgt, daß alle drei Radsätze je ein Drittel der durch Fliehkraft verursachten Seitenkräfte auf die Schienen übertragen.
- Es ist die Sicht auf ein selbstlenkendes, dreiachsiges mit dem Fahrzeugkasten eines Schienenfahrzeuges beweglich verbundenes Drehgestell 1 gezeigt. Das Drehgestell 1 weist einen aus parallelen Längsträgern 2, 3 und parallelen Querträgern 4, 5 bestehenden Drehgestellrahmen auf. An den Längsträgern 2, 3 sind Radsatzlager 6 bis 11 der drei Achsen 12 bis 14 über nicht dargestellte Radsatzfedern befestigt, und zwar Radsatzlager 6, 7 für die erste, dem ersten Antriebsmotor 16 zugeordnete Achse 12 (Außenachse, Außenradsatz), Radsatzlager 8, 9 für die zweite (mittlere), dem zweiten (mittleren) Antriebsmotor 17 zugeordnete Achse 13 (Mittelradsatz) und Radsatzlager 10, 11 für die dritte, dem dritten Antriebsmotor 18 zugeordnete Achse 14 (Außenachse, Außenradsatz). Radsatzlager 9 ist in Figur 1 nicht zu erkennen, jedoch in Figur 2 dargestellt.
- Die Radsatzlager 6, 7, 10, 11 der beiden Außenachsen 12, 14 sind unter anderem in Richtung parallel zu den Längsträgern 2, 3 des Drehgestellrahmens, d.h. in Fahrtrichtung bzw. entgegen der Fahrtrichtung des Schienenfahrzeuges beweglich, was durch Richtungspfeile x1, x2 jeweils angedeutet ist. Die Radsatzlager 8, 9 der mittleren Achse 13 sind unter anderem in Richtung parallel zu den Querträgern 4, 5 des Drehgestellrahmens, d.h. senkrecht zur Fahrtrichtung des Schienenfahrzeuges beweglich, was durch Richtungspfeile y1, y2 jeweils angedeutet ist.
- Die durch Tatzlagermotoren 16 bis 18 angetriebenen Laufräder sind mit 15 bezeichnet.
- Es ist ein Steuerzylinder 22 (allgemein: aktives Stellglied) vorgesehen, dessen beweglicher Kolben 21 über eine Kolbenstange 20 mit einem Gelenk 19 am Mittelradsatz 13, 8, 9 - z.B. am Antriebsmotor 17 - angreift. Der Steuerzylinder 22 ist andererseits über eine Verbindungsstange 23 mit einem Gelenk 24 am Längsträger 3 des Drehgestellrahmens befestigt.
- Beim quer zur Fahrtrichtung wirksamen Steuerzylinder 22 handelt es sich z.B. um einen doppeltwirkenden Druckluft- oder Hydraulikzylinder. Über Verbindungsleitungen kann der Steuerzylinder in geeigneter Weise druckbeaufschlagt werden, so daß über den Kolben 21 und die Kolbenstange 20 eine zusätzliche Druckkraft bzw. Zugkraft zwischen Mittelradsatz und Drehgestell ausgeübt wird, die den Mittelradsatz zusätzlich nach bogenaußen drückt bzw. zieht. Die Steuerung des Steuerzylinders 22 erfolgt in Abhängigkeit der auftretenden Fliehkraft und/oder des Bogenradius. Hierdurch belastet das aktive Stellglied (Steuerzylinder) den Mittelradsatz mit einem Fliehkraftanteil und entlastet entsprechend die Endradsätze.
- Durch den Steuerzylinder zwischen Mittelradsatz und Drehgestellrahmen ergibt sich folgender vorteilhafter Zusatzeffekt: Die Rückstellwirkung der Primärfedern, die der Bogeneinstellung aller drei Radsätze entgegensteht und die durch die Reibkräfte zwischen Rad und Schiene nur bei größeren Bogenradien überwunden werden kann, wird durch die Stellkraft gleichfalls überwunden.
- Die Stellkraft muß dann nur entsprechend höher sein als der Fliehkraftanteil des Mittelradsatzes.
- Bei Bogenfahrt mit hohem Beschleunigungsüberschuß bewirkt die Fliehkraft eine quasi statische Auslenkung der Querfederung zwischen Fahrzeugkasten und Drehgestell. Diese erschöpft unter Umständen das Querspiel, so daß für dynamische Querbewegungen infolge Gleisfehlern das Querschwingspiel eingeschränkt ist oder sogar der Queranschlag erreicht wird, was die Laufgüte horizontal verschlechtert. Eine Vergrößerung des Querspiels schränkt die Fahrzeugbreite ein.
- In Figur 2 ist ein Drehgestell mit aktivem Stellglied zwischen Mittelradsatz und Fahrzeugkasten dargestellt, wobei die bei Fliehkraftüberschuß auftretende quasi statische Querauslenkung zwischen Fahrzeugkasten und Drehgestell vermieden oder verringert wird. Gleichzeitig wird der Mittelradsatz zur Übertragung von Fliehkraft auf das Gleis herangezogen, um die beiden Endradsätze zu entlasten.
- Das Laufgestell 1 weist alle vorstehend unter Figur 1 beschriebenen Baukomponenten 2 bis 18 auf, nicht jedoch die Baukomponenten 19 bis 24 auf. Es ist ein Steuerzylinder 28 vorgesehen, dessen beweglicher Kolben 27 über eine Kolbenstange 26 mit einem Gelenk 25 am Mittelradsatz 13, 8, 9 - z.B. am Antriebsmotor 17 - angreift. Der Steuerzylinder (allgemein: aktives Stellglied) 28 ist andererseits über eine Verbindungsstange 29 mit einem Gelenk 30 am Fahrzeugkasten 31 befestigt.
- Beim quer zur Fahrtrichtung wirksamen Steuerzylinder 28 handelt es sich z.B. um einen doppeltwirkenden Druckluft- oder Hydraulikzylinder. Über Verbindungsleitungen kann der Steuerzylinder in geeigneter Weise druckbeaufschlagt werden, so daß über den Kolben 27 und die Kolbenstange 26 eine zusätzliche Druckkraft bzw. Zugkraft zwischen Mittelradsatz und Fahrzeugkasten ausgeübt wird, die den Fahrzeugkasten nach bogeninnen drückt bzw. zieht. Die Steuerung des Steuerzylinders 28 erfolgt in Abhängigkeit der auftretenden Fliehkraft und/oder des Bogenradius. Hierdurch belastet das aktive Stellglied (Steuerzylinder) den Mittelradsatz mit einem Fliehkraftanteil und entlastet entsprechend die Endradsätze. Die Reaktionskraft wirkt auf den Fahrzeugkasten und vermindert die Auslenkung der Querfederung.
- Die Steuerkrafthöhe entspricht dem vom Mittelradsatz zu übertragenden Fliehkraftanteil zuzüglich der Federkraft zur Drehauslenkung der Endradsätze und der Federkraft des Mittelradsatzes, die durch die Pfeilhöhe des Gleisbogens zwischen den Endradsätzen entsteht.
- Der Anteil der möglichen Rückstellung der Fliehkraftauslenkung Fahrzeugkasten/Drehgestell ist vom Drehgestellgewicht im Verhältnis zum Fahrzeugkasten, vom Bogenradius und von der horizontalen Rückstellkraft der Radsatzfedern abhängig. Je schwerer das Drehgestell, je enger der Bogen (je größer die Pfeilhöhe), je höher die horizontale Steifigkeit der Radsatzfedern, um so größer ist der Anteil der möglichen Verminderung der quasi statischen Querauslenkung. Dabei wird davon ausgegangen, daß die Fliehkraftbelastung der Radsätze gleich ist.
- Wird die Fliehkraftbelastung des Mittelradsatzes jedoch höher gewählt als die der Endradsätze, was wegen seiner geringeren dynamischen Querbeanspruchung möglich ist, so kann die Rückstellung der Fliehkraftauslenkung weiter gesteigert werden. Damit kann ein Optimum an Rückstellung der Fliehkraftauslenkung, Verteilung der Fliehkraft auf die drei Radsätze und Radialstellung der Radsätze erreicht werden.
- Es ist auch möglich, beide Maßnahmen gemäß Figur 1 und Figur 2 beim Drehgestell eines selbstlenkenden, dreiachsigen Schienenfahrzeuges vorzusehen.
- In den vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen wird stets von einem mit Tatzlagermotoren angetriebenen dreiachsigen Drehgestell für eine Lokomotive ausgegangen. Bei Antrieben, die nicht seitenfest mit dem Mittelradsatz verbunden sind und bei nichtangetriebenem Mittelradsatz oder nichtangetriebenem Drehgestell werden die aktiven Stellglieder gelenkig mit einem Befestigungsteil, das auf dem mittleren Radsatz gelagert ist, verbunden.
- Bei beiden Ausführungsbeispielen ist die Radialsteuerung der drei Radsätze, insbesondere die gegenläufige Kopplung der Außenradsätze bei Kurvenfahrt und die Kopplung des Mittelradsatzes an die Außenradsätze nicht erläutert. Lediglich beispielhaft wird hierzu auf die Kopplungsmittel gemäß DE 41 40 126 A1 hingewiesen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die dort verwendeten Kopplungsmittel beschränkt, sondern es können auch andere Kopplungsmittel verwendet werden, die eine radiale Einstellung der Drehgestellachsen des Schienenfahrzeuges ermöglichen.
Claims (2)
- Selbstlenkendes Laufgestell für ein Schienenfahrzeug mit drei Radsätzen, die in einem Drehgestell- oder Fahrzeugrahmen elastisch gelagert sind, mit Radialsteuerung der beiden Außenradsätze und mit einer Beweglichkeit des Mittelradsatzes quer zur Fahrtrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß ein quer zur Fahrtrichtung des Fahrzeuges wirksames aktives Stellglied - vorzugsweise ein Steuerzylinder (22) - zwischen Mittelradsatz (13,8,9) und Drehgestell- oder Fahrzeugrahmen (1) vorgesehen ist, das in Abhängigkeit der Fliehkraft und/oder des Bogenradius derart angesteuert wird, daß der Mittelradsatz zusätzlich nach bogenaußen gedrückt oder gezogen wird.
- Selbstlenkendes Laufwerk für ein Schienenfahrzeug mit drei Radsätzen, die in einem mit dem Fahrzeugkasten gelenkig verbundenen Drehgestell elastisch gelagert sind, mit Radialsteuerung der beiden Außenradsätze und mit einer Beweglichkeit des Mittelradsatzes quer zur Fahrtrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß ein quer zur Fahrtrichtung des Fahrzeuges wirksames aktives Stellglied - vorzugsweise ein Steuerzylinder (28) - zwischen Mittelradsatz (13,8,9) und Fahrzeugkasten (31) vorgesehen ist, das in Abhängigkeit der Fliehkraft und/oder des Bogenradius derart angesteuert wird, daß der Fahrzeugkasten zur Bogenmitte hin und der Mittelradsatz nach bogenaußen gedrückt oder gezogen werden.
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