EP0770533A1 - Device for guiding of vehicles - Google Patents

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EP0770533A1
EP0770533A1 EP96116907A EP96116907A EP0770533A1 EP 0770533 A1 EP0770533 A1 EP 0770533A1 EP 96116907 A EP96116907 A EP 96116907A EP 96116907 A EP96116907 A EP 96116907A EP 0770533 A1 EP0770533 A1 EP 0770533A1
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EP
European Patent Office
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wheels
torques
steering
wheel
gear
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EP96116907A
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EP0770533B1 (en
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Fritz Prof.Dr.Ing. Frederich
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Alstom Transport Deutschland GmbH
Original Assignee
Linke Hofmann Busch GmbH
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61F—RAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
    • B61F3/00—Types of bogies
    • B61F3/16—Types of bogies with a separate axle for each wheel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61C—LOCOMOTIVES; MOTOR RAILCARS
    • B61C15/00—Maintaining or augmenting the starting or braking power by auxiliary devices and measures; Preventing wheel slippage; Controlling distribution of tractive effort between driving wheels
    • B61C15/14—Maintaining or augmenting the starting or braking power by auxiliary devices and measures; Preventing wheel slippage; Controlling distribution of tractive effort between driving wheels controlling distribution of tractive effort between driving wheels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61F—RAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
    • B61F5/00—Constructional details of bogies; Connections between bogies and vehicle underframes; Arrangements or devices for adjusting or allowing self-adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves
    • B61F5/38—Arrangements or devices for adjusting or allowing self- adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves, e.g. sliding axles, swinging axles
    • B61F5/383—Adjustment controlled by non-mechanical devices, e.g. scanning trackside elements

Definitions

  • the invention relates to a device for the safe and low-wear guidance of vehicles along a predetermined course by means of running gear with two wheels arranged next to one another, in particular for guiding rail vehicles or their running gear in the track channel of a track
  • the proposed facility is intended on the one hand to ensure safe track guidance and also to enable the highest travel speeds with the lowest risk of derailment even on conventional double-rail tracks of the railways.
  • the facility is also intended to allow narrow track arches to be safely derailed.
  • the wear on rails and wheels should be reduced as much as possible, both when driving fast on straight lines and when traveling on narrow bends.
  • Wheel sets consist of the rotatable wheel set shaft and two wheels with tapered wheel profiles that are firmly connected to it.
  • Such wheel sets have the natural property to turn automatically when the wheel set is offset laterally from the middle of the track, ie a swiveling or turning movement to execute the vertical axis.
  • This natural advantage of the wheel set guidance principle is also its greatest disadvantage.
  • the ability of the wheel set to turn automatically leads to a wheel set which was once caused to make a turning movement on the straight track, alternately performs uncontrolled turning movements. It moves on a wave path (sine wave) through the track channel of the track. Unwanted skewing and constant changes of drive and braking forces in the wheel contact points of the wheels are the cause. This results in restless vehicle running, wear on wheels and rails and rolling noises. Even at low vehicle speeds, the movements of the wheelset are so great that hard wheel flange starts are unavoidable, which can lead to derailment at somewhat higher speeds.
  • the invention has for its object to generate the necessary stabilization of a set of wheels in a straight track and the necessary steering moments of a pair of wheels for the bend so that driving comfort and wear are not negatively affected as before.
  • the object is achieved in that the uncontrolled turning movements of wheel sets are stabilized by controlled steering torques and the non-existing turning movements of wheel pairs are replaced by controlled or specifically set steering torques.
  • the necessary steering torques are not applied as previously in the one level of the wheelset bearings or wheel centers, but in the zero level, ie directly in the wheel contact points.
  • a steering torque can be represented as a pair of forces. It is created by two equal, oppositely directed, parallel forces.
  • the same torques of the same size applied to two wheels at the same time are the special features of the proposed device. In this point, it differs significantly from other proposals that have become known.
  • the zero-level concept with synchronous, anti-directional torque stamping can be used for non-driven, driven and braked tracking units.
  • the lane guidance according to the zero-level concept described is free of repercussions between the chassis and the vehicle. This results in a significant improvement in driving comfort.
  • Fig. 1 shows the principle of a device in a schematic, spatial representation. Shown are the two wheels 1 and 2 of the device in a vehicle or chassis. The center 3 of the undercarriage lying between the wheels 1 and 2 is to be guided over the predetermined course 4. For this purpose, wheels 1 and 2 of the same size but opposing torques + M y 5 and -M y 6 are impressed. In the wheel contact points they generate the longitudinal force + F x 7 and -F x 8. The steering torque F x ⁇ a necessary for steering arises from the distance 9 of the wheel contact points from one another, which turns the chassis about its vertical axis 10 and guides it along the predetermined course 4.
  • Fig. 4 shows an embodiment in which the required drive and braking torques on the wheels 1 and 2 are generated by a mechanical superposition gear.
  • the superposition gear consists in principle of two planetary gears connected in series, the first planetary gear having a planet carrier 14, a ring gear 16 and a sun gear 17 and the second planetary gear having a planet carrier 22, a ring gear 21 and a sun gear 19.
  • a sun gear shaft 18 connects the two planetary gears to one another.
  • the planet carrier 14 is directly or indirectly coupled to the wheel 1.
  • the planet gear 15 is in engagement with the ring gear 16 and the sun gear 17.
  • the planet gear 20 meshes, which in turn engages in the ring gear 21 and the planet carrier 22 is connected directly or indirectly to the gear 2.
  • the sun gear 17 of the first planetary gear is firmly connected to the sun gear 19 of the second planetary gear via the common sun gear shaft 18. While the ring gear 16 is fixed, the ring gear 21 is rotatably supported and by an actuator, not shown, for. B. by means of a worm shaft 23 of a worm drive in both directions of rotation. When the actuator is stopped, the ring gear 21 is blocked.
  • the arrangement described functions like a rigid shaft.
  • the two wheels 1 and 2 are firmly coupled to one another via the planetary gear; they have the same speed and transmit the same torque.
  • the residual torques that result when the torques are converted in the two planetary gears, are based on the two fixed ring gears 16 and 21 on the gearbox. If the torque support on the ring gear 21 is changed via the worm shaft 23 by the actuator, the planet gears 20, 15 ensure that the change is divided equally between the wheels 1 and 2.
  • a reduction in the torque at wheel 2 corresponds to an equal change in torque at wheel 1 and vice versa.
  • Fig. 5 shows an embodiment in which the already described superposition gear between the wheels 1 and 2 is also designed as a traction gear.
  • the common sun gear shaft 18 is provided, for example, with an additional gear drive 24, via which a traction drive 25 feeds the traction power.
  • wheels 1 and 2 rotate at the same speed.
  • the torques on the wheels 1 and 2 are set in accordance with the wheel circumferential forces which can be transmitted in the wheel contact points of the wheels 1 and 2.
  • the actuator which in this embodiment acts on the gear via the worm shaft 23, it is possible to influence the torques on the wheels 1 and 2 as described by superimposing them.
  • FIG. 6 Another embodiment of the invention is shown in FIG. 6 .
  • a second traction drive 26 which acts on the same ring gear of the gear drive 24.
  • the two drives 25 and 26 thus drive the wheels 1 and 2, as described above in the exemplary embodiment according to FIG. 5.
  • the planetary gear of the wheel 1 is equipped with a second actuator (not shown) in the form of a second worm drive with worm shaft 27.
  • the second worm drive With the second worm drive, the distribution of the torques on the wheels 1 and 2 can be influenced as desired, regardless of the function of the traction drives 25 and 26 and the first worm drive.
  • FIG. 7 A further exemplary embodiment is shown schematically in FIG. 7 .
  • the two planetary gears with the actuators are arranged outside the inner space delimited by the wheels 1 and 2 next to the wheels 1 and 2. This arrangement leaves greater space in the interior for other chassis and vehicle components. This is particularly important for low-floor vehicles.

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Abstract

The steering guides a vehicle on a predetermined course (4) using two adjacent wheels (1,2). The steering motions which are necessary to maintain the course, are produced by driving and braking torques of equal magnitudes and opposing directions. The motions act simultaneously on the adjacent wheels of the vehicle or bogey, so that driving and braking forces of equal magnitudes and opposing directions arise at the contact points on the wheels, to create a steering moment. The driving and braking torques may be produced by separate generators.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur sicheren und verschleißarmen Führung von Fahrzeugen entlang eines vorgegebenen Kurses mittels Fahrwerken mit zwei nebeneinander angeordneten Rädern, insbesondere zur Führung von Schienenfahrzeugen bzw. deren Fahrwerken im Spurkanal eines GleisesThe invention relates to a device for the safe and low-wear guidance of vehicles along a predetermined course by means of running gear with two wheels arranged next to one another, in particular for guiding rail vehicles or their running gear in the track channel of a track

Die vorgeschlagene Einrichtung soll einerseits die sichere Spurführung gewährleisten und auch auf konventionellen Zweischienen-Gleisen der Eisenbahnen höchste Fahrgeschwindigkeiten mit geringstem Risiko für eine Entgleisung ermöglichen. Auch soll die Einrichtung gestatten, engste Gleisbögen entgleisungssicher zu befahren.
Andererseits soll der Verschleiß von Schienen und Rädern sowohl beim Schnellfahren auf geraden Strecken als auch beim Befahren enger Gleisbögen soweit wie möglich reduziert werden.The proposed facility is intended on the one hand to ensure safe track guidance and also to enable the highest travel speeds with the lowest risk of derailment even on conventional double-rail tracks of the railways. The facility is also intended to allow narrow track arches to be safely derailed.
On the other hand, the wear on rails and wheels should be reduced as much as possible, both when driving fast on straight lines and when traveling on narrow bends.

Beide Ziele werden erreicht, wenn die Räder der Fahrwerke auf den Schienen ideal abrollen. Dies setzt voraus, daß sie in allen Situationen weder mit dem Spurkranz die Fahrschiene berühren noch schräg zur Schiene rollen.
Wenn die genannten Bedingungen - kein Spurkranzanlauf und kein Schräglauf - erfüllt sind, ist zu erwarten, daß derartige Räder nicht nur sicher und verschleißarm sondern auch leise auf den Schienen rollen.Both goals are achieved if the wheels of the trolleys roll ideally on the rails. This presupposes that they do not touch the rail with the wheel flange in any situation, nor do they roll at an angle to the rail.
If the conditions mentioned - no wheel flange start and no skew - are met, it can be expected that such wheels will not only roll safely and with little wear but also quietly on the rails.

Es ist bekannt, daß fast alle Schienenfahrzeuge noch mit Radsätzen ausgerüstet sind. Radsätze bestehen aus der drehbaren Radsatzwelle und zwei fest mit dieser verbundenen Rädern mit kegeligen Radprofilen. Derartige Radsätze haben die natürliche Eigenschaft bei einem seitlichen Versatz des Radsatzes aus der Gleismitte selbsttätig zu wenden, d. h. eine Schwenk- bzw. Wendebewegung um die Hochachse auszuführen. Damit sind sie in der Lage sowohl dauernden einseitigen Spurkranzanlauf eines Rades im geraden Gleis ohne äußere Unterstützung zu verhindern als auch die für Bogenfahrten notwendigen Wendebewegungen zwecks radialer Einstellung der Radsatzachse auf den Mittelpunkt des Gleisbogens ohne äußere Lenkhilfe von selbst auszuführen. Dieser natürliche Vorteil des Spurführungsprinzip Radsatz ist gleichzeitig sein größter Nachteil.It is known that almost all rail vehicles are still equipped with wheelsets. Wheel sets consist of the rotatable wheel set shaft and two wheels with tapered wheel profiles that are firmly connected to it. Such wheel sets have the natural property to turn automatically when the wheel set is offset laterally from the middle of the track, ie a swiveling or turning movement to execute the vertical axis. This means that they are able to both prevent permanent one-sided wheel flange start-up on a straight track without external support and also carry out the turning movements required for bends in order to adjust the axle set radially to the center of the bend without external steering assistance. This natural advantage of the wheel set guidance principle is also its greatest disadvantage.

Die Fähigkeit des Radsatzes, selbsttätig zu wenden, führt dazu, daß ein Radsatz, der im geraden Gleis einmal zu einer Wendebewegung veranlaßt wurde, im dauernden Wechsel unkontrollierte Wendebewegungen vollführt. Er bewegt sich dabei auf einer Wellenbahn (Sinuslauf) durch den Spurkanal des Gleises. Unerwünschter Schräglauf und ständiger Wechsel von Antriebs- und Bremskräften in den Radaufstandspunkten der Räder sind die Ursache. Unruhiger Fahrzeuglauf, Verschleiß an Rädern und Schienen und Rollgeräusche folgen daraus. Schon bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten werden die Radsatzbewegungen so groß, daß harte Spurkranzanläufe unvermeidbar sind, die bei etwas höheren Fahrgeschwindigkeiten bereits zum Entgleisen führen können.The ability of the wheel set to turn automatically leads to a wheel set which was once caused to make a turning movement on the straight track, alternately performs uncontrolled turning movements. It moves on a wave path (sine wave) through the track channel of the track. Unwanted skewing and constant changes of drive and braking forces in the wheel contact points of the wheels are the cause. This results in restless vehicle running, wear on wheels and rails and rolling noises. Even at low vehicle speeds, the movements of the wheelset are so great that hard wheel flange starts are unavoidable, which can lead to derailment at somewhat higher speeds.

Die genannten Nachteile des Radsatzes treten beim Radpaar nicht auf. Radpaare sind parallel nebeneinander angeordnete Räder, die sich unabhängig voneinander drehen können.
Radpaare haben keinen Wellenlauf. Deshalb sind sie prinzipiell für höchste Fahrgeschwindigkeiten geeignet.
Einzelne Radpaare sind andererseits aber nicht selbstwendefähig. Deshalb sind sie für Bogenfahrten ungeeignet.The mentioned disadvantages of the wheelset do not occur with the pair of wheels. Pairs of wheels are parallel wheels that can rotate independently of one another.
Wheel pairs do not have waves. That is why they are suitable in principle for the highest driving speeds.
On the other hand, individual wheel pairs are not self-turning. Therefore, they are unsuitable for bows.

Die beiden Spurführungsprinzip Radsatz und Radpaar sind in reiner Form für die Spurführung von Schienenfahrzeugen im Gleis unbrauchbar. Mit dem Radsatz kann nicht schnell gefahren werden; Radpaare fahren nicht durch Gleisbögen.In their pure form, the two tracking principles of wheelset and wheels are unusable for tracking rail vehicles on the track. The wheelset cannot be driven quickly; Pairs of wheels do not travel through bends.

Um diesen Mängeln abzuhelfen, wird der Zwang des Radsatzes zum dauernden Wellenlauf durch längs und quer angeordnete Federn und Dämpfer zwischen Fahrzeug bzw. Fahrwerk und Radsatz unterdrückt. Die Wirkung beruht darauf, daß über die Federn und Dämpfer von außen zusätzliche Kräfte in den Radsatz eingeleitet werden, die den Radsatzlauf stabilisieren. Es wird versucht, die in der Null-Ebene der Rad/Schiene-Ebene zwangsläufig entstehenden Kräfte in der oberhalb der Null-Ebene angeordneten Eins-Ebene der Radsatzlager und Radmitten zumindest teilweise zu kompensieren. Je größer die Fahrgeschwindigkeit wird, desto größer müssen die notwendigen Kräfte sein. Dieselben Kräfte wirken an den fahrzeugseitigen Enden der Federn und Dämpfer quasi rückwärts auf die Massen des Fahrzeugs bzw. der Fahrwerke und müssen von letzteren aufgenommen werden. Dies führt zu Beschleunigungen der betreffenden Massen und zu u. U. erheblichen Bewegungen. Damit verschlechtert sich der Fahrkomfort.In order to remedy these deficiencies, the constraint of the wheelset to run continuously in waves is suppressed by longitudinally and transversely arranged springs and dampers between the vehicle or chassis and the wheelset. The effect is based on the fact that additional forces are introduced into the wheelset from the outside via the springs and dampers, which stabilize the wheelset run. Attempts are being made to at least partially compensate for the forces inevitably arising in the zero plane of the wheel / rail plane in the one plane of the wheelset bearings and wheel centers arranged above the zero plane. The greater the driving speed, the greater the forces required. The same forces act on the vehicle-side ends of the springs and dampers, so to speak, backwards on the masses of the vehicle or the running gear and must be absorbed by the latter. This leads to accelerations of the masses concerned and to u. U. significant movements. This reduces driving comfort.

Möglichen Verbesserungen des Spurführungsverhaltens im geraden Gleis stehen unvermeidlich Verschlechterungen des Fahrkomforts gegenüber. Heutige Fahrwerke von Schienenfahrzeugen mit Radsätzen sind Kompromisslösungen. Die Auslegung und Dimensionierung der Radsatzfahrzeugen bewegt sich auf einem äußerst schmalen Grat zwischen geringeren Schwingungen und größerem Verschleiß.Possible improvements in the guidance behavior in a straight track are inevitably offset by a deterioration in driving comfort. Today's running gear for rail vehicles with wheelsets are compromise solutions. The design and dimensioning of the wheelset vehicles moves on an extremely fine line between lower vibrations and greater wear.

Ähnliche Effekte gibt es bei Radpaaren. Während die Spurführung im geraden Gleis unproblematisch ist, sind die Schwierigkeiten bei der Bogenfahrt von Radpaaren vergleichbar mit denen des Radsatzes beim Geradeauslauf.
Die fehlende Wendefähigkeit des Radpaares muß durch entsprechende Wendemomente in der Eins-Ebene der Radsatzlager von außen aufgeprägt werden. Die Reaktionsmomente der Wendemomente finden sich an Massen des Wagenkastens bzw. der Fahrwerke wieder und verschlechternd dort den Fahrkomfort.There are similar effects with wheel pairs. While tracking in a straight track is not a problem, the difficulties when driving pairs of bends are comparable to those of the wheelset when traveling straight ahead.
The lack of turning ability of the pair of wheels must be impressed from the outside by appropriate turning moments in the one level of the wheelset bearings. The reaction moments of the turning moments can be found on the masses of the car body or the undercarriages and deteriorate the driving comfort there.

Auch hier stehen möglichen Verbesserungen des Spurführungsverhaltens im Gleisbogen unvermeidliche Verschlechterungen des Fahrkomforts gegenüber.Here, too, possible improvements in the guidance behavior in the track curve are offset by inevitable deteriorations in driving comfort.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die notwendige Stabilisierung eines Radsatzes im geraden Gleis und die notwendigen Lenkmomente eines Radpaares für die Bogenfahrt so zu erzeugen, daß Fahrkomfort und Verschleiß nicht negativ beeinflußt werden wie bisher.The invention has for its object to generate the necessary stabilization of a set of wheels in a straight track and the necessary steering moments of a pair of wheels for the bend so that driving comfort and wear are not negatively affected as before.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die unkontrollierten Wendebewegungen von Radsätzen durch geregelte Lenkmomente stabilisiert und die nicht vorhandenen Wendebewegungen von Radpaaren durch gesteuerte oder gezielt eingestellte Lenkmomente ersetzt werden.
Die notwendigen Lenkmomente werden dabei nicht wie bisher in der Eins-Ebene der Radsatzlager bzw. Radmitten aufgebracht, sondern in der Null-Ebene, d.h. in den Radaufstandspunkten direkt erzeugt.The object is achieved in that the uncontrolled turning movements of wheel sets are stabilized by controlled steering torques and the non-existing turning movements of wheel pairs are replaced by controlled or specifically set steering torques.
The necessary steering torques are not applied as previously in the one level of the wheelset bearings or wheel centers, but in the zero level, ie directly in the wheel contact points.

Ein Lenkmoment läßt sich als kräftepaar darstellen. Es entsteht durch zwei gleich große, entgegengesetzt, gerichtete parallele Kräfte.A steering torque can be represented as a pair of forces. It is created by two equal, oppositely directed, parallel forces.

Längskräfte in den Rad/Schienen-Berührpunkten der beiden Räder eines Radsatzes oder Radpaares sind immer parallel. Exakt gleiche Größe der Kräfte und entgegengesetzte Richtungen lassen sich durch ein Drehmoment am einen Rad und dessen notwendig gleich großes aber entgegengerichtetes Reaktionsmoment am gegenüberliegenden Rad erwirken.Longitudinal forces in the wheel / rail contact points of the two wheels of a wheel set or wheel pair are always parallel. Exactly the same magnitude of the forces and opposite directions can be achieved by a torque on one wheel and its necessarily the same but opposite reaction torque on the opposite wheel.

Bei der vorgeschlagenen Einrichtung zur Führung von Fahrzeugen bzw. deren Fahrwerken nach dem Null-Ebenen-Konzept werden den Rädern synchron Antriebs- und Bremsmomente gleicher Größe aufgeprägt. Die in den Rad/Schienen-Berührpunkten ,der Null-Ebene, entstehenden, antreibenden und bremsenden Längskraftschlußkräfte erzeugen das gewünschte Lenkmoment, welches die Spurführungseinheit Radsatz oder Radpaar unterstützend im Spurkanal des Gleises führt.In the proposed device for guiding vehicles or their undercarriages according to the zero-level concept, drive and braking torques of the same size are impressed on the wheels synchronously. The longitudinal traction forces generated, driving and braking in the wheel / rail contact points, the zero level, generate the desired steering torque, which supports the tracking unit wheelset or wheel pair in the track channel of the track.

Die gleichzeitig an zwei Rädern aufgebrachten Drehmomente gleicher Größe sind das besondere der vorgeschlagenen Einrichtung. In diesem Punkt unterscheidet es sich wesentlich von anderen bekanntgewordenen Vorschlägen. Das Null-Ebenen-Konzept mit synchroner, antidirektionaler Drehmomentaufprägung ist für antriebslose, angetriebene und gebremste Spurführungseinheiten anwendbar.The same torques of the same size applied to two wheels at the same time are the special features of the proposed device. In this point, it differs significantly from other proposals that have become known. The zero-level concept with synchronous, anti-directional torque stamping can be used for non-driven, driven and braked tracking units.

Die mit der Erfindung erzielbaren Fortschritte bestehen insbesondere darin, daß die Stellkräfte für die Lenkmomente, welche die Spurführung unterstützen, direkt in den Radaufstandspunkten der Rad/Schiene-Berührungen erzeugt werden. Das führt dazu, daß unerwünschtem Schräglauf mit allen sich daraus ergebenden Folgen wie großer Querschlupf, Querversatz im Gleis, Quer- und Längsschlupf zwischen Rädern und Schienen und daraus resultierenden Gerauschen schon im Ansatz entgegengewirkt wird. An die Stelle des bisherigen Bekämpfung von Symptomen tritt die Beseitigung von deren Ursachen.The advances which can be achieved with the invention consist in particular in that the actuating forces for the steering torques which support the guidance are generated directly in the wheel contact points of the wheel / rail contacts. This means that unwanted skew with all the resulting consequences such as large transverse slip, transverse offset in the track, transverse and longitudinal slip between wheels and rails and the resulting noise is already counteracted. In the place of the previous fight against symptoms, the elimination of their causes takes place.

Ferner ist die Spurführung nach dem beschriebenen Null-Ebenen-Konzept frei von Rückwirkungen zwischen Fahrwerk und Fahrzeug. Hieraus resultiert eine wesentliche Verbesserung des Fahrkomfort.In addition, the lane guidance according to the zero-level concept described is free of repercussions between the chassis and the vehicle. This results in a significant improvement in driving comfort.

Von Vorteil ist außerdem, daß die zur Spurführung an den Rädern erforderlichen Drehmomente bei entsprechender technischer Ausgestaltung verschleißarm erzeugt werden können. Entsprechende Ausführungsbeispiele und Weiterbildungen der Erfindung sind nachfolgend beschrieben und in den Unteransprüchen beansprucht.It is also advantageous that the torques required for guiding the wheels on the wheels can be generated with little wear if the technical design is appropriate. Corresponding exemplary embodiments and developments of the invention are described below and claimed in the subclaims.

Die Erfindung wird nachstehend mit bezug auf die Zeichnung an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1
das Prinzip einer Einrichtung in schematischer, räumlicher Darstellung;
Fig. 2
eine Einrichtung mit zwei Rädern, die Fahrwerksmitte und den vorgegebenen Kurs mit zwei getrennten Drehmomenterzeugern in Draufsicht;
Fig. 3
eine Einrichtung mit zwei Rädern, die Fahrwerksmitte und den vorgegebenen Kurs mit Kopplung der Räder mit Stator und Rotor in Draufsicht;
Fig. 4
eine Einrichtung, bei der die erforderlichen Antriebs und Bremsmomente an den Rädern durch ein mechanisches Überlagerungsgetriebe erzeugt werden, in Draufsicht;
Fig. 5
eine Einrichtung gemäß Fig. 4, bei dem das Überlagerungsgetriebe auch als Traktionsgetriebe ausgebildet ist;
Fig. 6
eine Einrichtung gemäß Fig. 5, mit zwei Traktionsantrieben und
Fig. 7
eine Einrichtung mit außerhalb der Räder angeordneten Planetengetrieben in Draufsicht.
The invention is explained below with reference to the drawing in several embodiments. Show it
Fig. 1
the principle of a device in a schematic, spatial representation;
Fig. 2
a device with two wheels, the chassis center and the predetermined course with two separate torque generators in plan view;
Fig. 3
a device with two wheels, the chassis center and the specified course with coupling of the wheels with stator and rotor in plan view;
Fig. 4
a device in which the required drive and braking torques on the wheels are generated by a mechanical superposition gear, in plan view;
Fig. 5
a device according to FIG 4, in which the superposition gear is also designed as a traction gear.
Fig. 6
5 with two traction drives and
Fig. 7
a device with planetary gears arranged outside the wheels in plan view.

Fig. 1 zeigt das Prinzip einer Einrichtung in schematischer, räumlicher Darstellung. Dargestellt sind die beiden Räder 1 und 2 der Einrichtung bei einem Fahrzeug oder Fahrwerk. Die zwischen den Rädern 1 und 2 liegende Mitte 3 des Fahrwerks soll über den vorgegebenen Kurs 4 geführt werden. Zu diesem Zweck werden den Rädern 1 und 2 gleichgroße, aber entgegengerichtete Drehmomente +My5 und -My6 aufgeprägt. Sie erzeugen in den Radaufstandspunkten die Längskraftschlußkräfte +Fx7 und -Fx8.
Über den Abstand 9 der Radaufstandspunkte voneinander entsteht das zum Lenken notwendige Lenkmoment Fx ·a, welches das Fahrwerk um seine Hochachse 10 wendet und es entlang des vorgegebenen Kurses 4 führt. Fig. 1 shows the principle of a device in a schematic, spatial representation. Shown are the two wheels 1 and 2 of the device in a vehicle or chassis. The center 3 of the undercarriage lying between the wheels 1 and 2 is to be guided over the predetermined course 4. For this purpose, wheels 1 and 2 of the same size but opposing torques + M y 5 and -M y 6 are impressed. In the wheel contact points they generate the longitudinal force + F x 7 and -F x 8.
The steering torque F x · a necessary for steering arises from the distance 9 of the wheel contact points from one another, which turns the chassis about its vertical axis 10 and guides it along the predetermined course 4.

In Fig. 2 sind das Fahrwerk mit den beiden Rädern 1 und 2, die Fahrwerksmitte 3 und der vorgegebene Kurs 4 in der Draufsicht ,von oben, dargestellt. Die gleichgroßen, entgegengerichteten Drehmomente werden von zwei getrennten Drehmomenterzeugern 11, z. B. Motoren, direkt auf die Räder 1 und 2 übertragen. Die notwendige Gleichheit der Drehmomente erfordert besondere Stell- oder Regeleinrichtungen, die im Bild nicht dargestellt sind. Diese Zusatzeinrichtungen müssen sehr genau arbeiten. Sie sind aufwendig und teuer. 2 shows the undercarriage with the two wheels 1 and 2, the undercarriage center 3 and the predetermined course 4 in a top view from above. The same-sized, opposite torques are generated by two separate torque generators 11, for. B. motors, directly to wheels 1 and 2. The necessary equality of the torques requires special adjustment or control devices, which are not shown in the picture. These additional devices have to work very precisely. They are complex and expensive.

Fig. 3 zeigt das Fahrwerk mit den beiden Rädern 1 und 2, die Fahrwerksmitte 3 und den vorgegebenen Kurs 4, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel die Gleichheit der entgegengesetzten Drehmomente auf sehr einfache Weise dadurch erreicht wird, daß die beiden Reaktionsteile eines Motors als Drehmomenterzeuger 11, nämlich der Stator 12 und der Rotor 13 direkt oder indirekt mit den Rädern 1 und 2 gekoppelt sind und rotieren. Wegen actio = reactio sind die in den Motorteilen 12 und 13 entstehenden Drehmomente per princip gleich groß und entgegengerichtet. Es bedarf keiner zusätzlichen Regel- oder Stelleinrichtungen, welche die geforderte Gleichheit der Momente erzeugen müßten. Fig. 3 shows the undercarriage with the two wheels 1 and 2, the undercarriage center 3 and the predetermined course 4, whereby in this embodiment the equality of the opposite torques in a very simple manner is achieved that the two reaction parts of a motor as a torque generator 11, namely the stator 12 and the rotor 13 are directly or indirectly coupled to the wheels 1 and 2 and rotate. Because of actio = reactio, the torques generated in motor parts 12 and 13 are basically the same size and opposite. There is no need for additional regulating or actuating devices which would have to produce the required equality of the moments.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel bei der die erforderlichen Antriebs- und Bremsmomente an den Rädern 1 und 2 durch ein mechanisches Überlagerungsgetriebe erzeugt werden. Das Überlagerungsgetriebe besteht im Prinzip aus zwei in Reihe geschalteten Planetengetrieben, wobei das erste Planetengetriebe einen Planetenträger 14, ein Hohlrad 16 und ein Sonnenrad 17 und das zweite Planetengetriebe einen Planetenträger 22, eine Hohlrad 21 und ein Sonnenrad 19 aufweist. Eine Sonnenradwelle 18 verbindet beide Planetengetriebe miteinander.
Der Planetenträger 14 ist direkt oder indirekt mit dem Rad 1 gekuppelt. Das Planetenrad 15 steht mit dem Hohlrad 16 und dem Sonnenrad 17 im Eingriff. Auf dem Sonnenrad 19 kämmt das Planetenrad 20, das seinerseits in das Hohlrad 21 eingreift und der Planetenträger 22 ist direkt oder indirekt mit dem Rad 2 verbunden. Das Sonnenrad 17 des ersten Planetengetriebes ist mit dem Sonnenrad 19 des zweiten Planetengetriebes fest über die gemeinsame Sonnenradwelle 18 verbunden.
Während das Hohlrad 16 feststeht, ist das Hohlrad 21 drehbar gelagert und von einem nicht dargestellten Stellantrieb, z. B. mittels einer Schneckenwelle 23 eines Schneckentriebes in beide Drehrichtungen zu bewegen. Beim Stillstand des Stellantriebes ist das Hohlrad 21 blockiert. Fig. 4 shows an embodiment in which the required drive and braking torques on the wheels 1 and 2 are generated by a mechanical superposition gear. The superposition gear consists in principle of two planetary gears connected in series, the first planetary gear having a planet carrier 14, a ring gear 16 and a sun gear 17 and the second planetary gear having a planet carrier 22, a ring gear 21 and a sun gear 19. A sun gear shaft 18 connects the two planetary gears to one another.
The planet carrier 14 is directly or indirectly coupled to the wheel 1. The planet gear 15 is in engagement with the ring gear 16 and the sun gear 17. On the sun gear 19, the planet gear 20 meshes, which in turn engages in the ring gear 21 and the planet carrier 22 is connected directly or indirectly to the gear 2. The sun gear 17 of the first planetary gear is firmly connected to the sun gear 19 of the second planetary gear via the common sun gear shaft 18.
While the ring gear 16 is fixed, the ring gear 21 is rotatably supported and by an actuator, not shown, for. B. by means of a worm shaft 23 of a worm drive in both directions of rotation. When the actuator is stopped, the ring gear 21 is blocked.

Bei stehendem Hohlrad 21, also bei nicht arbeitendem Stellantrieb, funktioniert die beschriebene Anordnung wie eine starre Welle. Die beiden Räder 1 und 2 sind über die Planetengetriebe fest miteinander gekoppelt; sie haben dieselbe Drehzahl und übertragen dasselbe Drehmoment. Die Restmomente, die sich bei Wandlung der Drehmomente in den beiden Planetengetrieben ergeben, stützen sich über die beiden feststehenden Hohlräder 16 und 21 an den Getriebegehäusen ab.
Wenn die Drehmomentabstützung am Hohlrad 21 über die Schneckenwelle 23 durch den Stellantrieb verändert wird, sorgen die Planetenräder 20, 15 dafür, daß die Änderung zu gleichen Teilen auf die Räder 1 und 2 aufgeteilt wird. Einer Verringerung des Drehmomentes am Rad 2 entspricht eine gleich große Veränderung des Drehmomentes am Rad 1 und umgekehrt.When the ring gear 21 is stationary, that is to say when the actuator is not working, the arrangement described functions like a rigid shaft. The two wheels 1 and 2 are firmly coupled to one another via the planetary gear; they have the same speed and transmit the same torque. The residual torques that result when the torques are converted in the two planetary gears, are based on the two fixed ring gears 16 and 21 on the gearbox.
If the torque support on the ring gear 21 is changed via the worm shaft 23 by the actuator, the planet gears 20, 15 ensure that the change is divided equally between the wheels 1 and 2. A reduction in the torque at wheel 2 corresponds to an equal change in torque at wheel 1 and vice versa.

Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem das bereits beschriebene Überlagerungsgetriebe zwischen den Rädern 1 und 2 auch als Traktionsgetriebe ausgebildet ist.
Zu diesem Zweck ist beispielhaft die gemeinsame Sonnenradwelle 18 mit einem zusätzlichen Zahnradantrieb 24 versehen, über welchen ein Traktionsantrieb 25 die Traktionsleistung einspeist. Bei stehendem Schneckentrieb rotieren die Räder 1 und 2 mit gleicher Drehzahl. Die Drehmomente an den Rädern 1 und 2 stellen sich entsprechend den in den Radaufstandspunkten der Räder 1 und 2 übertragbaren Radumfangskräften ein. Mit dem Stellantrieb, der bei diesem Ausführungsbeispiel über die Schneckenwelle 23 auf das Getriebe einwirkt, ist es möglich, die Drehmomente an den Rädern 1 und 2 wie beschrieben durch Überlagerung zu beeinflussen. Fig. 5 shows an embodiment in which the already described superposition gear between the wheels 1 and 2 is also designed as a traction gear.
For this purpose, the common sun gear shaft 18 is provided, for example, with an additional gear drive 24, via which a traction drive 25 feeds the traction power. When the worm gear is stationary, wheels 1 and 2 rotate at the same speed. The torques on the wheels 1 and 2 are set in accordance with the wheel circumferential forces which can be transmitted in the wheel contact points of the wheels 1 and 2. With the actuator, which in this embodiment acts on the gear via the worm shaft 23, it is possible to influence the torques on the wheels 1 and 2 as described by superimposing them.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 6 widergegeben. Neben dem ersten Traktionsantrieb 25 ist ein zweiter Traktionsantrieb 26 vorhanden, der dasselbe Tellerrad des Zahnradtriebs 24 beaufschlagt. Damit treiben die beiden Antriebe 25 und 26 die Räder 1 und 2, wie vorstehend beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 beschrieben, an.
Ebenso ist das Planetengetriebe des Rades 1 mit einem nicht dargestellten zweiten Stellantrieb in Ausbildung eines zweiten Schneckentriebes mit Schneckenwelle 27 ausgestattet. Auch mit dem zweiten Schneckentrieb läßt sich die Aufteilung der Drehmomente auf die Räder 1 und 2 unabhängig von der Funktion der Traktionsantriebe 25 und 26 und des ersten Schneckentriebes beliebig beeinflussen.Another embodiment of the invention is shown in FIG. 6 . In addition to the first traction drive 25, there is a second traction drive 26 which acts on the same ring gear of the gear drive 24. The two drives 25 and 26 thus drive the wheels 1 and 2, as described above in the exemplary embodiment according to FIG. 5.
Likewise, the planetary gear of the wheel 1 is equipped with a second actuator (not shown) in the form of a second worm drive with worm shaft 27. With the second worm drive, the distribution of the torques on the wheels 1 and 2 can be influenced as desired, regardless of the function of the traction drives 25 and 26 and the first worm drive.

In Fig. 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die beiden Plantengetriebe mit den Stellantrieben außerhalb des durch die Räder 1 und 2 begrenzten inneren Raumes neben den Rädern 1 und 2 angeordnet. Diese Anordnung läßt im Innenraum größere Freiräume für andere Fahrwerks- und Fahrzeugkomponenten. Dies ist insbesondere bei Niederflurfahrzeugen von großer Bedeutung.A further exemplary embodiment is shown schematically in FIG. 7 . In this embodiment, the two planetary gears with the actuators are arranged outside the inner space delimited by the wheels 1 and 2 next to the wheels 1 and 2. This arrangement leaves greater space in the interior for other chassis and vehicle components. This is particularly important for low-floor vehicles.

BezugszeichenlisteReference list

11
Rad (links)Wheel (left)
22nd
Rad (rechts)Wheel (right)
33rd
Mitte FahrwerkMiddle chassis
44th
vorgegebener Kursgiven course
55
Drehmoment +My (links)Torque + M y (left)
66
Drehmoment -My(rechts)Torque -M y (right)
77
Längskraftschlußkraft +Fx(links)Longitudinal force + F x (left)
88th
Längskraftschlußkraft -Fx(rechts)Restraining force -F x (right)
99
Abstand RadaufstandspunkteDistance between wheel contact points
1010th
Hochachse FahrwerkVertical axis undercarriage
1111
Drehmomenterzeuger (Motor)Torque generator (engine)
1212th
Statorstator
1313
Rotorrotor
1414
Planetenträger (links)Planet carrier (left)
1515
Planetenrad (linksPlanet gear (left
1616
Hohlrad (links)Ring gear (left)
1717th
Sonnenrad (links)Sun gear (left)
1818th
SonnenradwelleSun gear shaft
1919th
Sonnenrad (rechts)Sun gear (right)
2020th
Planetenrad (rechts)Planet gear (right)
2121
Hohlrad (rechts)Ring gear (right)
2222
Planetenträger (rechts)Planet carrier (right)
2323
Schneckenwelle (rechts)Worm shaft (right)
2424th
ZahnradtriebGear drive
2525th
erster Traktionsantriebfirst traction drive
2626
zweiter Traktionsantriebsecond traction drive
2727
Schneckenwelle (links)Worm shaft (left)

Claims (8)

Einrichtung zur sicheren und verschleißarmen Führung von Fahrzeugen entlang eines vorgegebenen Kurses mittels Fahrwerken mit zwei nebeneinander angeordneten Rädern, insbesondere zur Führung von Schienenfahrzeugen bzw. deren Fahrwerken im Spurkanal eines Gleises, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Einhaltung des Kurses (4) erforderlichen Lenkbewegungen durch Antriebs- und Bremsdrehmomente gleicher Größe aber entgegengesetzter Richtung erzeugt werden, die zwei nebeneinander angeordneten Rädern (1, 2) des Fahrzeugs oder Fahrwerks gleichzeitig aufgeprägt werden und dadurch in den Radaufstandspunkten gleich große aber entgegegerichtete Antriebs- bzw. Bremskräfte entstehen lassen, welche die zum Lenken notwendigen Lenkmomente erzeugen.Device for the safe and low-wear guidance of vehicles along a given course by means of trolleys with two wheels arranged next to one another, in particular for guiding rail vehicles or their trolleys in the track channel of a track, characterized in that the steering movements required to maintain the course (4) by drive - And braking torques of the same size but in the opposite direction are generated, the two adjacent wheels (1, 2) of the vehicle or chassis are simultaneously impressed, thereby creating equally large but opposing driving or braking forces that generate the steering and steering forces Generate steering torques. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die entgegengerichteten Drehmomente gleicher Größe durch separate Drehmomenterzeuger (11) realisiert werden.Device according to claim 1, characterized in that the opposite torques of the same size are realized by separate torque generators (11). Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die entgegengerichteten Drehmomente von den beiden Reaktionsteilen, dem Stator (12) und dem Rotor (13), eines Motors als Drehmomenterzeuger (11) abgenommen werden.Device according to claim 1, characterized in that the opposing torques are taken from the two reaction parts, the stator (12) and the rotor (13), of a motor as a torque generator (11). Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die entgegengerichteten Drehmomente mechanisch mit Hilfe eines Überlagerungsgetriebes und dessen verstellbaren Stellantrieb aufgebracht werden.Device according to claim 1, characterized in that the opposing torques are applied mechanically with the aid of a superposition gear and its adjustable actuator. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Überlagerungsgetriebe aus zwei in Reihe geschalteten Planetengetrieben gebildet ist.Device according to claim 4, characterized in that the superposition gear is formed from two planetary gears connected in series. Einrichtung nach Anspruch 1, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die entgegengerichteten Drehmomente mechanisch mit Hilfe eines Überlagerungsgetriebes aufgebracht werden, welches gleichzeitig über einen Traktionsantrieb (25) die Traktionsleistung überträgt.Device according to claim 1, 4 or 5, characterized in that the opposing torques are applied mechanically with the aid of a superposition gear which simultaneously transmits the traction power via a traction drive (25). Einrichtung nach Anspruch 1, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Stellantrieb als auch der Traktionsantrieb (25) zum Zwecke der Redundanz doppelt vorhanden sind.Device according to claim 1, 4, 5 or 6, characterized in that both the actuator and the traction drive (25) are duplicated for the purpose of redundancy. Einrichtung nach Anspruch 1, 4, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Überlagerungsgetriebe bzw. Planetengetriebe mit den Stellantrieben außerhalb des durch die Räder (1, 2) begrenzten, inneren Raumes neben den Rädern (1, 2) angeordnet sind.Device according to claim 1, 4, 5, 6 or 7, characterized in that the two superposition gears or planetary gears with the actuators are arranged outside the inner space delimited by the wheels (1, 2) next to the wheels (1, 2) .
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