EP1003660B1 - Fahrwerk für ein schienenfahrzeug - Google Patents

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EP1003660B1
EP1003660B1 EP99926457A EP99926457A EP1003660B1 EP 1003660 B1 EP1003660 B1 EP 1003660B1 EP 99926457 A EP99926457 A EP 99926457A EP 99926457 A EP99926457 A EP 99926457A EP 1003660 B1 EP1003660 B1 EP 1003660B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
wheels
driven
structure according
undercarriage
steering
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP99926457A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1003660A1 (de
Inventor
Frank Hentschel
Markus Koch
Andreas Daberkow
Ulrich Hachmann
Wolfgang-Dieter Richter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alstom Transportation Germany GmbH
Original Assignee
DaimlerChrysler Rail Systems GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DaimlerChrysler Rail Systems GmbH filed Critical DaimlerChrysler Rail Systems GmbH
Publication of EP1003660A1 publication Critical patent/EP1003660A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1003660B1 publication Critical patent/EP1003660B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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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
    • 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
    • B61F5/386—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
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a chassis according to the preamble of the first claim.
  • a chassis of this type (DE 38 08 593, A1), as is the case in particular for low-floor trams has application, has a chassis frame and four single wheels, so 2 pairs of wheels on, each mounted on a pivotable about a horizontal axis on the chassis frame Wheel carriers are rotatably mounted about horizontal axes.
  • the wheel carriers are under attack the free ends of longitudinal members of the chassis frame, adjacent to each individual wheel a primary spring is provided which is located between the wheel carrier and the overlying Side member is used.
  • the axles of the single wheels are rigid with their respective ones Wheel carrier connected.
  • An axle-like wheelset is driven, including each concerned Single wheel is coupled with a gearbox. Both transmissions are shared by a drive motor driven via a coupling gear.
  • the invention is based on the object, according to the preamble of the first claim designed chassis, which with minimal wear, high security and low design effort to pass through both narrow track curves and higher speeds in the straight track can achieve.
  • the usually in Direction of travel of the rail vehicle leading non-driven wheels due to their pivotable about a vertical axis storage and their free rotation due to the wheel-rail geometry automatically set radially to the track and in particular to the track curve, wherein the steering wheel associated with this pair of steering the concurrent steering both
  • the non-driven wheels of the leading wheelset can so as self-regulating single-wheel module due to their pivoting relative to the common Radmoi compensate the occurring at higher speeds sinusoidal, without the resulting movements to transfer in full to the chassis frame, the in turn carries the associated car body via primary springs.
  • the swinging of the driven takes place Radplanes by means of an actively controlled actuator, which depends on the radius of the current traveled track section determines the swing angle of this pair of wheels, this Swing angle against the pivoting direction of the non-driven pair of wheels.
  • the Pivoting takes place in such a way that the wheel axles radially to the track section or the wheel planes are aligned tangentially thereto.
  • the common wheel carrier is in this case hinged about a horizontal axis pivotally mounted on the chassis frame and on the other supported by primary springs against the underside of the chassis frame.
  • the single wheels the non-driven wheel pair are preferably on Einzelradffyn stored, in turn, also on a common, the chassis frame to a horizontal Axis pivotally supported wheel carrier about a vertical axis pivotally mounted are. It is also this wheel by means of primary springs against the underside of the chassis frame supported to provide the necessary ride comfort.
  • This reset device is optionally effective when a control error is registered.
  • the operational steering control disabled and for the reset device activated the one or more pairs of wheels regardless of the radius of the currently traveled track section automatically pivots into a basic position associated with a straight track.
  • a braking operation to reduce the speed of the Vehicle requested or automatically initiated, if the speed is above a predetermined Value is and the radius of the curve curvature of a predetermined value below. The permissible speed then depends on the radius of the curve be controlled.
  • the actuator of the driven wheelset depending on the steering angle at least one of the non-driven, leading single wheels angle-controlled against the same is expediently the actuator of the driven wheelset depending on the steering angle at least one of the non-driven, leading single wheels angle-controlled against the same.
  • the steering device for the non-driven rail wheels is preferably with a Lenkgestfite equipped, which together with the associated common wheel carrier a Parallelogramm Entry forms.
  • the freewheeling individual wheels thus form a wheelset, itself according to the forces resulting from the wheel-rail geometry Aligns radially to the currently traveled track. This advantageous effect arises in particular also in the constant curve.
  • a damper with adjustable suspension and damping behavior can be used between the steering linkage and the associated wheel carrier or the chassis frame. It will work then influences from track position disturbances or the like not in full in the control behavior the non-driven wheels.
  • the damping behavior can be dependent on this be controlled from the track curvature and on the straight track very high values accept. It can also be controlled the aforementioned locking.
  • the damper can therefore also be designed as a locking device, not only in the straight track but also suppresses disturbances on the steering behavior in the constant track curve.
  • at least one damper and / or one driven Wheel pair associated actuator or the optionally independent return device assign a distance measuring device whose length changes a measure of the current Steering angle of the so coupled single wheels or pairs of wheels.
  • multi-unit rail vehicle with only one arranged in the car body longitudinal center Suspension, it is expedient to arrange according to the invention trained chassis so that in vehicles with only one direction of travel all non-driven pairs of wheels the driven Advance pairs of wheels of the relevant landing gear.
  • the chassis are arranged so that, anyway the non-driven wheel pairs of the terminal drives relative to the associated driven wheel pair of the relevant chassis to the adjacent free rail train lie down.
  • the arrangement is as far as possible taken in such a way that a driven wheelset another driven wheelset of the neighboring landing gear follows.
  • a chassis, especially a bogie for low floor trams has a Chassis frame of two parallel to the direction of travel extending longitudinal axis directed Langträgem 1 and two in the longitudinal center area perpendicular thereto cross members. 2 and 3 on.
  • a two-armed wheel carrier 4 or 5 to a horizontal axis pivotable in low-wear Elastoellobuchsen 6 by means of the arms stored.
  • the bridge-shaped wheel carrier 4, 5 engage under the respective cranked upwards Ends of the longitudinal beams 1 in the region of the cross member 2, 3 with respect to the horizontal axes of rail wheels 8 have a lowered center part.
  • the wheels 4, 5 are over Primary spring elements 9 against the underside of the free ends 10 of the longitudinal beam 1 elastic supported.
  • Two rail wheels 8 are laterally outside next to the free ends 10 of the Long carrier 1 on the wheel 4 and 2 more rail wheels 8 on the mirror image opposite wheel carrier 5 rotatably mounted about the horizontal axes 7.
  • Rail wheels 8, 8 at the leading wheel carrier 4 without drive, while the pair of wheels 8,8 am assigned wheel carrier 5 by means of a gear assembly 11 via drive shafts 12 with not shown, separate drive motors are coupled.
  • the rail wheels 8 are on Wheel carrier 5 mounted on permanently connected axes 7.
  • the axes are 7 the non-driven pair of wheels 8 fixed to Einzelradismen 13, which in turn to one each vertical vertical axis 14 are pivotally mounted on the associated wheel carrier 4.
  • the wheel carrier 5 of the other, driven wheel pair 8.8 is a common, longitudinal center Vertical axis about a arranged there pivot assembly 18 in a horizontal Level parallel to a cross member 2.3 receiving plane pivotally.
  • the Radley 5 longitudinally coupled via a coupling link 19 with the adjacent cross member 3 and at the other end in the area of the trunnion assembly 18 with the crosspiece of the Wheel carrier 5 hinged.
  • the Trunnion assembly 18 has, for example, one connected to the chassis frame 1 Trunnion, which is arranged between the side, at the associated wheel 5 fixed retaining cheeks is rotatably fixed.
  • a controllable adjusting element 20 is provided, which is hinged to a support pad 21, in turn is firmly connected to a long beam 1 and for the Auflagerung a primary suspension is determined.
  • the actuator 20 is the other end with the axis 7 of the driven Wheels 8 coupled.
  • the actuator 20 is variable in length and can act as an actuator equipped with hydraulic, pneumatic or electromotive spindle drive be.
  • the change in length of this control element 20 is dependent on the radius of curvature controlled the currently traveled rail section.
  • at least a Einzelradisme 13 of the non-driven wheelset 8.8 a rotation angle sensor assign, in dependence of the actuator 20 is controlled.
  • the driven wheel pair 8.8 is additionally assigned a controllable return device 22, the like the actuator 20 at one of the second longitudinal beam 1 assigned Support pad 21 articulated for a primary spring element and the other end with the axis 7 of the Rail wheel 8 is hingedly connected, not assigned to the controllable actuator 20 is. It is possible to arrange this return device 22 also parallel to the actuator 20 or to integrate the two elements 21, 22 in one unit and possibly both axes 7 assign.
  • the return device 22 is also variable in length and follows in normal steering operation by means of the actuator 20 the steering movements of the associated axis. 7 without drag.
  • the reset device automatically so controlled that an integrated energy storage ineffective for the steering actuator 20 the wheel carrier 5 automatically pivots into a basic position, the driving on a straight Track is assigned. It is irrelevant whether the chassis in the straight track or in a curved track section is located. It is expedient, the return device To assign a locking device that locks the basic position in this case. A loosening is to be provided again if the proper steering operation on the Actuator 20 is given. It may be appropriate, even the non-driven Wheel pair 8.8 assign such a reset device to stable driving conditions guarantee.
  • the driven wheel pair 8, 8 is a gear arrangement assigned, in which the two the individual wheels 8 associated gear 11 via a common limited slip differential 23 and a transverse shaft 24 with a single drive shaft 12 are coupled for only one drive motor.
  • this chassis is the as Steflelement for active steering of the driven wheel set serving actuator 20 in the middle of the chassis placed in the place of the coupling link 19 of FIG. 1, while the axes of two driven wheels 8 are each assigned a return device 22, the other ends is pivotally coupled to the respective support pad 21.
  • the associated Wheel carrier 5 no longer a pivot pin assembly 18 but a wishbone 25th held on the chassis frame against transverse adjustment.
  • the return device 22 still equipped with integrated locking devices that are locked so long, a change in length So do not allow the reset elements, so long with proper Function of the steering control no control signal requiring a change of the steering angle is supplied to the actuator 20. If so from the at least one of the non-driven Rail wheels 8 associated steering sensor no signal is generated, which is a change requires the steering angle, both locking devices remain in the return elements 22 blocked.
  • Fig. 1 caused by track noise interference oscillations on self-regulating single wheel module at least largely suppress, on the one hand to the steering linkage 15,16 and on the other hand with the wheel carrier 4 or possibly also with the chassis frame a damper 27 gem.
  • Fig. 1 which has a controllable suspension and damping behavior having.
  • the suspension and damping behavior depending on the traveled Track radius and possibly also be controlled by the driving speed.
  • misalignments are prevented and resulting vibrations about the elastic mounting of the wheel carrier 4 in the primary suspension 9 and the elastic Storage 6 added.
  • the damper 27 also assigned a displacement measuring device be in the undisturbed running of the chassis resulting from the Radschiene geometry resulting steering movement of this self-regulating wheel pair 8 detected and thereby generates a signal that can be evaluated for the current steering angle. If the Damper 27 is not self-locking, it is also possible, the steering linkage opposite the wheel by means of its own, controllable locking device if necessary lock.
  • a two-part rail vehicle in which the non-driven Wheel pairs 8 associated with the adjacent free ends of the respective car body closer are as the driven by the gear 11 pairs of wheels 8.
  • the rail vehicle is suitable for bidirectional operation.
  • a third car body 26 is inserted between the arrangement of FIG. 5 at the assigned chassis has the same directional arrangement of the wheelsets, like one of the neighboring landing gears.
  • this tripartite rail vehicle is suitable for bidirectional operation, after in each direction of the first pair of wheels of the foremost Car body is designed as a leading, non-driven pair of wheels and as Self-steering leading pair of wheels the steering operation when entering a curve like the Curve run itself as well as when extending into the straight line initiates.
  • composition acc. Fig. 8 are two units gem. Fig. 5 coupled together, and thus form a four-membered rail vehicle, which is used for bidirectional operation respectively equipped in the direction of travel leading unpowered pair of wheels at the train ends is. Again, allows the self-steering of the first, other wheelset leading wheel set non-driven wheels travel at high speed on both straight and curved Tracks with low wear and high ride comfort.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Vehicle Body Suspensions (AREA)
  • Automatic Cycles, And Cycles In General (AREA)
  • Steering-Linkage Mechanisms And Four-Wheel Steering (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrwerk gemäß dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.
Ein Fahrwerk dieser Art (DE 38 08 593, A1), wie es insbesondere für Niederflur-Straßenbahnen zur Anwendung gelangt, weist einen Fahrwerkrahmen und vier Einzelräder, also 2 Radpaare auf, die jeweils an einem um eine horizontale Achse schwenkbar am Fahrwerkrahmen gelagerten Radträger um horizontale Achsen drehbar gelagert sind. Die Radträger untergreifen dabei die freien Enden von Längsträgern des Fahrwerkrahmens, wobei benachbart zu jedem Einzelrad eine Primärfeder vorgesehen ist, die zwischen den Radträger und den darüber befindlichen Längsträger eingesetzt ist. Die Achsen der Einzelräder sind starr mit dem jeweils zugehörigen Radträger verbunden. Ein achsengleicher Radsatz ist dabei angetrieben, wozu jedes betreffende Einzelrad mit einem Getriebe gekuppelt ist. Beide Getriebe werden gemeinschaftlich von einem Antriebsmotor über ein Koppelgetriebe angetrieben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gemäß dem Oberbegriff des ersten Anspruchs ausgestaltetes Fahrwerk zu schaffen, welches bei minimalem Verschleiß, hoher Sicherheit und geringem konstruktiven Aufwand sowohl enge Gleisbögen durchfahren als auch höhere Geschwindigkeiten im geraden Gleis erzielen kann.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs.
Bei einer Ausgestaltung eines Fahrwerks gemäß der Erfindung können sich die in der Regel in Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs vorlaufenden nicht angetriebenen Räder aufgrund ihrer um je eine Hochachse schwenkbaren Lagerung und ihrer freien Drehbarkeit aufgrund der Rad-Schiene-Geometrie selbsttätig radial zum Gleis und insbesondere zum Gleisbogen einstellen, wobei die diesem Radpaar zugeordnete Lenkeinrichtung die gleichlaufende Lenkung beider
Räder erzwingt. Die nicht angetriebenen Räder des vorlaufenden Radsatzes können so als selbstregelndes Einzelradmodul aufgrund ihrer Schwenkbarkeit gegenüber dem gemeinsamen Radträger den bei höheren Geschwindigkeiten auftretenden Sinuslauf ausgleichen, ohne die daraus resultierenden Bewegungen in voller Höhe auf den Fahrwerkrahmen zu übertragen, der seinerseits über Primärfedern den zugeordneten Wagenkasten trägt. Zusätzlich ist aber auch das angetriebene, weitere Radpaar um eine hier gemeinsame Hochachse gegenüber dem Fahrwerk-rahmen schwenkbar gelagert. Dabei erfolgt die Schwenkung des angetriebenen Radpaares mittels eines aktiv gesteuerten Aktuators, der abhängig vom Radius des aktuell befahrenen Gleisabschnittes den Schwenkwinkel dieses Radpaares bestimmt, wobei dieser Schwenkwinkel entgegen der Schwenkrichtung des nicht angetriebenen Radpaares ist. Die Schwenkung erfolgt dabei in der Weise, daß die Radachsen radial zum befahrenen Gleisabschnitt bzw. die Radebenen tangential dazu ausgerichtet sind. Der gemeinsame Radträger ist hierbei um eine horizontale Achse schwenkbar am Fahrwerksrahmen angelenkt und andererseits mittels Primärfedern gegen die Unterseite des Fahrwerkrahmens abgestützt. Die Einzelräder des nicht angetriebenen Radpaares werden dagegen vorzugsweise an Einzelradträgern gelagert, die ihrerseits ebenfalls an einem gemeinsamen, am Fahrwerksrahmen um eine horizontale Achse schwenkbar gehaltenen Radträger um je eine Hochachse schwenkbar gelagert sind. Dabei ist auch dieser Radträger mittels Primärfedern gegen die Unterseite des Fahrwerkrahmens gestützt, um den erforderlichen Fahrkomfort bereit zu stellen.
Um ein definiertes Fahrverhalten eines erfindungsgemäß ausgebildeten Fahrwerkes auch dann zu erzielen, wenn betriebliche Steuermittel zur Lenkung des angetriebenen Radpaares ausfallen, ist zweckmäßigerweise wenigstens einem Radpaar, und hier bevorzugt dem angetriebenen Radpaar, eine steuerbare Rückstellvorrichtung zugeordnet. Diese Rückstellvorrichtung wird wahlweise dann wirksam, wenn ein Steuerungsfehler registriert wird. In diesem Falle wird die betriebsmäßige Lenkungssteuerung außer Funktion gesetzt und dafür die Rückstellvorrichtung aktiviert, die das oder die Radpaare unabhängig vom Radius des aktuell befahrenen Gleisabschnittes selbsttätig in eine einem geraden Gleis zugeordnete Grundstellung schwenkt. Vorzugsweise wird dabei zugleich ein Bremsvorgang zur Verminderung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs angefordert oder automatisch eingeleitet, falls die Geschwindigkeit über einem vorbestimmten Wert liegt und der Radius der Gleisbogenkrümmung einen vorbestimmten Wert unterschreitet. Dabei kann die dann zulässige Geschwindigkeit abhängig vom Gleisbogenradius gesteuert sein. Aber auch im normalen, ungestörten Betrieb ist es zweckmäßig, mittels einer vorzugsweise der Rückstellvorrichtung zugeordneten Arretiervorrichtung den oder die lenkbaren Radträger in der Geradeausposition festzusetzen, wenn der Bogenradius ab einem bestimmten Grenzwert größere Radiuswerte annimmt. Dadurch wird die Lenkung von Traktionkräften und Einflüssen von Gleislagestörungen entlastet.
Um das Lenkverhalten und damit den Fahrkomfort bei geringem Verschleiß zwischen Schienenrädern und Gleis zu minimieren, ist zweckmäßig der Aktuator des angetriebenen Radsatzes abhängig vom Lenkwinkel wenigstens eines der nicht angetriebenen, vorlaufenden Einzelräder winkelbezogen gegengleich gesteuert. Insbesondere beim Ein- oder Auslaufen von einem geraden Gleis in einen Übergangsbogen und aus einem Übergangsbogen in ein gerades Gleis wird dadurch der Verschleiß sowie die Geräuschbelastung auf minimale Werte abgesenkt.
Die Lenkvorrichtung für die nicht angetriebenen Schienenräder ist vorzugsweise mit einem Lenkgestänge ausgestattet, das zusammen mit dem zugehörigen gemeinsamen Radträger eine Parallelogrammführung bildet. Die für sich freilaufenden Einzelräder bilden so einen Radsatz, der sich selbsttätig entsprechend den aus der Rad-Schienen-Geometrie resultierenden Kräften radial zum aktuell befahrenen Gleis ausrichtet. Diese vorteilhafte Wirkung stellt sich dabei insbesondere auch im konstanten Gleisbogen ein.
Zwischen das Lenkgestänge und den zugehörigen Radträger oder den Fahrwerkrahmen kann ein Dämpfer mit regelbarem Federungs- und Dämpfungsverhalten eingesetzt werden. Es gehen dann Einflüsse aus Gleislagestörungen oder dergleichen nicht in voller Höhe in das Steuerungsverhalten der nicht angetriebenen Räder ein. Dabei kann das Dämpfungsverhalten abhängig von der Gleiskrümmung gesteuert sein und auf dem geraden Gleis sehr hohe Werte annehmen. Es kann dabei auch das vorerwähnte Arretieren gesteuert werden. Der Dämpfer kann demnach zugleich als Arretiervorrichtung ausgebildet sein, die nicht nur im geraden Gleis sondern auch im konstanten Gleisbogen Störeinflüsse auf das Lenkverhalten unterdrückt. Dabei ist es auch zweckmäßig, wenigstens einem Dämpfer und/oder einen dem angetriebenen Radpaar zugeordneten Aktuator oder auch der gegebenenfalls eigenständigen Rückstellvorrichtung eine Wegmeßeinrichtung zuzuordnen, deren Längenänderungen ein Maß für den aktuellen Lenkwinkel der damit gekoppelten Einzelräder oder Radpaare ist.
Daneben ist es auch möglich, anstelle eines mechanischen Lenkgestänges eine hydraulische Kupplung zur gleichlaufenden Lenkung der nicht angetriebenen Räder vorzusehen, die eine winkelgleiche Drehung der Einzelräder um ihre Hochachse erzwingt.
Im mehrgliedrigen Schienenfahrzeug mit nur je einem in Wagenkastenlängsmitte angeordneten Fahrwerk ist es zweckmäßig, gemäß der Erfindung ausgebildete Fahrwerke so anzuordnen, daß bei Fahrzeugen mit nur einer Fahrtrichtung alle nicht angetriebenen Radpaare den angetriebenen Radpaaren des betreffenden Fahrwerks vorlaufen. Bei in zwei Richtungen zu betreibenden mehrgliedrigen Schienenfahrzeugen sind dagegen die Fahrwerke so angeordnet, daß jedenfalls die nicht angetriebenen Radpaare der endständigen Laufwerke gegenüber dem zugehörigen angetriebenen Radpaar des betreffenden Fahrwerks zum benachbarten freien Schienenzugende hin liegen. Bei dazwischen angeordneten Fahrwerken ist die Anordnung soweit als möglich in der Weise getroffen, daß einem angetriebenen Radsatz ein weiterer angetriebener Radsatz des Nachbarfahrwerks folgt.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Prinzipskizzen von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1
eine Draufsicht auf ein Fahrwerk für ein Schienenfahrzeug,
Fig. 2
eine Seitenansicht des Fahrwerks,
Fig. 3
eine Frontdarstellung eines abgeänderten Fahrwerks mit Sicht auf ein nur eine gemeinsame Antriebswelle aufweisendes Getriebe für einen angetriebenen Radsatz,
Fig. 4
eine Draufsicht auf das Fahrwerk nach Fig. 3,
Fig. 5
eine Anordnung von Fahrwerken bei einem zweigliedrigen, in zwei Fahrtrichtungen zu betreibenden Schienenfahrzeug,
Fig. 6
eine Anordnung von Fahrwerken bei einem dreigliedrigen, in zwei Fahrtrichtungen betreibbaren Schienenfahrzeug,
Fig. 7
die Anordnung von Fahrwerken bei einem dreigliedrigen, nur in einer Fahrtrichtung zu betreibenden Schienenfahrzeug und
Fig. 8
eine Anordnung von Fahrwerken bei einem viergliedrigen, in zwei Fahrtrichtungen zu betreibenden Schienenfahrzeug.
Ein Fahrwerk, insbesondere ein Drehgestell für Niederflur-Straßenbahnen weist einen Fahrwerkrahmen aus zwei parallel zur in Fahrtrichtung verlaufenden Längsachse gerichteten Langträgem 1 und zwei im längsmittigen Bereich senkrechter dazu stehenden Querträgem 2 und 3 auf. An den Querträgem 2, 3 ist jeweils ein zweiarmiger Radträger 4 bzw. 5 um ein horizontale Achse schwenkbar in verschleißarmen Elastomehrbuchsen 6 mittels der Arme gelagert. Die brückenförmigen Radträger 4, 5 untergreifen die jeweils nach oben abgekröpften Enden der Langträger 1 die im Bereich der Querträger 2, 3 gegenüber den horizontalen Achsen von Schienenräder 8 einen abgesenkten Mittelleil aufweisen. Dabei sind die Radträger 4, 5 über Primärfederelemente 9 gegen die Unterseite der freien Enden 10 der Langträger 1 elastisch abgestützt. Zwei Schienenräder 8 sind dabei seitlich außen neben den freien Enden 10 der Langträger 1 am Radträger 4 und 2 weitere Schienenräder 8 am spiegelbildlich gegenüberliegenden Radträger 5 um die horizontalen Achsen 7 drehbar gelagert. Dabei sind die Schienenräder 8, 8 am vorlaufenden Radträger 4 antriebslos, während das Radpaar 8,8 am zugeordneten Radträger 5 mittels einer Getriebeanordnung 11 über Antriebswellen 12 mit nicht dargestellten, getrennten Antriebsmotoren gekuppelt sind. Die Schienenräder 8 sind dabei am Radträger 5 auf fest damit verbundenen Achsen 7 gelagert. Demgegenüber sind die Achsen 7 des unangetriebenen Radpaares 8 an Einzelradträgern 13 festgesetzt, die ihrerseits um je eine vertikale Hochachse 14 schwenkbar am zugehörigen Radträger 4 gelagert sind. Um eine aus den Kräften der Rad-Schiene-Geometrie resultierende Lenkung der nicht angetriebenen Einzelräder 8,8 um ihre Hochachsen 14 sicherzustellen, sind die zugehörigen Achsen 7 über parallel zu den Langträgern gerichtete, einendig an den zugehörigen Achsen 7 festgesetzte Lenkhebel 15 mit einer quer zu den Langträgem 1 verlaufenden gemeinsamen Lenkerstange 16 über Gelenke 17 gelenkig verbunden. Die Lenkvorrichtung 15, 16, 17 bildet dabei zusammen mit dem zugehörigen Radträger 4, den Einzelradträgern 13 und dem Lenkgestänge 16 zwischen dem Radträger 4 und den Einzelradträgern 13 eine Parallelogrammführung. Die nicht angetriebenen Schienenräder 8,8 stellen somit hinsichtlich der Lenkung selbstregelnde Einzelradmodule dar, die sich durch die Kräfte der Rad-Schiene-Geometrie selbsttätig bogenabhängig so lenken, daß die Radebenen jeweils tangential zum befahrenen Gleisabschnitt stehen.
Der Radträger 5 des anderen, angetriebenen Radpaares 8,8 ist um eine gemeinsame, längsmittige Hochachse um eine dort angeordnete Drehzapfenanordnung 18 in einer horizontalen Ebene parallel zu einer die Querträger 2,3 aufnehmenden Ebene schwenkbar. Hierzu ist der Radträger 5 längsmittig über einen Koppellenker 19 mit dem benachbarten Querträger 3 gekuppelt und anderenends im Bereich der Drehzapfenanordnung 18 mit der Quertraverse des Radträgers 5 gelenkig verbunden. Dabei sind zu Ermöglichung einer Schwenkbewegung des Radträgers 5 seine von der Quertraverse zum Querträger 3 gerichteten Arme über die dort vorgesehenen Lager 6 längs des Querträgers 3 in Gleitführungen schwenkbar gehalten. Die Drehzapfenanordnung 18 weist dabei beispielsweise einen mit dem Fahrwerkrahmen 1 verbundenen Drehzapfen auf, der zwischen seitlich angeordneten, am zugehörigen Radträger 5 festgesetzten Haltewangen drehbar festgesetzt ist.
Um eine aktive Lenkung des angetriebenen Radpaares 8,8 bewerkstelligen zu können, ist ein steuerbares Stellelement 20 vorgesehen, das an einer Stützauflage 21 angelenkt ist, die ihrerseits fest mit einem Langträger 1 verbunden ist und für die Auflagerung einer Primärfederung bestimmt ist. Das Stellelement 20 ist dabei anderenends mit der Achse 7 eines der angetriebenen Räder 8 gekuppelt. Das Stellelement 20 ist längenveränderbar und kann als Aktuator mit hydraulischem, pneumatischem oder elektromotorischem Spindel-Antrieb ausgestattet sein. Die Längenveränderung dieses Stellelements 20 wird dabei abhängig vom Krümmungsradius des aktuell befahrenen Schienenabschnittes gesteuert. Hierzu ist es zweckmäßig, wenigstens einem Einzelradträger 13 des nicht angetriebenen Radsatzes 8,8 einen Drehwinkelsensor zuzuordnen, in dessen Abhängigkeit das Stellelement 20 gesteuert wird. Bei einer Längenveränderung des Stellelements wird der Radträger 5 mit den angetriebenen Rädern 8,8 um die Schwenkzapfenanordnung 18 geschwenkt, so daß auch die Achsen 7 dieses Radpaares radial zum Gleisabschnitt sowohl bei Geradeausfahrt wie bei Kurvenfahrt stehen. Die Schwenkrichtung der angetriebenen Schienenräder 8 ist dabei der Schwenkrichtung nicht angetriebenen Einzelräder 8 entgegengesetzt, so daß die Ausrichtung beider Radsätze radial zum aktuell befahrenen Gleisabschnitt 7 hergestellt ist.
Dem angetriebenen Radpaar 8,8 ist zusätzlich eine steuerbare Rückstellvorrichtung 22 zugeordnet, die wie das Stellelement 20 an einer dem zweiten Langträger 1 zugeordneten Stützauflage 21 für ein Primärfederelement angelenkt und anderenends mit der Achse 7 des Schienenrades 8 gelenkig verbunden ist, dem nicht das steuerbare Stellelement 20 zugeordnet ist. Dabei ist es möglich, diese Rückstellvorrichtung 22 auch parallel zum Stellelement 20 anzuordnen oder die beiden Elemente 21, 22 in einer Einheit zu integrieren und ggf. beiden Achsen 7 zuzuordnen. Die Rückstellvorrichtung 22 ist ebenfalls längenveränderbar und folgt im normalen Lenkbetrieb mittels des Aktuators 20 den Lenkbewegungen der zugehörigen Achse 7 ohne Gegenkraft. Wenn jedoch der Aktuator 20 oder die zugehörigen Steuermittel im Fehlerfalle oder auch gezielt unwirksam werden, dann wird die Rückstellvorrichtung selbsttätig so gesteuert, daß ein integrierter Energiespeicher bei für die Lenkung wirkungslosem Aktuator 20 den Radträger 5 selbsttätig in eine Grundstellung schwenkt, die der Fahrt auf einem geraden Gleis zugeordnet ist. Hierbei ist es unerheblich, ob sich das Fahrwerk im geraden Gleis oder in einem gekrümmten Gleisabschnitt befindet. Dabei ist es zweckmäßig, der Rückstellvorrichtung auch eine Arretiervorrichtung zuzuordnen, die in diesem Betriebsfall die Grundstellung verriegelt. Ein Lösen ist dann wieder vorzusehen, wenn der ordnungsgemäße Lenkbetrieb über das Stellelement 20 gegeben ist. Dabei kann es zweckmäßig sein, auch dem nicht angetriebenen Radpaar 8,8 eine derartige Rückstellvorrichtung zuzuordnen, um stabile Fahrverhältnisse zu gewährleisten.
Bei dem Fahrwerk nach Fig. 3 ist dem angetriebenen Radpaar 8,8 eine Getriebeanordnung zugeordnet, bei der die beiden den einzelnen Rädern 8 zugeordneten Getriebe 11 über ein gemeinsames Sperrdifferentialgetriebe 23 und eine Querwelle 24 mit einer einzigen Antriebswelle 12 für nur einen Antriebsmotor gekuppelt sind. Bei diesem Fahrwerk ist der als Steflelement zur aktiven Lenkung des angetriebenen Radsatzes dienende Aktuator 20 in Fahrwerklängsmitte an die Stelle des Koppellenkers 19 nach Fig. 1 gesetzt, während den Achsen der beiden angetriebenen Räder 8 jeweils eine Rückstellvorrichtung 22 zugeordnet ist, die anderenends mit der jeweiligen Stützauflage 21 schwenkbar gekuppelt ist. Dabei ist der zugehörige Radträger 5 nicht mehr über eine Drehzapfenanordnung 18 sondern über einen Querlenker 25 am Fahrwerkrahmen gegen Querverstellung gehalten. Zudem sind die Rückstellvorrichtung 22 noch mit integrierten Arretiervorrichtungen ausgestattet, die so lange arretiert sind, eine Längenveränderung der Rückstellelemente also nicht zulassen, so lange bei ordnungsgemäßer Funktion der Lenkungssteuerung kein eine Änderung des Lenkwinkels forderndes Steuersignal an den Aktuator 20 geliefert wird. Sofern demnach von den zumindest einem der nicht angetriebenen Schienenräder 8 zugeordneten Lenksensor kein Signal generiert wird, das eine Änderung des Lenkwinkels erfordert, bleiben beide Arretiervorrichtungen in den Rückstellelementen 22 blockiert. Wird jedoch ein Lenksignal generiert, das eine Änderung des Lenkwinkels fordert, dann wird nicht nur eine Längenänderung am Aktuator 20 gesteuert, sondern zusätzlich auch von der Lenkwinkelrichtung eine der Arretiervorrichtungen gelöst und die andere freigegeben., Der Anlenkpunkt zwischen der Radachse 7 und der gesperrten Arretiervorrichtung bildet dann einen Drehpunkt, um welchen der zugehörige Radträger 5 bei einer Längenänderung des Aktuators 20 geschwenkt wird. Dabei dienen auch hier die im Querträger 3 verschiebbar geführten Arme des Radträger 5 mit ihren Lagern 6 als horizontale Schwenkachse für den Radträger 5 und als Drehmomentstütze. Aufbau und Funktion des nicht angetriebenen Radsatzes mit der Steuervorrichtung ist hierbei unverändert gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1.
Um beispielsweise von Gleisstörungen ausgelöste Störschwingungen am selbstregelnden Einzelradmodul zumindest weitgehend zu unterdrücken, ist einerseits an das Lenkgestänge 15,16 und andererseits mit dem Radträger 4 oder gegebenenfalls auch mit dem Fahrwerksrahmen ein Dämpfer 27 gem. Fig. 1 eingefügt, der ein regelbares Federungs- und Dämpfungsverhalten aufweist. Dabei kann das Federungs- und Dämpfungsverhalten abhängig vom befahrenen Gleisbogenradius und gegebenenfalls auch von der Fahrgeschwindigkeit gesteuert sein. Dabei ist es zweckmäßig, das Dämpfungsverhalten bei auftretenden großen Störungen so zu erhöhen, daß eine kurzzeitige, auf den Störeinfluß abgestimmte Arretierung des Dämpfers eintritt. Dadurch werden Fehllenkbewegungen unterbunden und daraus resultierende Schwingungen über die elastische Lagerung des Radträgers 4 in der Primärfederung 9 und den elastischen Lagern 6 aufgenommen. Dabei kann dem Dämpfer 27 auch eine Wegmeßeinrichtung zugeordnet werden, die im ungestörten Laufbetrieb des Fahrwerks die sich aus der Radschiene-Geometrie ergebende Lenkbewegung dieses selbstregelnden Radpaares 8 erfaßt und dadurch ein Signal generiert, daß für den aktuellen Lenkwinkel ausgewertet werden kann. Sofern der Dämpfer 27 nicht selbstsperrend ausgebildet wird, ist es auch möglich, das Lenkgestänge gegenüber dem Radträger mittels einer eigenen, steuerbaren Arretiervorrichtung im Bedarfsfall zu verriegeln.
Werden einem bei 26 angedeuteten Wagenkasten gemäß der Erfindung ausgebildete Fahrwerke den einzelnen Wagenkästen 26 eines mehrgliedrigen Schienenfahrzeugs zugeordnet, dann erfolgt ihre Ausrichtung in Bezug auf die Anordnung der angetriebenen und der nicht angetriebenen Radpaare abhängig von der im Betrieb vorgesehenen Laufrichtung.
In Fig. 5 ist ein zweigliedriges Schienenfahrzeug dargestellt, bei dem die nicht angetriebenen Radpaare 8 den benachbarten freien Enden des jeweiligen Wagenkastens näher zugeordnet sind als die durch die Getriebe 11 angetriebenen Radpaare 8. In dieser gegenseitigen Zuordnung ist das Schienenfahrzeug für Zweirichtungsbetrieb geeignet.
Gemäß Fig. 6 ist zwischen die Anordnung nach Fig. 5 ein dritter Wagenkasten 26 eingefügt, bei dem das zugeordnete Fahrwerk die gleiche richtungsbezogene Anordnung der Radsätze aufweist, wie eines der benachbarten Fahrwerke. Auch dieses dreigliedrige Schienenfahrzeug ist für Zweirichtungsbetrieb geeignet, nachdem in jeder Fahrtrichtung das erste Radpaar des vordersten Wagenkastens als vorlaufendes, nicht angetriebenes Radpaar ausgebildet ist und als selbstlenkendes vorlaufendes Radpaar den Lenkvorgang beim Einfahren in eine Kurve wie beim Kurvenlauf selbst als auch beim Ausfahren in die Gerade einleitet.
Bei der Anordnung der Fahrwerke gemäß Fig. 7 sind alle nicht angetriebenen Radpaare 8 in einer Fahrtrichtung vor den nachfolgenden angetriebenen Radpaaren angeordnet. Diese Zusammenstellung ist für Einrichtungsbetrieb ausgebildet und gestattet ein Rückwärtsfahren nur mit wesentlich verminderter Geschwindigkeit.
Bei der Zusammenstellung gem. Fig. 8 sind zwei Einheiten gem. Fig. 5 aneinandergekoppelt, und bilden so ein viergliedriges Schienenfahrzeug, das für den Zweirichtungsbetrieb mit jeweils einem in Fahrtrichtung vorlaufenden unangetriebenen Radpaar an den Zugenden ausgestattet ist. Auch hier erlaubt die Selbstlenkung des ersten, anderen Radsätzen vorlaufenden Radsatzes nicht angetriebener Räder die Fahrt mit hoher Geschwindigkeit auf geraden wie gekrümmten Gleisen bei geringem Verschleiß und hohem Fahrkomfort.

Claims (11)

  1. Fahrwerk für ein Schienenfahrzeug mit einem Fahrwerkrahmen und vier Einzelrädern, die um horizontale Achsen drehbar gelagert sind, wobei ein Radpaar angetrieben ist,
    dadurch gekennzeichnet, daß das angetriebene Radpaar (8, 8) um eine gemeinsame Hochachse (18) und die nicht angetriebenen Einzelräder (8, 8) jeweils um eine eigene vertikale Hochachse (14, 14) schwenkbar gelagert sind und daß die nicht angetriebenen Einzelräder (8, 8) mittels einer Lenkvorrichtung (15, 16, 17) für ein gemeinsames gleichlaufenden Schwenken um ihre Hochachsen (14, 14) gekoppelt sind.
  2. Fahrwerk nach Anspruch 1,
       dadurch gekennzeichnet, daß das angetriebene Radpaar (8, 8) an einem gemeinsamen Radträger (5) gelagert und mit einem Aktuator (20) gekuppelt ist, der abhängig vom aktuell befahrenen Gleisbogenradius gesteuert ist und den gemeinsamen Radträger (5) radiusabhängig schwenkt, wobei der Radträger (5) einerseits um die horizontale Achse am Fahrwerksrahmen (1, 3) angelenkt und andererseits mittels Primärfedern (9) gegenüber der Unterseite des Fahrwerkrahmens (1) abgestützt ist.
  3. Fahrwerk nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß mit wenigstens einem Radpaar (8, 8) eine steuerbare Rückstellvorrichtung (22) gekuppelt ist, die wahlweise den zugeordneten Radsatz (8, 8) unabhängig vom Radius des aktuell befahrenen Gleisabschnittes selbsttätig in eine einem geraden Gleis zugeordnete Grundstellung schwenkt.
  4. Fahrwerk nach Anspruch 1, 2 oder 3
    dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelräder (8, 8) des nicht angetriebenen Radpaares an Einzelradträgern (13) um horizontale Achsen (7) frei drehbar gelagert sind, daß die Einzelradträger (13) einzeln an einem gemeinsamen, am Fahrwerkrahmen (1, 2) um eine horizontale Achse schwenkbar gehaltenen Radträger schwenkbar gelagert sind, auf dem mittels Primärfedern (9) der Fahrwerkrahmen (1) endseitig abgestützt ist.
  5. Fahrwerk nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4
    dadurch gekennzeichnet, daß der Aktuator (20) des angetriebenen Radsatzes (8, 8) abhängig vom Lenkwinkel wenigstens eines der nicht angetriebenen Einzelräder (8, 8) winkelbezogen in Gegenrichtung gesteuert ist.
  6. Fahrwerk nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkvorrichtung ein Lenkgestänge (15, 16, 17) aufweist, das zusammen mit dem zugehörigen gemeinsamen Radträger (4) eine Parallelogrammführung bildet.
  7. Fahrwerk nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß zwischen das Lenkgestänge (15, 16, 17) und den zugehörigen Radträger (4) oder den Fahrwerkrahmen wenigstens ein Dämpfer (27) mit regelbarem Federungs- und Dämpfungsverhalten eingesetzt ist.
  8. Fahrwerk nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einem Dämpfer (27) und/oder einem Aktuator (20) und/oder einer Rückstellvorrichtung (22) eine Wegmeßeinrichtung zugeordnet ist, deren Längenänderungen ein Maß für den jeweiligen aktuellen Lenkwinkel der damit gekoppelten Einzelräder oder Radpaare ist.
  9. Fahrwerk nach Anspruch 7 oder 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfer (27) arretierbar ist.
  10. Fahrwerk nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Arretierung des Dämpfers fahrgeschwindigkeits- und/oder gleisbogenabhängig gesteuert ist.
  11. Fahrwerk nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelradträger (13) des nicht angetriebenen Radpaares (8, 8) mittels einer hydraulischen Kupplung gekoppelt sind, die eine winkelgleiche Drehung der Einzelradträger (13) um ihre Hochachse (14) steuert.
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