DE2259035B2

DE2259035B2 - Anordnung zur Spurführung von Radsätzen

Info

Publication number: DE2259035B2
Application number: DE19722259035
Authority: DE
Inventors: Karl Dr.-Ing. 1000 Berlin Bopp; Rudolf Dipl.-Ing. Mahrt; Fritz Dipl.-Phys. Dr. Schneider
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1972-11-29
Filing date: 1972-11-29
Publication date: 1979-09-20
Also published as: DE2259035A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Spurführung von Radsätzen gleisgebundener Fahrzeuge, bei der die Radsätze jeweils um eine in ihrer Achsmitte gedachte Senkrechte geschwenkt werden, wobei Lageabweichungen der in Achsmitte gedachten Senkrechten von der Sollstellung zur Mittelebene der Gleise mittels den Schienenabstand messender Sensoren erfaßt und durch eine aktive Lageregelung über auf den Radsatz wirkende Stellglieder zu Null gemacht werden.

Solange die Geschwindigkeiten der Schienenfahrzeuge die heute üblichen Werte nicht überschreiten, reichen im allgemeinen die Eigenschaften des passiven, d. h. ungesteuerten starren Radsatzes mit konischen Laufflächen zur Spurführung aus. Fährt dabei ein solcher Radsatz zeitweise nicht in Gleismitte, so rollen das nach außen verschobene Rad auf einem größeren und das nach innen verschobene auf einem kleineren Durchmesser ab. Da über die Starrachse eine Drehzahlgleichheit der beiden Räder erzwungen wird, erhält der Radsatz durch das nach außen verschobene Rad eine größere Geschwindigkeit in Fahrtrichtung, so daß er selbsttätig in die Schienenmitte zurücklenkt. Dieses Verhalten führt zu der als Sinuslauf bekannten Bewegung des Radsatzes. Eine zufällige Störung der Fahrzeuglage klingt somit in Form einer durch Reibung gedämpften Sinusschwingung ab; das Fahrverhalten ist stabil. Die kritischen Frequenzen werden entweder nicht erreicht (unterkritischer Lauf) oder schnell durchfahren (überkritischer Lauf).

Bei den wesentlich höheren Geschwindigkeiten, die heute angestrebt werden, müssen die bislang vernachlässigten Faktoren, wie Gleiten und Verformung der Räder, berücksichtigt werden, um die voraussichtliche Stabilität bzw. Instabilität des Fahrverhaltens vorherbestimmen zu können. Es entstehen wesentlich kompliziertere Zusammenhänge zwischen dem Fahrverhalten und dem Fahrzeugparameter. Es genügt nicht mehr, nur einzelne zu Resonanzen führende Geschwindigkeiten zu vermeiden, vielmehr existieren endliche Bereiche der Fahrgeschwindigkeit, in denen der bekannte Sinuslauf instabil werden kann. In diesen instabilen Bereichen

ίο verlaufea die durch unvermeidliche Unregelmäßigkeiten des Gleises angestoßene Sinusschwingungen nicht mehr gedimpfl, sondern wachsen so lange exponentiell an, bis die Spurkränze abwechselnd an den Schienen anschlagen. Düse Instabilität beeinträchtigt die Sicher-

'5 heit der Spurführung und führt bei unzulässig schlechtem Fahrkomfort zu hohem Verschleiß an Spurkränzen, Schienen und Oberbau.

Es ist bereits versucht worden, die Schwenkbewegung des Radsatzes bei außermittigem Lauf zu dampfen. Zur Verbesserung des Sinuslaufes ist es dazu bekannt, die Räder nicht auf einer Starrachse, sondern einer geteilten Achse zu befestigen und die gegenseitige Drehbarkeit der Räder durch eine zwischengeschaltete, auch steuerbare Brems·; zu beeinflussen. Nach demselben Prinzip arbeiten auch Ausführungen mit selbständig gelagerten Rädern auf einer Tragachse, wobei die Radnaben verlängert und mit Bremsscheiben ausgestattet sind (DF.-PS 9 50011). Derartige Systeme sind jedoch passiv, nur grob einstellbar, verschleißbehaftet und nicht für aktive Lageregelung vorgesehen.

Eine steuerbare Reibung zwischen zwei Halbachsen ermöglicht zwar eine Dämpfung des Sinuslaufes, aber, wie aus der Theorie bekannt auf Kosten der Amplitude und des Kurvenverhaltens. Eine weitere bekannte Möglichkeit besseres Fahrverhalten bei höheren Geschwindigkeiten zu erzielen, stellen sogenannte gelenkte Losräder dar. Darunter versteht man lose, auf einer Achse gelagerte Räder, die in Kurven oder bei Abweichungen von der Mittellage mechanisch so gelenkt werden, (laß der Radsatz in die Mittellage zurückfährt Bis zu einer Spitzengeschwindigkeit von 170 km/h haben Züge mit solchen Radsätzen ausgezeichnete Laufeigenschaften (»Glasers Annalen« 76 (1952) S. 110 bis 115). Infolge des verwendeten Prinzips

⁴S der Deichselkette ist jedoch kein Rückwärtsfahren möglich, was betriebstechnisch zu erheblichen Schwierigkeiten führt

Für Geschwindigkeiten > 200 km findet zweckmäßig eine aktive Anordnung zur Spurführung Anwendung,

^o wie sie z. B. durch die DE-PS 8 82 563 bekanntgeworden ist und von der im Oberbegriff des Patentanspruches ausgegangen wird. Dabei erfolgt über eine Hydraulik und spezielle Lenkersysteme ein direktes Lenken, d. h. Drehen des Radsatzes. Das System muß große Kräfte übertragen können und ist insbesondere wegen der Lenkersysteme, relativ verschleißanfällig.

Aufgabe der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung ist es, eine verbesserte Anordnung zur Spurführung der Radsätze von Hochgeschwindigkeitsfahrzeugen zu schaffen, die einfach aufgebaut und in hohem Maße stör- und betriebssicher ist

Diese Aufgabe wird für eine Anordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst daß eine auf eine Drehzahldifferenz der beiden Räder der Radsätze abzielende Regelung Verwendung findet bei der als Stellglied für die Drehzahldifferenz ein gesteuertes Differential vorgesehen ist, das zwischen den beiden Halbachsen des Radsatzes angeordnet einen separaten

steuernden Antriebsmotor aufweist

Von besonderem Vorteil ist dabei eine Ausführung, bei der bei angetriebenen Achsen der Antrieb auf einen Käfig des gesteuerten Differentials erfolgt

Für Radsätze mit konischen Laufflächen kann darüber hinaus auch one auf eine Drehzahldifferenz der beiden Räder der Radsätze abzielende Regelung Verwendung finden, bei der eine Drehzahldifferenz durch eine gesteuerte Verschiebung nur eines Rades siuf der Radsatzachse gegenüber dem Fahrzeugschwerpunkt erfolgt Es ist zwar bekannt, die über eine steuerbare Kupplung verbundenen Halbachsen von Radsätzen durch den Abstand der Räder zur Achsmitte beeinflussende Fhiiddmckmittel trennbar zu machen (US-PS 9 61375). Dabei wird jedoch der Abstand beider Räder zur Achsmitte verändert und ein Verschwenken der Radsätze ist weder beabsichtigt noch erzielbar. Ein Vergleich mit dem Erfindungsgegenstand ist somit nicht möglich.

Anhand von schematichen Ausführun&jbeispielen wird die Erfindung im nachstehenden näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 das Prinzip einer lagegeregelten Spurführung,

Fig.2 eine Spurführung durch Änderung des Radabstandes,

Fig.3 eine Spurführung durch ein gesteuertes Differential.

In F i g. 1 wird das Prinzip der lagegeregelten Spurführung anhand einer Achsschwenkung um die Vertikale dargestellt

Ein auf einem Schienenpaar 1 laufender Radsatz mit starren ode losen Rädern 2 und 2a und einer Achse 3 wird van einem Stellglied 4 in seiner zum Sinuslauf führenden Querbewegungsmöglichkeit beschränkt Das Stellglied 4 ist Teil eines Lageregelkreises auf dem Fahrzeug, bestehend aus den weiteren Regelkreiselementen: Regelverstärker 5, Sensoren 6 und 7 und Sollwertgeber 8. Die Sensoren 6 und 7 geben die Istwerte der Achslage wieder. Diese werden im Regelverstärker 5 mit dem Sollwert des Sollwertgebers 8 verglichen. Lageabweichungen der Achsmittelpunkte der Radsätze zur Mittelebene det Gleises nach der einen oder anderen Seite werden vom Regelverstärker 5 in Kommandos umgesetzt, die das Stellglied 4 betätigen. Dieses schwenkt die Radachse 3 derart, daS eine Abweichung gegen Null gebt Die Schwenkrichtung ist durch einen Doppelpfeil in der Zeichnung angedeutet Das Stellglied 4 greift direkt am Achsmittelpunkt des Radsatzes an. Die Räder können gegebenenfalls auch einzeln »gelenkt« werden. Bei angetriebenen

ίο Achsen ist aber im allgemeinen die Radsatzlenkung, d.h.

Schwenkung der gemeinsamen Radachse, vorzuziehen. Eine kegelförmige Ausbildung der Radlauffläche ist hier

nicht erforderlich.

Fig.2 zeigt eine andere Möglichkeit der Spurfüh-

rung. Bei dieser Ausführung werden z. B. Starrachsen 11 verwendet, bei denen ein Rad 9 in Achsrichtung gegen das andere verschiebbar ist (Betrag JfJl Die Verschie-. bung wird über den bereits bekannten Regelkreis vom angedeuteten Stellglied 4 gesteuert Wird das bewegliehe Rad 9 nach außen oder innen verschoben, so wird das mit einer großen Masse 10 des Fahrzeugkörpers verbundene gegenüberliegende Rad 9a nur eine sehr viel kleinere gegenläufige Bewegung ausführen. Die Verschiebung soll so erfolgen, daß der Kegelwinkel des verschobenen Rades wie beim normalen Sinuslauf die Achse 11 in Richtung auf die GSeismitte zurückführt

F i g. 3 deutet die Führung eines Radsatzes mit einzeln angetriebenen Rädern an. Die Führung erfolgt hier durch Vorgabe einer Drehzahldifferenz zwischen den Rädern einer Achse. Diese Ausführungsform ist insbesondere dann zu wählen, wenn die Achse von vornherein über ein Kegelradgetriebe 12 und 13 angetrieben wird. Das Kegelradgetriebe 12 und 13 braucht dann nur durch ein Differential 14 ergänzt zu werden, dessen mit einem Käfig 15 umlaufendes Räderpaar mit einer Winkelgeschwindigkeit angetrieben werden muß, die der gewünschten Drehzahldifferenz proportional ist Dem Käfig ist hierzu noch ein Antriebsmotor 16, z. B. ein Elektromotor, zwischen

Käfig und rechter Halbachse zugeordnet Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Spurführung von Radsätzen gleisgebundener Fahrzeuge, bei der die Radsätze jeweils um eine in ihrer Achsmitte gedachte Senkrechte geschwenkt werden, wobei Lageabweichungen der in Achsmitte gedachten Senkrechten von der Sollstellung zur Mittelebene der Gleise mittels den Schienenabstand messender Sensoren erfaßt und durch eine aktive Lageregelung über auf den Radsatz wirkende Stellglieder zu Null gemacht werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf eine Drehzahldifferenz der beiden Räder der Radsätze abzielende Regelung Verwendung findet, bei der als Stellglied für die Drehzahldifferenz ein gesteuertes Differential (14) vorgesehen ist, das zwischen den beiden Halbachsen des Radsatzes angeordnet, einen separaten steuernden Antriebsmotor (16) aufweist

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei angetriebenen Achsen der Antrieb auf einen Käfig (15) des gesteuerten Differential (14) erfolgt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 für Radsätze mit konischen Laufflächen, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf eine Drehzahldifferenz der beiden Räder der Radsätze abzielende Regelung Verwendung findet, bei der die Drehzahldifferenz durch eine gesteuerte Verschiebung nur eines Rades auf der Radsatzachse gegenüber dem Fahrzeugschwerpunkt erfolgt