AT514029B1

AT514029B1 - Schienenfahrzeug mit Neigetechnik

Info

Publication number: AT514029B1
Application number: ATA50034/2013A
Authority: AT
Inventors: Andreas Dipl Ing Kienberger; Martin Teichmann
Original assignee: Siemens Ag Oesterreich
Priority date: 2013-01-22
Filing date: 2013-01-22
Publication date: 2015-05-15
Also published as: WO2014114553A1; EP2948359A1; US9701322B2; US20150367868A1; AT514029A1; EP2948359B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug (1) mit Neigetechnik, bei dem der Wagenkasten (2) auf zumindest zwei Fahrwerken (3,6) gelagert ist und bei dem zumindest eines der Fahrwerke (3,6) über ein aktives Neigetechniksystem (4) mit dem Wagenkasten (2) verbunden ist und wobei zumindest ein weiteres Fahrwerk (3,6) über ein passives Neigetechniksystem (5) mit dem Wagenkasten (2) verbunden ist. Die Neigung des Wagenkastens (2) wird ausschließlich mittels des aktiven Neigetechniksystems (4) eingeprägt. Damit wird vermieden, dass der Wagenkasten (2) unkontrolliert verwindet und belastet wird.

Description

Beschreibung

SCHIENENFAHRZEUG MIT NEIGETECHNIK

[0001] Die Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug mit Neigetechnik.

[0002] Bei der Bogenfahrt eines Schienenfahrzeuges entsteht durch die Fliehkraft ein Moment,wodurch sich der Wagen in Richtung Außenseite des Bogens neigt. Infolge dieser Neigungdreht sich das Koordinatensystem auch für den im Wagenkasten befindlichen Fahrgast und einAnteil der Erdbeschleunigung wirkt nunmehr als Seitenbeschleunigung, was als besondersstörend empfunden wird.

[0003] Insbesondere bei bogenschneller Fahrt mit hoher Querbeschleunigung am Radsatzwerden ohne zusätzliche Maßnahmen die für den Fahrgast zulässigen Werte deutlich über¬schritten.

[0004] Aus dem Stand der Technik ist die sogenannte Neigetechnik, eine gleisbogenabhängigeWagenkastensteuerung, bekannt, bei der die Wagenkästen eines Eisenbahnzuges zur Kurve¬ninnenseite geneigt werden können wodurch die empfundene Seitenbeschleunigung reduziertwird.

[0005] Damit können Gleisbögen („bogenschnelles Fahren") schneller durchfahren oder dieKurvenfahrt kann für den Passagier angenehmer gestaltet („Komfortneigung")werden.

[0006] Aus dem Stand der Technik bekannte Neigetechniksysteme wie beispielsweise in derEP 0619212 beschrieben, ermöglichen eine Kurvenneigung bis zu 8°. Damit kann ohne Beein¬trächtigung des Fahrkomforts durch erhöhte Seitenbeschleunigung die Geschwindigkeit inKurven um bis zu 30 % erhöht werden.

[0007] Neigetechniksysteme können grundsätzlich als passive oder als aktive Systeme ausge¬führt sein.

[0008] Bei der passiven Neigetechnik werden üblicherweise die Wagenkästen oberhalb ihresSchwerpunktes an erhöhten Fortsätzen des Fahrwerksträgers aufgehängt. Dadurch schwingensie aufgrund der Fliehkraft im unteren Bereich nach außen, im oberen nach innen. Die Schwin¬gungen werden durch Dämpfungselemente beruhigt. Der Neigewinkel ist auf 3,5° beschränkt.Dadurch ist der Geschwindigkeitsgewinn bei Bogenfahrt auch deutlich geringer als bei aktivenSystemen, passive Neigetechnik dient daher vorwiegend der Komfortverbesserung.

[0009] Bei der aktiven Neigetechnik wird die Auslenkung der Wagenkästen mittels Aktuatoren,welche als hydraulische Stellzylinder oder als elektrische Stellantriebe ausgeführt sind, bewirkt.Dabei muss sichergestellt werden, dass die Wagenkästen bei einem Ausfall der Aktuatorenselbstständig von einem Neigezustand wieder in einen waagrechten Grundzustand (ready torun - Position) rückgeführt werden. Dies geschieht durch Auslegen der Fahrwerke in Bezug aufden Schwerpunkt und der Drehachse der Wagenkästen derart, dass im Neigezustand ein ent¬sprechendes Rückstellmoment wirkt. Nachteilig dabei ist, dass dazu leistungsstarke Aktuatorennotwendig sind, da diese im Neigezustand der Wagenkästen gegen dieses Rückstellmomentwirken müssen.

[0010] Aus der DE 103 16 497 ist ein Schienenfahrzeug mit aktiver Neigetechnik bekannt, beidem der Wagenkasten mittels Rollen und Rollenbahnen schwenkbar gelagert ist.

[0011] Wenn der Wagenkasten eines Schienenfahrzeuges auf zwei oder mehreren Fahrwerkenmit aktiven Neigetechniksystemen gelagert ist, besteht die Gefahr, dass durch unterschiedlicheAnsteuerung des Wagenkastens über die zwei oder mehreren aktiven Neigetechniksystemedieser unkontrolliert verwindet und belastet wird. Durch die Verwindung werden überdies ein¬zelne Räder entlastet, was im Extremfall zu einer Entgleisung bei der Bogenfahrt führen kann.Daher benötigen solche herkömmliche Neigetechniksysteme eine entsprechend aufwendigeÜberwachungseinrichtung.

[0012] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber den genannten Nachteilentoleranteres und einfacheres Neigetechniksystem bereitzustellen.

[0013] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Schienenfahrzeug mit Neige¬technik, bei dem der Wagenkasten auf zumindest zwei Fahrwerken gelagert ist, und bei demzumindest eines der Fahrwerke über ein aktives Neigetechniksystem mit dem Wagenkastenverbunden ist und wobei zumindest ein weiteres Fahrwerk über ein passives Neigetechniksys¬tem mit dem Wagenkasten verbunden ist.

[0014] Vorteilhaft dabei ist, dass nicht jedes Fahrwerk, auf dem der Wagenkasten gelagert ist,über ein aktives Neigetechniksystem verfügen muss. Bei Vorhandensein von beispielsweisezwei Fahrwerken pro Wagenkasten ist ein Fahrwerk mit dem aktiven Neigetechniksystem aus¬reichend. Die Neigung des Wagenkastens bei der Bogenfahrt des Schienenfahrzeugs wirddann ausschließlich mittels des einen aktiven Neigetechniksystems eingeprägt.

[0015] Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch die Möglichkeit einer leichten und exakten Überwa¬chung des aktiven Neigetechniksystems mittels einfacher Software. Zusätzlich reduziert sichder Aufwand für die Verkabelung des Neigetechniksystems.

[0016] Vorzugsweise weist das zumindest eine Fahrwerk, welches über das passive Neige¬techniksystem mit dem Wagenkasten verbunden ist, einen Momentanpol auf, der sich in jedemNeigezustand des Wagenkastens möglichst nahe am Schwerpunkt des Wagenkastens, vor¬zugsweise im Schwerpunkt des Wagenkastens befindet.

[0017] Unter Momentanpol ist die winkelmomentane Drehachse des Wagenkastens zu verste¬hen. Liegt der Momentanpol des passiven Neigetechniksystems in jedem Neigezustand imSchwerpunkt des Wagenkastens, so tritt kein Rückstellmoment auf. Liegt der Momentanpol despassiven Neigetechniksystems in jedem Neigezustand möglichst nahe am Schwerpunkt desWagenkastens, so tritt nur ein sehr geringes Rückstellmoment auf.

[0018] Vorzugsweise liegt der Momentanpol im Schwerpunkt des Wagenkastens. Der Neigezu¬stand des Wagenkastens kann dann nur durch äußere Krafteinwirkung wieder in den waagrech¬ten Grundzustand rückgeführt werden - erfindungsgemäß durch das aktive Neigetechniksystem.Allein durch die Schwerkraft wird in diesem Fall kein Rückstellmoment bewirkt. Bei der Be¬schreibung der Lage des Momentanpols und des Schwerpunkts ist von einer Betrachtungswei¬se normal zu einer Längsachse des Wagenkastens auszugehen.

[0019] Die Neigung des Wagenkastens wird alleine durch jenes Fahrwerk eingeprägt, welchesüber das aktive Neigetechniksystem mit dem Wagenkasten verbunden ist.

[0020] Vorteilhafterweise wird damit vermieden, dass der Wagenkasten unkontrolliert verwindetund belastet wird, wie es bei Fahrwerken, welche alle mit einem aktiven Neigetechniksystemausgestattet sind, auftreten kann. Ein durch ein solches Verwinden auftretendes Sicherheitsrisi¬ko durch Entlastung einzelner Räder bei der Bogenfahrt des Schienenfahrzeugs wird somitvermieden.

[0021] In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das zumindest eine Fahrwerk, welches überdas aktive Neigetechniksystem mit dem Wagenkasten verbunden ist, in jedem Neigezustanddes Wagenkastens einen neben der Wirkungslinie der Schwerkraft durch den Schwerpunkt desWagenkastens liegenden Momentanpol auf.

[0022] Liegt der Momentanpol des aktiven Neigetechniksystems in jedem Neigezustand desWagenkastens neben der Wirkungslinie der Schwerkraft durch den Schwerpunkt des Wagen¬kastens, so tritt ein Rückstellmoment auf.

[0023] Dadurch ist sichergestellt, dass der Wagenkasten bei Ausfall des aktiven Neigetechnik¬systems selbstständig durch Einwirkung der Schwerkraft vom Neigezustand in den waagrech¬ten Grundzustand übergeführt wird.

[0024] Bei der Beschreibung der Lage des Momentanpols und des Schwerpunkts ist von einerBetrachtungsweise normal zu einer Längsachse des Wagenkastens auszugehen.

[0025] In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Wagenkasten auf dem zumindest einenweiteren Fahrwerk mit passivem Neigetechniksystem mittels in Rollenbahnen laufenden Rollenschwenkbar gelagert.

[0026] Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich dadurch, dass der Wagenkasten mitdem zumindest einem Fahrwerk mit aktivem Neigetechniksystem mittels einer Pendelmechanikschwenkbar verbunden ist.

[0027] Der Wagenkasten kann auch auf allen Fahrwerken mit passivem Neigetechniksystemund auf allen Fahrwerken mit aktivem Neigetechniksystem mittels in Rollenbahnen laufendenRollen schwenkbar gelagert sein.

[0028] Derartige Lagerungen haben den Vorteil, dass sie einen sehr geringen Rollwiderstandaufweisen. Dadurch können am Fahrwerk mit dem aktiven Neigetechniksystem im Vergleichzum Stand der Technik kleinere, leistungsschwächere und kostengünstigere Aktuatoren einge¬setzt werden, welche den Wagenkasten vom Neigezustand in den waagrechten Grundzustandund umgekehrt überführen.

[0029] Die Erfindung wird anhand von Figuren näher erläutert.

[0030] Es zeigen beispielhaft und schematisch: [0031] FIG 1 ein erfindungsgemäßes Schienenfahrzeug mit Neigetechnik.

[0032] FIG 2a eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs im Schnitt A.

[0033] FIG 2b eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs mit geneigtem

Wagenkasten im Schnitt A.

[0034] FIG 3a eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs im Schnitt B.

[0035] FIG 3b eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs mit geneigtem

Wagenkasten im Schnitt B.

[0036] Das in FIG 1 dargestellte Schienenfahrzeug 1 weist ein erstes Fahrwerk 3 und ein zwei¬tes Fahrwerk 6 auf. Auf den Fahrwerken 3,6 ist ein Wagenkasten 2, welcher eine Längsachse15 aufweist, gelagert. Das zweite Fahrwerk 6 ist über ein aktives Neigetechniksystem 4 mit demWagenkasten 2 verbunden und das erste Fahrwerk 3 ist über ein passives Neigetechniksystem5 mit dem Wagenkasten 2 verbunden. Bei der Bogenfahrt des Schienenfahrzeugs 1 wird dieNeigung des Wagenkastens 2 ausschließlich mittels des aktiven Neigetechniksystems 4 einge¬prägt. Das Fahrwerk 3 mit dem passiven Neigetechniksystem 5 folgt den Bewegungen desaktiven Neigetechniksystems 4, es verfügt aber über keine Einrichtungen beziehungsweiseAktuatoren zur aktiven Unterstützung einer Neigung des Wagenkastens 2.

[0037] In FIG 2a ist das Schienenfahrzeug 1 im Schnitt A dargestellt. Der Wagenkasten 2 istauf dem ersten Fahrwerk 3 mit dem passiven Neigetechniksystem 5 mittels in Rollenbahnen 8laufenden Rollen 7 schwenkbar gelagert. Der Wagenkasten 2 ist um den Momentanpol Pschwenkbar. Das Fahrwerk 3 umfasst keine Einrichtungen zur aktiven Unterstützung der Nei¬gung des Wagenkastens 2. Das Schienenfahrzeug 1 ist in einem ungeneigten Zustand, demwaagrechten Grundzustand, dargestellt. Die Rollenbahnen 8 sind in unterschiedliche Richtun¬gen geneigt, so dass sich ihre Verlängerungen wie die Schenkel eines V in einem Punktschneiden. Die Rollen 7 sowie die Rollenbahnen 8 sind im Wesentlichen symmetrisch zurLängsachse 15 beziehungsweise zu einer vertikalen Ebene durch die Längsachse 15 des Wa¬genkastens 2 angeordnet.

[0038] FIG 2b zeigt das Schienenfahrzeug 1 im Schnitt A mit geneigtem Wagenkasten 2. DerWagenkasten 2 ist auf dem ersten Fahrwerk 3 mit dem passiven Neigetechniksystem 5 mittelsin Rollenbahnen 8 laufenden Rollen 7 schwenkbar gelagert. Der Wagenkasten 2 ist um denMomentanpol P schwenkbar. Der Wagenkasten 2 ist im Vergleich zur Darstellung in FIG 2a indie erste Neigerichtung 16 geneigt, er befindet sich im Neigezustand. Die Lage des Momentan-pols P ändert sich während des Neigevorgangs des Wagenkastens 2 nicht - seine Lage decktsich daher in jedem Neigezustand des Wagenkastens 2 mit dem Momentanpol P'. Der Momen- tanpol P' ist die winkelmomentane Drehachse des Wagenkastens 2 im Neigezustand. Daspassive Neigetechniksystem 5 weist einen Momentanpol P auf, der sich in jedem Neigezustanddes Wagenkastens 2 vorzugsweise im Schwerpunkt S des Wagenkastens 2 befindet. In diesemFall wird durch die Schwerkraft kein Rückstellmoment bewirkt, welches den Wagenkasten 2durch Schwerkrafteinwirkung wieder in den waagrechten Grundzustand rückführt. Der Neigezu¬stand des Wagenkastens 2 kann nur durch äußere Krafteinwirkung wieder in den Grundzustandrückgeführt werden.

[0039] Die Neigung des Wagenkastens 2 wird alleine durch das zweite Fahrwerk 6 mit demaktiven Neigetechniksystem 4 eingeprägt.

[0040] In FIG 3a ist das Schienenfahrzeug 1 im Schnitt B dargestellt. Das zweite Fahrwerk 6 istüber das aktive Neigetechniksystem 4 mit dem Wagenkasten 2 verbunden. Das aktive Neige¬techniksystem 4 ist in dieser Ausführungsform als Pendelmechanik ausgeführt. Die Pendelme¬chanik umfasst zwei mit dem Boden des Wagenkastens 2 verbundene Trägerelemente 9. DieTrägerelemente 9 weisen erste Gelenke 10 auf, welche eine drehbewegliche Verbindung mitPendelelementen 11 realisieren. Im Bereich ihrer den ersten Gelenken 10 abgewandten Aus¬dehnung sind die Pendelelemente 11 über zweite Gelenke 12 drehbeweglich mit einer Traverse13 verbunden. Die Traverse 13 ist mit dem zweiten Fahrwerk 6 verbunden. Es können entwederdie Trägerelemente 9 starr mit dem Wagenkasten 2 oder die Traverse 13 starr mit dem zweitenFahrwerk 6 verbunden sein.

[0041] Zwischen der Traverse 13 und den Trägerelementen 9 sind Aktuatoren 14 vorgesehen,die die Neigung des Wagenkastens 2 um den Momentanpol P bewirken.

[0042] FIG 3b zeigt das Schienenfahrzeug 1 im Schnitt B, jedoch in einem geneigten Zustand -im Neigezustand. Das zweite Fahrwerk 6 ist über das aktive Neigetechniksystem 4 mit demWagenkasten 2 verbunden. Der Wagenkasten 2 ist in die zweite Neigerichtung 17 geneigt - erbefindet sich im Neigezustand. Der Momentanpol P wandert während des Neigevorgangs desWagenkastens 2 in die zweite Neigerichtung 17 auf einer Polkurve 18 von P nach P'. Der Mo¬mentanpol P' des aktiven Neigetechniksystems 4 liegt in jedem Neigezustand des Wagenkas¬tens 2 neben der Wirkungslinie der Schwerkraft durch den Schwerpunkt S des Wagenkastens 2. Dadurch tritt in jedem Neigezustand ein Rückstellmoment auf, welches zugunsten des waag¬rechten Grundzustands des Wagenkastens 2 wirkt.

[0043] Dadurch ist sichergestellt, dass der Wagenkasten 2 bei Ausfall des aktiven Neigetech¬niksystems 4 selbstständig durch Einwirkung der Schwerkraft vom Neigezustand in den waag¬rechten Grundzustand übergeführt wird.

[0044] Der Wagenkasten 2 kann auch auf allen Fahrwerken 3,6 mit passivem Neigetechniksys¬tem 5 und auf allen Fahrwerken 3,6 mit aktivem Neigetechniksystem 4 mittels in Rollenbahnen8 laufenden Rollen 7 schwenkbar gelagert sein.

[0045] Derartige Lagerungen haben den Vorteil, dass sie einen sehr geringen Rollwiderstandaufweisen. Dadurch können am Fahrwerk 6 mit dem aktiven Neigetechniksystem 4 im Vergleichzum Stand der Technik kleinere, leistungsschwächere und kostengünstigere Aktuatoren 14eingesetzt werden, welche den Wagenkasten 2 vom Neigezustand in den waagrechten Grund¬zustand und umgekehrt überführen.

[0046] Mittels des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs 1 wird die Neigung des Wagenkas¬tens 2 ausschließlich mittels des aktiven Neigetechniksystems 4 eingeprägt. Damit wird vermie¬den, dass der Wagenkasten 2 unkontrolliert verwindet und belastet wird.

[0047] Die erfindungsgemäße Lösung ist nicht auf die dargestellten Beispiele beschränkt, essind auch andere Ausführungen denkbar.

LISTE DER BEZUGSZEICHEN 1 Schienenfahrzeug 2 Wagenkasten 3 erstes Fahrwerk 4 aktives Neigetechniksystem 5 passives Neigetechniksystem 6 zweites Fahrwerk 7 Rollen 8 Rollenbahn 9 Trägerelement 10 erstes Gelenk 11 Pendelelement 12 zweites Gelenk 13 T raverse 14 Aktuator 15 Längsachse 16 erste Neigerichtung 17 zweite Neigerichtung P Momentanpol im waagrechten Grundzustand P' Momentanpol im Neigezustand S Schwerpunkt

Claims

Patentansprüche 1. Schienenfahrzeug (1) mit Neigetechnik, bei dem der Wagenkasten (2) auf zumindest zweiFahrwerken (3, 6) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Fahr¬werke (3, 6) über ein aktives Neigetechniksystem (4) mit dem Wagenkasten (2) verbundenist und dass zumindest ein weiteres Fahrwerk (3,6) über ein passives Neigetechniksystem (5) mit dem Wagenkasten (2) verbunden ist.
2. Schienenfahrzeug (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindesteine Fahrwerk (3, 6), welches über das passive Neigetechniksystem (5) mit dem Wagen¬kasten (2) verbunden ist, einen Momentanpol P aufweist, der sich in jedem Neigezustanddes Wagenkastens (2) möglichst nahe am Schwerpunkt S des Wagenkastens (2), vor¬zugsweise im Schwerpunkt S des Wagenkastens (2) befindet.
3. Schienenfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass das zumindest eine Fahrwerk (3, 6), welches über das aktive Neigetechniksystem (4)mit dem Wagenkasten (2) verbunden ist, in jedem Neigezustand des Wagenkastens (2) ei¬nen neben der Wirkungslinie der Schwerkraft durch den Schwerpunkt S des Wagenkas¬tens (2) liegenden Momentanpol P' aufweist.
4. Schienenfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dassder Wagenkasten (2) auf dem zumindest einen weiteren Fahrwerk (3, 6) mit passivem Nei¬getechniksystem (5) mittels in Rollenbahnen (8) laufenden Rollen (7) schwenkbar gelagertist.
5. Schienenfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dassder Wagenkasten (2) mit dem zumindest einen Fahrwerk (3, 6) mit aktivem Neigetechnik¬system (4) mittels einer Pendelmechanik schwenkbar verbunden ist.
6. Schienenfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dassder Wagenkasten (2) auf allen Fahrwerken (3, 6) mit passivem Neigetechniksystem (5) undauf allen Fahrwerken (3, 6) mit aktivem Neigetechniksystem (4) mittels in Rollenbahnen (8)laufenden Rollen (7) schwenkbar gelagert ist. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen