EP0908368A1 - Neigevorrichtung - Google Patents

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EP0908368A1
EP0908368A1 EP97117513A EP97117513A EP0908368A1 EP 0908368 A1 EP0908368 A1 EP 0908368A1 EP 97117513 A EP97117513 A EP 97117513A EP 97117513 A EP97117513 A EP 97117513A EP 0908368 A1 EP0908368 A1 EP 0908368A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
car body
chassis
tilting device
transmission
inclination
Prior art date
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Granted
Application number
EP97117513A
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English (en)
French (fr)
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EP0908368B1 (de
Inventor
Roger Sembtner
Bernd Stehlin
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Moog GmbH
Original Assignee
Moog GmbH
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Publication date
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Application filed by Moog GmbH filed Critical Moog GmbH
Priority to ES97117513T priority patent/ES2146947T3/es
Priority to AT97117513T priority patent/ATE191407T1/de
Priority to DE59701407T priority patent/DE59701407D1/de
Priority to CA002249893A priority patent/CA2249893C/en
Priority to US09/168,539 priority patent/US6244190B1/en
Priority to JP28841098A priority patent/JP3392359B2/ja
Publication of EP0908368A1 publication Critical patent/EP0908368A1/de
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Classifications

    • 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
    • B61F5/02—Arrangements permitting limited transverse relative movements between vehicle underframe or bolster and bogie; Connections between underframes and bogies
    • B61F5/22—Guiding of the vehicle underframes with respect to the bogies

Definitions

  • the invention relates to a tilting device for generating track-dependent a car body inclination in rail vehicles, with a coupling device, with which the car body is movably connected to a chassis in this way is that the car body moves from an essentially upright position to a relative to the chassis inclined position can be transferred, and with a drive and an adjusting device having a transmission device with which the Car body for transferring from its rest position to its inclined position opposite the chassis is movable.
  • tilting devices are known from the prior art. You will be in so-called “tilting trains” used. It is a special design of passenger cars, the construction of which allows the car body to rotate or “tilt” relative to a chassis about its longitudinal axis. By this tendency is to be the lateral acceleration acting on the passengers when cornering be largely compensated. In addition to a noticeable improvement in comfort for But above all, it creates the opportunity for travelers to use very curved tracks to be able to drive through much faster than normal trains due to the EBO (Railway Construction and Operating Regulations) would be permissible, which is particularly important in winding routes can achieve a significant gain in travel time.
  • EBO Rudway Construction and Operating Regulations
  • the adjustment device consists either of a hydraulic Servo cylinder or an electromechanical linear drive.
  • the electromechanical Linear drive is used, for example, as a combination of an electric motor and planetary roller spindle executed.
  • the adjustment device is between the body and the chassis arranged.
  • the linear drive is designed according to the largest at maximum Forces occurring at the tilt angle.
  • a current in the servo motor is required to generate the required force whose strength is also proportional to the size of the angle of inclination.
  • the power loss in a motor with the square of the motor current rises, this results in a particularly high power loss if the car body inclination moved in the range of large deflection angles.
  • the invention has for its object an actuator for the track dependent To provide car body control, which has the disadvantages described above not with regard to the high power loss when driving with large inclination angles has and also be made more compact and inexpensive to manufacture can.
  • the transmission device has a transmission with a variable transmission ratio, the transmission ratio of the transmission when moving the car body from its rest position to its inclined position Position with increasing angle of inclination of the car body relative to the chassis grows.
  • This solution is simple and has the advantage that with increasing inclination forces a correspondingly larger translation is provided, so that already a clear small-sized drive is sufficient to be able to absorb large forces.
  • the translation is lower and grows at low angles of inclination with increasing angles of inclination.
  • a small translation with small tilt angles is desirable because it reduces the gearbox losses and thus the small restoring forces safely return the car body to the uninclined starting position can. Since now with comparable forces due to the angle of inclination a drive that is smaller in terms of the required continuous output is sufficient, this affects both the drive itself and the power electronics and the lines. This allows the tilting device to be significantly less expensive shape.
  • a small drive also takes up less installation space.
  • the transmission can be a crank mechanism have with a crankshaft, which with a radial to the crankshaft Crankshaft offset crank pin is provided on which a pull and / or push rod is pivotally attached.
  • a gear can be easily Wise a large gear ratio with continuously changing the translation realize. Especially when the crank mechanism is almost stretched, one can do almost anything realize great translation.
  • the transmission can have a reduction gear between the crank mechanism and the engine. This allows the desired traction and / or with even smaller electric motors Thrust to move the car body from its rest position in apply his inclined position.
  • the motor is connected to the reduction gear via a propeller shaft and / or the crank mechanism is connected. This allows the electric motor in a correspondingly more favorable installation position can be provided, so that the tilting device can be made more compact.
  • the motor with a belt or chain drive the reduction gear and / or the crank mechanism is connected. Then too make the tilting device particularly compact by possibly having the motor in one more favorable installation space provided at a distance from the reduction gear can be.
  • FIG. 9 shows a cross section through a passenger car 1 or a rail vehicle, with a car body 2 and a chassis 3.
  • the chassis 3 has Rail wheels 4, which are each connected via an axis 5 and in Axle bearings 6 of the chassis 3 are rotatably mounted.
  • the rail wheels 4 run on schematically illustrated rails 7, which are attached to a base 8.
  • the car body 2 has an interior 9 in which seats 10 are arranged.
  • a person 11 is shown schematically, taking a seat on one of the seats 10.
  • the car body 2 also has a secondary suspension 12, the spring elements are shown schematically.
  • the suspension 12 is between the car body 2 itself and a support element 13 which the car body 2nd is attributable.
  • the support element 13 can be directly rigid with be connected to the body 2, or be part of the body 2.
  • a tilting device 14 is provided between the car body 2 and the chassis 3.
  • This tilting device has a coupling device 15, which essentially consists of a four-bar gearbox.
  • the four-bar gearbox is formed by articulated rods 16 and 17, each having ends 18 and 19, or 20 and 21. These ends form bearings.
  • the ends 18 to 21 are each rotatable in Bearing blocks 22 to 25 are mounted, the bearing blocks 22 and 23 on the car body 2 and the bearing blocks 24 and 25 are each firmly attached to the chassis 3.
  • the bearing blocks 22 to 25 are arranged such that the ends 18 and 20 of the link rods 16 and 17 are each further apart than the ends 19 and 21 of the Articulated rods 16 and 17. Also the bearing blocks 22 and 23 of the car body arranged below the bearing blocks 24 and 25 of the chassis. This creates a four-bar gearbox with which the car body 2 opposite the chassis 3rd is pivotable.
  • the center of gravity S of the body 2 is below the pivot P of the articulated gear.
  • the car body 2 stabilizes itself automatically in a rest position, in which it is arranged essentially upright on the chassis 3.
  • Fig. 9 is the car body 2 by an inclination angle ⁇ compared to Chassis 3 inclined, or is in its inclined position.
  • the maximum Tilt angle ⁇ is approximately 8 ° in the present embodiment.
  • Adjust device 26 Between the chassis 3 and the body 2 there is an adjustment device 26, or can several adjustment device 26 may be provided. This adjustment device 26 is supported each on the car body 2 and on the chassis 3.
  • this adjustment device consists of hydraulic cylinders 27 and 28. By lengthening and shortening accordingly the hydraulic cylinder can incline the body 2 relative to the chassis 3 become.
  • FIG. 10 shows a second embodiment from the prior art, at which also hydraulic cylinders 27 and 28 are provided as adjusting device 26 are.
  • the secondary suspension 12 arranged on the chassis 3, the carrier element 13 this time supported on the axle bearings 6.
  • a third embodiment (Fig. 11) from the prior art are instead the hydraulic cylinder used electric linear actuators 29 and 30. By extending and shortening the actuators 29 and 30 can accordingly adjust, or the inclination of the car body 2 relative to the chassis.
  • the suspension 12 are not shown for reasons of clarity.
  • an electric motor 31 is provided, which has a Reduction gear 32 is provided with a crankshaft 33.
  • the crankshaft 33 has a crank pin 34 on which a pull and / or push rod 35 is rotatably mounted is. This creates a gearbox with a continuously variable ratio.
  • the electric motor 31 with the reduction gear 32 is attached to the chassis 3.
  • the other end of the pull and / or push rod 35 is rotatable on the body 2 stored.
  • the adjusting device 26 is shown in a plan view, the crankshaft on the one hand on the reduction gear 32 and on the other hand rotatable in a bearing block 39 is stored, the bearing block 39 in FIGS. 1 to 3 not for reasons of clarity is shown in more detail.
  • the electric motor 31 can also be used the reduction gear 32 either via a propeller shaft 37 or a belt drive 38, as shown in FIGS. 6 and 7.
  • the pull and / or push rod 35 is via a bearing block 36 and a shaft journal 40 articulated to the body 2.
  • the car body 2 is shown only schematically in FIGS. 1 to 3, being representative for the car body 2, a carrier element 13 is shown, on which the car body 2 is placed, or which part of the car body 2 can be.
  • the adjusting device 26 In the rest position, the adjusting device 26 is set such that a line runs through the center of the crankshaft 33 and the crank pin 34 are substantially perpendicular is a line through the crank pin 34 and the shaft pin 40.
  • the adjusting device 26, or the crank mechanism In the state of maximum deflection or inclination of the car body 2 relative to the chassis 3, the adjusting device 26, or the crank mechanism, is essentially stretched, as is the case in FIG this is shown in Fig. 3 and in Fig. 2.
  • the adjustment device 26 is controlled in the invention by a control device 41, by which the direction of rotation of the electric motor 31 is controllable, depending on the direction of the desired deflection.
  • the maximal Deflection is approximately 8 degrees, as shown by the angle ⁇ in FIG. 2.
  • the body In the rest position of the body 2 relative to the chassis 3, the body is 2 arranged essentially upright on the chassis 3.
  • the car body 2 is in the rest position when driving straight ahead.
  • the passenger car 1 around a curve, the car body 2 relative to the chassis 3 depending Driving speed and curve radius to the inside of the curve by a corresponding Angle ⁇ can be inclined continuously.
  • Such an inclination is e.g. for the car bodies in 9 to 11 are shown.
  • the Electric motor 31 turned on, causing rotation of the motor shaft, not shown is transmitted through the reduction gear 32 to the crankshaft 33, which is from the rest position shown in FIG. 1 to a state as shown in FIG. 2 or 3, depending on the desired direction of inclination.
  • a turning of the crankshaft 33 causes the pull and / or push rod 35 to exert a force on the carrier element 13, or the car body 2 exercises, so that this compared to the chassis 3 the desired angle ⁇ is inclined.
  • the electric motor 31 When initially deflected, the electric motor 31 initially requires a relatively small amount Torque which rises steadily as the crankshaft 33 rotates up to a maximum value in order to then decrease again. Near the maximum Deflection of the car body 2 relative to the chassis 3 becomes the engine torque despite increasing deflection forces again smaller due to the kinematic Arrangement of crankshaft 33 and the pull and / or push rod 35.
  • the torque curve 8a is the gear ratio of engine rotation angle to body tilt depicted schematically as a function of the crank angle in FIG. 8b.
  • the engine torque or the gear ratio is shown in a normalized way since it changes depending on the size of the car body 2 and other design factors. Of importance is only the course of the engine torque, at which at maximum Deflection requires a very low engine torque. This makes it different the invention differs significantly from conventional solutions in which the motor of the Apply the maximum torque to the linear drive at the maximum inclination angle got to.
  • the tilting device Due to the new design of the tilting device, it is now possible to use tilting systems for a given load spectrum with electric motors with lower continuous output to execute.
  • the tilting device according to the invention is cheaper to manufacture and can be designed to save space. It is also possible to face the electric motor 31 the reduction gear or the crankshaft 33 by a PTO shaft 37 or e.g. provides a belt drive 38. This allows the Adapt the tilting device to the specified installation situation in the chassis 3.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Neigevorrichtung zum gleisbogenabhängigen Erzeugen einer Wagenkastenneigung bei Schienenfahrzeugen (1), mit einer Koppelungseinrichtung (15), mit der der Wagenkasten (2) mit einem Fahrgestell (3) beweglich derart verbunden ist, daß der Wagenkasten aus einer im wesentlichen aufrechten Ruhestellung in eine gegenüber dem Fahrgestell geneigte Stellung überführbar ist, und mit einer einen Antrieb (31) und eine Übertragungseinrichtung (33,34,35) aufweisenden Verstelleinrichtung, mit der der Wagenkasten zum Überführen von seiner Ruhestellung in seine geneigte Stellung gegenüber dem Fahrgestell bewegbar ist. Um derartige Neigevorrichtungen kostengünstiger herstellen zu können, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Übertragungseinrichtung ein Getriebe mit einer variablen Übersetzung aufweist, wobei die Übersetzung des Getriebes (33,34,35) beim Überführen des Wagenkastens von seiner Ruhestellung in seine geneigte Stellung mit zunehmenden Neigungswinkel des Wagenkastens gegenüber dem Fahrgestell wächst.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Neigevorrichtung zum gleisbogenabhängigen Erzeugen einer Wagenkastenneigung bei Schienenfahrzeugen, mit einer Koppelungseinrichtung, mit der der Wagenkasten mit einem Fahrgestell beweglich derart verbunden ist, daß der Wagenkasten aus einer im wesentlichen aufrechten Ruhestellung in eine gegenüber dem Fahrgestell geneigte Stellung überführbar ist, und mit einer einen Antrieb und eine Übertragungseinrichtung aufweisenden Verstelleinrichtung, mit der der Wagenkasten zum Überführen von seiner Ruhestellung in seine geneigte Stellung gegenüber dem Fahrgestell bewegbar ist.
Derartige Neigevorrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie werden in sogenannten "Neigezügen" verwendet. Es handelt sich dabei um eine spezielle Gestaltung von Personenwagen, deren konstruktiver Aufbau es erlaubt, den Wagenkasten gegenüber einem Fahrgestell um seine Längsachse zu drehen bzw. zu "neigen". Durch dieses Neigen soll die bei Kurvenfahrt auf die Fahrgäste einwirkende Querbeschleunigung weitgehend kompensiert werden. Neben einer spürbaren Komfortverbesserung für die Reisenden wird dadurch aber vor allem die Möglichkeit geschaffen, Gleisbögen sehr viel schneller durchfahren zu können als dies sonst mit normalen Zügen aufgrund der EBO (Eisenbahn-Bau-und-Betriebsordnung) zulässig wäre, wodurch sich besonders bei kurvenreichen Strecken ein erheblicher Gewinn an Reisezeit erzielen läßt.
Bei solchen Neigevorrichtungen wird unterschieden zwischen aktiven und passiven Systemen. Bei passiven Systemen erfolgt das Neigen des Wagenkastens nur aufgrund der am Wagenkasten angreifenden Fliehkräfte. Der erzielbare Neigewinkel solcher Systeme ist allerdings sehr begrenzt und beträgt je nach Ausführungsform maximal 1,2 bis 3,5 Grad. Aktive Systeme bedienen sich einer Verstelleinrichtung, mit der die Neigung zwischen Wagenkasten und Fahrgestell über einen Regelkreis in Abhängigkeit des Gleisbogens und/oder der Geschwindigkeit gesteuert wird. Diese Systeme sind im allgemeinen für einen maximalen Neigungswinkel von ca. 8 Grad ausgelegt. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine solche aktive Neigevorrichtung.
Bei bekannten Systemen besteht die Verstelleinrichtung entweder aus einem hydraulischen Servozylinder oder einem elektromechanischen Linearantrieb. Der elektromechanische Linearantrieb wird zum Beispiel als Kombination von Elektromotor und Planetenrollspindel ausgeführt. Die Verstelleinrichtung ist zwischen Wagenkasten und Fahrgestell angeordnet.
Von den im praktischen Einsatz befindlichen Neigezügen ist bekannt, daß an jedem der beiden Drehgestelle eines Wagens eine Aktuatorkraft in der Größenordnung von 8 bis 10 Tonnen installiert ist. Solch hohe Werte werden gebraucht, wenn der Wagenkasten in seiner maximalen Auslenkungslage von 8 Grad gehalten werden soll, weil bei hohen Neigewinkeln der Wagenkastenschwerpunkt über einen relativ großen Hebelarm im Sinn eines Rückstell-Drehmoments wirksam wird. Diese hohen Kräfte sind gewünscht, damit der Wagenkasten bei einem eventuellen Ausfall der Neigevorrichtung sicher und selbständig in seine ungeneigte Ausgangslage zurückkehrt.
Die Auslegung des Linearantriebes richtet sich dabei nach den größten beim maximalen Neigewinkel auftretenden Kräften. Zusätzlich besteht z. B. bei den bekannten elektromechanischen Stellantrieben auch Proportionalität zwischen der Stellkraft und dem am Motor hierfür erforderlichen Drehmoment. Bei Verwendung eines solchen Antriebs bedeutet das, daß zur Erzeugung der erforderlichen Kraft ein Strom im Servomotor benötigt wird, dessen Stärke ebenfalls proportional zur Größe des Neigungswinkels ist. Da bekanntermaßen die Verlustleistung in einem Motor mit dem Quadrat des Motorstroms ansteigt, resultiert daraus eine besonders hohe Verlustleistung, wenn sich die Wagenkastenneigung im Bereich großer Auslenkungswinkel bewegt.
Die Konsequenz daraus ist, daß sowohl der E-Motor als auch die ihn mit Strom versorgende Leistungselektronik für hohe Dauerströme und damit für eine hohe Dauerleistung ausgelegt werden müssen, was sich naturgemäß in den Beschaffungskosten der Anlage niederschlägt.
Darüber hinaus wirkt sich die Dimensionierung des Antriebes auch auf den benötigten Einbauraum aus. Bei größeren Antriebsmotoren, muß dieser Einbauraum entsprechend groß gestaltet werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stellantrieb für die gleisbogenabhängige Wagenkastensteuerung zu schaffen, welcher die vorstehend beschriebenen Nachteile bezüglich der hohen Verlustleistung bei Fahrten mit großen Neigungswinkeln nicht aufweist und zusätzlich kompakter gestaltet und kostengünstiger hergestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Übertragungseinrichtung ein Getriebe mit einer variablen Übersetzung aufweist, wobei die Übersetzung des Getriebes beim Überführen des Wagenkastens von seiner Ruhestellung in seine geneigte Stellung mit zunehmendem Neigungswinkel des Wagenkastens gegenüber dem Fahrgestell wächst.
Diese Lösung ist einfach und hat den Vorteil, daß bei zunehmenden Neigungskräften eine entsprechend größere Übersetzung vorgesehen wird, so daß bereits ein deutlich kleiner dimensionierter Antrieb ausreicht, um auch große Kräfte aufnehmen zu können. Entsprechend ist die Übersetzung bei geringen Neigungswinkeln geringer und wächst mit zunehmenden Neigungswinkeln an. Eine kleine Übersetzung bei kleinen Neigewinkein ist wünschenswert, weil dadurch die Getriebeverluste geringer sind und damit die kleinen Rückstellkräfte den Wagenkasten sicher in die ungeneigte Ausgangslage zurückstellen können. Da nun bei vergleichbaren Kräften aufgrund des Neigungswinkels ein bezüglich der erforderlichen Dauerleistung kleiner dimensionierter Antrieb ausreicht, wirkt sich dies sowohl auf den Antrieb selbst aus, als auch auf die Leistungselektronik und die Leitungen. Dadurch läßt sich die Neigungsvorrichtung wesentlich kostengünstiger gestalten. Auch beansprucht ein kleiner dimensionierter Antrieb weniger Einbauraum.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann das Getriebe einen Kurbeltrieb mit einer Kurbelwelle aufweisen, die mit einem gegenüber der Kurbelwelle radial zur Kurbelwelle versetzten Kurbelzapfen versehen ist, an dem eine Zug- und/oder Schubstange schwenkbar angebracht ist. Mit einem solchen Getriebe läßt sich auf einfache Weise ein großes Übersetzungsverhältnis bei stufenlosem Ändern der Übersetzung realisieren. Insbesondere bei beinahe gestrecktem Kurbeltrieb läßt sich eine nahezu beliebig große Übersetzung verwirklichen.
Der Vorteil, der sich durch eine hohe Getriebeübersetzung bei großen Neigungswinkeln ergibt, wirkt sich insbesondere bei elektromotorischen Antrieben beim Halten großer Stellkräfte aus. Bei elektromotorischen Stellantrieben wird die Verlustleistung im wesentlichen vom übertragenen Drehmoment des Motors beeinflußt und nicht wie bei hydraulischen Linearstellantrieben von der Verstellgeschwindigkeit. Andererseits haben Elektromotoren gegenüber hydraulischen oder pneumatischen Drehantrieben auch den Vorteil eines geringeren Wartungsaufwandes, einer höheren Verfügbarkeit, geringerer Lebensdauerkosten, einfacherer Montierbarkeit, meistens auch geringeren Leistungsverbrauches und hoher Umweltfreundlichkeit.
Zudem kann das Getriebe ein Reduktionsgetriebe zwischen Kurbeltrieb und Motor aufweisen. Dadurch lassen sich mit noch kleineren Elektromotoren die gewünschten Zug- und/oder Schubkräfte zum Überführen des Wagenkastens von seiner Ruhestellung in seine geneigte Stellung aufbringen.
Von Vorteil kann es dabei sein, wenn der Motor über eine Gelenkwelle mit dem Reduktionsgetriebe und/oder dem Kurbeltrieb verbunden ist. Dadurch kann der Elektromotor in einer entsprechend günstigeren Einbaulage vorgesehen werden, so daß sich die Neigevorrichtung kompakter gestalten läßt.
Alternativ ist es auch denkbar, daß der Motor über einen Riemen- oder Kettenantrieb mit dem Reduktionsgetriebe und/oder dem Kurbeltrieb verbunden ist. Auch dann läßt sich die Neigevorrichtung besonders kompakt gestalten, indem der Motor in einem möglicherweise günstigeren Einbauraum vom Reduktionsgetriebe beabstandet vorgesehen werden kann.
In einer vorteilhaften Weiterbildung kann in der Ruhestellung des Wagenkastens eine Linie durch das Zentrum der Kurbelwelle und des Kurbelzapfens mit einer Linie durch das Zentrum des Kurbelzapfens und einer vom Kurbelzapfen beabstandeten Lagerstelle der Zug- und/oder Schubstange im wesentlichen einen rechten Winkel einschließen. Dadurch ergibt sich ein besonders günstiger Kraftverlauf beim anfänglichen Auslenken des Wagenkastens aus seiner Ruhestellung.
Besonders große Neigekräfte lassen sich aufbringen, wenn beim maximalem Neigungswinkel der Kurbeltrieb beinahe gestreckt ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1
eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Neigevorrichtung, wenn sich der Wagenkasten in der Ruhestellung befindet;
Fig. 2
die Neigevorrichtung aus Fig. 1 in einer geneigten Stellung des Wagenkastens;
Fig. 3
die Ansicht aus Fig. 2, wobei die Neigung in entgegengesetzter Richtung wie bei der Darstellung in Fig. 2 erfolgt ist;
Fig. 4
eine schematische Darstellung der Verstelleinrichtung;
Fig. 5
die Verstelleinrichtung aus Fig. 4 in einer Draufsicht;
Fig. 6
eine alternative Ausführungsform der Verstelleinrichtung in einer Ansicht wie in Fig. 5;
Fig. 7
eine alternative Ausführungsform der Verstelleinrichtung in einer Darstellung wie in Fig. 5;
Fig. 8a
ein Diagramm, welches den Verlauf des Motordrehmomentes über den Neigungswinkel darstellt;
Fig. 8b
ein Diagramm, das die Übersetzung über den Kurbeldrehwinkel darstellt;
Fig. 9
eine Darstellung einer Neigevorrichtung aus dem Stand der Technik;
Fig. 10
eine Darstellung einer Neigevorrichtung aus dem Stand der Technik;
Fig. 11
eine weitere Darstellung der Neigevorrichtung aus dem Stand der Technik.
Fig. 9 zeigt einen Querschnitt durch einen Personenwagen 1, bzw. ein Schienenfahrzeug, mit einem Wagenkasten 2 und einem Fahrgestell 3. Das Fahrgestell 3 weist Schienenräder 4 auf, die jeweils über eine Achse 5 miteinander verbunden sind und in Achslagern 6 des Fahrgestells 3 drehbar gelagert sind. Die Schienenräder 4 laufen auf schematisch dargestellten Schienen 7, die an einem Untergrund 8 befestigt sind.
Der Wagenkasten 2 weist einen Innenraum 9 auf, in dem Sitze 10 angeordnet sind. Schematisch ist eine Person 11 dargestellt, die auf einem der Sitze 10 Platz nimmt.
Der Wagenkasten 2 verfügt weiterhin über eine Sekundärfederung 12, deren Federelemente schematisch dargestellt sind. Die Federung 12 ist dabei zwischen dem Wagenkasten 2 selbst und einem Trägerelement 13 angeordnet, welches dem Wagenkasten 2 zuzurechnen ist. Anstelle der Federung 12 kann das Trägerelement 13 direkt starr mit dem Wagenkasten 2 verbunden sein, bzw. Teil des Wagenkastens 2 sein.
Zwischen dem Wagenkasten 2 und dem Fahrgestell 3 ist eine Neigevorrichtung 14 vorgesehen. Diese Neigevorrichtung weist eine Koppelungseinrichtung 15 auf, die im wesentlichen aus einem Viergelenk-Getriebe besteht. Das Viergelenk-Getriebe wird gebildet durch Gelenkstangen 16 und 17, die jeweils Enden 18 und 19, bzw. 20 und 21 aufweisen. Diese Enden bilden Lagerstellen. Die Enden 18 bis 21 sind jeweils drehbar in Lagerblöcken 22 bis 25 gelagert, wobei die Lagerblöcke 22 und 23 am Wagenkasten 2 und die Lagerblöcke 24 und 25 jeweils am Fahrgestell 3 fest angebracht sind.
Die Lagerblöcke 22 bis 25 sind derart angeordnet, daß die Enden 18 und 20 der Gelenkstangen 16 und 17 jeweils weiter auseinanderliegen, als die Enden 19 und 21 der Gelenkstangen 16 und 17. Auch sind die Lagerblöcke 22 und 23 des Wagenkastens unterhalb der Lagerblöcke 24 und 25 des Fahrgestells angeordnet. Dadurch entsteht ein Viergelenk-Getriebe, mit dem der Wagenkasten 2 gegenüber dem Fahrgestell 3 verschwenkbar ist.
Der Schwerpunkt S des Wagenkastens 2 liegt unterhalb dem Drehpol P des Vergelenk-Getriebes. Dadurch stabilisiert sich der Wagenkasten 2 selbständig in einer Ruhestellung, in welcher er im wesentlichen aufrecht auf dem Fahrgestell 3 angeordnet ist. In der Darstellung in Fig. 9 ist der Wagenkasten 2 um einen Neigungswinkel α gegenüber dem Fahrgestell 3 geneigt, bzw. befindet sich in seiner geneigten Stellung. Der maximale Neigungswinkel α beträgt bei der vorliegenden Ausführungsform ca. 8°.
Zwischen Fahrgestell 3 und Wagenkasten 2 ist eine Verstelleinrichtung 26, bzw. können mehrere Verstelleinrichtung 26 vorgesehen sein. Diese Verstelleinrichtung 26 stützt sich jeweils am Wagenkasten 2 und am Fahrgestell 3 ab.
Bei dem in Fig. 9 dargestellten Stand der Technik besteht diese Verstelleinrichtung aus hydraulischen Zylindern 27 und 28. Durch entsprechendes Verlängern und Verkürzen der Hydraulikzylinder kann der Wagenkasten 2 gegenüber dem Fahrgestell 3 geneigt werden.
In Fig. 10 ist eine zweite Ausführungsform aus dem Stand der Technik dargestellt, bei welcher ebenfalls Hydraulikzylinder 27 und 28 als Verstelleinrichtung 26 vorgesehen sind. Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform aus dem Stand der Technik ist die Sekundärfederung 12 am Fahrgestell 3 angeordnet, wobei sich das Trägerelement 13 diesmal an den Achslagern 6 abstützt.
In einer dritten Ausführungsform (Fig. 11) aus dem Stand der Technik werden anstelle der Hydraulikzylinder elektrische Linearstellantriebe 29 und 30 verwendet. Durch Verlängern und Verkürzen der Stellantriebe 29 und 30 kann entsprechend das Verstellen, bzw. das Neigen des Wagenkastens 2 gegenüber dem Fahrgestell erfolgen.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung, deren Funktionsweise insbesondere gut in den Fig. 1 bis 3 erkennbar ist, sind die Federung 12 aus Gründen der Übersicht nicht dargestellt. Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform ist anstelle der Hydraulikzylinder 27 und 28, bzw. der Linearstellantriebe 29 und 30 ein Elektromotor 31 vorgesehen, der über ein Reduktionsgetriebe 32 mit einer Kurbelwelle 33 versehen ist. Die Kurbelwelle 33 weist einen Kurbelzapfen 34 auf, auf dem eine Zug- und/oder Schubstange 35 drehbar gelagert ist. Dadurch wird ein Getriebe mit einer stufenlos änderbaren Übersetzung gebildet.
Der Elektromotor 31 mit dem Reduktionsgetriebe 32 ist am Fahrgestell 3 befestigt. Die Zug- und/oder Schubstange 35 ist mit ihrem anderen Ende drehbar am Wagenkasten 2 gelagert.
In Fig. 5 ist die Verstelleinrichtung 26 in einer Draufsicht dargestellt, wobei die Kurbelwelle einerseits am Reduktionsgetriebe 32 und andererseits in einen Lagerbock 39 drehbar gelagert ist, wobei der Lagerbock 39 in den Fig. 1 bis 3 aus Gründen der Übersicht nicht näher dargestellt ist. In alternativen Ausführungsformen kann der Elektromotor 31 mit dem Reduktionsgetriebe 32 entweder über eine Gelenkwelle 37 oder einen Riemenantrieb 38 verbunden sein, wie dies in den Fig. 6 und 7 dargestellt ist.
Die Zug- und/oder Schubstange 35 ist über einen Lagerbock 36 und einem Wellenzapfen 40 gelenkig mit dem Wagenkasten 2 verbunden.
Der Wagenkasten 2 ist in den Fig. 1 bis 3 nur schematisch dargestellt, wobei stellvertretend für den Wagenkasten 2 ein Trägerelement 13 dargestellt ist, auf welches der Wagenkasten 2 aufgesetzt wird, bzw. welches Teil des Wagenkastens 2 sein kann.
In der Ruhestellung ist die Verstelleinrichtung 26 derart eingestellt, daß eine Linie durch die Mitte der Kurbelwelle 33 und des Kurbelzapfens 34 im wesentlichen senkrecht auf einer Linie durch den Kurbelzapfen 34 und den Wellenzapfen 40 steht. Im Zustand der maximalen Auslenkung, bzw. Neigung des Wagenkastens 2 gegenüber dem Fahrgestell 3 ist die Verstelleinrichtung 26, bzw. der Kurbeltrieb im wesentlichen gestreckt, wie dies in Fig. 3 und in Fig. 2 dargestellt ist. Die Steuerung der Verstelleinrichtung 26 erfolgt bei der Erfindung durch ein Steuergerät 41, durch welches die Drehrichtung des Elektromotors 31 steuerbar ist, je nach Richtung der gewünschten Auslenkung. Die maximale Auslenkung beträgt ca. 8 Grad, wie dies in Fig. 2 durch den Winkel α dargestellt ist.
Nachfolgend wird die Wirkungs- und Funktionsweise der Erfindung näher erläutert:
In der Ruhestellung des Wagenkastens 2 gegenüber dem Fahrgestell 3, ist der Wagenkasten 2 im wesentlichen aufrecht auf dem Fahrgestell 3 angeordnet. Der Wagenkasten 2 befindet sich bei Geradeausfahrt in der Ruhestellung. Fährt nun der Personenwagen 1 um eine Kurve, so kann der Wagenkasten 2 gegenüber dem Fahrgestell 3 je nach Fahrgeschwindigkeit und Kurvenradius zur Kurveninnenseite um einen entsprechenden Winkel α stufenlos geneigt werden. Eine solche Neigung ist z.B. für die Wagenkästen in Fig. 9 bis 11 dargestellt. Um die Neigung zu erzeugen, wird über das Steuergerät 41 der Elektromotor 31 angeschaltet, wodurch ein Drehen der nicht dargestellten Motorwelle durch das Reduktionsgetriebe 32 auf die Kurbelwelle 33 übertragen wird, welche sich aus der in Fig. 1 dargestellten Ruhestellung in einen Zustand dreht, wie er in den Fig. 2 oder 3 dargestellt ist, je nach gewünschter Neigungsrichtung. Ein Drehen der Kurbelwelle 33 bewirkt, daß die Zug- und/oder Schubstange 35 eine Kraft auf das Trägerelement 13, bzw. den Wagenkasten 2 ausübt, so daß dieser gegenüber dem Fahrgestell 3 um den gewünschten Winkel α geneigt wird.
Beim anfänglichen Auslenken benötigt der Elektromotor 31 zunächst ein relativ geringes Drehmoment, welches mit fortschreitendem Drehen der Kurbelwelle 33 stetig ansteigt bis zu einem Maximalwert, um sich anschließend wieder zu verringern. Nahe der maximalen Auslenkung des Wagenkastens 2 gegenüber dem Fahrgestell 3 wird das Motordrehmoment trotz steigender Auslenkkräfte wieder kleiner aufgrund der kinematischen Anordnung von Kurbelwelle 33 und der Zug- und/oder Schubstange 35. Der Drehmomentverlauf ist in Fig. 8a, das Übersetzungsverhältnis von Motordrehwinkel zu Wagenkastenneigung in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel in Fig. 8b schematisch dargestellt. Das Motordrehmoment bzw. das Übersetzungsverhältnis ist dabei normiert dargestellt, da es sich je nach Größe des Wagenkastens 2 und anderer konstruktiver Faktoren ändert. Von Bedeutung ist lediglich der Verlauf des Motordrehmomentes, bei dem bei maximaler Auslenkung ein sehr geringes Motordrehmoment benötigt wird. Dadurch unterscheidet sich die Erfindung erheblich von herkömmlichen Lösungen, bei denen der Motor des Linearantriebs bei maximalem Neigungswinkel maximales Drehmoment aufbringen muß.
Durch die neuartige Gestaltung der Neigevorrichtung ist es nunmehr möglich, Neigesysteme für ein vorgegebenes Lastkollektiv mit Elektromotoren geringerer Dauerleistung auszuführen. Die erfindungsgemäße Neigevorrichtung ist kostengünstiger herzustellen und kann platzsparender gestaltet werden. Auch ist es möglich, den Elektromotor 31 gegenüber dem Reduktionsgetriebe oder der Kurbelwelle 33 zu versetzen, indem man eine Gelenkwelle 37 oder z.B. einen Riemenantrieb 38 vorsieht. Dadurch läßt sich die Neigevorrichtung an die jeweils vorgegebene Einbausituation im Fahrgestell 3 anpassen.

Claims (10)

  1. Neigevorrichtung zum gleisbogenabhängigen Erzeugen einer Wagenkastenneigung bei Schienenfahrzeugen (1), mit einer Koppelungseinrichtung (15), mit der der Wagenkasten (2) mit einem Fahrgestell (3) beweglich derart verbunden ist, daß der Wagenkasten aus einer im wesentlichen aufrechten Ruhestellung in eine gegenüber dem Fahrgestell geneigte Stellung überführbar ist, und mit einer einen Antrieb (31) und eine Übertragungseinrichtung (33,34,35) aufweisenden Verstelleinrichtung, mit der der Wagenkasten zum Überführen von seiner Ruhestellung in seine geneigte Stellung gegenüber dem Fahrgestell bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungseinrichtung ein Getriebe (33,34,35) mit einer variablen Übersetzung aufweist, wobei die Übersetzung des Getriebes beim Überführen des Wagenkastens von seiner Ruhestellung in seine geneigte Stellung mit zunehmenden Neigungswinkel des Wagenkastens gegenüber dem Fahrgestell wächst.
  2. Neigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe einen Kurbeltrieb (33,34,35) mit einer Kurbelwelle (33) aufweist, die mit einem gegenüber der Kurbelwelle radial zur Kurbelwelle versetzten Kurbelzapfen (34) versehen ist, an dem eine Zug- und/oder Schubstange (35) schwenkbar angebracht ist.
  3. Neigevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb ein Elektromotor (31) ist.
  4. Neigevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (31) mit dem Fahrgestell (3) und die Zug- und/oder Schubstange (35) mit dem Wagenkasten (2) verbunden ist.
  5. Neigevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor mit dem Wagenkasten (2) und die Zug- und/oder Schubstange mit dem Fahrgestell (3) verbunden ist.
  6. Neigevorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe ein Reduktionsgetriebe (32) zwischen Kurbeltrieb und Motor aufweist.
  7. Neigevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor über eine Gelenkwelle (37) mit dem Reduktionsgetriebe und/oder dem Kurbeltrieb verbunden ist.
  8. Neigevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor über einen Riemen- oder Kettenantrieb (38) mit dem Reduktionsgetriebe und/oder dem Kurbeltrieb verbunden ist.
  9. Neigevorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ruhestellung des Wagenkastens eine Linie durch das Zentrum der Kurbelwelle und des Kurbelzapfens mit einer Linie durch das Zentrum des Kurbelzapfens und einer vom Kurbelzapfen beabstandeten Lagerstelle der Zug- und/oder Schubstange im wesentlichen einen rechten Winkel einschließen.
  10. Neigevorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim maximalen Neigungswinkel der Kurbeltrieb im wesentlichen gestreckt ist.
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