WO2004022405A2 - Fahrwerk mit neigungssystem für schienenfahrzeuge - Google Patents

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Wolfgang Auer
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    • 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
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a chassis for rail vehicles.
  • the invention is suitable for - but not limited to - use in rail vehicles for passenger transport.
  • EP 0 621 165 B1 describes a running gear for rail vehicles in which a running gear frame is carried by the wheels or wheel sets via primary springs and on which the body or the body of the rail vehicle is supported directly via secondary springs via a cradle.
  • the cradle or the car body are connected to the drive frame by means of shock absorbers which dampen vertical and roll movements and at least one roll support which dampens roll movements.
  • This carries fixed levers, which are connected to the cradle or car body via articulated pendulums.
  • At least one of the pendulums consists of an actuator which can be acted upon in the opposite direction when a transverse end of the cradle or the body of the car is immersed or raised.
  • the disadvantage here is that an unfavorably high lateral acceleration occurs even at a relatively low speed in the arc. In order to avoid this, the speed must be throttled in the arc in order, for. B. the driving comfort for passengers not to deteriorate.
  • the tilting technology is arranged above the secondary spring, which is why the full lateral acceleration must be absorbed in the secondary suspension when traveling through bends.
  • the inclination movement is not supported here by the centrifugal force acting on bends;
  • the pendulums are arranged parallel to the secondary suspension, which leads to a vertical decoupling of spring movement and inclination.
  • the air springs which are arranged laterally as usual, must perform the full tilting movement, which requires a corresponding volume and the associated space requirement for the air springs, as well as a pressure compensation device;
  • standing pendulums are provided which represent a basically unstable arrangement which requires additional spring or active adjusting elements.
  • the roll pole lying under the vehicle floor leads to large transverse movements at the height of the rows of seats, which are perceived by passengers as unpleasant, and to the need for a severely restricted clearance profile of the car body.
  • the object of the invention is to alleviate the disadvantages of the prior art described and, in particular, to propose a chassis for rail vehicles which enables higher speeds in curves. Furthermore, it is an object of the invention to increase the comfort and to make it possible to convert existing undercarriages.
  • An advantage of the solution according to the invention is that the inclination of the car body in the curve means that the passenger does not experience any greater lateral acceleration despite the higher speed. This leads to improved comfort.
  • the centrifugal force causes the body to tilt. Therefore, only small actuating forces are required to adjust the inclination to the optimal level.
  • Another advantage is that existing undercarriages can be converted with little effort.
  • the fastening points of the pendulums on the undercarriage frame are offset inwards, so that the longitudinal axes of the pendulums run obliquely inwards from bottom to top when the body is not inclined.
  • at least one active actuator is arranged between the chassis frame and the spring carrier or between the chassis frame and the cradle. It is oriented at least partially, but preferably predominantly, in the horizontal direction, which supports the effect of the centrifugal force and adjusts the inclination to an optimal dimension.
  • the pendulums are preferably arranged in such a way that the longitudinal axes of the pendulums, at least approximately at the height of the, in particular when the body of the vehicle is not inclined Cut the center of gravity or above the center of gravity. This results in a particularly favorable tilting characteristic.
  • At least one passive and / or active attenuator is furthermore arranged transversely to the direction of travel. It is further preferred that at least one damping element is arranged between the chassis frame and the cradle.
  • the damping element is preferably a laterally acting damper that can be dynamically adjusted depending on the car body transverse speed.
  • At least one pendulum is arranged on both sides of the longitudinal axis of the rail vehicle.
  • the pendulums are preferably arranged symmetrically to the longitudinal axis of the rail vehicle.
  • the at least one active actuator is an electric, hydraulic and / or pneumatic actuator.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a preferred embodiment of the chassis of a rail vehicle according to the invention in a side view
  • Figure 2 shows a schematic section A-A through the chassis of FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a schematic section B-B through the chassis according to FIG. 1.
  • FIGS 1 to 3 show a chassis of a rail vehicle in different views.
  • the undercarriage comprises a undercarriage frame 1, which is supported by wheel sets via primary springs.
  • a spring support 2 is attached to the chassis frame 1 by means of a pendulum 3.
  • the spring support 2 supports a cradle 4 with an attached car body 5 via secondary coil springs 6.
  • the centrifugal force causes a transverse displacement of the body 5, the cradle 4 and, via the transverse rigidity of the secondary coil springs 6, of the spring support 2 in the track curve.
  • An increase in the speed of travel in an arc leads to an increase in the lateral acceleration acting on a passenger.
  • the upper attachment point of the hanging pendulum 3 on the chassis frame 1 is offset inward in contrast to vertically arranged pendulums.
  • the system of the spring support 2, including the cradle 4 and car body 5 components attached can be inclined. Due to the suspension on inclined pendulums 3, the spring support 2 and at the same time the cradle 4 and the body 5 are rotated about their longitudinal axes. This means that a greater lateral acceleration does not act on a passenger despite the higher speed of the bow.
  • One or more active actuators 7 support the effect of the centrifugal force and adjust the inclination to an optimal level.
  • These active actuators 7 are installed in a predominantly horizontal direction either between the chassis frame 1 and the spring support 2 or between the chassis frame 1 and the cradle 4.
  • the optimal inclination of the car body 5, which results mainly from the lateral acceleration of the car body 5 is set by two active actuators 7 acting laterally between the undercarriage frame 1 and the spring support 2, which actuators produce the corresponding additional or reduced inclination of the car body 5 cause compared to the inclination resulting from the lateral acceleration.
  • passive or active damping elements can be installed to improve comfort.
  • a laterally acting damper which is arranged between the chassis frame 1 and the cradle 4 and can be dynamically adjusted as a function of the car body transverse speed or the car body transverse acceleration, the dynamic component of the car body transverse movement can be damped in addition to increasing the comfort.

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  • Vehicle Body Suspensions (AREA)
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Abstract

Fahrwerk für Schienenfahrzeuge, insbesondere für den Personenverkehr, bei dem ein Fahrwerkrahmen (1) über Primärfedern auf Rädern oder Radsätzen abgestützt ist, auf dem, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Wiege (4), ein Wagenkasten (5) abgestützt ist, die Wiege (4) oder der Wagenkasten (5) gegenüber dem Fahrwerkrahmen (1) über Sekundärfedern auf mindestens einem Federträger (2) abgestützt ist, die Wiege (4) oder der Wagenkasten (5) mit dem Fahrwerkrahmen (1) über Vertikal- und/oder Wankbewegungen dämpfende Stossdämpfer verbunden ist, der Federträger (2) über Pendel (3) hängend am Fahrwerkrahmen (1) gelagert ist, wobei die Befestigungspunkte der Pendel (3) am Fahrwerkrahmen (1) im Gegensatz zu senkrecht angeordneten Pendeln nach innen versetzt sind, sodass die Längsachsen der Pendel (3) schräg verlaufen, und mindestens ein aktives Stellglied (7) mindestens teilweise in horizontaler Richtung zwischen dem Fahrwerkrahmen (1) und dem Federträger (2) oder zwischen dem Fahrwerkrahmen (1) und der Wiege (4) angeordnet ist, sodass das mindestens eine aktive Stellglied (7) die Wirkung der Fliehkraft unterstützt und die Neigung auf ein optimales Mass einstellt.

Description

Fahrwerk für Schienenfahrzeuge
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrwerk für Schienenfahrzeuge. Die Erfindung ist geeignet für - aber nicht beschränkt auf - den Einsatz in Schienenfahrzeugen für den Personenverkehr.
Die EP 0 621 165 B1 beschreibt ein Laufwerk für Schienenfahrzeuge, bei dem ein Laufwerkrahmen über Primärfedern von den Rädern bzw. Radsätzen getragen wird und auf dem über Sekundärfedern über eine Wiege der Wagenkasten oder der Wagenkasten des Schienenfahrzeugs direkt abgestützt ist. Die Wiege oder der Wagenkasten sind gegenüber dem Laufwerkrahmen über Vertikal- und Wankbewegungen dämpfende Stoßdämpfer und minde- stens eine Wankbewegungen abfedernde Wankstütze verbunden. Diese trägt feste Hebel, die über gelenkig gelagerte Pendel mit der Wiege bzw. dem Wagenkasten verbunden sind. Mindestens eines der Pendel besteht dabei aus einem Stellglied, das beim Eintauchen oder Anheben eines Querendes der Wiege oder des Wagenkastens in Gegenrichtung beaufschlagbar ist. Nachteilig hierbei ist, dass bereits bei einer relativ geringen Geschwindigkeit im Bogen eine ungünstig hohe Querbeschleunigung auftritt. Um diese zu vermeiden, muss die Geschwindigkeit im Bogen gedrosselt werden, um z. B. den Fahrkomfort für mitfahrende Personen nicht zu verschlechtern.
Eine Reihe weiterer bekannter Schutzrechtsanmeldungen mögen in manchen Details der erfindungsgemäßen Lösung ähneln, weisen ihr gegenüber jedoch deutliche Nachteile auf. Beispiele hierfür sind folgende:
Gemäß der DE 2 145 738 ist die Neigetechnik über der Sekundärfeder angeordnet, weshalb in der Sekundärfederung bei Bogenfahrt die volle Querbeschleunigung abgefangen werden muss. Außerdem wird hier die Neigungsbewegung nicht durch die bei Bogenfahrt wirkende Fliehkraft unterstützt;
Gemäß der EP 0 287 821 sind die Pendel parallel zur Sekundärfederung angeordnet, was zu einer vertikalen Entkopplung von Federbewegung und Neigung führt. Daher müssen die wie üblich seitlich angeordneten Luftfedern die volle Neigebewegung ausführen, was ein entsprechendes Volumen und damit einhergehenden Bauraumbedarf der Luftfedern sowie eine Druckausgleichseinrichtung erfordert; Gemäß der US 3 717 104 sind stehende Pendel vorgesehen, die eine prinzipiell instabile Anordnung darstellen, welche zusätzliche Feder- bzw. aktive Stellelemente erfordert. Außerdem findet hier bei Bogenfahrt keine Unterstützung der Neigebewegung durch die Fliehkraft statt, sondern die Aktuatoren müssen im Gegenteil gegen die Fliehkraft sowie zusätzlich die Zentrierfedern arbeiten. Außerdem führt der unter dem Fahrzeugboden liegende Wankpol zu i.a. von Fahrgästen als unangenehm empfundenen großen Querbewegungen in Höhe der Sitzreihen sowie zur Notwendigkeit eines stark eingeschränkten Lichtraumprofils des Wagenkastens.
Aufgabe der Erfindung ist es, die beschriebenen Nachteile des Standes der Technik zu be- seifigen und insbesondere ein Fahrwerk für Schienenfahrzeuge vorzuschlagen, welches höhere Geschwindigkeiten in Kurven ermöglicht. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, den Komfort zu erhöhen und eine Umrüstbarkeit bereits vorhandener Fahrwerke zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch ein Fahrwerk für Schienenfahrzeuge gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass durch das Neigen des Wagenkastens im Bogen der Fahrgast trotz höherer Geschwindigkeit keine größere Querbeschleunigung erfährt. Dies führt zu einem verbesserten Komfort. Bei der erfindungsgemäßen Lösung bewirkt die Fliehkraft die Neigung des Wagenkastens. Es sind daher nur geringe Stellkräfte erforderlich, um die Neigung auf das optimale Maß einzustellen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass bestehende Fahrwerke mit geringem Aufwand umgerüstet werden können.
Bei dem erfindungsgemäßen Fahrwerk ist vorgesehen, dass die Befestigungspunkte der Pendel am Fahrwerkrahmen, anders als bei senkrecht angeordneten Pendeln, nach innen versetzt sind, sodass die Längsachsen der Pendel bei nicht geneigten Wagenkasten von unten nach oben schräg nach innen verlaufen. Weiterhin ist mindestens ein aktives Stellglied zwischen dem Fahrwerkrahmen und dem Federträger oder zwischen dem Fahrwerkrahmen und der Wiege angeordnet. Dabei ist es mindestens teilweise, vorzugsweise aber überwiegend, in horizontaler Richtung ausgerichtet, wobei es die Wirkung der Fliehkraft un- terstützt und die Neigung auf ein optimales Maß einstellt.
Vorzugsweise sind die Pendel so angeordnet sind, dass sich die Längsachsen der Pendel, insbesondere bei nicht geneigtem Wagenkasten, mindestens angenähert auf der Höhe des Wagenschwerpunktes oder oberhalb des Wagenschwerpunktes schneiden. Hierdurch ergibt sich eine besonders günstige Neigecharakteristik.
Vorzugsweise ist weiterhin mindestens ein passives und/oder aktives Dämpfungsglied quer zur Fahrtrichtung angeordnet. Weiter vorzugsweise ist mindestens ein Dämpfungsglied zwi- sehen dem Fahrwerkrahmen und der Wiege angeordnet bei dem Dämpfungsglied handelt es sich vorzugsweise um einen ein lateral wirkenden, in Abhängigkeit der Wagenkastenquergeschwindigkeit dynamisch einstellbaren Dämpfer.
Bei besonders vorteilhaften, weil einfach aufgebauten und zuverlässig arbeitenden Varianten des erfindungsgemäßen Fahrwerks ist vorgesehen, dass mindestens je ein Pendel auf bei- den Seiten der Längsachse des Schienenfahrzeugs angeordnet ist. Die Pendel sind dabei bevorzugt symmetrisch zur Längsachse des Schienenfahrzeugs angeordnet.
Bei weiteren bevorzugten Varianten des erfindungsgemäßen Fahrwerks ist das mindestens eine aktive Stellglied ein elektrischer, hydraulischer und/oder pneumatischer Stellantrieb.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen bzw. der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, welche auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt. Es zeigen (nicht maßstäblich)
Figur 1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrwerks eines Schienenfahrzeugs in Seitenansicht,
Figur 2 einen schematischen Schnitt A-A durch das Fahrwerk gemäß Fig. 1;
Figur 3 einen schematischen Schnitt B-B durch das Fahrwerk gemäß Fig. 1.
Die Figuren 1 bis 3 zeigen ein Fahrwerk eines Schienenfahrzeugs in unterschiedlichen Ansichten. Das Fahrwerk umfasst einen Fahrwerkrahmen 1 , der über Primärfedern von Radsätzen getragen wird. Am Fahrwerkrahmen 1 ist ein Federträger 2 mittels Pendel 3 befestigt. Der Federträger 2 stützt eine Wiege 4 mit einem aufgesetzten Wagenkasten 5 über sekun- däre Schraubenfedern 6 ab.
Im Gleisbogen bewirkt die Fliehkraft eine Querverschiebung des Wagenkastens 5, der Wiege 4 und über die Quersteifigkeit der sekundären Schraubenfedern 6 auch des Federträgers 2. Eine Erhöhung der Fahrgeschwindigkeit in einem Bogen führt zu einer Erhöhung der auf einen Fahrgast wirkenden Querbeschleunigung. Diese sollte jedoch einen Grenzwert von z. B. 1,2 m/s2 nicht übersteigen. Damit dieser Grenzwert trotz Erhöhung der Fahrgeschwindigkeit nicht überschritten wird, muss der Wagenkasten so geneigt werden, dass eine Redu- zierung der Querbeschleunigung unterhalb des Grenzwertes erfolgt.
Zu diesem Zweck ist der obere Befestigungspunkt der hängenden Pendel 3 am Fahrwerkrahmen 1 im Gegensatz zu senkrecht angeordneten Pendeln nach innen versetzt. Dies führt zu einer Schräglage der Pendel 3. Dadurch kann das System des Federträgers 2, einschließlich der aufgesetzten Komponenten Wiege 4 und Wagenkasten 5, geneigt werden. Durch die Aufhängung an schrägen Pendeln 3 werden der Federträger 2 und gleichzeitig auch die Wiege 4 und der Wagenkasten 5 um ihre Längsachsen gedreht. Damit wirkt auf einen Fahrgast trotz höherer Bogengeschwindigkeit keine größere Querbeschleunigung.
Ein oder mehrere aktive Stellglieder 7 unterstützen die Wirkung der Fliehkraft und stellen die Neigung auf ein optimales Maß ein. Diese aktiven Stellglieder 7 sind in überwiegend hori- zontaler Richtung entweder zwischen dem Fahrwerkrahmen 1 und dem Federträger 2 oder zwischen dem Fahrwerkrahmen 1 und der Wiege 4 eingebaut. In diesem Ausführungsbeispiel wird die optimale Neigung des Wagenkastens 5, die hauptsächlich aus der Querbeschleunigung des Wagenkastens 5 resultiert, durch zwei zwischen dem Fahrwerkrahmen 1 und dem Federnträger 2 lateral wirkende aktive Stellglieder 7 eingestellt, welche die ent- sprechende zusätzliche bzw. verringerte Neigung des Wagenkastens 5 gegenüber der aus der Querbeschleunigung resultierenden Neigung bewirken.
Zusätzlich zu den aktiven Stellgliedern 7 können passive oder aktive Dämpfungsglieder zur Komfortverbesserung eingebaut werden. Beispielsweise durch Einsatz eines, zwischen dem Fahrwerkrahmen 1 und der Wiege 4 angeordneten, lateral wirkenden, in Abhängigkeit der Wagenkastenquergeschwindigkeit oder der Wagenkastenquerbeschleunigung dynamisch einstellbaren Dämpfers, kann zusätzlich zur Komforterhöhung die dynamische Komponente der Wagenkastenquerbewegung gedämpft werden.

Claims

Patentansprüche
1. Fahrwerk für Schienenfahrzeuge, insbesondere für den Personenverkehr, bei dem
ein Fahrwerkrahmen (1) über Primärfedern auf Rädern oder Radsätzen abgestützt ist, auf dem, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Wiege (4), ein Wagenkasten (5) abgestützt ist,
die Wiege (4) oder der Wagenkasten (5) gegenüber dem Fahrwerkrahmen (1 ) über Sekundärfedern auf mindestens einem Federträger (2) abgestützt ist,
die Wiege (4) oder der Wagenkasten (5) mit dem Fahrwerkrahmen (1 ) über Vertikal- und/oder Wankbewegungen dämpfende Stoßdämpfer verbunden ist,
- der Federträger (2) über Pendel (3) hängend am Fahrwerkrahmen (1 ) gelagert ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Befestigungspunkte der Pendel (3) am Fahrwerkrahmen (1 ) im Gegensatz zu senkrecht angeordneten Pendeln nach innen versetzt sind, sodass die Längsachsen der Pendel (3) schräg verlaufen, und
mindestens ein aktives Stellglied (7) mindestens teilweise, vorzugsweise überwiegend, in horizontaler Richtung zwischen dem Fahrwerkrahmen (1 ) und dem Federträger (2) oder zwischen dem Fahrwerkrahmen (1 ) und der Wiege 4 angeordnet ist, sodass das mindestens eine aktive Stellglied (7) die Wirkung der Fliehkraft unterstützt und die Neigung auf ein optimales Maß einstellt.
2. Fahrwerk nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Pendel (3) so angeordnet sind, dass sich die Längsachsen der Pendel (3) mindestens angenähert auf der Höhe des Wagenschwerpunktes oder oberhalb des Wagenschwerpunktes schneiden.
3. Fahrwerk nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein passives und/oder aktives Dämpfungsglied quer zur Fahrtrichtung angeordnet ist.
4. Fahrwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Dämpfungsglied, vorzugsweise ein lateral wirkender, in Abhängigkeit der Wagenkastenquergeschwindigkeit dynamisch einstellbarer Dämpfer, zwischen dem Fahrwerkrahmen (1) und der Wiege (4) angeordnet ist.
5. Fahrwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens je ein Pendel (3) auf beiden Seiten der Längsachse des Schienenfahrzeugs, insbesondere symmetrisch zur Längsachse des Schienenfahrzeugs, angeordnet ist.
6. Fahrwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine aktive Stellglied (7) ein elektrischer, hydraulischer und/oder pneumatischer Stellantrieb ist.
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