[0001] Die Erfindung betrifft ein Fahrwerk für ein Schienenfahrzeug, mit zumindest einem
ersten Räderpaar bzw. zumindest einem ersten Radsatz sowie mit einer aktiven Radsteuerung
bzw.
[0002] Radsatzsteuerung, wobei auf dem Fahrwerk zumindest eine Aktuatoreinheit angeordnet
ist.
[0003] Fahrwerke für Schienenfahrzeuge müssen eine hohe Fahrsicherheit aufweisen. Diese
kann beispielsweise durch die Anordnung einer aktiven Radsteuerung bzw. Radsatzsteuerung
verbessert werden. Das gezielte Stellen von Rädern oder Radsätzen durch aktive Verdrehung
derselben um deren Hochachsen dient in bekannter Weise dazu, instabile Fahrzustände
zu verhindern.
[0004] Ferner wird dadurch der Fahrkomfort durch Vermeidung störender Schwingungen in einem
Schienenfahrzeug erhöht. Außerdem bewirkt die aktive Radsteuerung bzw. Radsatzsteuerung
eine Verminderung des Verschleißes von Rädern und Schienen.
[0005] Nach dem Stand der Technik beschreibt beispielsweise die
DE 10 2009 041 110 A1 fluidische Aktuatoren und deren Anordnung in einem Fahrwerk für Schienenfahrzeuge.
In einem Ausführungsbeispiel ist das Zusammenwirken von zwei Aktuatoren dargestellt,
welche u.a. den Lenkwinkel von Radsätzen um deren Hochachsen einstellen.
[0006] Ein erster Aktuator prägt dabei einem ersten Radsatz quasistatische Lenkwinkelauslenkungen
in einem Frequenzbereich von etwa 0,5Hz bis 1,0Hz auf.
[0007] Ein zweiter Aktuator stellt einen zweiten Radsatz in einem Frequenzbereich von etwa
4,0Hz bis 8,0Hz. Hierbei handelt es sich u.a. um dynamische Lenkwinkelauslenkungen,
die eine Kompensation von über ein Gleis in das Fahrwerk eingeleiteten Störungen bewirken.
[0008] Die Aktuatoren sind über Lenker mit den Radsätzen verbunden. Über eine in der
DE 10 2009 041 110 A1 nicht dargestellte Kopplung der Radsätze kann eine dem einen Radsatz aufgeprägte
Stellbewegung auch in den anderen Radsatz übergeleitet werden.
Der genannte Ansatz weist in seiner bekannten Form den Nachteil auf, dass mit dem
zweiten Aktuator eine aktive, d.h. eine Steuerung aufweisende Komponente dynamische,
von einem Gleis in das Fahrwerk eingeleitete Störungen kompensiert und somit eine
sicherheitskritische Funktion erfüllt.
Im Rahmen von Auslegung und Validierung der Radsatzführung müssen daher sicherheitsrelevante
Aspekte (z.B. Ausfallszenarien) nicht nur für mechanische Komponenten sondern beispielsweise
auch für Softwaremodule berücksichtigt werden.
[0009] Die
EP 0 870 664 B1 zeigt ein Verfahren und eine Einrichtung zur Radsatzführung von Schienenfahrzeugen.
Beispielhaft wird unter anderem eine Einrichtung gezeigt, bei welcher der Stellwinkel
von Radsätzen durch eine Zweikammer-Fluidbuchse erzeugt wird. Ein Schwingarm verbindet
den Radsatz mit einem Fahrwerksrahmen. Die Fluidbuchse ist zwischen dem Schwingarm
und dem Fahrwerksrahmen angeordnet. Deren Kammern werden über entsprechende Anschlüsse
wechselseitig mit Fluid beaufschlagt, wodurch eine Relativbewegung zwischen dem Schwingarm
und dem Fahrwerksrahmen erzeugt wird.
Der genannte Ansatz weist in seiner bekannten Form den Nachteil auf, dass die Fluidbuchse
als sicherheitsrelevantes Bauteil für die Erfüllung ihrer Aufgabe bei der Einstellung
von Radsatz-Stellwinkeln als aktive Komponente ausgeführt sein, d.h. eine Steuerung
aufweisen muss.
Es müssen also im Rahmen von Auslegung und Validierung nicht nur für die Fluidbuchse
selbst sondern auch für ihre Steuerung und deren Software sicherheitsrelevante Aspekte
wie z.B. Ausfallszenarien berücksichtigt werden.
[0010] In der
EP 0 759 390 B1 wird ein Verfahren zur Radsatzführung von Schienenfahrzeugen beschrieben. Über eine
in Richtung der Querachse des Fahrwerks verlaufende Koppeleinrichtung werden Radsätze
gegensinnig zueinander ausgelenkt und radial zu einem zu durchfahrenden Gleisbogen
eingestellt.
[0011] Der genannte Ansatz weist in seiner bekannten Form den Nachteil einer aufwendigen
Konstruktion mit einem hohen Bedarf an Einbauraum in einem Fahrwerk auf. Insbesondere
bei Ausführungsvarianten von Fahrwerken mit geringem Bauraumangebot aufgrund von innen
gelagerten Radsätzen, angeordneten Antriebseinheiten etc. ist die Koppeleinrichtung
schwer einsetzbar.
[0012] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik
verbessertes Fahrwerk anzugeben.
[0013] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst mit einem Fahrwerk der eingangs genannten
Art, bei dem auf dem Fahrwerk in wirkungsmäßiger Parallelschaltung zu der Aktuatoreinheit
zumindest ein passives Elastiklager mit frequenz- und amplitudenabhängiger statischer
und erhöhter dynamischer Steifigkeit angeordnet ist, bei dem die Aktuatoreinheit,
quasistatisch belastet, eine Stellfunktion auf die Position und insbesondere die Lage
des ersten Räderpaares bzw. des ersten Radsatzes ausübt, und bei dem das Elastiklager
das erste Räderpaar bzw. den ersten Radsatz mit einer dynamischen Steifigkeit ankoppelt.
[0014] Die erfindungsgemäß kombinierte Anordnung des Elastiklagers und der Aktuatoreinheit
stellt in Bezug auf die mechanische Wirkungsweise eine Parallelschaltung dar. Sie
bewirkt, dass die erforderliche, dynamische Steifigkeit der Räderpaarführung bzw.
Radsatzführung von dem als passives Element, d.h. ohne Steuereinrichtungen ausgeführten
Elastiklager erzeugt wird und die dynamischen Belastungen der Aktuatoreinheit reduziert
werden.
[0015] Das Elastiklager erzeugt vornehmlich Steifigkeiten in radialer Richtung seiner Stirnfläche,
d.h. bei entsprechender Anordnung bzw. Lage des Elastiklagers in einem Fahrwerk, in
Richtung der Fahrwerkslängsachse sowie in Richtung der Fahrwerkshochachse.
Der Einsatz des Elastiklagers ergibt den Vorteil einer kompakten, sicheren und kostengünstigen
Lösung in Einsatzszenarien, für die große Federwege und gleichzeitig eine definierte
Dämpfungswirkung benötigt werden. Eine Alternative zu einem erfindungsgemäßen Elastiklager
ist eine aufwendige und aus mehreren Komponenten bestehende Lagerung mittels Elastomer-
oder Stahlfedern sowie einem parallel geschalteten Schwingungsdämpfer.
Weiterhin ist ein Einsatz des erfindungsgemäßen Elastiklagers vorteilhaft in Einsatzszenarien,
bei denen niedrige und hohe Erregerfrequenzen auftreten. Hier wird aufgrund der Dämpfungswirkung
des Elastiklagers der Fahrkomfort erhöht und das Risiko von Schäden an Komponenten
des Fahrwerks, wenn Erreger- und Eigenfrequenzen einander überlappen, reduziert.
[0016] Durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Elastiklagers mit seiner erhöhten dynamischen
Steifigkeit werden sicherheitskritische Funktionen von dem Elastiklager erfüllt und
die Aktuatoreinheit übt, quasistatisch belastet, eine sicherheitsunkritische Stellfunktion
aus.
Sie kann daher kompakt und kostengünstig ausgeführt werden. Da sie keine sicherheitskritische
Funktion erfüllt, müssen in Auslegung und Validierung ihrer Steuerung und deren Software
keine sicherheitsrelevanten Aspekte berücksichtigt werden. Hierdurch ergibt sich eine
besonders günstige Lösung.
[0017] Die Aktuatoreinheit kann beispielsweise mit einem Fahrwerksrahmen und einem Radlager
bzw. einem Radsatzlager etc. verbunden sein. Sie kann an verschiedenen Stellen auf
dem Fahrwerk angeordnet werden, wodurch sich eine hohe, insbesondere bei eingeschränkten
Bauraumverhältnissen wichtige Flexibilität bei der Anordnung von Komponenten in dem
Fahrwerk ergibt.
[0018] Ferner ist die erfindungsgemäße Trennung der Erzeugung der dynamischen Steifigkeit
und des Stellens von Rädern vorteilhaft in einem Produktportfolio mit Fahrwerken mit
und ohne aktive Radsteuerung bzw. Radsatzsteuerung. Bei Fahrwerken mit aktiver Radsteuerung
bzw. Radsatzsteuerung werden Elastiklager und Aktuatoreinheiten angeordnet, bei Fahrwerken
ohne aktive Radsteuerung bzw. Radsatzsteuerung zwar Elastiklager, jedoch keine Aktuatoreinheiten.
Entsprechende Schnittstellen an Fahrwerkskomponenten können einheitlich für Fahrwerke
mit und ohne aktive Radsteuerung bzw. Radsatzsteuerung ausgeführt werden.
[0019] Eine bevorzugte Lösung ergibt sich, wenn die Aktuatoreinheit zumindest einen pneumatischen
Aktuator aufweist.
Der pneumatische Aktuator kann aus dem Druckluftsystem des Fahrzeugs, wie es z.B.
für Bremssysteme eingesetzt wird, gespeist werden. Würde die Aktuatoreinheit auch
die dynamische Steifigkeit der Radführung bzw. der Radsatzführung aufbringen müssen,
wäre Luft als Medium für die Erzeugung einer Stellkraft ungeeignet. Die erforderliche
Elastizität und Steifigkeit könnte mit pneumatischen Aktuatoren bekannter Ausführungsformen
nicht aufgebracht werden bzw. es müssten für die Umwandlung kleiner Drücke in große
Kräfte die pneumatischen Aktuatoren in Bezug auf das Bauraumangebot im Fahrwerk groß
dimensioniert werden. Durch den erfindungsgemäßen Einsatz einer dem pneumatischen
Aktuator in Bezug auf die mechanische Wirkungsweise parallelgeschalteten Elastiklager
für die Aufbringung der dynamischen Steifigkeit ist jedoch in vorteilhafter Weise
eine kompakte Ausführung des pneumatischen Aktuators möglich.
[0020] Es ist günstig, wenn die Aktuatoreinheit zumindest einen ersten hydraulischen Aktuator
aufweist.
Insbesondere für Fahrzeuge, in denen Hydrauliksysteme für die Erfüllung bestimmter
Funktionen (z.B. die Funktion von Bremssystemen bei Straßenbahnen) eingesetzt werden,
ist der Einsatz des ersten hydraulischen Aktuators vorteilhaft, weil im Fahrzeug ohnehin
vorzusehende Einrichtungen mitverwendet werden können.
Aufgrund der unterschiedlichen Kompressibilitätseigenschaften von Flüssigkeiten und
Gasen sind hydraulische Aktuatoren insbesondere bei beschränktem Bauraumangebot pneumatischen
Aktuatoren vorzuziehen, da diese höhere Drücke ermöglichen und somit für die Erzielung
gleicher Stellkräfte kleiner dimensioniert werden können als pneumatische Aktuatoren.
Der erste hydraulische Aktuator kann beispielsweise als erster Hydraulikzylinder ausgeführt
werden.
[0021] Eine vorteilhafte Ausgestaltung erhält man, wenn die Aktuatoreinheit zumindest einen
zweiten hydraulischen Aktuator aufweist, der einem Druckübersetzer nachgeschaltet
ist, wobei der Druckübersetzer einen pneumatischen Druck in einen hydraulischen Druck
übersetzt und mit dem hydraulischen Druck der zweite hydraulische Aktuator gespeist
wird. Dadurch wird hohe Flexibilität in der Anordnung erzielt. Anstelle eines in Bezug
auf das Bauraumangebot im Fahrwerk großen pneumatischen Aktuators werden ein kompakter
Druckübersetzer und ein kompakter, zweiter hydraulischer Aktuator eingesetzt, d.h.
eine große Komponente wird durch zwei kleine Komponenten ersetzt. In Abhängigkeit
des Bauraumangebots im Fahrwerk kann sich diese Möglichkeit als vorteilhaft erweisen.
[0022] Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
[0023] Es zeigen beispielhaft:
- Fig. 1:
- Eine Seitenansicht einer ersten, beispielhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen
Fahrwerks, wobei ein Ausschnitt eines Fahrwerksrahmens, ein erstes Räderpaar sowie
ein erster Schwingarm dargestellt sind und, zwischen dem Fahrwerksrahmen und dem ersten
Schwingarm angeordnet, eine Aktuatoreinheit sowie ein Elastiklager gezeigt werden,
- Fig. 2:
- Eine Seitenansicht einer ersten, beispielhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen
Fahrwerks, wobei ein Fahrwerksrahmen sowie ein erstes Räderpaar, ein zweites Räderpaar,
ein erster Schwingarm sowie ein zweiter Schwingarm dargestellt sind und eine zwischen
dem ersten Schwingarm und dem zweiten Schwingarm angeordnete Aktuatoreinheit sowie
ein zwischen dem ersten Schwingarm und dem Fahrwerksrahmen angeordnetes Elastiklager
gezeigt werden,
- Fig. 3:
- Eine Seitenansicht einer ersten, beispielhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen
Fahrwerks, wobei ein Ausschnitt eines Fahrwerksrahmens, ein erstes Räderpaar, sowie
ein erster Schwingarm dargestellt sind und eine auf dem Fahrwerksrahmen angeordnete
Aktuatoreinheit, ein zwischen der Aktuatoreinheit und dem ersten Schwingarm angeordneter
mechanischer Kraftübersetzer sowie ein zwischen dem Fahrwerksrahmen und dem ersten
Schwingarm angeordnetes Elastiklager gezeigt werden,
- Fig. 4:
- Eine Schnittdarstellung einer beispielhaften Ausführung eines pneumatischen Aktuators,
- Fig. 5:
- Eine Schnittdarstellung einer beispielhaften Ausführung eines Druckübersetzers mit
einem nachgeschalteten hydraulischen Aktuator, und
- Fig. 6:
- Eine Schnittdarstellung einer beispielhaften Ausführung eines pneumatischen Muskels.
[0024] Ein in Fig. 1 in Seitenansicht dargestellter Ausschnitt einer ersten, beispielhaften
Variante eines erfindungsgemäßen Fahrwerks umfasst einen Ausschnitt eines Fahrwerksrahmens
1 sowie ein erstes Räderpaar 2. Weiterhin werden ein Radlager 12, ein erster Schwingarm
10 und ein Radlagergehäuse 13 gezeigt.
Der Fahrwerksrahmen 1 ist Teil einer primär gefederten Ebene des Fahrwerks und das
erste Räderpaar 2, das Radlager 12, der erste Schwingarm 10 sowie das Radlagergehäuse
13 gehören einer nicht gefederten Ebene des Fahrwerks an.
[0025] Zwischen dem Fahrwerksrahmen 1 und dem ersten Schwingarm 10 ist für die Erzeugung
einer dynamischen Steifigkeit ein passives Elastiklager 5 mit frequenz- und amplitudenabhängiger
statischer und erhöhter dynamischer Steifigkeit vorgesehen. Es ist als zylindrische,
hydraulische Buchse ausgeführt und zwischen dem ersten Schwingarm 10 und dem Fahrwerksrahmen
1 in entsprechenden Ausnehmungen in dem ersten Schwingarm 10 und dem Fahrwerksrahmen
1 angeordnet. Die kreisförmige Grundfläche der hydraulischen Buchse ist parallel zu
einer durch die Richtungen einer Fahrwerkslängsachse 14 und einer Fahrwerkshochachse
15 aufgespannten Ebene angeordnet.
Die hydraulische Buchse umfasst ein zylindrisches Gehäuseaußenteil 16, ein zylindrisches
Gehäuseinnenteil 17 sowie einen zylindrischen Bolzen 18. Das Gehäuseaußenteil 16,
das Gehäuseinnenteil 17 und der Bolzen 18 sind koaxial angeordnet. Das Gehäuseinnenteil
17 ist zwischen dem Gehäuseaußenteil 16 und dem Bolzen 18 vorgesehen.
In einem zylindrischen Bereich mit kreisringförmiger Grundfläche zwischen dem Gehäuseaußenteil
16 und dem Gehäuseinnenteil 17 sind eine Blähfeder 19, eine erste Kammer 20, eine
zweite Kammer 21 sowie nicht dargestellte Tragfedern angeordnet. Zwischen dem Gehäuseinnenteil
17 und dem Bolzen 18 ist ein Ringkanal 22 vorgesehen, der über nicht dargestellte
Verbindungskanäle die erste Kammer 20 mit der zweiten Kammer 21 verbindet.
[0026] Die erste Kammer 20, die zweite Kammer 21 und der Ringkanal 22 sind mit einem wärme-
und kältebeständigen Fluid gefüllt. Eine in Bezug auf die zylindrische Kontur der
hydraulischen Buchse radiale Belastung des Elastiklagers 5 bewirkt, dass das Fluid
über den Ringkanal 22 von der ersten Kammer 20 in die zweite Kammer 21 ausweicht oder
die Blähfeder 19 weitet. In Abhängigkeit von der Frequenz der Belastung dominiert
der eine oder der andere Vorgang. Bei kleinen Frequenzen wird die dynamische Steifigkeit
der hydraulischen Buchse von den Steifigkeiten der Tragfedern bestimmt. Mit der Frequenz
nimmt der Strömungswiderstand des Fluids und somit die dynamische Steifigkeit zu.
Bei hohen Frequenzen ist das Fluid zu träge, um durch den Ringkanal 22 zu fließen
und der Volumenausgleich erfolgt verstärkt über die Blähfeder 19, wodurch sich die
dynamische Steifigkeit auf einem hohen Niveau stabilisiert. Die hydraulische Buchse
weist eine stabilisierende, federnde und dämpfende Wirkung vornehmlich in der Ebene
ihrer Grundfläche auf, d.h. in Richtung der Fahrwerkslängsache 14 sowie in Richtung
der Fahrwerkshochachse 15. Neben einer Stabilisierung der primär gefederten Ebene
und der nicht gefederten Ebene des Fahrwerks wird eine schwingungsmechanische Entkopplung
der beiden Ebenen voneinander erzielt.
[0027] Eine Aktuatoreinheit 4 ist dem Elastiklager 5 bezüglich der mechanischen Wirkungsweise
parallel geschaltet. Dadurch wird erzielt, dass die resultierende Steifigkeit der
Anordnung aus dem Elastiklager 5 und der Aktuatoreinheit 4 der Summe der Steifigkeiten
dieser beiden Komponenten entspricht.
Die Aktuatoreinheit 4 ist über ein erstes Drehgelenk 23 und ein zweites Drehgelenk
24 mit dem Fahrwerksrahmen 1 und dem ersten Schwingarm 10 verbunden. Das erste Drehgelenk
23 ist zwischen der Aktuatoreinheit 4 und dem ersten Schwingarm 10 angeordnet, das
zweite Drehgelenk 24 zwischen der Aktuatoreinheit 4 und dem Fahrwerksrahmen 1.
[0028] Die Aktuatoreinheit 4 ist hinsichtlich ihrer Lage in einer Weise angeordnet, dass
die von ihr erzeugte Stellkraft parallel bezüglich der Richtung der Fahrwerkslängsachse
14 wirkt.
[0029] Für eine Aufnahme des ersten Drehgelenks 23 und des zweiten Drehgelenks 24 sind auf
dem Fahrwerk und der Aktuatoreinheit 4 entsprechende Ausnehmungen und Vorrichtungen
angeordnet. Der dargestellte Einbauort der Aktuatoreinheit 4 entspricht einer vorteilhaften
Ausgestaltung, aber grundsätzlich sind für die erfindungsgemäße Anordnung unterschiedliche
Positionen auf dem Fahrwerk vorstellbar.
[0030] Die Aktuatoreinheit 4 weist beispielsweise einen pneumatischen Aktuator 6, einen
ersten hydraulischen Aktuator, einen Druckübersetzer 8 mit einem nachgeschalteten,
zweiten hydraulischen Aktuator 7, einen Linearantrieb oder einen pneumatischen Muskel
26 auf.
Eine beispielhafte Ausführungsform eines pneumatischen Aktuators 6 ist in Fig. 4,
eine beispielhafte Ausführungsform eines Druckübersetzers 8 mit einem nachgeschalteten,
zweiten hydraulischen Aktuator 7 in Fig. 5 und eine beispielhafte Ausführungsform
eines pneumatischen Muskels 26 in Fig. 6 dargestellt.
[0031] Die Aktuatoreinheit 4 erzeugt eine Stellkraft in Richtung der Fahrwerkslängsachse
14, wodurch die nicht gefederte Ebene des Fahrwerks gegenüber der primär gefederten
Ebene des Fahrwerks verschoben und eine Anpassung von Position und Lage des ersten
Räderpaares 2 vorgenommen wird.
Das Elastiklager 5 überträgt dynamische, die Aktuatoreinheit 4 quasistatische Lasten.
Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Aktuatoreinheit 4 kompakt und kostengünstig
ausgeführt werden kann.
Weiterhin ist es günstig, dass die Aktuatoreinheit 4 als aktive Komponente keine sicherheitskritischen
Funktionen erfüllt und daher in Auslegung und Validierung der Steuerung der Aktuatoreinheit
4 und deren Software keine sicherheitsrelevanten Aspekte berücksichtigt werden müssen.
Sicherheitskritische Funktionen werden von dem Elastiklager 5 als passive Komponente
erfüllt.
[0032] Im Unterschied zu Fig. 1 zeigt Fig. 2 eine zweite, beispielhafte Ausführungsvariante
eines erfindungsgemäßen Fahrwerks, bei der neben einem Fahrwerksrahmen 1, einem ersten
Räderpaar 2 sowie einem ersten Schwingarm 10 auch ein zweites Räderpaar 3 und ein
zweiter Schwingarm 11 dargestellt sind.
Eine Aktuatoreinheit 4 ist über ein erstes Drehgelenk 23 und ein zweites Drehgelenk
24 gelenkig mit dem ersten Schwingarm 10 und dem zweiten Schwingarm 11 verbunden.
Das erste Drehgelenk 23 ist zwischen der Aktuatoreinheit 4 und dem ersten Schwingarm
10 angeordnet, das zweite Drehgelenk 24 zwischen der Aktuatoreinheit 4 und dem zweiten
Schwingarm 11.
Die Aktuatoreinheit 4 ist hinsichtlich ihrer Lage in einer Weise angeordnet, dass
die von ihr erzeugte Stellkraft parallel bezüglich der Richtung der Fahrwerkslängsachse
14 wirkt.
Aufgrund der Stellkraft werden der erste Schwingarm 10 und der zweite Schwingarm 11
gegeneinander verschoben und dadurch Positionen und Lagen des ersten Räderpaares 2
und des zweiten Räderpaares 3 eingestellt.
Im Übrigen entspricht das in Fig. 2 gezeigte Prinzip jener Ausführungsvariante, die
in Fig. 1 dargestellt ist.
[0033] Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht einer dritten, beispielhaften Ausführungsvariante,
wobei ein Ausschnitt eines Fahrwerksrahmens 1 sowie ein erstes Räderpaar 2 dargestellt
sind. Weiterhin wird ein erster Schwingarm 10 gezeigt.
Eine Aktuatoreinheit 4 ist über ein zweites Drehgelenk 24 gelenkig mit dem Fahrwerksrahmen
1 verbunden. Über einen ersten Kulissenstein 30 ist die Aktuatoreinheit 4 mit einem
mechanischen Kraftübersetzer 9 verbunden.
[0034] Dieser ist als Hebel 27 mit einer ersten Kulisse 28 und einer zweiten Kulisse 29
ausgeführt.
Der erste Kulissenstein 30 ist in der, auf einem unteren Ende des Hebels 27 angeordneten,
ersten Kulisse 28 vorgesehen. Zwischen dem unteren Ende und einem oberen Ende des
Hebels 27 ist ein drittes Drehgelenk 25 angeordnet, über welches der Hebel 27 mit
dem ersten Schwingarm 10 verbunden ist.
Für eine Aufnahme des zweiten Drehgelenks 24, des ersten Kulissensteins 30 und des
dritten Drehgelenks 25 sind auf dem Fahrwerk, der Aktuatoreinheit 4 und dem Hebel
27 entsprechende Ausnehmungen und Vorrichtungen angeordnet.
Auf dem oberen Ende des Hebels 27 bzw. in der mit dem ersten Schwingarm 10 fest verbundenen
zweiten Kulisse 29 ist ein zweiter Kulissenstein 31 angeordnet.
In Abhängigkeit von Positionen des ersten Kulissensteins 30, des dritten Drehgelenks
25 sowie des zweiten Kulissensteins 31 ergibt sich eine Übersetzung der von der Aktuatoreinheit
4 erzeugten Stellkraft in Reaktionskräfte, welche in Bereichen des zweiten Kulissensteins
31 und des dritten Drehgelenks 25 auf den ersten Schwingarm 10 wirken.
Es sind außer den dargestellten Dimensionen, Einbaupositionen und Einbaulagen weitere
Dimensionen, Positionen und Lagen des Hebels 27, der ersten Kulisse 28 und der zweiten
Kulisse 29 möglich. Diese Dimensionen, Positionen und Lagen sowie die Anordnung des
dritten Drehgelenks 25 und des zweiten Kulissensteins 31 auf dem Hebel 27 sind in
Abhängigkeit einer zu überbrückenden Distanz zwischen der Aktuatoreinheit 4 und dem
ersten Schwingarm 10 wählbar.
Beispielsweise ist es bei einem Tausch der Aktuatoreinheit 4 in eine größere oder
kleinere Variante möglich, nur den Hebel 27 auszutauschen und den ersten Schwingarm
10 unverändert zu lassen.
Im Übrigen entspricht das in Fig. 3 gezeigte Prinzip jener Ausführungsvariante, die
in Fig. 1 dargestellt ist.
[0035] In Fig. 4 ist eine Schnittdarstellung einer beispielhaften Ausführung eines pneumatischen
Aktuators 6 dargestellt.
[0036] Der pneumatische Aktuator 6 ist eine beispielhafte Ausführungsform der in den Fig.
1 bis Fig. 3 beschriebenen Aktuatoreinheit 4.
Er ist als doppeltwirkender Pneumatikzylinder ausgeführt und umfasst neben einem ersten
Kolben 32 eine Kolbendichtung 39, ein Zylinderrohr 36, eine Zylinderrohrdichtung 40,
einen Bodendeckel 37, eine Bodendeckeldichtung 41, einen Lagerdeckel 38, eine Lagerdeckeldichtung
42, eine erste Kolbenstange 43, einen Abstreifring 46 und eine Lagerbuchse 47.
Die Kolbendichtung 39 verhindert, dass sich der Druck auf einer Seite des ersten Kolbens
32 über die Gegenseite ausgleichen kann. Sie ist in diesem Ausführungsbeispiel als
O-Ring ausgeführt, es kann aber z.B. auch eine Doppeltopfmanschette eingesetzt werden.
Der Bodendeckel 37 und der Lagerdeckel 38 sind aus Aluminium-Druckguss ausgeführt,
die erste Kolbenstange 43 aus Vergütungsstahl. Der Abstreifring 46 verhindert ein
Eindringen von Schmutz in den Pneumatikzylinder.
Auf einem linken Ende der ersten Kolbenstange 43 ist eine erste Ausnehmung 48 für
die Aufnahme des in den Fig. 1 und
Fig. 2 gezeigten ersten Drehgelenks 23 bzw. des in Fig. 3 gezeigten ersten Kulissensteins
30 angeordnet, auf einem rechten Ende des Bodendeckels 37 eine zweite Ausnehmung 49
für das in den Fig. 1 bis Fig. 3 dargestellte zweite Drehgelenk 24.
Der pneumatische Aktuator 6 ist über einen ersten Anschluss 54 und einen zweiten Anschluss
55 mit dem Druckluftsystem des Fahrzeugs verbunden.
Eine erste Kolbenfläche 57 und eine zweite Kolbenfläche 58 können mit Druckluft beaufschlagt
werden. Entsprechend der bekannten Bildungsvorschrift, wonach sich eine Kraft aus
dem Produkt eines Drucks und einer Fläche ergibt, wird eine erste Kolbenkraft 63 gebildet,
die in Richtung der Pneumatikzylinder-Längsachse verläuft.
[0037] Sowohl die Aus- als auch die Einfahrbewegung des ersten Kolbens 32 werden mittels
Druckluft und der gebildeten, ersten Kolbenkraft 63 gesteuert.
Der pneumatische Aktuator 6 ist hinsichtlich seiner Lage in einer Weise angeordnet,
dass die erste Kolbenkraft 63 in Richtung der in den Fig. 1 bis Fig. 3 gezeigten Fahrwerkslängsachse
14 wirkt.
Die Bewegung des ersten Kolbens 32 führt die in Zusammenhang mit den Fig. 1 bis Fig.
3 im Detail beschriebenen Stellaufgaben der Aktuatoreinheit 4 aus.
Es ist u.a. auch eine Ausführung als einseitig mit Druckluft beaufschlagbarer pneumatischer
Aktuator möglich bzw. beispielsweise können verschiedene, in der ISO 1219 beschriebene
Varianten eingesetzt werden.
[0038] Fig. 5 zeigt eine Schnittdarstellung einer beispielhaften Ausführung eines Druckübersetzers
8 mit einem nachgeschalteten, als zweiter Hydraulikzylinder ausgeführten, zweiten
hydraulischen Aktuator 7.
Die Anordnung ist eine beispielhafte Ausführungsform der in den Fig. 1 bis Fig. 3
beschriebenen Aktuatoreinheit 4.
Der Druckübersetzer 8 umfasst einen Primärzylinder 66 und einen Sekundärzylinder 67,
einen zweiten Kolben 33, einen dritten Kolben 34 sowie eine zweite Kolbenstange 44.
Ein erster Primäranschluss 68 und ein zweiter Primäranschluss 69 sind mit dem Druckluftsystem
des Fahrzeugs verbunden.
Eine dritte Kolbenfläche 59 wird über den ersten Primäranschluss 68 mit pneumatischem
Druck beaufschlagt, eine vierte Kolbenfläche 60 über den zweiten Primäranschluss 69.
Daraufhin wird eine zweite Kolbenkraft 64 erzeugt und es bewegen sich der zweite Kolben
33, die zweite Kolbenstange 44 und der dritte Kolben 34 in Richtung der Längsachse
des Primärzylinders 66 bzw. des Sekundärzylinders 67. Entsprechend dem Verhältnis
der dritten Kolbenfläche 59 bzw. der vierten Kolbenfläche 60 zu einer fünften Kolbenfläche
61 wird aufgrund der zweiten Kolbenkraft 64 und der resultierenden Bewegung des dritten
Kolbens 34 in dem Sekundärzylinder 67 ein hydraulischer Druck aufgebaut, der über
einen Sekundäranschluss 70 auf den nachgeschalteten, zweiten hydraulischen Aktuator
7 wirkt, eine dritte Kolbenkraft 65 erzeugt und einen vierten Kolben 35 in Richtung
der Längsachse des zweiten Hydraulikzylinders bewegt.
Der vierte Kolben 35 weist eine sechste Kolbenfläche 62 auf. Sie ist kleiner als die
erste Kolbenfläche 57 bzw. die zweite Kolbenfläche 58 des im Zusammenhang mit Fig.
4 beschriebenen pneumatischen Aktuators 6, da der, sich aus der Umwandlung durch den
Druckübersetzer 8 ergebende hydraulische Druck größer ist als jener, der von dem im
Zusammenhang mit Fig. 4 beschriebenen Druckluftsystem des Fahrzeugs bereitgestellte
und in dem pneumatischen Aktuator 6 herrschende pneumatische Druck. Für die Erzeugung
derselben Kolbenkraft kann daher für die beispielhafte Ausführungsvariante gemäß Fig.
5 ein zweiter hydraulischer Aktuator 7 eingesetzt werden, der kleiner ist, als der
im Zusammenhang mit Fig. 4 beschriebene pneumatische Aktuator 6.
Der zweite hydraulische Aktuator 7 ist hinsichtlich seiner Lage in einer Weise angeordnet,
dass die dritte Kolbenkraft 65 in Richtung der in den Fig. 1 bis Fig. 3 gezeigten
Fahrwerkslängsachse 14 wirkt.
Die Bewegung des vierten Kolbens 35 führt die in Zusammenhang mit den Fig. 1 bis Fig.
3 im Detail beschriebenen Stellaufgaben der Aktuatoreinheit 4 aus.
Der Druckübersetzer 8 weist nicht dargestellte Ausnehmungen und Vorrichtungen für
seine Befestigung auf dem Fahrwerk auf. Der zweite hydraulische Aktuator 7 umfasst
auf einem linken Ende einer dritten Kolbenstange 45 eine dritte Ausnehmung 50 für
die Aufnahme des in den Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten ersten Drehgelenks 23 bzw. des
in Fig. 3 gezeigten ersten Kulissensteins 30, auf einem rechten Ende eines Gehäuses
71 ist eine vierte Ausnehmung 51 für das in den Fig. 1 bis Fig. 3 dargestellte zweite
Drehgelenk 24 angeordnet.
Der Druckübersetzer 8 und der zweite hydraulische Aktuator 7 sind in diesem Ausführungsbeispiel
örtlich und funktionell unmittelbar miteinander verbunden, können erfindungsgemäß
aber auch in örtlicher Trennung zueinander angeordnet und über Leitungswege miteinander
verbunden sein.
[0039] In Fig. 6 wird beispielhaft ein pneumatischer Muskel 26, der eine Ausführungsvariante
der in den Fig. 1 bis Fig. 3 dargestellten Akuatoreinheit 4 darstellt, in Schnittdarstellung
gezeigt.
Der pneumatische Muskel 26 umfasst eine zylindrische erste Armatur 72, eine zylindrische
zweite Armatur 73, einen dritten Anschluss 56 sowie eine zylindrische Gummimembran
74. Die Gummimembran 74 weist einen Einsatz aus Aramidgarnen auf. Über den dritten
Anschluss 56 ist der pneumatische Muskel 26 mit dem Druckluftsystem des Fahrzeugs
verbunden und wird mit Druckluft versorgt. Die Gummimembran 74 schließt die Druckluft
dicht ein. Bei Anliegen eines Innendrucks dehnt sich die Gummimembran 74 in radialer
Richtung bezüglich ihrer kreisförmigen Grundfläche aus und erzeugt so eine Kontraktionsbewegung
in Richtung ihrer Längsachse.
Der pneumatische Muskel 26 ist hinsichtlich seiner Lage in einer Weise angeordnet,
dass die Kontraktionsbewegung der Gummimembran 74 in Richtung der in den Fig. 1 bis
Fig. 3 dargestellten Fahrwerkslängsachse 14 verläuft und die in Zusammenhang mit den
Fig. 1 bis Fig. 3 im Detail beschriebenen Stellaufgaben der Aktuatoreinheit 4 ausführt.
Der pneumatische Muskel 26 umfasst auf einem linken Ende der ersten Armatur 72 ein
fünfte Ausnehmung 52 für die Aufnahme des in den Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten ersten
Drehgelenks 23 bzw. des in Fig. 3 gezeigten ersten Kulissensteins 30, auf einem rechten
Ende der zweiten Armatur 73 ist eine sechste Ausnehmung 53 für die Aufnahme des in
den Fig. 1 bis Fig. 3 dargestellten zweiten Drehgelenks 24 angeordnet.
Durch den Einsatz des pneumatischen Muskels 26 wird der Vorteil einer besonders kompakten
Ausführung sowie, aufgrund der Anordnung der Gummimembran 74 mit ihrem Einsatz aus
Aramidgarnen, eine günstige Schwingungsresistenz erzielt.
[0040] Der in den Fig. 1 bis Fig. 3 gezeigte Einsatz von Radlagern 12 und Radlagergehäusen
13 ist beispielhaft. Erfindungsgemäß sind auch Anordnungen von Radsätzen und Radsatzlagergehäusen
möglich.
[0041] Ferner werden bei erfindungsgemäßen Anordnungen mit mehr als einer, den Fig. 1 bis
Fig. 3 entsprechenden Aktuatoreinheit 4 in einem Fahrwerk die Stellbewegungen der
einzelnen Aktuatoreinheiten 4 aufeinander abgestimmt, um beispielsweise für alle Räder
in dem Fahrwerk Tangentialstellungen in Bezug auf einen zu durchfahrenden Gleisbogen
zu erzeugen.
Liste der Bezeichnungen
[0042]
- 1
- Fahrwerksrahmen
- 2
- Erstes Räderpaar
- 3
- Zweites Räderpaar
- 4
- Aktuatoreinheit
- 5
- Elastiklager
- 6
- Pneumatischer Aktuator
- 7
- Zweiter hydraulischer Aktuator
- 8
- Druckübersetzer
- 9
- Mechanischer Kraftübersetzer
- 10
- Erster Schwingarm
- 11
- Zweiter Schwingarm
- 12
- Radlager
- 13
- Radlagergehäuse
- 14
- Fahrwerkslängsachse
- 15
- Fahrwerkshochachse
- 16
- Gehäuseaußenteil
- 17
- Gehäuseinnenteil
- 18
- Bolzen
- 19
- Blähfeder
- 20
- Erste Kammer
- 21
- Zweite Kammer
- 22
- Ringkanal
- 23
- Erstes Drehgelenk
- 24
- Zweites Drehgelenk
- 25
- Drittes Drehgelenk
- 26
- Pneumatischer Muskel
- 27
- Hebel
- 28
- Erste Kulisse
- 29
- Zweite Kulisse
- 30
- Erster Kulissenstein
- 31
- Zweiter Kulissenstein
- 32
- Erster Kolben
- 33
- Zweiter Kolben
- 34
- Dritter Kolben
- 35
- Vierter Kolben
- 36
- Zylinderrohr
- 37
- Bodendeckel
- 38
- Lagerdeckel
- 39
- Kolbendichtung
- 40
- Zylinderrohrdichtung
- 41
- Bodendeckeldichtung
- 42
- Lagerdeckeldichtung
- 43
- Erste Kolbenstange
- 44
- Zweite Kolbenstange
- 45
- Dritte Kolbenstange
- 46
- Abstreifring
- 47
- Lagerbuchse
- 48
- Erste Ausnehmung
- 49
- Zweite Ausnehmung
- 50
- Dritte Ausnehmung
- 51
- Vierte Ausnehmung
- 52
- Fünfte Ausnehmung
- 53
- Sechste Ausnehmung
- 54
- Erster Anschluss
- 55
- Zweiter Anschluss
- 56
- Dritter Anschluss
- 57
- Erste Kolbenfläche
- 58
- Zweite Kolbenfläche
- 59
- Dritte Kolbenfläche
- 60
- Vierte Kolbenfläche
- 61
- Fünfte Kolbenfläche
- 62
- Sechste Kolbenfläche
- 63
- Erste Kolbenkraft
- 64
- Zweite Kolbenkraft
- 65
- Dritte Kolbenkraft
- 66
- Primärzylinder
- 67
- Sekundärzylinder
- 68
- Erster Primäranschluss
- 69
- Zweiter Primäranschluss
- 70
- Sekundäranschluss
- 71
- Gehäuse
- 72
- Erste Armatur
- 73
- Zweite Armatur
- 74
- Gummimembran