Einrichtung zur Steuerung von Rädern, insbesondere von Radsätzen, eines Schienenfahrzeuges

Abstract

 Bei einer Einrichtung zur Steuerung von Rädern (4), insbesondere von Radsätzen (1,1'), eines Schienenfahrzeuges mit einer Vorrichtung (6), beispielsweise mindestens einer Feder, zur Erzeugung einer Rückstellkraft gegen den bei der Fahrt auf einem Gleisbogen auftretenden Lenkausschlag der Räder (4) bzw. Radsätze (1,1') wird zusätzlich eine Einrichtung (7) zur Erzeugung einer vom Radius des Gleisbogens abhängigen, gegen die Rückstellkraft wirkenden Gegenkraft angebracht. Dadurch wird auf einfache Weise ein sehr gutes Lenkverhalten der Radsätze (1,1') bei einer Kurvenfahrt und daher ein geringer Verschleiß sowie ein stabiler Geradeauslauf mit einer hohen Grenzgeschwindigkeit erzielt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung von Rädern, insbesondere von Radsätzen, eines Schienenfahrzeuges mit einer Vorrichtung zur Erzeugung einer Rückstellkraft gegen den bei der Fahrt auf einem Gleisbogen auftretenden Lenkausschlag der Räder bzw. Radsätze.

[0002] Es ist bekannt, daß ein Radsatz eines Schienenfahrzeuges, der ein entsprechendes Profil der Radlaufflächen aufweist, bei einer Kurvenfahrt auf einem Gleisbogen eine selbständige Lenkbewegung um eine vertikale Achse ausführen kann. Bei einem beispielsweise konischen Profil der Lauffläche kommt es auf einem Gleisbogen zu einer Rollradiendifferenz zwischen bogeninnerem und bogenäußerem Laufkreis, wodurch eine radiale Einstellbewegung des Radsatzes hervorgerufen wird.

[0003] Für ein günstiges Verschleißverhalten ist ein möglichst geringer Anlaufwinkel zwischen Rad und Schiene erstrebenswert. Zu diesem Zweck sollte der Radsatz in seiner Bewegungsfreiheit um die vertikale Achse möglichst wenig eingeschränkt sein. Bei einem in dieser Art weich an das Fahrzeug angekoppelten Radsatz tritt beim Lauf in einer Geraden Sinus- oder Wellenlauf auf, der an sich ungefährlich ist. Ab einer gewissen Geschwindigkeit schlägt der Sinuslauf jedoch plötzlich in den gefährlichen und verschleißenden Zickzacklauf um. Diese Geschwindigkeitsgrenze wird als kritische Geschwindigkeit bezeichnet, sie bestimmt ganz wesentlich die höchste zulässige Geschwindigkeit des Fahrzeuges mit.

[0004] Um dem Zickzacklauf entgegenzuwirken und eine hohe Grenzgeschwindigkeit zu erreichen, wird daher bekannterweise eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Rückstellkraft, die gegen eine radiale Verdrehung des Radsatzes wirkt, verwendet. Beispielsweise wird die Rückstellkraft durch mindestens ein am Radsatz angreifendes elastisch federndes Element ausgeübt.

[0005] Bei der Auslegung von Fahrwerken, die sowohl für hohe Geschwindigkeiten geeignet sind, als auch gute Bogenlaufeigenschaften (geringer Verschleiß) aufweisen, ergibt sich nunmehr folgende widersprüchliche Situation: Für gute Bogenlaufeigenschaften mit geringem Verschleiß soll der Radsatz weich an das Fahrzeug angekoppelt sein, d.h. die Rückstellkraft ist gering, hingegen erfordern hohe Geschwindigkeiten eine große Rückstellkraft.

[0006] Ein bekannter Lösungsansatz sieht vor, daß der Lenkausschlag des Radsatzes durch eine Zwangssteuerung eingestellt wird, d.h. durch eine mechanische Kopplung des Lenkausschlages des Radsatzes mit einer weiteren vom Radius des Gleisbogens abhängigen mechanischen Größe. Diese Größe ist z.B. der Auslenkwinkel zwischen einem zur Lagerung von zwei Radsätzen dienenden Drehgestell und dem Wagenkasten. Der Wendewinkel des Radsatzes wird dabei nicht durch die zwischen Rad und Schiene auftretenden Kräfte, sondern mechanisch aufgrund rein geometrischer Bedingungen erzeugt.

[0007] Diese Lösung hat zwei wesentliche Nachteile:
Einerseits sind sehr hohe Einstellgenauigkeiten bei der mechanischen Kopplung erforderlich, die im Betrieb nur mit hohem Aufwand erreicht werden können, andererseits können Drehgestellausdrehungen in einer Geraden aufgrund von Gleislagestörungen unerwünschte Radsatzauslenkungen und instabilen Lauf (Zickzacklauf) bewirken.

[0008] Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Lösungen zu vermeiden und eine Einrichtung zur Steuerung von Rädern, insbesondere von Radsätzen, von Schienenfahrzeugen zu schaffen, die sowohl bei hohen Geschwindigkeiten einen stabilen Geradeauslauf gewährleistet, als auch gute Bogenlaufeigenschaften mit niedrigem Verschleiß erzielt.

[0009] Erfindungsgemäß wird dies erreicht durch eine Einrichtung zur Erzeugung einer vom Radius des Gleisbogens abhängigen, gegen die Rückstellkraft wirkenden Gegenkraft.

[0010] Die Rückstellkraft kann bei der erfindungsgemäßen Einrichtung hoch eingestellt werden, wodurch die gewünschte Stabilität des Fahrzeuglaufes mit einer hohen Grenzgeschwindigkeit erreicht wird. Bei einer Kurvenfahrt wird in Abhängigkeit vom Radius des Gleisbogens eine gegen die Rückstellkraft wirkende Gegenkraft ausgeübt. Dadurch erzielt man einen Vorsteuereffekt des Radsatzes. Dies bedeutet jedoch keine Zwangssteuerung, da die dem Gleisbogen exakt angepaßte Winkelstellung des Radsatzes nach wie vor durch die zwischen Rad und Schiene auftretenden Kräfte selbständig eingestellt wird. Das Ergebnis ist ein sehr geringer Anlaufwinkel zwischen Rad und Schiene und damit ein hervorragendes Verschleißverhalten. Die beiden gegensätzlichen Forderungen einer hohen Grenzgeschwindigkeit und guter Bogenlaufeigenschaften wurden somit von der erfindungsgemäßen Einrichtung in nahezu idealer Weise erfüllt.

[0011] Zur Erzielung eines optimalen Vorsteuereffektes wird die Stärke der Gegenkraft näherungsweise umgekehrt proportional zum Radius des Gleisbogens (bzw. proportional zur Krümmung des Gleisbogens) eingestellt. Dazu wird der Radius des Gleisbogens von einer entsprechenden Einrichtung erfaßt, beispielsweise unter Auswertung des Auslenkwinkels eines zur Lagerung von zwei Radsätzen dienenden Drehgestells. Für die Funktion der erfindungsgemäßen Einrichtung ist es günstig, wenn die Gegenkraft im Gegensatz zur Rückstellkraft eine wegunabhängige Kraft ist, d.h. sie ist unabhängig von der Auslenkung des Radsatzes.

[0012] Zur Einstellung der Stärke der Gegenkraft kann beispielsweise mindestens ein proportionales Druckregelventil, ein proportionales Druckbegrenzerventil oder eine druckgeregelte Pumpe verwendet werden. Um Instabilitäten bei kleinen Auslenkungen im Geradeauslauf zu vermeiden, wird die gegen die Rückstellkraft wirkende Gegenkraft bevorzugterweise erst ab einem bestimmten Schwellenwert des erfaßten Radius des Kreisbogens ausgeübt.

[0013] Weiters ist es denkbar, die Geschwindigkeit des Kraftanstieges durch eine geeignete Schaltung so nach oben hin zu begrenzen, daß schnelle Änderungen der Stellgröße (z.B. Ausdrehwinkel des Drehgestells) nicht in gleichem Maß auf die Lenkbewegungen des Radsatzes wirken, sondern die Radsatz-Lenkbewegungen langsamer erfolgen.

[0014] Weitere Einzelheiten der erfindungsgemäßen Einrichtung werden anschließend anhand der Zeichnungen erörtert. In diesen ist:
Abb.1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Steuerung von zwei an einem Drehgestell gelagerten Radsätzen mit Hilfe einer Einrichtung zur Erzeugung einer Gegenkraft und einer elektrohydraulischen Regeleinrichtung; Abb. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der elektrohydraulischen Regeleinrichtung; Abb. 3 ein Diagramm der Kennlinie der Rückstellkraft ohne (a) und in Kombination mit der Gegenkraft (b); Abb. 4 zu einer baulichen Einheit zusammengefaßte Einrichtungen zur Erzeugung der Rückstellkraft, sowie zur Erzeugung der Gegenkraft; Abb. 5 eine schematische Darstellung eines einzeln aufgehängten Radsatzes; Abb. 6 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Einzelachslaufwerk; Abb. 7 die Ansicht des Fahrwerkes aus Abb. 6 von vorne; Abb. 8 dessen Seitenansicht; Abb. 9 eine schematische Abbildung eines Zentrierfederelementes und Abb. 10 dessen Kraft-Weg-Kennlinie.

[0015] In Abb. 1 sind zwei um eine vertikale Achse rotierbare Radsätze 1,1' dargestellt, die an den beiden Enden eines ebenfalls um eine vertikale Achse rotierbaren Drehgestelles 8 gelagert sind. Die Radsätze 1,1' bestehen aus den Achsen 2, den Achslagern 3 und den Rädern 4, deren Laufflächen 5 mit einem konischen Profil versehen sind, das bei einer Bogenfahrt zu dem beschriebenen Selbststeuereffekt führt. Die Radsätze 1,1' werden dabei um einen Winkel β ausgelenkt bzw. ihre Achslager 3 um eine Strecke S verschoben.

[0016] An den Achslagern 3 greifen federnde Elemente, beispielsweise Federn 6 an, die eine Rückstellkraft ausüben, welche gegen eine Auslenkung β der Radsätze wirkt. Mittels der erfindungsgemäßen Einrichtungen 7 kann eine Gegenkraft, die gegen die Rückstellkraft wirkt, ausgeübt werden.

[0017] Die elektrohydraulische Regeleinrichtung 20 besteht aus einem Hydraulikflüssigkeits-Reservoir 21, einer Pumpe 22, einer Überdruck-Rücklauf 23, einer Drossel 24 und zwei elektronisch gesteuerten proportionalen Druckregelventilen 12,13, deren ausgangsseitiger Druck jeweils von einer Spannung eingestellt wird, die die Steuereinrichtung 11 ausgibt.

[0018] Bei einer Fahrt auf einem Gleisbogen verdreht sich das Drehgestell 2 gegenüber dem Wagenkasten (nicht dargestellt) um einen Winkel α, der proportional zu Krümmung des Gleisbogens ist. Mit Hilfe eines Aufnehmers 10, der in diesem Ausführungsbeispiel im wesentlichen ein Potentiometer beinhaltet, wird der Auslenkwinkel α des Drehgestells in eine Steuerspannung U umgesetzt. Der Betrag dieser Spannung ist proportional zum Auslenkwinkel α (und damit zur Krümmung des Gleisbogens) und ihr Vorzeichen hängt von der Drehrichtung ab.

[0019] Schwellenglieder 30,31 überprüfen in der Folge den Betrag und das Vorzeichen der Spannung U. Liegt U oberhalb eines bestimmten Schwellenwertes U_o, so wird die Spannung U auf den Ausgang des Schwellengliedes 30 durchgeschaltet. Sie wird dann vom Verstärker 32 verstärkt und zur Ansteuerung des Druckregelventils 12 verwendet. Dadurch werden die Kolben der Zylinder 7 über die Hydraulikleitung 40 mit einem Druck proportional U beaufschlagt.

[0020] Im entgegengesetzten Fall, wenn U unterhalb eines Schwellenwertes -U_o liegt, wird über den Verstärker 33 das Druckregelventil 13 angesteuert, wodurch die Kolben der Zylinder 7 über die Hydraulikleitung 41 mit einem Druck proportional U beaufschlagt werden.

[0021] Der Druck auf die Kolben der Zylinder 7 wird dabei immer auf die Weise ausgeübt, daß eine Kraft gegen die Rückstellkraft der Federn wirkt. Im Falle der in Abb. 1 gezeigten Auslenkung des Drehgestells im Uhrzeigersinn wird sich der obere Radsatz um einen bestimmten Winkel β im Uhrzeigersinn verstellen. Die Federn 6 üben gegen diese Auslenkung eine Rückstellkraft aus. Um eine Kraft gegen die Rückstellkraft aufzubringen, muß der linke Kolben des oberen Radsatzes auf seiner achsfernen, der rechte auf seiner achsnahen Seite mit einem entsprechenden Druck beaufschlagt werden.

[0022] Falls U im Bereich zwischen -U_o und U_o liegt, sind beide Ausgänge der Schwellenglieder 30,31 spannungslos und die Ausgänge der Druckregelventile sind drucklos, sodaß auf die Kolben der Zylinder 7 keine Kraft ausgeübt wird. Dies gewährleistet einen stabilen Geradeauslauf, auch wenn dabei kleine Auslenkungen des Drehgestells auftreten. Wenn die Ausgänge der beiden Schwellenglieder 30,31 spannungslos sind, so gilt dies auch für den Ausgang des ODER-Gatters 34. Ein Schaltelement 35 stellt dann nach einer vorgegebenen Zeitverzögerung über einen Schalter 36 den Pumpenmotor 22a ab. Die Pumpe 22 arbeitet somit nur bei Kurvenfahrten.

[0023] Eine alternative Ausführung der elektrohydraulischen Regeleinrichtung 20 ist in Abb. 2 gezeigt. Die Steuerspannung U steuert hier zwei elektronisch gesteuerte proportionale Druckbegrenzungsventile 112,113 der Firma Mannesmann Rexroth, Typ DBETE St/200 624. In diesem Fall ist zur Ansteuerung der Ventile nur ein Invertierer 111 notwendig, der für das Ventil 113 das Vorzeichen der Steuerspannung umkehrt. Die Ventile 112,113 sprechen nur auf positive Werte von U an, wodurch in Verbindung mit dem Invertierer 111 die mit Druck zu beaufschlagende Hydraulikleitung 140 oder 141 selektiert wird. Die Ventile 112, 113 besitzen außerdem eine Einstellung zur Vorgabe eines Schwellenwertes U_o für die Spannung U, unterhalb dessen kein Druck auf die Kolben ausgeübt wird. Weiters gibt es die Möglichkeit, einen Grenzwert für die maximale Anstiegsgeschwindigkeit des Druckes vorzugeben. Diese Ausführungsform hat gegenüber der Regeleinrichtung aus Abb.1 den Vorteil, daß bei einer Steuerspannung U<U_o kein Druck im Pumpenkreislauf aufgebaut wird, sodaß die Pumpe in energetisch günstiger Weise im Leerlauf arbeiten kann.

[0024] Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung kann am einfachsten anhand Abb. 3 erklärt werden. In Abb. 3a ist die Abhängigkeit der Rückstellkraft von der Achslagerverschiebung s (siehe Abb. 1) als Gerade

eingezeichnet, mit c der Federkonstanten. Die Kraftschlußgrenze F_G zwischen Schiene und Rädern gibt die maximale Größe der radialen Einstellkraft aufgrund des Selbststeuereffektes an. Der Schnittpunkt von F_x und F_G bestimmt in einer konventionellen Achssteuerung die maximale Achslagerverschiebung S_m, die bei einer Bogenfahrt gegen die Rückstellkraft erreichbar ist. Die ideale Achslagerverschiebung, bei der der Lenkausschlag des Radsatzes optimal an den Radius des Gleisbogens angepaßt ist, kann demgegenüber jedoch bei einem größeren Wert S_i liegen. Besonders bei harten Federn mit einer großen Federkonstanten c, die hohe Grenzgeschwindigkeiten erlauben, liegt bei einem kleinen Radius des Gleisbogens S_m weit unterhalb von S_i, sodaß ein großer Anlaufwinkel zwischen Rad und Schiene mit einem ungünstigen Verschleißverhalten die Folge ist.

[0025] Abb. 3b zeigt die Verhältnisse bei der erfindungsgemäßen Einrichtung. Die Gegenkraft gegen die Rückstellkraft kann als Verschiebung der Geraden F_x um einen Wert F_y nach unten dargestellt werden. F_y entspricht dabei der Kraft, mit der die Zylinder 7 (siehe Abb. 1) beaufschlagt werden. Die Größe von F_y wird so gewählt, daß die verschobene Gerade F_x' die x-Achse etwa bei S_i schneidet. F_y muß aber nicht sehr genau eingestellt werden, sondern kann in einem relativ großen Bereich liegen, der dadurch gegeben ist, daß der Schnittpunkt von F_x' mit der x-Achse innerhalb des freien Einstellbereiches FE zwischen S_i-S_m und S_i+S_m liegt, innerhalb dessen sich der Radsatz selbständig auf den optimalen Lenkausschlag S_i einstellen kann.

[0026] Da S_i proportional zum Radius des Gleisbogens ist, muß auch F_y in etwa proportional zum Gleisbogen sein, damit der x-Achsenschnittpunkt von F_x bei jeder Krümmung des Gleisbogens zwischen S_i-S_m und S_i+S_m liegt. Die Proportionalitätskonstante von F_y ist durch die Federkonstante c der Rückstellfeder bestimmt.

[0027] Eine andere mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung wird in Abb. 4 gezeigt. In dieser sind die Einrichtungen zur Erzeugung der Rückstellkraft und zur Erzeugung der Gegenkraft zu einer baulichen Einheit zusammengefaßt. Dazu wird ein hydraulischer oder pneumatischer Kolben 70 gegen den Zylinder 71, in dem er geführt wird, elastisch verspannt, beispielsweise in der gezeigten Art mit einer Feder 72. Über Hydraulikleitungen 73,74 kann der Zylinder bei einer Auslenkung der Feder mit einem Druck gegen die Kraft der Feder beaufschlagt werden.

[0028] Zur Anwendung der Erfindung müssen nicht jeweils zwei Radsätze gemeinsam an einem Drehgestell gelagert sein. Wie in Abb. 5 gezeigt, ist ebenso bei einzeln gelagerten Radsätzen 1 die Anbringung von Einrichtungen 7 möglich, die eine Gegenkraft gegen die Rückstellkraft von federnden Elementen 6 ausüben. Die Einrichtung zur Erfassung des Gleisbogenradius kann in diesem Fall natürlich nicht den Auslenkwinkel eines Drehgestells ausnutzen, sondern muß auf eine andere Art arbeiten. Beispielsweise ließe sich der Winkel zwischen zwei Wagenkästen zur Erfassung des Gleisbogenradius heranziehen. Weiters sind zu diesem Zweck Hilfsräder oder optische Einrichtungen denkbar und möglich. Diese alternative Einrichtungen zur Erfassung des Gleisbogenradius können natürlich auch bei auf einem Drehgestell gelagerten Radsätzen verwendet werden. Weiters ist es denkbar und möglich, auch bei einzeln gelagerten Rädern Einrichtungen zur Ausübung einer Rückstellkraft und einer Gegenkraft gegen die Rückstellkraft auf analoge Weise wie bei Radsätzen anzubringen.

[0029] Zur Ausübung der Rückstellkraft können alle denkbaren federnden Einrichtungen eingesetzt werden, wie beispielsweise Gummibälge oder Pneumatikfedern. Zur Ausübung der Gegenkraft kommen alle krafterzeugenden Elemente infrage, die eine im wesentlichen ortsunabhängige Kraft erzeugen, beispielsweise Hydraulikzylinder, Pneumatikzylinder oder Luftfederbälge.

[0030] Ein erfindungsgemäßes Einzelachslaufwerk mit einem einzeln in einem Fahrwerksrahmen 50 geführten Radsatz 51 ist in den Abb. 6 - 8 dargestellt. Der Radsatz 51 kann dabei von einem Motor 52 über ein Getriebe 53 und eine Kupplung 54 angetrieben sein. Die Räder 59, 59' des Radsatzes 51 sind über eine Radsatzwelle 65 starr miteinander verbunden. Die Lagerung des Radsatzes 51 erfolgt in den Achslagern 55 (siehe Abb. 8), die über eine Primärfederung 56 mit dem Fahrwerksrahmen 50 verbunden sind. Der Fahrwerksrahmen 50 ist über eine Sekundärfederung, die von Luftfedern 57 gebildet wird, mit dem Wagenkasten 60 verbunden. Weiters ist der Fahrwerksrahmen 50 gelenkig mit einer Führungstraverse bzw. einem Joch 58 verbunden. Diese Verbindung wird durch zwei Lenkerpaare 61 und 61' hergestellt, welche um vertikale Achsen rotierbar sind und welche einerseits am Fahrwerksrahmen 50, andererseits am Joch 58 angelenkt sind. Das Joch 58 seinerseits ist über Längslenker 62, 62' gelenkig mit wagenfesten Führungskonsolen 63, 63' verbunden. Wenn die Gelenke der Längslenker 62, 62' dabei von Kugelgelenken gebildet werden, sind Verschiebungen der Führungstraverse 58 gegenüber dem Wagenkasten nicht nur in horizontaler, sondern auch in vertikaler Richtung möglich.

[0031] Aufgrund der gelenkigen Verbindung des Fahrwerksrahmens 50 mit der Führungstraverse 58 und aufgrund der Elastizität der Luftfedern 57 sind Lenkbewegungen des Fahrwerksrahmens 50 um eine vertikale Achse möglich. Die Primärfederung zwischen Radsatz 51 und Fahrwerksrahmen 50 weist hingegen in Längsrichtung eine so harte Federkonstante auf, daß so gut wie keine Lenkbewegungen des Radsatzes 51 gegenüber dem Fahrwerksrahmen 50 möglich sind. Gegen die bei einer Fahrt über einen Gleisbogen aufgrund der Rollradiendifferenz der Räder 59, 59' hervorgerufene Lenkbewegung des Fahrwerksrahmens 50 wirkt die Rückstellkraft des federelastischen Elementes 6, welches einerseits am Fahrwerksrahmen 50 und andererseits am Joch 58 angreift und quer zur Fahrtrichtung angeordnet ist. Zur Aufbringung einer gegen die Rückstellkraft wirkenden Gegenkraft ist ein kraftgeregeltes Stellglied 7 vorgesehen. Mit diesem kann wiederum, wie bereits zuvor anhand der Abb. 3 ausgeführt wurde, eine Kraftvorsteuerung durchgeführt werden, d. h. die Kennlinie des federelastischen Elementes 6 wird bei einer Bogenfahrt verschoben, wodurch ein optimiertes Fahrverhalten des Fahrwerks erreicht wird.

[0032] Beim Beschleunigen und Bremsen werden Längskräfte auf das Fahrwerk ausgeübt, die von den Längslenkern 62, 62' aufgenommen werden können. Weiters ist eine Nickstütze 69 vorgesehen, die eine Verdrehung des Fahrwerksrahmens 50 um eine Querachse verhindert. Auf analoge Weise kann auch eine nicht dargestellte Wankstütze vorgesehen sein, die eine Verdrehung des Fahrwerksrahmens 50 um eine Längsachse verhindert. Querbewegungen des Fahrwerksrahmens 50 werden von an wagenfesten Führungskonsolen 63, 63' angebrachten Queranschlagspuffern 68, 68' begrenzt bzw. abgefedert.

[0033] Das federelastische Element 6 wird günstigerweise von einem, in Abb. 9 dargestellten, Zentrierfederelement gebildet. Dieses weist ein Gehäuse 80 mit gehäusefesten Anschlägen 80a auf, an denen im Ruhezustand Anschlagringe 83 anliegen. Zwischen den Anschlagringen 83 ist eine unter Vorspannung stehende Feder 81 angeordnet. Die durch das Gehäuse 80 tretende Stange 84 weist innerhalb des Gehäuses 80 im Abstand der Anschläge 80a des Gehäuses 80 zwei Flansche 85 auf, zwischen denen die Anschlagringe 83 liegen. Das Verhalten des Zentrierfederelementes im Falle einer auf die Stange 84 ausgeübten Kraft wird durch die in Abb. 10 dargestellte Kennlinie beschrieben. Bei einer Kraft, die unterhalb eines gewissen Schwellenwertes F_s liegt, kommt es zu keiner Verschiebung der Stange 84, da ja die Feder 81 unter einer Vorspannung steht. Erst bei einer Kraft, die oberhalb des Schwellenwertes F_s liegt, kommt es zu einer Verschiebung der Stange 84, wobei nach der Beendigung der Kraftausübung die Stange 84 wiederum in die zentrierte Ausgangslage zurückkehrt. Durch die Verwendung eines solchen Zentrierfederelementes kann eine Zentrierung des Fahrwerksrahmens mit nur einem einzigen Federelement 6 erreicht werden und die in Abb. 10 dargestellte Kennlinie des Zentrierfederelementes führt zu einer Verbesserung der Stabilität des erfindungsgemäßen Laufwerkes bei der Geradeausfahrt.

[0034] In der Praxis kommt es besonders in engen Gleisbogen vor, daß die Schienen so verschlissen sind, daß die Rollradiendifferenz und damit die auf den Radsatz wirkende radiale Einstellkraft gegenüber unverschlissenen Schienen deutlich verändert sind. Weiters kann es im Laufe der Zeit zu einer Änderung des Reibungswiderstandes des kraftgeregelten Stellelementes 7 kommen. Um trotz dieser Effekte zuverlässig eine ideale Radialstellung des Radsatzes zu erreichen, könnte daher, wie in Abb. 6 eingetragen, ein Sensor 65, beispielsweise ein induktiver Weggeber, vorgesehen sein, der den Ist-Wert des Lenkausschlages erfaßt. In einem Regelkreis könnte dieser Ist-Wert in der Folge mit dem in Abhängigkeit vom Gleisbogenradius vorgegebenen Soll-Wert der Radialeinstellung des Radsatzes 51 verglichen werden und im Falle einer Abweichung die vom kraftgeregelten Stellglied ausgeübte Gegenkraft nachgeregelt werden, bis der Sollwert erreicht wird. Um Schlingerbewegungen des Fahrwerkes nicht aufzuschaukeln, besitzt dieser Regelmechanismus günstigerweise im Vergleich zur Sinuslauffrequenz des Radsatzes große Zeitkonstante. Ein Sensor 65 könnte auch zur Erkennung einer Betriebsstörung, beispielsweise im Hydrauliksystem verwendet werden.

[0035] Das in den Abb. 6 - 8 dargestellte Einzelachs-Laufwerk besitzt einen hohen Fahrkomfort, da es die vielfältigen Anforderungen an ein Laufwerk hervorragend erfüllt. Auch bei Ausfall der Hydraulik ist die Sicherheit gewährleistet, aufgrund der Selbstzentrierung des Radsatzes 51 mittels des Federelementes 6. Ein Vorteil gegenüber konventionellen Drehgestellfahrwerken ist die mögliche Einsparung von Achsen, was zu einer Kostenverringerung führt.

Ansprüche

1. Einrichtung zur Steuerung von Rädern, insbesondere von Radsätzen, eines Schienenfahrzeuges mit einer Vorrichtung zur Erzeugung einer Rückstellkraft gegen den bei der Fahrt auf einem Gleisbogen auftretenden Lenkausschlag der Räder bzw. Radsätze, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (7) zur Erzeugung einer vom Radius des Gleisbogens abhängigen, gegen die Rückstellkraft wirkenden Gegenkraft.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (10) zur Erfassung des Radius des Gleisbogens vorhanden ist, die ein dem Gleisbogenradius entsprechendes Ausgangssignal liefert, und daß die Einrichtung (7) zur Erzeugung der Gegenkraft in Abhängigkeit von diesem Ausgangssignal eine Gegenkraft gegen die Rückstellkraft aufbringt.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, wobei die Radsätze paarweise auf einem um eine vertikale Achse drehbaren Drehgestell gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (10) zur Erfassung des Radius des Gleisbogens den Auslenkwinkel des Drehgestells (8) erfaßt.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gegen die Rückstellkraft wirkende Gegenkraft näherungsweise umgekehrt proportional zum Radius des Gleisbogens eingestellt wird.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gegen die Rückstellkraft wirkende Gegenkraft im wesentlichen unabhängig vom Lenkausschlag der Räder (4) bzw. der Radsätze (1,1',51) ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (7) zur Erzeugung der Gegenkraft mindestens einen Hydraulikzylinder aufweist.

7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (7) zur Erzeugung der Gegenkraft mindestens ein pneumatisch wirkendes Element, beispielsweise einen Pneumatikzylinder oder einen Luftfederbalg, umfaßt.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (7) zur Erzeugung der Gegenkraft an den beiden seitlichen Enden des Radsatzes (1,1') seitlich außerhalb der Räder (4), beispielsweise am Achslagergehäuse (3) angreift.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der Gegenkraft mittels proportionaler Druckregelventile (12,13) eingestellt wird.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der Gegenkraft mittels proportionaler Druckbegrenzungsventile (112,113) eingestellt wird.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der Gegenkraft mittels einer druckgeregelten Pumpe eingestellt wird.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß erst oberhalb eines bestimmten Schwellenwertes der erfaßten Krümmung des Gleisbogens eine Gegenkraft gegen die Rückstellkraft ausgeübt wird.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel, z.B. eine elektronische Schaltung, vorgesehen sind, die die maximale Geschwindigkeit des Kraftanstieges der Gegenkraft nach oben hin begrenzen.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellkraft gegen die Lenkbewegung der Räder (4) bzw. Radsätze (1,1',51) durch mindestens ein vorzugsweise am Achslager angreifendes federelastisches Element (6) ausgeübt wird.

15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das federelastische Element (6) wie an sich bekannt eine Feder ist.

16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung der Rückstellkraft (6) und die Einrichtung zur Erzeugung der Gegenkraft (7) zu einer baulichen Einheit zusammengefaßt sind.

17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die bauliche Einheit einen Zylinder (71) umfaßt, in dem ein verschiebbarer Kolben (70) einerseits von mindestens einer Feder (72), andererseits - vorzugsweise von beiden Seiten - mittels eines Druckmediums beaufschlagbar ist.

18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung der Rückstellkraft ein selbstzentrierendes Federelement, welches eine unter einer Vorspannung stehende Feder enthält, aufweist.

19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor (67) zur Erfassung des Ist-Wertes des Lenkausschlages des Radsatzes (1,1',51) vorgesehen ist.

20. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß ein Regelkreis zur Nachregelung der Stärke der Gegenkraft im Falle einer Abweichung des Ist-Wertes des Lenkausschlages des Radsatzes (1,1',51) vom durch den Radius des Gleisbogens bestimmten Soll-Wert des Lenkausschlages des Radsatzes (1,1',51) vorgesehen ist.

21. Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelkreis einen Tiefpaßfilter enthält.

22. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2 oder einem der Ansprüche 3 bis 7 oder einem der Ansprüche 9 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Einzelachslaufwerk, bei dem jeweils ein einzelner Radsatz (51) in einem lenkbaren Fahrwerksrahmen (50) gelagert ist, die Einrichtung (6) zur Erzeugung der vom Lenkausschlag abhängigen Rückstellkraft und die Einrichtung (7) zur Erzeugung der gegen die Rückstellkraft wirkenden Gegenkraft am Fahrwerksrahmens angreifen.

23. Einrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (6) zur Erzeugung der Rückstellkraft und/oder die Einrichtung (7) zur Erzeugung der Gegenkraft quer zur Fahrtrichtung angeordnet sind.

24. Einzelachsfahrwerk für ein Schienenfahrzeug, bei dem ein einzelner Radsatz in einem Fahrwerksrahmen geführt ist und das eine Einrichtung zur Erzeugung einer Rückstellkraft gegen den bei der Fahrt über einen Gleisbogen auftretenden Lenkausschlag des Fahrwerksrahmens aufweist, insbesondere nach einem der Ansprüche 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß ein in vertikaler Richtung und in Querrichtung verschiebbares mit dem Wagenkasten gelenkig verbundenes Joch (58) vorgesehen ist, wobei der Fahrwerksrahmen (50) um eine vertikale Achse lenkbar mit dem Joch (58) verbunden ist.

25. Einzelachsfahrwerk nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Räder (59, 59') des Radsatzes (51) über eine Radsatzwelle (65) starr verbunden sind.

26. Einzelachsfahrwerk nach einem der Ansprüche 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Joch (58) über Längslenker (62, 62') zur Aufnahme der auftretenden Längskräfte gelenkig mit dem Wagenkasten (60) verbunden ist.

27. Einzelachsfahrwerk nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Längslenker (62, 62') mittels Kugelgelenken im Joch (58) und im Wagenkasten (60) gelagert sind.

28. Einzelachsfahrwerk nach einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Fahrwerksrahmens (50) in Querrichtung durch Queranschlagspuffer (68, 68'), die an wagenfesten Führungskonsolen (63, 63') angeordnet sind, begrenzt wird.

29. Einzelachsfahrwerk nach einem der Ansprüche 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (6) zur Erzeugung der Rückstellkraft und die Einrichtung (7) zur Erzeugung der Gegenkraft einerseits am Fahrwerksrahmen (50) andererseits am Joch (58) angreifen.

30. Einzelachsfahrwerk nach einem der Ansprüche 24 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen Fahrwerksrahmen (50) und Joch (58) durch einerseits am Fahrwerksrahmen (50), andererseits am Joch (58) angelenkte Lenker (61, 61') gebildet wird, wobei die Lenker (61, 61') um vertikale Achsen drehbar gelagert sind.

31. Einzelachsfahrwerk nach einem der Ansprüche 24 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Radsatz (51) von einem, vorzugsweise am Fahrwerksrahmen (50) angeordneten, Motor (52) angetrieben ist.

Zeichnung