Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Begrenzen des Winkels zwischen den Längsachsen miteinander über jeweils ein Gelenk verbundener Wagenkästen eines mehrteiligen Schienenfahrzeuges, bei dem jeder Wagenkasten auf nur einem Drehgestell abgestützt ist, wobei der Winkel durch ein mit dem Gelenk verbundenes elektrisch geregeltes Stellglied aktiv beeinflusst wird bis er einen Sollwert einnimmt und wobei dieser Sollwert aus den Ausdrehwinkeln (auch Relativwinkel genannt) der Drehgestelle relativ zu den zugehörigen Wagenkästen bestimmt wird.
Ein solches Verfahren ist aus der veröffentlichten deutschen Patentanmeldung
Ein mehrteiliges Schienenfahrzeug ist z. B. aus der
Aus der
Die bekannten Verfahren zum Begrenzen des Winkels zwischen den Längsachsen miteinander verbundener Wagenkästen sind entweder nicht zuverlässig genug oder sehr aufwändig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hinsichtlich seiner praktischen Anwendung besonders vorteilhaftes Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben.
Diese Aufgabe wird für ein Verfahren zum Begrenzen des Winkels zwischen den Längsachsen miteinander über jeweils ein Gelenk verbundener Wagenkästen eines mehrteiligen Schienenfahrzeuges, bei dem jeder Wagenkasten auf nur einem Drehgestell abgestützt ist, wobei der Winkel durch ein mit dem Gelenk verbundenes elektrisch geregeltes Stellglied aktiv beeinflusst wird bis er einen Sollwert einnimmt und wobei dieser Sollwert aus den Ausdrehwinkeln (Relativwinkeln) der Drehgestelle relativ zu den zugehörigen Wagenkästen bestimmt wird, gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Lösung dadurch gelöst, dass zum Einstellen des Winkels die kinetische Energie und/oder die potentielle Energie der Federung des Schienenfahrzeuges genutzt wird.
Mit diesem Verfahren wird der Vorteil erzielt, dass einerseits ein elektrisch geregeltes Stellglied eingesetzt wird, das besonders zuverlässig den Winkel zwischen den Wagenkästen begrenzt und dass zum Regeln dieses Stellgliedes keine aufwändige Erfassung der Gleistrasse notwendig ist. Es ist also mit einfachen Mitteln möglich, ein mehrteiliges Schienenfahrzeug, bei dem jeder Wagenkasten auf nur einem Drehgestell abgestützt ist, auch bei engen Kurven oder engen Bogenfolgen zuverlässig im Lichtraumprofil zu halten. Es kann nicht zu Beschädigungen durch einen Zusammenstoß mit außerhalb des Lichtraumprofiles angeordneten Geräten kommen. Erfindungsgemäß wird zum Einstellen des Winkels die kinetische Energie und/oder die potentielle Energie der Federung des Schienenfahrzeuges genutzt. Damit wird der besondere Vorteil erzielt, dass für das Einstellen des Winkels keine externe Hilfsenergie notwendig ist.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird für ein Verfahren zum Begrenzen des Winkels zwischen den Längsachsen miteinander über jeweils ein Gelenk verbundener Wagenkästen eines mehrteiligen Schienenfahrzeuges, bei dem jeder Wagenkasten auf nur einem Drehgestell abgestützt ist, wobei der Winkel durch ein mit dem Gelenk verbundenes elektrisch geregeltes Stellglied aktiv beeinflusst wird bis er einen Sollwert einnimmt und wobei dieser Sollwert aus den Ausdrehwinkeln (Relativwinkeln) der Drehgestelle relativ zu den zugehörigen Wagenkästen bestimmt wird, gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Lösung weiterhin dadurch gelöst, dass die auf das Gelenk einwirkende Kraft gemessen und in die Regelung des Stellgliedes einbezogen wird und dass, wenn diese Kraft den Winkel vom Sollwert weg verändert, das Stellglied blockiert wird oder blockiert bleibt.
Hierbei wird somit die auf das Gelenk einwirkende Kraft gemessen und in die Regelung des Stellgliedes einbezogen und wenn diese Kraft den Winkel vom Sollwert weg verändert, wird das Stellglied blockiert oder bleibt blockiert. Damit wird der besondere zusätzliche Vorteil erzielt, dass sich das Gelenk nicht bewegen muss, um zu erkennen, dass es sich nicht zu einem ungewünschten Winkel hin bewegt. Es wird ein zu starkes Einknicken benachbarter Wagenkästen gegeneinander auch unter Wirkung statischer Kräfte zuverlässig verhindert.
Beispielsweise wird zum Einstellen des Winkels externe Hilfsenergie genutzt. Damit wird der Vorteil erzielt, dass der Winkel auch bei nicht bewegtem Fahrzeug (statisch wirkende Kräfte) gleich bleibt. Diese Hilfsenergie kann beim Abschleppen von dem abschleppenden Fahrzeug kommen.
Beispielsweise wird die Hilfsenergie abhängig von den Fahrzuständen und/oder der Fahrzeugkonfiguration genutzt.
Beispielsweise wird die Kraft durch ein Druckbegrenzungsventil im Stellglied begrenzt, so dass ein Entgleisen der Drehgestelle nicht auftreten kann.
Beispielsweise wird das Stellglied zeitlich begrenzt blockiert. Es kann nicht zu einem zu langen Ausfall des Stellgliedes kommen. Fehler werden reduziert.
Beispielsweise wird nur eine Veränderung des Winkels in der vom Sollwert wegführenden Richtung durch Blockieren des Stellgliedes verhindert und eine Veränderung des Winkels in die entgegengesetzte Richtung wird nicht eingeschränkt. Damit wird die Regelung wesentlich vereinfacht.
Beispielsweise ist das Gelenk ein Einfachgelenk und der Sollwert wird bestimmt als Wert, bei dem die Differenz der Relativwinkel zwischen Drehgestell und Wagenkasten für die verbunden Wagenkästen Null beträgt. Damit wird der Winkel zwischen den Wagenkästen zuverlässig begrenzt.
Nach einem anderen Beispiel ist das Gelenk ein Doppelgelenk mit zwei in Längsrichtung des Schienenfahrzeuges beabstandeten senkrechten Drehachsen und der Sollwert wird bestimmt als Wert, bei dem der Relativwinkel zwischen Drehgestell und Wagenkasten an mindestens einem der verbundenen Wagenkästen Null beträgt. Es kann ausreichen, in diesem Fall nur einen der miteinander verbundenen Wagenkästen und sein Drehgestell zu betrachten.
Beispielsweise ist das Doppelgelenk Teil eines Wagenkastens, der kein Drehgestell hat (Sänftenmodul). Dabei ist in Längsrichtung des Schienenfahrzeuges die eine senkrechte Drehachse vor dem Sänftenmodul und die andere senkrechte Drehachse hinter dem Sänftenmodul angeordnet. Es wird wie beim einfachen Doppelgelenk nur der Relativwinkel zwischen Drehgestell und Wagenkasten an einem der durch das Sänftenmodul verbundenen Wagenkästen betrachtet.
Beispielsweise ist das Schienenfahrzeug dreiteilig und der Sollwert wird bestimmt als Wert, bei dem die Beziehung C1·γ1+ C2·γ2+C3·γ3=0 gilt, wobei C1, C2 und C3 frei wählbare Konstanten und γ1, γ2 und γ3 die Relativwinkel zwischen Drehgestell und Wagenkasten an den drei Wagenkästen sind.
Eine entsprechende Berechnung ist auch bei vierteiligen und noch längeren mehrteiligen Schienenfahrzeugen entsprechend möglich.
Mit den bisher genannten Verfahren können vorteilhaft mehrteilige Schienenfahrzeuge konstruiert werden, die z. B. zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben oder acht Wagenkästen aufweisen.
Beispielsweise wird die Bewegung des Stellgliedes räumlich und/oder zeitlich begrenzt. Auf diese Weise wird verhindert, dass der Winkel so groß wird, dass das Lichtraumprofil verletzt wird oder sogar das Schienenfahrzeug entgleist.
Beispielsweise erfolgt ein Blockieren des Stellgliedes oder ein Begrenzen (Dämpfen) der Bewegung des Stellgliedes in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit und/oder sonstigen Fahrzuständen des Schienenfahrzeuges. Bei einer hohen Geschwindigkeit kann es nämlich zu ungewünschten Bewegungen der Wagenkästen kommen. Das Begrenzen (Dämpfen) der Bewegung des Stellgliedes kann beispielsweise ab einer Geschwindigkeit von 60 km/h sinnvoll sein.
Das Stellglied wird beispielsweise bei einer Schnellbremsung und/oder beim Abschleppen blockiert. Insbesondere bei einer Schnellbremsung werden auf diese Weise zu große Winkel zwischen den Wagenkästen vermieden.
Der Betrag einer zulässigen Abweichung des Winkels vom Sollwert wird beispielsweise in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit und/oder dem Zustand des Schienenfahrzeuges verändert. Damit wird ausgeschlossen, dass der Winkel bei z. B. hoher Geschwindigkeit oder z. B. beim Abschleppen zu häufig aktiv verändert wird. Es wird verhindert, dass der Winkel in kurzen zeitlichen Abständen verändert wird.
Das Stellglied ist beispielsweise als elektromechanischer, pneumatischer, hydraulischer oder elektrohydraulischer Stellantrieb ausgeführt.
Beispielsweise wird der Winkel durch zwei elektrohydraulische Stellantriebe mit Differentialzylinder beeinflusst.
Alle diese Varianten für Stellglieder sind in gleicher Weise gut geeignet.
Beispielsweise umfasst der Stellantrieb des Stellgliedes eine Kammer mit darin beweglichem Kolben.
Zum Blockieren oder Begrenzen (Dämpfen) wird die Kammer beispielsweise ganz oder teilweise verschlossen. Auf diese Weise ist das gewünschte Blockieren oder Begrenzen besonders einfach durchführbar.
Beispielsweise werden zum Blockieren des Winkels entweder nur die Kolbenkammern, nur die Ringkammern oder die Kolben- und die Ringkammern abgesperrt, wodurch unterschiedliche Steifigkeiten des Mediums im Stellantrieb erzeugt werden.
Die Kammer ist beispielsweise zur Zuführung externer Hilfsenergie mit einer Speisepumpe verbunden. Mit der Speisepumpe kann Hydraulikflüssigkeit herangeführt werden.
Dem Stellantrieb wird beispielsweise Hilfsenergie jeweils nur in die Kolben- oder Ringkammer durch Elektromotor und Pumpe zugeführt.
Die Kammer ist beispielsweise mit einem Mediumtank über ein Ventil verbunden. Dieser Mediumtank kann die erforderliche Hydraulikflüssigkeit enthalten.
Die Bewegung des Stellgliedes erfolgt beispielsweise mittels eines Nachsaugventils zwischen Kolben- und/oder Ringkammer einerseits und Mediumtank andererseits, sowie mittels eines Schalt- oder Proportionalventils, das zur Entlastung der Zylinderkammern in den Mediumtank dient.
Beispielsweise ist zum Begrenzen (Dämpfen) der Bewegung des Stellgliedes dieses mit in festen Stufen veränderbaren Ventilen und/oder mit Proportionalventilen verbunden. Solche Ventile sind vorteilhaft gut geeignet, den Zustrom von Hydraulikflüssigkeit zu regeln.
Mit dem Verfahren zum Begrenzen des Winkels zwischen den Längsachsen miteinander verbundener Wagenkästen nach der Erfindung wird insbesondere der Vorteil erzielt, dass mit einfachen Mitteln bei einem mehrteiligen Schienenfahrzeug, dessen Wagenkästen jeweils auf nur einem Drehgestell abgestützt sind, eine Verletzung des Lichtraumprofiles in Kurven verhindert wird.
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