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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbesondere ein Schienenfahrzeug,
mit einer Fahrzeuglängsachse, einem ersten Wagenkasten, der über
eine erste Federeinrichtung auf einem Fahrwerk abgestützt
ist, einem zweiten Wagenkasten, der den ersten Wagenkasten in Richtung
der Fahrzeuglängsachse benachbart angeordnet ist und über eine
zweite Federeinrichtung auf dem Fahrwerk abgestützt ist,
sowie einer Wankstützeinrichtung, die wenigstens über
eine erste Koppeleinrichtung mit dem ersten Wagenkasten gekoppelt
ist und Wankbewegungen des ersten Wagenkastens um eine zur Fahrzeuglängsachse
parallele Wankachse entgegenwirkt.
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Bei
Schienenfahrzeugen – aber auch bei anderen Fahrzeugen – ist
der Wagenkasten in der Regel gegenüber den Radeinheiten,
beispielsweise Radpaaren oder Radsätzen, über
eine oder mehrere Federstufen federnd gelagert. Die bei Bogenfahrt auftretende,
quer zur Fahrbewegung und damit quer zur Fahrzeuglängsachse
wirkende Zentrifugalbeschleunigung bedingt wegen des vergleichsweise hoch
liegenden Schwerpunkts des Wagenkastens die Tendenz des Wagenkastens,
sich gegenüber den Radeinheiten nach bogenaußen
zu neigen, mithin also eine Wankbewegung um eine zur Fahrzeuglängsachse
parallele Wankachse auszuführen.
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Solche
Wankbewegungen sind oberhalb bestimmter Grenzwerte zum einen dem
Fahrkomfort abträglich. Zum anderen bringen sie die Gefahr
einer Verletzung des zulässigen Lichtraumprofils sowie
im Hinblick auf die Entgleisungssicherheit unzulässiger einseitiger
Radentlastungen mit sich. Um dies zu verhindern, werden in der Regel
Wankstützeinrichtungen in Form so genannter Wankstabilisatoren
eingesetzt. Deren Aufgabe ist es, der Wankbewegung des Wagenkastens
einen Widerstand entgegenzusetzen, um sie zu mindern, während
die Hub- und Tauchbewegungen des Wagenkastens gegenüber
den Radeinheiten nicht behindert werden sollen.
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Solche
Wankstabilisatoren sind in verschiedenen hydraulisch oder rein mechanisch
wirkenden Ausführungen bekannt. Häufig kommt eine
sich quer zur Fahrzeuglängsrichtung erstreckende Torsionswelle
zum Einsatz, wie sie beispielsweise aus der
EP 1 075 407 B1 bekannt
ist. Auf dieser Torsionswelle sitzen zu beiden Seiten der Fahrzeuglängsachse drehfest
angebrachte Hebel, die sich in Fahrzeuglängsrichtung erstrecken.
Diese Hebel sind wiederum mit Lenkern oder dergleichen verbunden,
welche kinematisch parallel zu den Federeinrichtungen des Fahrzeugs
angeordnet sind. Beim Einfedern der Federeinrichtungen des Fahrzeugs
werden die auf der Torsionswelle sitzenden Hebel über die
mit ihnen verbundenen Lenker in eine Drehbewegung versetzt.
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Kommt
es bei der Bogenfahrt zu einer Wankbewegung mit unterschiedlichen
Federwegen der Federeinrichtungen auf den beiden Seiten des Fahrzeugs,
ergeben sich hieraus unterschiedliche Drehwinkel der auf der Torsionswelle
sitzenden Hebel. Die Torsionswelle wird demgemäß mit
einem Torsionsmoment beaufschlagt, welches sie – je nach
ihrer Torsionssteifigkeit – bei einem bestimmten Torsionswinkel
durch ein aus ihrer elastischen Verformung resultierendes Gegenmoment
ausgleicht und so eine weitere Wankbewegung verhindert. Dabei kann
bei mit Drehgestellen ausgestatteten Schienenfahrzeugen die Wankstützeinrichtung
sowohl für die Sekundärfederstufe vorgesehen sein,
d. h. zwischen einem Fahrwerksrahmen und dem Wagenkasten wirken. Ebenso
kann die Wankstützeinrichtung auch in der Primärstufe
eingesetzt werden, d. h. zwischen den Radeinheiten und einem Fahrwerksrahmen
oder – bei fehlender Sekundärfederung – einem
Wagenkasten wirken.
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Solche
Wankstabilisatoren werden auch bei gattungsgemäßen
Schienenfahrzeugen eingesetzt, wie sie beispielsweise aus der
DE 43 11 521 C1 bekannt
sind. Bei dem aus diesem Dokument bekannten Schienenfahrzeug sind
zwei benachbarte Wagenkästen auf einem gemeinsamen so genannten Jacobs-Drehgestell
abgestützt, wobei für jeden Wagenkasten jeweils
ein separater auf dem Drehgestell abgestützter Wankstabilisator
vorgesehen ist. Weiterhin sind die beiden benachbarten Wagenkästen
jeweils an ihrem anderen Ende ebenfalls über Wankstabilisatoren
auf einem vorlaufenden bzw. nachlaufenden Drehgestell abgestützt.
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Die
Wankstabilisatoren führen zwar zu der gewünschten
Erhöhung der Wanksteifigkeit der gesamten Anordnung, d.
h. zu einem hinreichend niedrigen Neigungskoeffizienten des Wagenkastens.
Sie weisen jedoch den Nachteil auf, dass bei Fahrt auf Gleisabschnitten
mit einer Verwindung der Gleisebene, wie sie beispielsweise bei
Gleisüberhöhungsrampen oder dergleichen auftritt,
durch die nun gegeneinander geneigten Gleisebenen im Bereich des
vorlaufenden Drehgestells, des Jacobs-Drehgestells und des nachlaufenden
Drehgestells ein hohes Torsionsmoment um die Längsachse
den jeweiligen Wagenkasten und das Jacobs-Drehgestell eingeleitet wird.
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Dies
rührt daher, dass die jeweilige Wankstützeinrichtung
auf eine Einstellung der Hochachse der Wagenkästen hinwirkt,
die parallel zu der im Bereich der Radeinheiten jeweils vorliegenden
Gleisnormale verläuft. Da die Gleisnormalen im Bereich der
Radeinheiten der Drehgestelle bei einer Verwindung der Gleisebene
eine unterschiedliche Ausrichtung aufweisen, ergibt sich die beschriebene
Torsionsbelastung der Wagenkästen und des Jacobs-Drehgestells.
Neben starken Beanspruchungen der Wagenkästen und des Jacobs-Drehgestells
kann durch die damit einhergehenden einzelnen Radentlastungen die
Entgleisungssicherheit beeinträchtigt werden.
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Mit
anderen Worten besteht ein Zielkonflikt zwischen einerseits kleinem
Wankkoeffizienten bzw. hoher Wanksteifigkeit und andererseits geringer
Belastung bzw. niedriger Verwindungssteifigkeit und hinreichender
Entgleisungssicherheit des Fahrzeugs.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Fahrzeug
der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, welches
die oben genannten Nachteile nicht oder zumindest in geringerem
Maße aufweist und insbesondere eine auf einfache und zuverlässige
Weise eine Reduktion der Torsionsbelastung der Wagenkästen
und der Fahrwerke in verwundenen Gleisabschnitten ermöglicht.
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Die
vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe ausgehend von
einem Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1 durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen
Merkmale.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die technische Lehre zu Grunde, dass
man auf einfache und zuverlässige Weise eine Reduktion
der Torsionsbelastung der Wagenkästen und ihres gemeinsamen Fahrwerks
in verwundenen Gleisabschnitten ermöglicht, wenn man für
die beiden Wagenkästen keine separaten Wankstützeinrichtungen
sondern lediglich eine gemeinsame Wankstützeinrichtung
vorsieht, die jedoch derart mit dem jeweiligen Wagenkasten gekoppelt
ist, dass gegenläufige Wankbewegungen der beiden Wagenkästen
zugelassen werden, während die gemeinsame Wankstützeinrichtung
gleichläufige Wankbewegungen der beiden Wagenkästen
in herkömmlicher Weise begrenzt.
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Durch
das Zulassen gegenläufiger Wankbewegungen zwischen den
beiden Wagenkästen kann zum einen in verwundenen Gleisabschnitten
eine vorteilhafte Reduktion der Torsionsbelastung der Wagenkästen
und des gemeinsamen Fahrwerks erzielt werden. Dies rührt
daher, dass die Wagenkästen im Fall eines verwundenen oder
anderweitig deformierten Gleisebenenverlaufs durch ihre spezielle
Ankopplung an die gemeinsame Wankstützeinrichtung dem deformierten
Gleisebenenverlauf gegebenenfalls sogar vollständig folgen
können, ohne dass die gemeinsame Wankstützeinrichtung
betätigt wird, d. h. ohne dass die gemeinsame Wankstützeinrichtung auf
die beiden Wagenkästen eine Rückstellkraft ausübt,
welche dann zu der beschriebenen Torsionsbelastung der Wagenkästen
und des gemeinsamen Fahrwerks führen könnte.
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Bei
einem nicht deformierten Gleisebenenverlauf, d. h. bei gleichläufigen
Wankbewegungen der beiden Wagenkästen kann die gemeinsame Wankstützeinrichtung
hingegen ihre die Wankbewegungen begrenzende Wirkung in vollem Umfange entfalten.
Mit anderen Worten wird die Wirksamkeit der Wankstützeinrichtungen
in den Fällen, in denen sie tatsächlich zum Einsatz
kommen sollen, nicht beeinträchtigt.
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Ein
weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung
liegt darin, dass durch die gemeinsame Wankstützeinrichtung
für beide Wagenkästen gegenüber den bekannten
Fahrzeugen eine, in der Regel vergleichsweise aufwändige
und damit teure Wankstützeinrichtung eingespart werden
kann. Hierdurch wird zudem Bauraum verfügbar, der bisher
durch die zweite Wankstützeinrichtung belegt war. Dies
ermöglicht eine größere Gestaltungsfreiheit
für das Fahrwerk, die Wagenkästen und/oder andere
Fahrzeugkomponenten in diesem Bereich. Insbesondere ist hiermit
keine Festlegung hinsichtlich der Bauform und Gestaltung der Wankstützeinrichtungen
vorgegeben. Bei der erfindungsgemäßen Lösung
können somit für die gemeinsame Wankstützeinrichtung Wankstützen
beliebiger Art (hydraulisch, mechanisch etc.) zum Einsatz kommen.
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Demgemäß betrifft
die Erfindung ein Fahrzeug, insbesondere ein Schienenfahrzeug, mit
einer Fahrzeuglängsachse, einem ersten Wagenkasten, der über
eine erste Federeinrichtung auf einem Fahrwerk abgestützt
ist, einem zweiten Wagenkasten, der dem ersten Wagenkasten in Richtung
der Fahrzeuglängsachse benachbart angeordnet ist und über eine
zweite Federeinrichtung auf dem Fahrwerk abgestützt ist,
sowie einer Wankstützeinrichtung, die wenigstens über
eine erste Koppeleinrichtung mit dem ersten Wagenkasten gekoppelt
ist und Wankbewegungen des ersten Wagenkastens um eine zur Fahrzeuglängsachse
parallele Wankachse entgegenwirkt. Erfindungsgemäß ist
vorgesehen, dass der zweite Wagenkasten über die erste
Koppeleinrichtung mit der Wankstützeinrichtung verbunden
ist, wobei die erste Koppeleinrichtung derart ausgebildet und/oder
mit der Wankstützeinrichtung verbunden ist, dass sie gegenläufige
Wankbewegungen zwischen dem ersten Wagenkasten und dem zweiten Wagenkasten
zulässt.
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Die
erste Koppeleinrichtung kann auf beliebige geeignete Weise ausgebildet
sein, um die gegenläufigen Wankbewegungen zwischen dem
ersten Wagenkasten und dem zweiten Wagenkasten zuzulassen. So kann
beispielsweise ein aktives System vorgesehen sein, bei dem die erste
Koppeleinrichtung z. B. aktive Stellelemente und eine damit verbundene
Steuereinrichtung umfasst, die den jeweiligen Fahrzustand bzw. Wanktendenz
der beiden Wagenkästen erfasst und bei gegenläufiger
Wanktendenz der beiden Wagenkästen die gegenläufige Wankbewegung
zwischen den beiden Wagenkästen über die Stellelemente
zulässt, während die Stellelemente bei gleichläufiger
Wanktendenz der beiden Wagenkästen beispielsweise fixiert
werden, sodass die Wankstützeinrichtung zur Wirkung kommen
kann.
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Wegen
des einfacheren Aufbaus und der geringeren Störanfälligkeit
ist für die erste Koppeleinrichtung bevorzugt ein passives
System vorgesehen. Vorzugsweise ist hierbei die erste Koppeleinrichtung in
einem ersten Anlenkpunkt an den ersten Wagenkasten angelenkt sowie
in einem zweiten Anlenkpunkt an dem zweiten Wagenkasten angelenkt
und die erste Koppeleinrichtung derart ausgebildet und/oder mit
der Wankstützeinrichtung verbunden, dass eine gegenkraftfreie
erste Verschiebung des ersten Anlenkpunktes eine gegenläufige
zweite Verschiebung des zweiten Anlenkpunktes bewirkt. Durch eine
solche Kinematik der erste Koppeleinrichtung werden in einfacher
Weise gegenläufige Wankbewegungen zwischen den beiden Wagenkästen
ermöglicht, während die erste Koppeleinrichtung gleichläufige
Wankbewegungen zwischen den beiden Wagenkästen blockiert,
sodass in diesem Fall die Wankstützeinrichtung zum Tragen
kommen kann.
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Hierbei
kann gegebenenfalls eine beliebige Übersetzung zwischen
der erste Verschiebung und der zweiten Verschiebung vorgesehen sein.
Hierüber ist beispielsweise eine Berücksichtigung
der jeweiligen Kinematik der Abstützung der beiden Wagenkästen
möglich. Vorzugsweise ist wegen des einfachen Aufbaus vorgesehen,
dass die erste Verschiebung und die zweite Verschiebung im Wesentlichen
denselben Betrag aber voneinander abweichende Richtung, insbesondere
im Wesentlichen entgegengesetzte Richtung, aufweisen.
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Die
erste Koppeleinrichtung kann grundsätzlich nach einem beliebigen
geeigneten Wirkprinzip oder Kombinationen unterschiedlicher Wirkprinzipien arbeiten.
So kann sie beispielsweise nach einem fluidischen, elektromechanischen
oder rein mechanischen Wirkprinzip bzw. beliebigen Kombinationen dieser
Wirkprinzipien arbeiten. Wegen des einfachen Aufbaus und der geringen
Störanfälligkeit ist bevorzugt ein rein mechanisches
Wirkprinzip für die erste Koppeleinrichtung vorgesehen.
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Vorzugsweise
umfasst die erste Koppeleinrichtung einen ersten Ausgleichshebel,
wobei der erste Ausgleichshebel ein erstes Ende aufweist, das mit
dem ersten Anlenkpunkt verbunden ist, der erste Ausgleichshebel
ein zweites Ende aufweist, das mit dem zweiten Anlenkpunkt verbunden
ist, und der erste Ausgleichshebel an einem, insbesondere mittig, zwischen
dem ersten Ende und dem zweiten Ende angeordneten ersten Schwenkpunkt
schwenkbar mit der Wankstützeinrichtung verbunden ist.
Der erste Ausgleichshebel kann unmittelbar an dem ersten bzw. zweiten
Anlenkpunkt angelenkt sein. Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass
der erste Ausgleichshebel über ein erstes Koppelelement,
insbesondere eine erste Koppelstange, mit dem ersten Anlenkpunkt
verbunden ist und/oder der erste Ausgleichshebel über ein
zweites Koppelelement, insbesondere eine zweite Koppelstange, mit
dem zweiten Anlenkpunkt verbunden ist, da hierdurch eine Anlenkung
erzielt wird, welche in günstiger Weise anderweitige Relativbewegungen
der Wagenkästen zueinander bzw. zum Fahrwerk nicht beeinträchtigt.
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Bei
anderen bevorzugten Varianten des erfindungsgemäßen
Fahrzeugs arbeitet die erste Koppeleinrichtung nach einem fluidischen
Wirkprinzip. Vorzugsweise umfasst die erste Koppeleinrichtung hierzu
einen ersten Arbeitszylinder, insbesondere einen ersten Hydraulikzylinder,
und einen zweiten Arbeitszylinder, insbesondere einen zweiten Hydraulikzylinder.
Der erste Arbeitszylinder ist mit der Wankstützeinrichtung
und dem ersten Anlenkpunkt verbunden, während der zweite
Arbeitszylinder mit der Wankstützeinrichtung und dem zweiten
Anlenkpunkt verbunden ist. Die Arbeitsräume des ersten
Arbeitszylinders und des zweiten Arbeitszylinders sind gleichsinnig
verbunden, sodass die gegenläufigen Wankbewegungen zwischen
den beiden Wagenkästen zugelassen werden, während
gleichläufige Wankbewegungen wegen der gleichsinnigen Verbindung
der Arbeitsräume gehemmt werden.
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Die
gemeinsame Wankstützeinrichtung kann grundsätzlich
in beliebiger Weise am Fahrzeug angeordnet sein. Beispielsweise
kann bei einer aktiv gesteuerten Wankstützeinrichtung vorgesehen
sein, dass diese nur einseitig an dem Fahrzeug angeordnet ist. Bei
passiven Wankstützeinrichtungen ist in der Regel vorgesehen,
dass sich diese in Querrichtung des Fahrzeugs erstrecken bzw. ihre
Komponenten zu beiden Seiten der Längsmittenebene des Fahrzeugs
angeordnet sind, um den Wankbewegungen um die Fahrzeuglängsachse
einfach entgegenwirken zu können. Vorzugsweise ist daher
vorgesehen, dass die Wankstützeinrichtung über
eine zweite Koppeleinrichtung mit dem ersten Wagenkasten und dem
zweiten Wagenkasten gekoppelt ist, wobei die erste Koppeleinrichtung
und die zweite Koppeleinrichtung auf unterschiedlichen Seiten einer
die Fahrzeuglängsachse enthaltenden Längsmittenebene des
Fahrzeugs angeordnet sind.
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Die
zweite Koppeleinrichtung kann anders als die erste Koppeleinrichtung
aufgebaut sein. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die zweite Koppeleinrichtung
aus sich heraus keine gegenläufigen Wankbewegungen zwischen
den beiden Wagenkästen bewirkt. In diesem Fall reichen
dann die über die erste Koppeleinrichtung ermöglichten
gegenläufigen Verschiebungen aus, um die gegenläufigen Wankbewegungen
zwischen den beiden Wagenkästen zu ermöglichen.
Vorzugsweise ist jedoch vorgesehen, dass auch die zweite Koppeleinrichtung
derart ausgebildet und/oder mit der Wankstützeinrichtung
verbunden ist, dass sie gegenläufige Wankbewegungen zwischen
dem ersten Wagenkasten und dem zweiten Wagenkasten zulässt.
Bevorzugt ist weiterhin vorgesehen, dass die zweite Koppeleinrichtung
identisch zur ersten Koppeleinrichtung ausgebildet ist, da hiermit
ein besonders einfacher Aufbau erzielt wird.
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Die
gemeinsame Wankstützeinrichtung selbst kann in beliebiger
geeigneter Weise aufgebaut sein. Bevorzugt umfasst die Wankstützeinrichtung ein
mit dem Fahrwerk verbundenes Torsionselement, das eine Torsionsachse
aufweist, um in hinlänglich bekannter Weise über
das Torsionsmoment in dem Torsionselement ein Gegenmoment zu den
Wankmomenten der beiden Wagenkästen zu erzielen. Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass die Wankstützeinrichtung einen drehfest
mit dem Torsionselement verbundenen ersten Torsionsarm aufweist
und die erste Koppeleinrichtung in einem ersten Verbindungspunkt an
dem ersten Torsionsarm angelenkt ist, wobei der erste Verbindungspunkt
von der Torsionsachse beabstandet ist. Hiermit wird eine besonders
einfache und wirkungsvolle Konfiguration erzielt.
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Bei
anderen Varianten des erfindungsgemäßen Fahrzeugs
ist vorgesehen, dass die Wankstützeinrichtung nach einem
fluidischen, insbesondere hydraulischen, Wirkprinzip arbeitet. Bevorzugt
umfasst die Wankstützeinrichtung hierbei zwei beidseitig
wirkende, quer zur Fahrzeuglängsachse beabstandete Arbeitszylinder,
insbesondere Hydraulikzylinder, deren Arbeitsräume gegensinnig
mit den Arbeitsräumen des jeweils anderen Arbeitszylinders
verbunden sind. Die beiden Arbeitszylinder sind jeweils an einem
Ende mit dem Fahrwerk verbunden, während die erste Koppeleinrichtung
an dem Ende eines der beiden Arbeitszylinder angelenkt ist, welches
dem Fahrwerk abgewandt ist.
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Bei
weiteren bevorzugten Varianten des erfindungsgemäßen
Fahrzeugs umfasst die erste Koppeleinrichtung eine Dämpfungseinrichtung
und zusätzlich oder alternativ eine Stelleinrichtung. Hierdurch
können in vorteilhafter Weise die in der Anordnung auftretenden
Bewegungen bedampft werden und/oder aktive Stellkräfte
erzeugt werden.
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Weitere
bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen
bzw. der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele,
welche auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt. Es
zeigen:
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1 eine
schematische Seitenansicht eines Teils einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Fahrzeugs in Neutralstellung;
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2 eine
schematische perspektivische Ansicht eines Teils des Fahrzeugs aus 1 in
Neutralstellung;
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3 eine
schematische Seitenansicht eines Teils des Fahrzeugs aus 1 in
Verwindungsstellung;
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4 eine
schematische perspektivische Ansicht eines Teils des Fahrzeugs aus 1 in
Verwindungsstellung;
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5 eine
schematische Seitenansicht eines Teils einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Fahrzeugs in Neutralstellung.
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Erstes Ausführungsbeispiel
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Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 ein
erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Fahrzeugs in Form eines Schienenfahrzeugs 101 beschrieben.
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Zum
einfacheren Verständnis der nachfolgenden Erläuterungen
ist in den Figuren ein Koordinatensystem angegeben, in dem die x-Koordinate die
Längsrichtung des Schienenfahrzeugs 101, die y-Koordinate
die Querrichtung des Schienenfahrzeugs 101 und die z-Koordinate
die Höhenrichtung des Schienenfahrzeugs 101 bezeichnen.
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Die 1 zeigt
eine schematische Seitenansicht eines Teils des Fahrzeugs 101,
welches eine Fahrzeuglängsachse 101.1 aufweist.
Das Fahrzeug 101 umfasst einen ersten Wagenkasten 102 und
einen in Richtung der Fahrzeuglängsachse 101.1 (x-Richtung)
benachbarten zweiten Wagenkasten 103, die auf einem gemeinsamen
Fahrwerk in Form eines so genannten Jacobs-Drehgestells 104 abgestützt
sind. Das andere – in 1 nicht
dargestellte – Ende des jeweiligen Wagenkastens 102, 103 ist
jemals auf einem weiteren Fahrwerk, beispielsweise einem werteren
Drehgestell abgestützt.
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Das
Drehgestell 104, umfasst eine erste Radeinheit 104.1 und
eine zweite Radeinheit 104.2, auf denen sich jeweils über
eine Primärfederung 104.3 ein Drehgestellrahmen 104.4 abstützt.
Der erste Wagenkasten 102 ist wiederum über eine
erste Sekundärfederung 102.1 auf dem Drehgestellrahmen 104.4 abgestützt,
während der zweite Wagenkasten 103 über
eine zweite Sekundärfederung 103.2 auf dem Drehgestellrahmen 104.4 abgestützt
ist. Die Primärfederungen 104.3 und die Sekundärfederungen 102.1, 103.1 sind
in 1 vereinfachend als Schraubenfedern dargestellt.
Bei der jeweiligen Primärfederung 104.3 bzw. Sekundärfederung 102.1, 103.1 kann
es sich um eine beliebige geeignete Federeinrichtung handeln. Insbesondere
bei der Sekundärfederung 102.1, 103.1 handelt
es sich bevorzugt um eine hinlänglich bekannte Luftfederung
oder dergleichen.
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Das
Fahrzeug 101 umfasst weiterhin für die beiden
Wagenkästen 102 und 103 eine gemeinsame Wankstützeinrichtung
in Form einer Wankstütze 105, die zusammen mit
zwei Koppeleinrichtungen 106, 107 kinematisch
parallel zu den beiden Sekundärfederungen 102.1, 103.1 zwischen
dem Drehgestellrahmen 104.4 und den beiden Wagenkästen 102, 103 angeordnet
ist.
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Wie
insbesondere 2 zu entnehmen ist (welche lediglich
die Wankstütze 105 und die beiden Koppeleinrichtungen 106, 107 zeigt),
umfasst die gemeinsame Wankstütze 105 einen ersten
Torsionsarm in Form eines ersten Hebels 105.1 und einen
zweiten Torsionsarm in Form eines zweiten Hebels 105.2.
Die beiden Hebel 105.1 und 105.2 sitzen zu beiden
Seiten der Längsmittenebene (xz-Ebene) des Fahrzeugs 101 jeweils
drehfest auf den Enden einer Torsionswelle 105.3 der Wankstütze 105.
Die Torsionswelle 105.3 erstreckt sich in Querrichtung
(y-Richtung) des Fahrzeugs und ist drehbar in Lagerblöcken 105.4 gelagert,
die ihrerseits fest mit dem Drehgestellrahmen 104.4 verbunden
sind.
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Am
freien Ende des ersten Hebels 105.1 ist die erste Koppeleinrichtung 106 angelenkt, über
welche die Wankstütze 105 sowohl mit dem ersten
Wagenkasten 102 als auch mit dem zweiten Wagenkasten 103 verbunden
ist. Hierzu umfasst die erste Koppeleinrichtung 106 einen
ersten Ausgleichshebel 106.1, ein erste Koppelstange 106.2 und
eine zweite Koppelstange 106.3. Der erste Ausgleichshebel 106.1 ist
in seiner Mitte in einem ersten Schwenkpunkt 106.4 schwenkbar
an dem ersten Hebel 105.1 angelenkt, während an
einem Ende des ersten Ausgleichshebels 106.1 ein Ende der
ersten Koppelstange 106.2 schwenkbar angelenkt ist und
an dem anderen Ende des ersten Ausgleichshebels 106.1 ein Ende
der zweiten Koppelstange 106.3 schwenkbar angelenkt ist.
Das andere Ende der ersten Koppelstange 106.2 ist in einem
ersten Anlenkpunkt 106.5 schwenkbar an dem ersten Wagenkasten 102 angelenkt,
während das andere Ende der zweiten Koppelstange 106.3 in
einem zweiten Anlenkpunkt 106.6 schwenkbar an dem zweiten
Wagenkasten 103 angelenkt ist.
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Am
freien Ende des zweiten Hebels 105.2 ist die zweite Koppeleinrichtung 107 angelenkt, über welche
die Wankstütze 105 ebenfalls sowohl mit dem ersten
Wagenkasten 102 als auch mit dem zweiten Wagenkasten 103 verbunden
ist. Die zweite Koppeleinrichtung 107 ist identisch zu
der ersten Koppeleinrichtung 106 aufgebaut. Es versteht
sich jedoch, dass die zweite Koppeleinrichtung bei anderen Varianten der
Erfindung auch anders als die erste Koppeleinrichtung aufgebaut
sein kann. Insbesondere kann die zweite Koppeleinrichtung auch lediglich
zwei einfache Koppelstangen umfassen (wie sie in 2 durch die
gestrichelten Konturen 108 angedeutet sind) über welche
der jeweilige Wagenkasten unmittelbar mit dem freien Ende des zweiten
Hebels 105.2 der Wankstütze 105 verbunden
ist.
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Analog
zur ersten Koppeleinrichtung 106 umfasst die zweite Koppeleinrichtung 107 einen zweiten
Ausgleichshebel 107.1, ein dritte Koppelstange 107.2 und
eine vierte Koppelstange 107.3. Der zweite Ausgleichshebel 107.1 ist
in seiner Mitte in einem zweiten Schwenkpunkt 107.4 schwenkbar an
dem zweiten Hebel 105.2 angelenkt, während an einem
Ende des zweiten Ausgleichshebels 107.1 ein Ende der dritten
Koppelstange 107.2 schwenkbar angelenkt ist und an dem
anderen Ende des zweiten Ausgleichshebels 107.1 ein Ende
der vierten Koppelstange 107.3 schwenkbar angelenkt ist.
Das andere Ende der dritten Koppelstange 107.2 ist in einem
dritten Anlenkpunkt 107.5 schwenkbar an dem ersten Wagenkasten 102 angelenkt,
während das andere Ende der vierten Koppelstange 107.3 in
einem vierten Anlenkpunkt 107.6 schwenkbar an dem zweiten Wagenkasten 103 angelenkt
ist.
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In
den 1 und 2 ist der Zustand in der Neutralstellung
des Fahrzeugs 101 dargestellt, welche sich bei einer Fahrt
in einem geraden und nicht verwundenen Gleis 108 ergibt.
In dieser Neutralstellung verlaufen die Koppelstangen 106.2, 106.3, 107.2 und 107.3 im
vorliegenden Beispiel annähernd parallel zur Hochachse
(z-Achse) des Fahrzeugs 101. Es versteht sich jedoch, dass
bei anderen Varianten der Erfindung auch vorgesehen sein kann, dass
die Koppelstangen zur Hochachse des Fahrzeugs geneigt verlaufen.
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Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 die
Wirkungsweise der Koppeleinrichtungen 106, 107 und
der gemeinsamen Wankstütze 105 erläutert.
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Bei
einer Fahrt in einem undeformierten Gleisbogen erfahren die beiden
Wagenkästen 102 und 103 infolge der Zentrifugalkraft,
die auf ihren jeweils oberhalb des Drehgestellrahmens 104.4 liegenden
Schwerpunkt wirkt, bezogen auf das Drehgestell 104 jeweils
ein gleichgerichtetes Wankmoment um eine zur Fahrzeuglängsachse 101.1 parallele
Wankachse. Dieses Wankmoment resultiert in einer unterschiedlich
starken Einfederung der jeweiligen Sekundärfederung 102.1 bzw. 103.1 auf
den Längsseiten des Fahrzeugs 101, mithin also
zu einer Wankbewegung der beiden Wagenkästen 102, 103 um
die jeweilige Wankachse. Der auf der Bogenaußenseite liegende
Teil der jeweiligen Sekundärfederung 102.1 bzw. 103.1 federt
stärker ein als der auf der Bogeninnenseite liegende Teil.
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Liegt
die erste Koppeleinrichtung 106 auf der Bogenaußenseite
werden die erste Koppelstange 106.2 und die zweite Koppelstange 106.3 wegen
des gleichgerichteten Wankmoments auf beide Wagenkästen 102, 103 mit
einer Druckkraft belastet, während die dritte Koppelstange 107.2 und
die vierte Koppelstange 107.3 mit einer Zugkraft belastet
werden. Hierdurch werden die der erste Hebel 105.1 und der
zweite Hebel 105.2 der Wankstütze 105 unterschiedlich
stark ausgelenkt. Dies hat eine elastische Torsion der Torsionswelle 105.3 zur
Folge, wodurch die Wankstütze 105 ein der gleichgerichteten
Wankbewegung der beiden Wagenkästen 102, 103 entgegenwirkendes
Gegenmoment aufbaut und so die Wankbewegung der beiden Wagenkästen 102, 103 begrenzt.
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Mit
anderen Worten wird im undeformierten Gleisbogen mit der über
die beiden Koppeleinrichtungen 106, 107 mit den
beiden Wagenkästen 102, 103 gekoppelten
gemeinsamen Wankstütze 105 derselbe Effekt erzielt,
wie er bei herkömmlichen Fahrzeugen mit zwei separaten
Wankstützeinrichtungen für die beiden Wagenkästen
erzielt wird.
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Die
beschriebene Gestaltung der ersten Koppeleinrichtung 106 hat
andererseits den Effekt, dass bei einer gegenkraftfreien ersten
Verschiebung des ersten Anlenkpunktes 106.5 eine gegenläufige zweite
Verschiebung des zweiten Anlenkpunktes 106.6 bewirkt wird,
wie dies in 3 und 4 gezeigt
ist. So bewirkt eine gegenkraftfreie erste Verschiebung des ersten
Anlenkpunktes 106.5 und damit der ersten Koppelstange 106.2 nach
oben über den ersten Ausgleichshebel 106.1 eine
gegenläufige zweite Verschiebung der zweiten Koppelstange 106.3 und
damit des zweiten Anlenkpunkt des 106.6 nach unten. Der
Betrag der ersten Verschiebung und der zweiten Verschiebung ist
dabei gleich, während die Richtungen jeweils entgegengesetzt
sind. Gleiches gilt für die zweite Koppeleinrichtung 107.
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Mit
der jeweils symmetrischen Kinematik der beiden Koppeleinrichtungen 106, 107 ergibt
sich im vorliegenden Beispiel wie beschrieben eine Übersetzungsverhältnis
von 1:1 zwischen der ersten Verschiebung und der zweiten Verschiebung.
Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung
gegebenenfalls auch eine beliebige Übersetzung zwischen
der erste Verschiebung und der zweiten Verschiebung vorgesehen sein
kann. Hierüber ist beispielsweise eine Berücksichtigung
der jeweiligen Kinematik der Abstützung der beiden Wagenkästen möglich.
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Durch
diese Kinematik der ersten Koppeleinrichtung 106 und der
zweiten Koppeleinrichtung 107 werden in einfacher Weise
(bezogen auf das Drehgestell 104) gegenläufige
Wankbewegungen zwischen dem ersten Wagenkasten 102 und
dem zweiten Wagenkasten 103 zugelassen, ohne dass es zu
einer nennenswerten Torsion der Torsionswelle 105.3 der Wankstütze 105 kommt.
Folglich lassen die beiden Koppeleinrichtungen 106, 107 derartige
gegenläufige Wankbewegungen der beiden Wagenkästen 102, 103 ohne
weiteres zu, sodass es in diesem Fall zu keiner durch ein Gegenmoment
der gemeinsamen Wankstütze 105 bedingten nennenswerten
Torsionsbelastung der beiden Wagenkästen 102, 103 und
des Drehgestellrahmens 104.4 kommt.
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Dies
ist von besonderem Vorteil, wenn das Fahrzeug 101 einen
Gleisbereich durchfährt, in dem eine Deformation, z. B.
eine Torsion, des befahrenen Gleisstücks, d. h. durch unterschiedliche
Vertikalkoordinaten der Aufstandspunkte der Räder des Fahrzeugs 101 vorliegt.
Eine solche Torsion des Gleises 108 liegt beispielsweise
beim Befahren einer so genannten Gleisüberhöhungsrampe
vor, bei der die Normale der durch die Schienenoberkanten definierten
Gleisebene ausgehend von einer Ausrichtung in Vertikalrichtung im
horizontalen Gleis mit Fortschreiten der Gleisüberhöhungsrampe
eine immer stärkere Neigung zur Vertikalrichtung einnimmt.
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Fährt
das Fahrzeug 101 in seine solche Gleisüberhöhungsrampe
ein, so befindet sich zu einem bestimmten Zeitpunkt das – in 1 nicht
dargestellte – vorlaufende Fahrwerk des ersten Wagenkastens 102 in
einem ersten Gleisabschnitt dessen Normale stärker zur
Vertikalrichtung geneigt ist als die Normale des zweiten Gleisabschnitts,
in dem sich das Drehgestell 104 befindet. Demgemäß ist
das vorlaufende Fahrwerk des ersten Wagenkastens 102 stärker
zur Horizontalrichtung geneigt als das Drehgestell 104.
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Weiterhin
ist die Normale des zweiten Gleisabschnitts, in dem sich das Drehgestell 104 befindet, stärker
zur Vertikalrichtung geneigt als die Normale eines dritten Gleisabschnitts, in
dem sich zu diesem Zeitpunkt das – in 1 nicht
dargestellte – nachlaufende Fahrwerk des zweiten Wagenkastens 103 befindet.
Demgemäß ist das Drehgestell 104 stärker
zur Horizontalrichtung geneigt als das nachlaufende Fahrwerk des
zweiten Wagenkastens 103.
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Von
dem Drehgestell 104 aus betrachtet, prägt eine
an dem vorlaufenden Fahrwerk des ersten Wagenkastens 102 wirkende
Wankstütze dem ersten Wagenkasten 102 eine erste
Wankbewegung (Pfeil 109 in 4) auf,
welche den ersten Wagenkasten 102 auf der Fahrzeuglängsseite,
auf der die erste Koppeleinrichtung 106 liegt, bezüglich
des Drehgestells 104 anhebt, wie dies in den 3 und 4 dargestellt
ist. Demgegenüber prägt die an dem nachlaufenden
Fahrwerk des zweiten Wagenkastens 103 ebenfalls vorgesehene
Wankstütze dem zweiten Wagenkasten 103 eine zur
ersten Wankbewegung gegenläufige zweite Wankbewegung (Pfeil 110 in 4)
auf, welche den zweiten Wagenkasten 103 auf der Fahrzeuglängsseite,
auf der die erste Koppeleinrichtung 106 liegt, bezüglich
des Drehgestells 104 absenkt, wie dies ebenfalls in den 3 und 4 dargestellt
ist.
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Wie
oben beschrieben lassen die beiden Koppeleinrichtungen 106, 107 derartige
gegenläufige Wankbewegungen der beiden Wagenkästen 102, 103 ohne
weiteres zu, sodass es in solchen Fällen der Fahrt über
deformierte Gleisabschnitte zu keinen nennenswerten Torsionsbelastungen
der beiden Wagenkästen 102, 103 und des
Drehgestellrahmens 104.4 kommt.
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Zweites Ausführungsbeispiel
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführung des erfindungsgemäßen
Fahrzeugs 201 ist in 5 dargestellt.
Das Fahrzeug 201 entspricht dabei in seiner grundsätzlichen
Gestaltung und Funktionsweise dem Fahrzeug 101 aus 1,
sodass hier lediglich auf die Unterschiede eingegangen werden soll.
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Der
Unterschied zur Ausführung aus 1 besteht
in der Gestaltung der ersten Koppeleinrichtung 206 und
der identisch ausgeführten – in 5 nicht
dargestellten – zweiten Koppeleinrichtung, während
alle übrigen Fahrzeugkomponenten identisch mit denjenigen
der Ausführung aus 1 sind und daher
mit identischen Bezugszeichen versehen sind.
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Die
erste Koppeleinrichtung 206 umfasst in diesem Beispiel
lediglich einen ersten Hydraulikzylinder 206.7 und einen
zweiten Hydraulikzylinder 206.8. Der erste Hydraulikzylinder 206.7 ist
zum einen in dem ersten Schwenkpunkt 206.4 schwenkbar an dem
freien Ende des ersten Hebels 105.1 der Wankstütze 105 angelenkt.
Zum anderen ist der erste Hydraulikzylinder 206.7 schwenkbar
in dem ersten Anlenkpunkt 206.5 an dem ersten Wagenkasten 102 angelenkt.
Der zweite Hydraulikzylinder 206.8 ist zum einen wiederum
in dem ersten Schwenkpunkt 206.4 schwenkbar an dem freien
Ende des ersten Hebels 105.1 der Wankstütze 105 angelenkt.
Zum anderen ist der zweite Hydraulikzylinder 206.8 schwenkbar
in dem zweiten Anlenkpunkt 206.6 an dem zweiten Wagenkasten 103 angelenkt.
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Die
beiden Hydraulikzylinder 206.7 und 206.8 sind
als einseitig wirkende Hydraulikzylinder aufgebaut, d. h. sie weisen
jeweils nur einen Arbeitsraum 206.9 bzw. 206.10 auf.
Der Arbeitsraum 206.9 des ersten Hydraulikzylinders 206.7 und
der Arbeitsraum 206.10 des zweiten Hydraulikzylinders 206.8 sind über
eine Druckleitung 206.11 gleichsinnig miteinander verbunden.
Diese gleichsinnige Verbindung der Arbeitsräume bewirkt,
dass (bei einem inkompressiblen Hydraulikmedium) keine gleichzeitige
Verkürzung oder Verlängerung der beiden Hydraulikzylinder 206.7, 206.8 möglich
ist. Vielmehr ist (analog zu der ersten Koppeleinrichtung 106)
nur eine gegenläufige Änderung des Abstands des
ersten Anlenkpunkts 206.5 zum ersten Schwenkpunkt 206.4 und des
Abstands des zweiten Anlenkpunkts 206.6 zum ersten Schwenkpunkt 206.4 möglich.
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Mit
anderen Worten wird hiermit also eine zu der Kinematik der ersten
Koppeleinrichtung 106 aus 1 gleichwirkende
Kinematik erzielt, welche die oben beschriebenen Vorteile hinsichtlich
der Wirksamkeit der gemeinsamen Wankstütze 105 bei gleichsinnigen
Wankbewegungen der beiden Wagenkästen 102, 103 und
der zugelassenen gegensinnigen Wankbewegungen zwischen den beiden
Wagenkästen 102, 103 aufweist.
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In
der Druckleitung 206.11 kann zum einen eine Drossel oder
dergleichen vorgesehen sein, um eine Dämpfung der gegensinnigen
Wankbewegungen zwischen den ersten Wagenkasten 102 und
dem zweiten Wagenkasten 103 zu erzielen. Ebenso kann in
der Druckleitung 206.11 eine Pumpeinrichtung oder dergleichen
vorgesehen sein, welche den Füllgrad der Arbeitsräume
der Hydraulikzylinder entsprechend den Vorgaben einer Steuereinrichtung
modifiziert, um eine aktive Einstellung der Wankbewegungen zwischen
den ersten Wagenkasten 102 und dem zweiten Wagenkasten 103 zu
erzielen.
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Die
vorliegende Erfindung wurde vorstehend ausschließlich anhand
von Beispielen mit einer rein mechanischen gemeinsamen Wankstütze
beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung auch in
Verbindung mit beliebigen anderen Wankstützen zum Einsatz
kommen kann, die nach beliebigen anderen Wirkprinzipien oder Kombinationen
von Wirkprinzipien arbeiten. Insbesondere können als gemeinsame
Wankstütze des ersten und zweiten Wagenkastens natürlich
auch hydraulische Wankstützen zum Einsatz kommen, bei denen
auf beiden Längsseiten des Fahrzeugs beidseitig wirkende
Hydraulikzylinder zum Einsatz kommen, deren Arbeitsräume gegensinnig
miteinander verbunden sind.
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Die
vorliegende Erfindung wurde vorstehend ausschließlich anhand
von Beispielen für Schienenfahrzeuge beschrieben. Es versteht
sich weiterhin, dass die Erfindung auch in Verbindung mit beliebigen anderen
Fahrzeugen zum Einsatz kommen kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1075407
B1 [0004]
- - DE 4311521 C1 [0006]