DE19912144C1 - Schienenfahrzeug mit einem strömungsgünstigen Endteil - Google Patents

Abstract

Bei einem Schienenfahrzeug für hohe Fahrgeschwindigkeiten ist im Bereich zwischen einem Mittelteil 4 und einem sich konisch verjüngenden Endteil 2 eine Luftströmungsabrißvorrichtung 6 vorgesehen, um die Fahrstabilität des am Zugende laufenden Wagens zu erhöhen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.

Es ist bei Schienenfahrzeugen für hohe Fahrgeschwindigkeiten ganz allgemein bekannt, den in Fahrtrichtung vorn liegenden wie den hinteren Endteil des Zuges strömungsgünstig auszubilden, wobei sich das jeweilige Fahrzeuggehäuse im Querschnitt zum freien Ende hin verjüngt. Die übrigen Teile des Fahrzeuggehäuses weisen demgegenüber über ihre verbleibende Länge einen weitgehend gleichen Querschnitt auf. Derart ausgebildete Schienenfahrzeuge können bei gleichen Fahreigenschaften in beiden Fahrtrichtungen betrieben werden. Im Betrieb zeigt es sich, daß instabile Laufverhältnisse am hinteren Zugteil auftreten können, welche in Zusammenhang mit instationären aerodynamischen Kräften stehen.

Aus der DE 88 06 085 U1 ist eine Luftströmungsabriß-Vorrichtung in Form eines schwenkbaren, aus elastomerem Werkstoff gebildeten Flächengebildes einer Strömungsleitfläche bekannt, das eine pneumatische oder hydraulische Betätigungseinrichtung aufweist, mittels derer es um eine parallel zu einer seiner Längskanten verlaufende Schwenkachse zwischen zwei stabilen Endstellungen hin- und herschwenkbar ist.

Ein gattungsgemäßes Schienenfahrzeug ist aus der DE-OS 22 12 952 bekannt, dessen Fahrzeuggehäuse an den beidseitigen Kopfenden stromlinienförmige sich verjüngende Endteile aufweist. Am Übergang vom Mittelteil des Fahrzeuggehäuses zu den Endteilen befindet sich eine Luftströmungsabriß-Vorrichtung, die eine Vielzahl von radial nach außen in eine Funktionsstellung ausstellbaren Klappblechen aufweist. Diese Reihe von Klappblechen befindet sich in einer senkrecht zur Fahrzeuglängsachse stehenden Ebene und sind jeweils um eine gegenüber der Fahrzeuglenkachse geneigten Achse schwenkbar am Fahrzeuggehäuse gelagert. Sie stehen mit einer Antriebsvorrichtung in Antriebsverbindung. In ihrer deaktivierten Abschlußlage liegen die einzelnen Klappflächen in angepaßten Vertiefungen der Fahrzeugmantelfläche.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, bei einem Schienenfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 Maßnahmen zu treffen, durch welche ein vereinfachter Aufbau einer Luftströmungsabriß-Vorrichtung ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird durch ein Schienenfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei einer Ausgestaltung eines Schienenfahrzeugs mit einer Luftströmungsabrißvorrichtung am hinteren Ende des Zuges wird eine instationäre Umströmung des Fahrzeughecks verhindert. Insbesondere erzwingt die Luftströmungsabrißvorrichtung einen Strömungsabriß am Heck entlang einer definierten Linie. Die ansonsten bei schlanken, glatten Fahrzeughecks auftretende Fluktuation der Ablösestelle führt zu zeitlich wechselnder asymmetrischer Wirbelablösung, was wiederum zu schwankenden lateralen Kräften auf das Fahrzeugheck und damit zur Schwingungsanregung führen kann.

Damit eine möglichst geringe Höhe der Abrißkante genügt, ist es ratsam, diese kurz vor (stromauf) oder sogar in den Bereich der zeitlich gemittelten Ablösung an der Heckform ohne Abrißkante zu plazieren. Auf diese Weise kann durch eine relativ kleine Modifikation der Grenzschichtströmung über der Heckoberfläche das zeitliche Verhalten von großen Strömungsbereichen kontrolliert werden. Falls aus baulichen Gründen die Abrißvorrichtung weiter vorne (stromauf) angebracht werden muß, ist die Höhe der Abrißkante entsprechend zu vergrößern. Die Höhe der Strömungsabrißkante kann auch veränderbar sein, beispielsweise in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit. Die Luftströmungs­ abrißvorrichtung wird vorzugsweise unmittelbar an der Mantelfläche des Endteils vorgesehen, so daß sie in das Fahrzeuggehäuse integriert werden kann. Dabei kann sich die Luftströmungsabrißvorrichtung nach Art eines Bandes in einer Umfangsrichtung des Endteils zumindest über einen Teil der Mantelfläche erstrecken. Insbesondere ist die Luftabströmvorrichtung symmetrisch an Seitenwandabschnitten und im Dachbereich des Endteils angeordnet. Die Luftströmungsabrißvorrichtung kann in einer Ebene liegen, die senkrecht zur Fahrzeuglängsachse steht. Vorzugsweise ist die Ebene jedoch geneigt, so daß der Beginn des gezielten Strömungsabrißes an unterschiedlichen Längsbereichen des Fahrzeuggehäuses beginnt.

Als aktives Element weist die Luftströmungsabrißvorrichtung vorzugsweise einen bandförmigen Abrißsteg auf, der auch aus mehreren Einzelstücken bestehen kann und an seinem zum mittleren Teil des Fahrzeuggehäuses gerichteten Längsseitenrand flächenbündig an die angrenzende Mantelflächenwandung des Fahrzeuggehäuses anschließt. Der parallel dazu gerichtete Längsseitenrand, welcher im wesentlichen zum Ende des Endteils hinweist, steht in seiner Funktionsstellung radial nach außen über die benachbarte Mantelflächenwandung hinaus, so daß die geforderte erhöhte Abrißkante entsteht.

Um das Schienenfahrzeug in zwei Fahrrichtungen betreiben zu können, kann die Strömungsabrißvorrichtung unwirksam gesteuert werden, wenn der damit ausgestattete Endteil als vorausfahrender Kopfteil genutzt wird. Hierzu ist die Strömungsabrißvorrichtung mit einer Antriebsvorrichtung ausgestattet, welche mit dem Abrißsteg gekuppelt ist und denselben bei Bedarf flächenbündig in die Mantelfläche des Fahrzeuggehäuses zurückstellt. Hierzu kann in der Mantelfläche des Fahrzeuggehäuses eine angepaßte Nut vorgesehen werden, in welche nicht nur der Abrißsteg flächenbündig eintauchen kann, sondern die auch die Antriebsvorrichtung aufnimmt. Dabei handelt es sich vorzugsweise um einen flexiblen Schlauch, der einerseits in der Nut und andererseits mit dem Abrißsteg fest verbunden ist sowie an eine steuerbare Druckmittelquelle angeschlossen ist. Durch Aufpumpen des Schlauches kann dann der einseitig am Fahrzeuggehäuse gehaltene und insbesondere mit einem Scharnier versehene bzw. in sich flexible Abrißsteg in seine Funktionsstellung als Abrißkante ausgestellt oder bei Anwendung von Unterdruck flächenbündig in die Gehäusekontur zurückgestellt werden. Diese Stellung wird insbesondere dann angesteuert, wenn bei einer Umkehrung der Fahrtrichtung das bis dahin verwendete Endteil als vorausfahrender Kopfteil genutzt wird. Die in Fahrtrichtung geforderte ungestörte Stromlinienform des Fahrzeuggehäuses ist dann gewährleistet. Zur Erzielung eines flächenbündigen Übergangs zwischen der Mantelflächenwandung und dem Abrißsteg sind die Längsränder der für den Antrieb vorgesehenen Nut stufig entsprechend der Materialstärke des Abrißsteges abgesetzt.

Bei einer Herstellung des Abrißsteges aus unflexiblem Material ist es zweckmäßig, denselben aus mehreren Teilstücken zu bilden. Dabei brauchen die einzelnen Teilstücke nicht unmittelbar aneinander anzuschließen, nachdem die vorzeitige Anregung von kleinen Wirbeln zur gezielten Unterstützung der Strömungsablösung vom Endteil auch an Teilstrecken der Mantelfläche zu ausreichenden Ergebnissen führen kann.

Durch die Anbringung einer steuerbaren Luftströmungsabrißvorrichtung, die unmittelbar in die Karosserieoberfläche des Fahrzeuggehäuses integriert ist, können somit die Strömungsverhältnisse je nach Zuglaufrichtung mit einfachen Mitteln optimiert werden. Dadurch werden instabile Laufeigenschaften am jeweiligen Zugende bei hohen Geschwindigkeiten vermieden, die sich sonst aus einer instationären Wirbelablösung am sich verjüngenden Fahrzeugendteil einstellen können.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Skizzen zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Schienenfahrzeug im Bereich eines Endteils in Seitenansicht mit integrierter Luftströmungsabrißvorrichtung,

Fig. 2 eine Querschnittsdarstellung im Bereich der Luftströmungsabrißvorrichtung,

Fig. 3 eine Ansicht nach Fig. 2 bei deaktivierter Luftströmungsabrißvorrichtung,

Fig. 4 die Querschnittsdarstellung der Luftströmungsabrißvorrichtung in abgewandelter Ausführung und

Fig. 5 die Anordnung nach Fig. 4 in deaktivierter Lage.

Bei einem Schienenfahrzeug verjüngt sich das Fahrzeuggehäuse 1 im Bereich eines Endteils 2 stromlinienförmig zum Zugende hin. Der Endteil 2 ist mit einem Fahrerstand ausgestattet, der mit Fenstern 3 im Dach-Front-Bereich versehen ist. Der übrige, zur Zugmitte hin gerichtete Mittelteil 4 des Fahrzeuggehäuses weist über seine Länge im wesentlichen eine gleichbleibende Querschnittsfläche auf. Das Fahrzeuggehäuse 1 wird von Schienenrädern 5 getragen.

Kommt ein in dieser Weise aufgebautes Schienenfahrzeug am Ende eines mit hoher Geschwindigkeit fahrenden Zuges zum Einsatz, dann besteht die Gefahr, daß sich die Fahrluftströmung aufgrund der aerodynamischen Gestaltung des Endteils 2 sehr lange an der sich verjüngenden Kontur hält und sich erst sehr spät und konzentriert an unterschiedlichen Stellen im stark verengten Querschnittsbereich des Endteils 2 von dessen Mantelfläche löst. Um die dadurch wechselhaft unsymmetrisch über die Mantelfläche des Endteils verteilt auftretenden, sehr heftigen Verwirbelungen der Luftströmung zu vermeiden, ist im Übergangsbereich zwischen dem Mittelteil 4 und dem sich im Querschnitt verjüngenden Endteil 2 eine Luftströmungsabrißvorrichtung 6 vorgesehen.

Die Luftströmungsabrißvorrichtung 6 erstreckt sich vorliegend in symmetrischer Ausgestaltung über die beiden nach oben laufenden Seitenwände und den dazwischen liegenden Bereich der Dachwandung 7. Die Luftströmungsabrißvorrichtung 6 ist unmittelbar an die Mantelfläche des Endteils 2 angesetzt. Die Luftströmungsabrißvorrichtung 6 weist eine Strömungsabrißkante 8 auf, die gegenüber der benachbarten Mantelfläche des Endteils 2 erhaben ist. Die bandartig ausgebildete Luftströmungsabrißvorrichtung 6 liegt dabei am Außenrand einer Querschnittsebene des Fahrzeuggehäuses 1, die von unten nach oben zum Mittelteil 4 des Fahrzeuggehäuses 1 hin geneigt ist, so daß die unteren Abschnitte näher am freien Ende 9 des Endteils 2 liegen, als der mittlere, dem Dachbereich 7 zugeordnete Abschnitt.

Die Luftabströmvorrichtung 6 weist einen Abrißsteg 10 auf, der als ausreichend elastisches Band ausgebildet ist und sich über die Seitenwände und den Dachbereich 7 des Endteils 2 in der oben erwähnten geneigten Querschnittsebene erstreckt. An seinem zum Mittelteil 4 des Fahrzeuggehäuses 1 hinweisenden Seitenrand 11 schließt der Abrißsteg 10 flächenbündig an die benachbarten Mantelflächen des Fahrzeuggehäuses 1 bzw. des Endteils 2 an. Der gegenüberliegende, zum Ende 9 hin weisende und die Strömungsabrißkante 8 bildende Seitenrand des Abrißsteges weist in seiner in den Fig. 1, 2 und 4 dargestellten Funktionslage senkrecht zum jeweils benachbarten Mantelflächenabschnitt, der in den Fig. 2 bis 5 für den Dachbereich 7 dargestellt ist, einen vorgegebenen Abstand auf. Die gemäß den Fig. 1, 2 und 4 somit gegenüber der Mantelfläche 7.2 radial ausgestellte Abrißkante 8 bewirkt bei schneller Fahrt des Schienenfahrzeugs eine Verwirbelung der bis dahin weitgehend laminaren Luftströmung bereits am Übergang vom normal konfigurierten Mittelteil zum sich verjüngenden Endteil 2. Dabei genügt eine Höhe der Abrißkante 8, die zu einer Anregung einer Verwirbelung in der mantelflächennächsten Schicht ausreicht und zur Verwirbelung weiter außen liegender Luftschichten beiträgt. Die Ablösung der Luftströmung vom Endteil wird so über die gesamte Länge des Endteils 2 möglichst gleichmäßig verteilt.

Die Stufenhöhe der Abrißkante 8 gegenüber der Mantelfläche 7.2 kann beispielsweise abhängig von der Fahrgeschwindigkeit oder von der Fahrrichtung veränderbar sein. Hierzu ist die Luftströmungsabrißvorrichtung 6 mit einer Antriebsvorrichtung 12 ausgestattet, die vorliegend nach Art eines aufpumpbaren Schlauches ausgebildet ist. In die Mantelfläche des Fahrzeuggehäuses 1 bzw. des Endteils 2 ist hierfür eine Nut 13 eingeformt, welche die Antriebsvorrichtung 12 aufnimmt. Der Schlauch der Antriebsvorrichtung 12 stützt sich dabei einerseits in der Nut ab und ist andererseits mit der Innenseite des Abrißsteges 10 verbunden. Dabei ist der Abrißsteg 10 an seinem der Abrißkante 8 gegenüber liegenden Längsseitenrand 11 gegenüber der benachbarten Mantelfläche des Fahrzeuggehäuses 1 festgelegt und zumindest im benachbarten Bereich in sich biegeelastisch oder mit einer Scharniervorrichtung versehen. Durch Aufpumpen des Schlauchs der Antriebsvorrichtung 12 läßt sich der Abrißsteg 10 nach Bedarf kippen und so die Stufenhöhe der Abrißkante 8 verändern. Wird dabei der Druck im Schlauch der Antriebsvorrichtung 12 vermindert oder mit Unterdruck beaufschlagt, dann wird der Abrißsteg 10 an die Kontur des Fahrzeuggehäuses herangezogen, wie es die Fig. 3 und 5 zeigen. In dieser deaktivierten Stellung ist die Strömungsabrißvorrichtung 6 unwirksam. Das Schienenfahrzeug kann demgemäß in umgekehrter Fahrtrichtung mit dem Endteil 2 als Kopfstück in Fahrtrichtung voraus betrieben werden, ohne hierbei durch die Luftströmungsabrißvorrichtung störende Strömungsverhältnisse zu erzeugen. Um hierbei den stufenfreien Übergang zu erzielen, ist die Mantelwand 7.2 in einer Stufe 14 analog der Nut 13 abgesetzt, wobei die Höhe der Stufe 14 der Materialstärke der Abrißkante 8 angepaßt ist. In entsprechender Weise ist auch der gegenüberliegende Längsseitenrand 11 des Abrißsteges 10 gemäß den Fig. 2 und 3 in einen entsprechenden Stufenabsatz 15 eingefügt, nachdem dieser Längsseitenrand 11 den benachbarten Mantelwandabschnitt 7.1 übergreift.

Bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 4 und 5 ist dagegen der Abrißsteg 10 integraler Bestandteil des Schlauchs der Antriebsvorrichtung 12 und materialeinheitlich mit demselben verbunden. Dabei ist der mit dem Längsseitenrand 11 verbundene Teil des Schlauches mit vergrößerter Wandstärke ausgestattet, die zur Abrißkante 8 hin kontinuierlich abnimmt. Dadurch wird eine ausreichende Steifigkeit des Abrißsteges 10 und ein kontinuierliches Auskippen beim Aufpumpen des Schlauches erreicht. Ein Übergriff des Abrißsteges 10 auf die benachbarte Mantelwand 7.1 ist dabei nicht erforderlich.

Claims (5)

1. Schienenfahrzeug mit einem sich stromlinienförmig verjüngenden Endteil eines Fahrzeuggehäuses, dessen Querschnittsfläche über die übrige Gehäuselänge zumindest weitgehend gleich ist, wobei dem Endteil eine Luftströmungsabrißvorrichtung zugeordnet ist, welche mittels einer Antriebsvorrichtung aus einer radial nach außen ausgestellten Kipplage (Funktionsstellung) in eine flächenbündig mit der benachbarten Wandung des Fahrzeuggehäuses abschließende deaktivierte Abschlußlage stellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Luftströmungsabrißvorrichtung (6) in einer Umfangsrichtung bandartig zumindest über einen Teil der Mantelfläche des Fahrzeuggehäuses (1) oder unmittelbar an der Mantelfläche des Endteils (2) erstreckt, daß die Luftströmungsabrißvorrichtung (6) flexibel ausgebildet ist und einen Abrißsteg (10) aufweist, der an seinem zum Mittelteil (4) des Fehrzeuggehäuses (1) gerichteten Längsseitenrand (11) flächenbündig an die angrenzende Mantelflächenwandung des Fahrzeuggehäuses (1) anschließt und dessen zum Ende (3) des Endteils (2) gerichteter Längsseitenrand als Strömungsabrißkante (8) in Funktionsstellung radial nach außen gestellt ist und die zugeordnete angrenzende Mantelflächenwandung (7.2) des Fahrzeuggehäuses (1) überragt und daß der Abrißsteg (10) zumindest im Bereich seines zum Mittelteil (4) des Fahrzeuggehäuses (1) gerichteten Längsseitenrandes (11) schwenkbar am Fahrzeuggehäuse (1) gehalten ist sowie mit der Antriebsvorrichtung (12) verbunden ist.

2. Schienenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftströmungsabrißvorrichtung (6) an Seitenwandabschnitten und im Dachbereich am Übergang zwischen dem Mittelteil (4) und dem Endteil (3) des Fahrzeuggehäuses (1) angeordnet ist.

3. Schienenfahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftströmungsabrißvorrichtung (6) am Außenrand einer Querschnittsebene des Fahrzeuggehäuses (1) angeordnet ist, die von unten nach oben zum Mittelteil (4) des Fahrzeuggehäuses (1) hin geneigt ist.

4. Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftströmungsabrißvorrichtung (6) einer in der Mantelfläche des Fahrzeuggehäuses (1) vorgesehenen Nut (13) zugeordnet ist.

5. Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung (12) ein flexibler Schlauch ist, der einerseits in der Nut (13) und andererseits mit dem Abrißsteg (10) fest verbunden sowie an eine steuerbare Druckmittelquelle angeschlossen ist.