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Zugeinheit mit gegenüber dem Wagenkasten räumlich verschiebbarem
Fahrwerk Die Erfindung bezieht sich auf eine Zugeinheit, gebildet aus einem Fahrwerk
und einem auf diesem über räumlich verschiebbare Mittel abgestützten Wagenkasten,
wobei der Wagenkasten vorzugsweise als biegesteife Röhre ausgebildet und das Fahrwerk
der Zugeinheit an einem sich in Wagenlängsrichtung erstreckenden, biege- und verwindungaweichen
Biegestab angebracht ist.
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Bei Zugeinheiten mit biegesteifen Wagenkästen, die zum Tragen und
Führen Magnetfeldführung oder Luftkissenführung haben und deren Antrieb beispielsweise
durch Linearmotor erfolgt, ist es erforderlich, das Laufwerk über die ganze Länge
der Zugeinheit mit bisher ungewöhnlich engen Toleranzen gegenüber der Fahrbahn zu
führen, damit sowohl die Laufeigenschaften der Zugeinheit als auch der Wirkungsgrad
des Linearmotors optimal werden.
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Es st bei einer Zugeinheit für Schienenfahrzeuge bekannt, die Radsätze
oder die Achsen von Losrädern biegesteif mit einem ein- oder mehrteiligen Biegestab
zu verbinden, um in Gleiskrümmungen eine Radialstellung der Radachsen au rsielen.
Bei diesem Schienenfahrzeug sind di. Radeätze bzw. die
Achaen der
Losräder biegesteif mit dem Biegestab verbunden.
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Bei der Ausführung mit herkömmlichen Radsätzen sind wischen diesem
und dem Biegestab beidseitig des Stabes Tragarme vorgesehen, die die senkrechte
Einstellung des Radsatzes gegenüber dem Stab bewirken. Bei der Ausführung mit Losrädern
hingegen sind deren Achsen fest mit dem Biegestab verbunden. Der Wagenkasten ist
gegenüber dem Laufwerk bei beiden Ausführungsarten über herkömmliche Stahlfedern
abgefedert. Wenn auch mittels dieses Biegestabes eine Radialführung der Radachsen
ermöglicht wird, ao ist dennoch störend, daß zur Verformung des Biegestabes die
von den Rädern ausgehenden Führungskräfte dienen müssen, die Je nach Dimensionierung
des Biegestabes sehr erheblich sind und daher den Radreifen- bzw. Schienenverschleiß
fördern. Ferner haben in Fahrbahnkrümmungen die Laufwerke an den Enden der Zugeinheit
die Tendenz, außen anzulaufen, während die Laufwerke in der Mitte innen anlaufen.
Da schließlich beim Schienenfahrzeug mit Spurkanalbreiten zwischen etwa einem und
vier cm zu rechnen ist, weicht die Mittellinie des Teillaufwerkes als Folge vorgenannter
Tendenz auch bei einwandfreier Radreifenkontur mehr als für schnellfahrende, moderne
Fahrzeuge zu lässig, von der Fahrbahnmittellinie ab.
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(Schweiz. Patent 315 790).
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Es ist ferner ein Schienenfahrzeug zum Transport schwerer Lasten bekannt,
bei dem mittels hydraulischer Zylinder die Laufwerke gegenüber der starren Lastbrttcke
echwenk- und/oder horizontal verschiebbar sind. Bei dienen Schienenfahrzeug ist
eine Steuereinrichtung zur willkürlichen Horizontalverschiebung der Brückenmitte
gegenüber den Laufwerkmitten vorgesehen. Auch bei diesem Fahrzeug sind beliebige
Stellungen der Laufwerke innerhalb der durch die Spuriznalbreite gesetzten Grenzen
ndalich, was für modern, schnell fahrende Fahrzeuge mit engen Toleranzen innerhalb
der Spurkanalbreite untragbar ist. (Deutsches Patent 1 251 791).
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Außerdem sind Luftkissenfahrzeuge bekannt, die sowohl zur vertikalen
Abstatoun4«als auch zur horizontalen Führung gegenüber im wesentlichen vertikalen
Führungeflächen zwei oder mehrere Luftkissensysteme haben. Bei dieaen Fahrzeugen
bilden Wagenkasten und Fahrwerk eine starre Einheit, wobei der Fahrzeugkörper auf
einer Fahrbahn mit lotrechtem Führungssteg aufgesattelt ist. Zum Tragen und Pühren
des Fahrzeugkörpera sind Luftkissen vorgesehen, die einen vorgegebenen Abstand des
Fahrzeugkörpers zur Fahrbahn aufrechterhalten sollen. Da die Luftkiseen bei Fahrzeugen
der geechilderten Art gleichzeitig zur Federung und Führung in der Fahrbahn dienen,
ist es unvermeidlich, daß die Spaltbreite zwischen Fahrbahn und der entsprechenden
Fahrzeugfläche sich während der Fahrt ständig verändert, was nicht nur die Anwendung
von Antriebsarten, wie z.B. Linearmotoren erschwert, sondern ganz allgemein ungünstigen
Einfluß auf den Lauf von Fahrzeugen hat, die erheblich schneller als die bisher
bekannten Fahrzeuge fahren. (Revue Générale des Chemine de Fer, vom September 1966,
Seite 571 bis 575).
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Weiterhin sind Zugeinheiten mit Magnetfeldführung bekannt, bei denen
der Wagenkasten über Magnetfelder auf der Fahrbahn abgestützt iet. Die Magnete für
den Aufbau der Magnetfelder sind dabei zum Teil am Fahrzeug und zum Teil an der
Fahrbahn vorgesehen und derart ausgebildet, daß das Fahrzeug mit geringem Abstand
über der Fahrbahn schwebt. Bei diesen Zugeinheiten sind die Magnete an mit dem Wagenkasten
verbundenen Pahrwerken vorgesehen, wobei Wagenkasten und Fahrwerk eine starre Einheit
bilden. Bei diesem Fahrzeug wird ee als schwierig empfunden, die Magnete des Wagenkastens
mit den Magneten der Fahrbahn in allen Phasen des Streckenverlaufee deckungsgleich
zu führen, weil der Wagenaufbau infolge seiner starren Bauweise sich dem Krümmungaverlauf
nicht mit konstant bleibenden Abstand von der Fahrbahn anpassen kann.
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(Progressive Railroading, Mai/Juni 1967, Seiten 57 bis 61).
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Hier setzt nun die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde
iiegt,
die Zugeinheit der eingangs genannten Aert dahingeh@nd weiterzubilden, daß unabhängig
vom Streckenverlauf ein gleichbleibender Spalt zwischen Fahrbahn und Fahrwerk sowie
auch zwischen Fahrwerkslängsachse und Fahrbahnlängsachse erhalten bleibt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Biegestab
über eine Anzahl von, ihn räumlich verformenden und sich uowohl gegen den Biegestab
als auch gegen den Wagenkasten direkt oder indirekt abstützenden, an sich @eka@@@@en
Druckmitteln mit dem Wagenkasten verbunden ist, und daß diese Druckmittel von einer
Regeleinrichtung entsprechend dem Verlauf der Fahrbahn betätigbar sind.
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Durch diese erfindungsgemäßen Maßnahmen wird erreicht, daß die d@@
Fahrbahn zugekehrten Partien des Fahrwerkes unabhangig von Bögen, Überhöhungen und
Verwindungen standig in dem gewünschten, konstanten Abstand von der Fahrbahn verbleiben.
Hierbei gleichen die räumlich verschiebbaren Druckmittel zwischen dem als biegesteife
Rohre ausgebildeten Wagenkasten und dem Biegestab einerseits sowie zwischen diesem
und dem Fahrwerk andererseits die über die Länge der Zugeinheit verschiedenen Abstände
in Abhängigkeit von der Regeleinrichtung aus. Die für die Führung wesentlichen Teile
des Fahrwerkes schmiegen sich in jedem betrac@-teten Fahrbahnquerschnitt unabhängig
vom steifen Wagenkasten im gewunschten Abstand von de@ Fahrbahn deren jeweiligem
Verlauf an.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besteht das Fahrwerk
aus dem Biegestab und einer Anzahl an diesem ange@@hl@@@@ener Querteile und jedes
Querteil weist minde@ stens eine Ausnehmung für die Aufnahme der horizontal wir@
kenden sowie Stützflächen für die Abstutzung de@ vertikal wirkendes druckmittel
auf.
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Die Abfgliederung des Blegestabes in entsprechende Teilfunktionen
erleichtert die konstruktive Durchbildung des Fahrwerkes. ner eigentliche Biegestab
ist im Hinblick auf die gewünschte Biegecharakteristik dimensioniert, während ale
Querteile wo gestaltet sind, daß sie einerseits die für die Fahrzeugführung vorgesehenen
Flächen und andererseits Aufnahmen für die zur räumlichen Verformung des Biegestabes
dienenden Druckmittel haben.
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In weiterer Ausgestaltung dieses Erfindungsgedankens bilden die Ausnehmungen
der aneinandergereihten Querteile eine nach ottttn o@f@ne Rinne, wobei in dieser
Rinne die horizon tal wirkenden Druckmittel und ein mit dem Wagenkasten verbundener
und zwischen diese Druckmittel in die Rinne tau-@chender Steg vorgesehen sind.
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lift weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, die vertikal wirkendeil
Druckmittel zwischen Wagenkasten und den Querteilen vorzllsehen und mittels Leitungen
mit der Regeleinrichtung zu verbinden. Dadurch sind die Druckmittel für Inspektion
und Wartung gut zugänglich. Die Regeleinrichtung regelt beim Durchfahren von Krümmungen
über die Druckmittel die in lotrechter sowie in senkrechter Längsebene örtlich unterschiedlichen
Abstände zwischen Wagenkasten uni den einzelnen Querteilen auf einfache Weise ein.
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Die Druckmittel sind gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung über
Gelenke an den Teilen der Zugeinheit angeschlossen. Dadurch können die Druckmittel
ohne Zwängung auf die entsprechenden Teile wirken.
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Auch konnen erfindungsgemäß die Druckmittel als hydrauliecho Zylinder,
hydraulische Bälge oder Luftfederbalge ausgebildet sein. Es ist auch möglich, diese
als hydropneumatische Druckmittel auszubilden. Die Hydraulik gewährleistet
beispielsweise
eine besonders feinfühlige, schnelle Regelung des Systems.
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Für den Fall, daß den Druckmitteln gleichzeitig Federungsaufgaben
uebertragen werden, sind diese Druckmittel als pneumatische Bälge ausgeführt. Analog
können die hydraulisch betätigten Druckmittel durch Einschalten der hydropneumatischen
Glieder auch zur Federnng mit herangezogen werden.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung des Erfindungsgedankens dienen
der räumlichen Verformung des Biegestabes von den räumlich verschiebbaren Druckmitteln
die horizontal angeordneten der horizontalen, die vertikal angeordneten der vertikalen
Verformung des Biegestabes.
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Wieder eine weitere Ausführungsform der Erfindung besteht darin,
für die Regelung der Druckmittel eine fahrbahnbogenabhängig wirkende Einrichtung
vorzusehen. Hierdurch wird in Fahrbahnkrümmungen der Wagenkasten der Zugeinheit
gegenüber dem Fahrwerk so eingestellt, daß für Fahrgäste die aus dem schnellen Durchfahren
von Krümmungen resultierenden Fliehkraftüberschüsse weniger spürbar werden.
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In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung-schematisch
dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Zugeinheit, geschnitten
in der Ebene eines Satzes der den Biegestab räumlich verformenden Druckmittel, wobei
diese als hydraulisch wirkende Druckmittel dargestellt sind, Fig. 2 einen Ausschnitt
aus Fig. 1, wobei an Stelle der hydraulischen Druckmittel rechts der lotrechten
Längsmittellinie des Fahrzeuges hydraulische und Iink-s davon pneumatische Bälge
dargestellt sind, Fig. 9 einen Schnitt in Ebene 1-1 der Fig. 1, Fig. 4 eine Seitenansicht
auf die Zugeinheit in ebenem
Fahrbahnabschnitt mit vergrößert dargestelltem
Biegestab und Druckmitteln und Fig. 5 eine Seitenansicht auf die Zugeinheit gemäß
Fig. 4 in gekrümmtem Fahrbahnabschnitt.
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Rei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 wird die Zugeinheit im wesentlichen
von einem als biegesteife Röhre ausgebildeten Wagenkasten 2 und einem, sich in Wagenlängerichtung
erstreckenden Biegestab 1 gebildet, wobei dieser über eine Anzahl ihn direkt oder
indirekt gegenüber dem Wagenketten räumlich verformenden und an den Fahrzeugteilen
räumlich bewegbar angebrachten Druckmitteln 3,4 mit dem Wagenkasten verbunden ist.
Je nach Ausbildung der Zugeinheit k?innen die Druckmittel 3, 4 entweder direkt zwischen
Biegestab 1 und Wagenkasten 2 oder indirekt zwischen dem Wagenkasten und Querteilen
9, die am Biegestab angebracht sind, vorgesehen sein. Die im wesentlichen in vertikaler
bzw. horizontaler Richtung wirkenden Druckmittel 3, 4 werden durch eine, an sich
bekannte, in der Zeichnung nicht dargestellte Regeleinrichtung so geregelt, daß
an allen führenden Flächen 14, 15 des Fahrwerkes die Abstände a wischen Fahrbahnebene
II-II und Fahrwerk bzw. die Abstände b zwischen den Ebenen III-III jeweils konstant
sind. An Stelle der beiden dargestellten Ebenen III-III kann auch eine einzige,
ideelle Führungsebene treten. Da sich das Fahrwerk den KrUmmungen und Verwindungen
der Strecke mit konstanten Abständen a bzw. b anschmiegt und da ferner der Wagenkasten
2 der Zugeinheit biegesteif ist, sind die Abstände c und d bzw. e und f zwischen
Wagenkasten 2 und dem Fahrwerk variabel. .e gewünschte Stellung des Wagenkastens
2 wird gemäß der Erfindung durch nie Druckmittel 3 und 4 in Abhangigkeit vom Regelwert
der Regeleinrichtung eindeutig eingeregelt. Bei Anwendung vor als hydraulische Zylinder
ausgeführten Druckmitteln 3 wird 4 können alternativ zwecks Abfederung des Wagenkastens
2 vorzugsweise zusätzliche,
jedoch in der Zeichnung nicht dargestellte
Federmittel vorgesehen sein, die der Abfederung des Wagenkastens in lotrechter und
waagerechter Richtung dienen. Diese Federmittel können den Druckmitteln 3, 4 nachgeschaltet
sein.
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Als federndee Element können im System auch hydropneumatisehe Glieder
eingeschaltet sein.
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Aus Fig. 3 ist zu ereehen, daß das Fahrwerk derart ausgebildet sein
kann, daß an dem in Längsrichtung der Zugeinheit verlaufenden Biegeetab 1 eine Anzahl
mit diesem verbundener, aneinander gereihter Querteile 9 angebracht ist Diese Aufgliederung
des Fahrwerkes erlaubt es, den Biegestab 1 im Hinblick auf die räumliche Verformbarkeit,
die Querteile 9 hingegen eo auszubilden, daß eie die Flächen 14, 15 zur Pahrzeugführung
sowie Aufnahmen für die Druckmittel 3, 4 haben. Zur Erleichterung der Anordnung
der horizontal wirkenden Druckmittel 4 ist mindestens eine Ausnehmung 10 in den
Querteilen 9 vorgesehen. Nach diesem Ausführungsbeispiel bilden die Querteile 9
und somit deren Ausnehmungen 10 eine nach oben offene Rinne, in die ein am Wagenkasten
2 angebrachter Steg 12 ragt, an dem die horizontal wirkenden Druckmittel 4 angreifen.
Aus konstruktiven ründen ist es vorteilhaft, die vertikal wirkenden Druckmittel
3 in eine horizontale Wirkebene zu legen; diese Druckmittel werden über Leitungen
mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Regeleinrichtung verbunden.
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Um fiir die Fahrgäste den bei schnellfahrenden Fahrzeugen evtl. infolge
nicht genügender Fahrbahnüberhöhung verbleibenden Fliehkraftüberschuß weniger spürbar
werden zu lassen, wir gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen,
die Regeleinrichtung so auszugestalten, daß eie zusätzlich fahrbahnbogenabhängig
regelt, wodurch der Wagenkasten 2 stärker nach Bogeninnenseite als das Fahrwerk
geneigt wird. Analog lassen sich auch Fliehkraftüberschüsse beim Uberfahren von
Kuppen bzw. Senken ausregeln.
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Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungabeispiel der Erfindung. Danach
können an Stelle der Druckmittel 3, 4 nach Fig. 1 zwecks leichterer räumlicher Verschiebbarkeit
auch hydraulische Bälge 5, 6 (rechts der senkrechten Mittellinie dargestellt), oder,
wenn den Druckmitteln auch direkt Federungsaufgaben übertragen werden sollen, pneumatische
Bälge 7, 8 (links der Mittellinie dargestellt) treten.
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Die Erfindung ist nicht nur auf diese Ausfiihrungsbeispiele begrenzt.
Es liegt also auch im Rahmen der Erfindung die Ausnehmung 10 der Querteile 9 nach
unten offen auszuftihren.