DE10161166A1

DE10161166A1 - Rahmengestell für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE10161166A1
Application number: DE10161166A
Authority: DE
Inventors: Georg Gutermuth; Wolfgang Waldi
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Priority date: 2001-12-13
Filing date: 2001-12-13
Publication date: 2003-06-18

Abstract

Die bis jetzt bekannten Rahmengestelle von Fahrzeugen sind so ausgelegt, dass sie vier Unterstützungspunkte aufweisen. Bei Autos oder Zügen werden diese durch die Räder gebildet. Eine Konstruktion, bei der alle vier Unterstützungspunkte in einer Ebene liegen, ist jedoch instabil. Dieser Nachteil wird bei dem erfindungsgemäßen Rahmengestell (1) dadurch umgangen, dass dieses aus zwei flächigen Bauelementen (2, 3) zusammengebaut wird, die beispielsweise die Form von Dreiecken aufweisen. Die Bauelemente (2, 3) können jedoch auch T-förmig ausgebildet sein. Jedes dieser Bauelemente (2, 3) ist mit drei Unterstützungselementen (2A, 2B, 2C bzw. 3A, 3B, 3C) versehen. Die beiden Bauelemente (2, 3) sind in der gleichen horizontalen Ebene so angeordnet, dass beidseitig der Längsachse des Rahmengestells (1) jeweils drei Unterstützungselemente (2A, 2B, 3C bzw. 2C, 3B, 3A) angeordnet sind. Der senkrechte Abstand aller Unterstüzungselemente (2A, 2B 2C, 3A, 3B, 3C) von der Längsachse des Rahmengestells (1) sind gleich groß.

Description

Die Erfindung betrifft ein Rahmengestell für ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Solche Rahmengestelle kommen bei der Herstellung von Fahrzeugen zur Anwendung, die über mehr als zwei Unterstützungspunkte auf einer Fläche abgestützt werden müssen.

Die bis jetzt bekannten Rahmengestelle von Fahrzeugen sind zum größten Teil so ausgelegt, daß sie vier Unterstützungspunkte haben. Bei Autos oder Zügen sind dieses die Räder. Eine solche Konstruktion, bei der alle Unterstützungspunkte in einer Ebene liegen, ist jedoch instabil. Bauteile mit vier Unterstützungspunkten kippen leicht. Bei Fahrzeugen wird dieser Effekt dadurch ausgeglichen, dass die Räder nicht starr mit dem Rahmen verbunden sind, und somit kleinere Unebenheiten durch Einfedern und/oder Verdrehen der Räder ausgeglichen werden.

Bei größeren Fahrzeugverbänden wie beispielsweise Zügen werden Waggons gleicher Bauart aneinander gekoppelt, oder Waggons verwendet, die mehr als zwei Achsen mit jeweils zwei Rädern aufweisen. Für Magnetschwebebahnen, die auch in der dritten Raumrichtung einen Freiheitsgrad haben, ist eine solche Konstruktion ungeeignet. Da hierbei jeder Schwebekopf einzeln geregelt wird, kann es bei der Verwendung eines starren Rahmengestells unter Umständen zu keiner stationären und stabilen Lösung kommen. Jeder Schwebekopf versucht den für ihn geeigneten Soll/Luft/Spalt einzustellen, und regelt bei einem starr ausgebildeten Rahmengestell gegebenenfalls den Vorgaben der anderen Schwebeköpfe entgegen, so dass sich unter ungünstigen Bedingungen die Regelungen der einzelnen Schwebeköpfe gegenseitig beeinflussen und sich Störungen aufschaukeln. Ferner wird das Tragen nicht mehr gewährleistet, sobald einer der vier Trageköpfe ausfällt. Entweder über- oder unterschreitet der ausgefallene Tragekopf seine Toleranzen aufgrund der Flexibilität, oder der Schwerpunkt des Fahrzeuges liegt außerhalb des noch verbleibenden, tragenden Dreiecks, und das Fahrzeug kippt. Auch beim hintereinander Schalten von mehreren Fahrzeugen kann die Kopplung nicht genügend Kraft aufbringen, um das Fahrzeug in seiner räumlichen Position zu halten, da die für Magnetschwebebahnen verwendeten Rahmengestelle bewußt weich und flexibel konzipiert sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rahmengestell für ein Fahrzeug aufzuzeigen, das so flexibel ist, das alle Unterstützungselemente dieses Rahmengestells voneinander entkoppelt sind.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Rahmengestell ist aus zwei oder mehreren Bauelementen zusammengebaut, die flächig ausgebildet sind. Die Bauelemente haben beispielsweise die Form von Dreiecken, die jedoch nicht als geschlossene Flächen ausgebildet sind. Die Bauelemente können jedoch auch T-förmig ausgebildet sein. In jedem Eckpunkt eines Bauelements ist ein Unterstützungselement vorgesehen. Bei den T-förmigen Bauelementen sind die Unterstützungselemente an den freien Enden der Längsstege und Querstege angeordnet. Für die Fertigung eines jeden Rahmengestells werden Bauelemente verwendet, welche die gleichen Formen und Abmessungen aufweisen. Jeweils zwei Bauelemente werden so zusammengefügt, dass sie sich bereichsweise durchsetzen, und gemeinsam in einer horizontalen Ebene liegen. Die Verbindung der Bauelemente erfolgt über ein Gelenk.

Durch diese Konstruktionen wird erreicht, dass jeweils zwei Unterstützungselemente in einer Ebene einander gegenüber liegen, wobei diese Ebene senkrecht zur Längsachse des Rahmengestells ausgerichtet ist. Hierdurch wird zudem erreicht, dass auf beiden Seiten der Längsachse des Rahmengestells drei Unterstützungselemente im Abstand hintereinander angeordnet sind. Der Abstand zwischen den hintereinander angeordneten Unterstützungselementen einer Seite kann durch eine entsprechende Ausrichtung der Bauelemente so eingestellt werden, dass er zwischen jeweils zwei aufeinander folgenden Unterstützungselementen einer jeden Seite gleich groß ist. Solche Rahmengestelle sind besonders für Magnetschwebebahnen von Vorteil, die translatorische Freiheitsgrade in Richtung X-, Y- und Z-Achse haben, und bei denen speziell die Bewegung in Richtung der Z-Achse aufwendig geregelt werden muss.

Das erfindungsgemäße Rahmengestell hat den Vorteil, dass es stabil ausgeregelt werden kann. Jedes der beiden Bauelemente, das als Trageeinheit für das Fahrzeug dient, kann unabhängig vom anderen angesteuert werden. Es besteht eine statische Lösung für sämtliche Sollpositionen. Das Verhalten eines Fahrzeugs mit einem solchen Rahmengestell ist in der Gesamtheit symmetrisch. Fällt eine Trageeinheit aus, so verlagert sich der Schwerpunkt des Fahrzeugs in den Bereich des noch intakten Bauelements. Ein Kippen des Fahrzeugs wird damit ausgeschlossen.

In Kurven muss aufgrund der jeweiligen geometrischen Gegebenheiten entweder die Spurweite der Schienen verkleinert oder der Abstand zwischen den Unterstützungselementen am Fahrzeug in der Ebene senkrecht zur Fahrtrichtung entsprechend verändert werden. Die Einstellung erfolgt so, dass der jeweils erforderliche Abstand während der Fahrt durch die vorhandenen Kräfte am Antriebskopf einstellt wird. Andererseits kann der Abstand auch auf Grund der sich verändernden geometrischen Verhältnisse während des Betriebs mit Aktoren eingestellt werden.

Weitere erfinderische Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von schematischen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Rahmengestell für ein Fahrzeug, das aus zwei gleichseitigen Dreiecken zusammengebaut ist,
Fig. 2 eine Seitenansicht des in Fig. 1 dargestellten Rahmengestells,
Fig. 3 ein aus zwei spitzwinkligen Dreiecken zusammengebautes Rahmengestell,
Fig. 4 ein aus zwei rechtwinkligen Dreiecken zusammengebautes Rahmengestell,
Fig. 5 ein Rahmengestell, das aus zwei T-förmigen Bauelementen zusammengebaut ist.
Fig. 1 zeigt ein Rahmengestell 1, das aus zwei Bauelementen 2 und 3 und einem Gelenk 4 zusammengebaut ist. Die Bauelemente 2 und 3 sind flächig ausgebildet. Sie sind aus einem tragfähigen, metallischen Material oder einem faserverstärkten Kunststoff gefertigt. Das Gleiche gilt auch für alle nachfolgend beschriebenen Bauelemente 2 und 3. Die hier dargestellten Bauelemente 2 und 3 haben beide die Form von gleichseitigen Dreiecken und weisen die gleichen Abmessungen auf. Die beiden Bauelemente 2 und 3 sind jedoch nicht als geschlossene Flächen ausgebildet. Mit den Eckpunkten der beiden Dreiecke 2 und 3 ist jeweils ein Unterstützungselement 2A, 2B, 2C bzw. 3A, 3B, 3C verbunden. Wie Fig. 2 zu entnehmen ist, sind die Unterstützungselemente 2A, 2B, 2C bzw. 3A, 3B, 3C als stabförmige Bauteile ausgebildet, die am freien Ende eine Verbreiterung aufweisen, in die jeweils eine Nut 2N bzw. 3N eingefräst ist. Die stabförmigen Enden der Unterstützungselemente 2A, 2B, 2C bzw. 3A, 3B, 3C sind mit den Eckpunkten der Bauelemente 2 und 3 verbunden. Die verbreiterten, freien Enden der Unterstützungselemente 2A, 2B, 2C bzw. 3A, 3B, 3C sind nach unten gerichtet, und können beispielsweise auf Schienen (hier nicht dargestellt) aufgesetzt werden. Die Unterstützungselemente 2A, 2B, 2C bzw. 3A, 3B, 3C werden dabei so ausgerichtet, dass jede Nut 2N, 3N nach innen weist, und parallel zu Längsachse des Rahmengestells 1 angeordnet ist. Damit können die Nuten 2 und 3 als Führungselemente für das Rahmengestell genutzt werden. Die beiden Bauelemente 2 und 3 sind in der gleichen horizontalen Ebene so angeordnet, dass sie sich bereichsweise durchdringen und über ein Gelenk 4 beweglich miteinander verbindbar sind. Das Gelenk 4 ist vorzugsweise nahe beim Schwerpunkt des Rahmengestells 1 angeordnet. Es ist mit zwei Auslegern 4A und 4B versehen. Diese sind bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel als flächige Bauteile ausgebildet, im Abstand untereinander angeordnet und parallel zur Längsachse des Rahmengestells 1 ausgerichtet. Jedes der beiden Bauelemente 2 und 3 in zwei Abschnitte 2D und 2E bzw. 3D und 3E unterteilt. Die beiden Abschnitte 2D und 2E sind in einem definierten Abstand voneinander auf dem Ausleger 4A angeordnet und damit verbunden. Die beiden Abschnitte 3D und 3E sind ebenfalls im gleichen Abstand voneinander mit der Unterseite des Auslegers 4B verbunden. Der senkrechte Abstand zwischen den beiden Auslegern 4A und 4B ist so groß gewählt, dass er der Höhe der Bauelemente 2 entspricht. Damit können die beiden Bauelemente 2 und 3 in der gleichen Ebene angeordnet werden, was durch die zusätzlichen Trennstellen 2T, 3T zwischen den Abschnitten 2D, 2E und 3D, 3E ermöglicht wird. Damit die Unterstützungselemente 2C und 3C mit dem zugehörigen Dreieck 2, 3 verbunden werden können, ist in dem jeweils anderen Bauelement 2, 3 eine zusätzliche Ausnehmung 2S, 3S vorgesehen. Wie Fig. 2 zeigt, sind die beiden Bauelemente 2 und 3 zudem so miteinander verbunden, dass jeweils zwei Unterstützungselemente 2A, 3A, bzw. 2B, 3B bzw. 2C, 3C in einem vorgegebenen Abstand in einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Rahmengestells 1 angeordnet sind. Die Abstände zwischen den Unterstützungselementen 2A, 3A, bzw. 2B, 3B bzw. 2C, 3C sind in allen Ebenen gleich groß. Hierdurch werden auf beiden Seiten der Längsachse des Rahmengestells 1 drei Unterstützungselemente 2A, 2B und 3C bzw. 3A, 3B und 2C angeordnet, die im Abstand hintereinander angeordnet sind. Der Abstand zwischen den hintereinander angeordneten Unterstützungselementen 2A, 3C und 2B bzw. 3A, 2C und 3B einer Seite kann durch eine entsprechende Anordnung der Bauelemente 2 und 3 so eingestellt werden, dass er zwischen den Unterstützungselementen einer Seite 2A, 3C und 3C, 2B bzw. 3A, 2C und 2C, 3B gleich groß ist.
Das in Fig. 3 dargestellte Rahmengestell 1 ist ebenfalls aus zwei flächigen Bauelementen 2 und 3 zusammengebaut, welche die Form von spitzwinkligen Dreiecken mit gleichen Abmessungen aufweisen. Die beiden Bauelemente 2 und 3 sind so zusammengefügt, wie die beiden in Fig. 2 dargestellten und in der zugehörigen Beschreibung erläuterten Bauelemente 2, 3. Die beiden spitzen Winkel der Bauelemente 2 und 3 sind in einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Rahmengestells 1einander gegenüberliegend angeordnet. An den Enden der beiden spitzen Winkel ist jeweils ein Unterstützungselement 2C, 3C angeordnet. In den zweiten und dritten Ecken der Bauelemente 2 und 3 sind ebenfalls Unterstützungselemente 2A und 2B bzw. 3A und 3B vorgesehen. Jeweils zwei Unterstützungselemente 2A und 3A bzw. 2B und 3B liegen ebenfalls einander gegenüber. Sie sind dabei in jeweils einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Rahmengestells 1 angeordnet. Das Gelenk 4, über das die beiden Bauelemente 2 und 3 miteinander verbunden sind, liegt auch bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel nahe beim Schwerpunkt des Rahmengestells 1.
Das in Fig. 4 dargestellte Rahmengestell 1 ist aus zwei Bauelementen 2 und 3 zusammengebaut. Sie haben die Form von rechtwinkligen Dreiecken mit gleichen Abmessungen. Die beiden Bauelemente 2 und 3 sind in einem definierten Abstand voneinander angeordnet, und über ein Gelenk 4 miteinander verbunden. Das Gelenk 4 ist nahe beim Scherpunkt des Rahmengestells 1 angeordnet. Die beiden Bauelemente 2 und 3 sind so installiert, dass die jeweils kürzere der beiden Seiten, die den rechten Winkel eines jeden Bauelements 2, 3 einschießen, parallel und die jeweils längere Seite senkrecht zur Längsachse des Rahmengestells 1 angeordnet ist. Die umgekehrte Anordnung dieser beiden Seiten ist ebenfalls möglich, wenn das Rahmengestell 1 beispielsweise schmaler ausgebildet werden soll. Beidseitig der Längsachse des Rahmengestells sind auch bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel drei Unterstützungselemente 2A, 2B, 3C bzw. 3A, 3B, 2C in den drei Ecken der Bauelemente 2 und 3 vorgesehen. Durch eine entsprechende Einstellung des Abstands zwischen den beiden Bauelementen 2 und 3 wird erreicht, dass die hintereinander angeordneten Unterstützungselemente 2A, 2B, und 2B, 3C bzw. 3A, 3B und 3B und 2C auf der ersten bzw. der zweiten Seite der Längsachse des Rahmengestells 1 den gleichen Abstand voneinander haben.
Das in Fig. 5 dargestellte Rahmengestell 1 ist aus zwei Bauelementen 2 und 3 zusammengebaut, die beide T-förmig ausgebildet und mit den gleichen Abmessungen versehen sind. Die Längsstege 2L und 3L der Bauelemente 2 und 3 sind senkrecht zu Längsachse des Rahmengestells 1 ausgerichtet, und in einem geringen Abstand parallel zueinander angeordnet. Sie sind über ein Gelenk 4 miteinander verbunden. Das Gelenk 4 ist nahe beim Schwerpunkt des Rahmengestells angeordnet. Jeweils ein Quersteg 2Q, 3Q der beiden Bauelemente 2, 3 ist parallel zur Längsachse des Rahmengestells 1 ausgerichtet. An den freien Endpunkten der Längsstege 2L und 3L und der Querstege 2Q und 3Q sind Unterstützungselemente 2A, 2B, und 2C und 3A, 3B und 3C vorgesehen. Beidseitig der Längsachse des Rahmengestells 1 sind jeweils drei Unterstützungselemente 2A, 3C, 2B bzw. 3A, 2C, 3B hintereinander angeordnet. Die Abstände zwischen den Unterstützungselementen 2A, 3C und 3C, 2B bzw. 3A, 2C und 2C, 3B sind gleich groß.

Claims

1. Rahmengestell für ein Fahrzeug, gekennzeichnet durch zwei oder mehrere flächige Bauelemente (2, 3), die jeweils drei Unterstützungselemente (2A, 2B, 2C bzw. 3A, 3B, 3C) aufweisen, und beweglich zusammengebaut sind.

2. Rahmengestell nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei flächige Bauelemente (2, 3) in Form von Dreiecken mit gleichen Abmessungen vorgesehen sind, dass die Bauelemente (2, 3) einander bereichsweise durchsetzend in der gleichen horizontalen Ebene angeordnet und über ein Gelenk (4) beweglich miteinander verbunden sind, das nahe beim Schwerpunkt des Rahmengestells (1) angeordnet ist, und dass in jedem Eckpunkt eines Dreiecks ein Unterstützungselement (2A, 2B, 2C bzw. 3A, 3B, 3C) angeordnet ist.

3. Rahmengestell nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Bauelemente (2, 3) die Form von gleichseitigen Dreiecken mit gleichen Abmessungen aufweisen, und jeweils zwei Unterstützungselemente (2A, 3A, bzw. 2B, 3B bzw. 2C, 3C) in einem vorgegebenen Abstand in einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Rahmengestells (1) angeordnet sind, dass hierdurch auf beiden Seiten der Längsachse des Rahmengestells (1) drei Unterstützungselemente (2A, 2B und 3C bzw. 3A, 3B und 2C) in einem vorgebbaren Abstand so hintereinander angeordnet sind, dass der Abstand zwischen jeweils zwei hintereinander angeordneten Unterstützungselementen (2A, 3C und 3C, 2B bzw. 3A 2C und 2C, 3B) gleich groß ist.

4. Rahmengestell nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden flächigen Bauelemente (2 und 3) die Form von spitzwinkligen Dreiecken mit gleichen Abmessungen aufweisen, dass die beiden spitzen Winkel der beiden Bauelemente (2 und 3) in einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Rahmengestells (1) einander gegenüberliegend angeordnet sind, und an den Enden der beiden spitzen Winkel jeweils ein Unterstützungselement (2C, 3C) angeordnet ist, dass an den zweiten und dritten Ecken der Bauelemente (2, 3) ebenfalls Unterstützungselemente (2A, 2B bzw. 3A, 3B) installiert und hiervon jeweils zwei Unterstützungselemente (2A und 3A bzw. 2B und 3B) in jeweils einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Rahmengestells 1 angeordnet sind, und dass hierdurch auf beiden Seiten der Längsachse des Rahmengestells (1) drei Unterstützungselemente (2A, 2B und 3C bzw. 3A, 3B und 2C) in einem vorgebbaren Abstand so hintereinander angeordnet sind, dass der Abstand zwischen jeweils zwei hintereinander angeordneten Unterstützungselementen (2A, 3C und 3C, 2B bzw. 3A 2C und 2C, 3B) gleich groß ist.

5. Rahmengestell nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden flächigen Bauelemente (2 und 3) die Form von rechtwinkligen Dreiecken mit gleichen Abmessungen aufweisen, und die beiden Bauelemente (2 und 3) so angeordnet sind, dass die jeweils kürzere der beiden Seiten, die den rechten Winkel einschießen, parallel und die jeweils längere Seite senkrecht zur Längsachse des Rahmengestells (1) angeordnet ist, dass beidseitig der Längsachse des Rahmengestells (1) drei Unterstützungselemente (2A, 2B, 3C bzw. 2C, 3B, 3A) angeordnet sind, die mit den jeweiligen Eckpunkten der Bauelemente (2 und 3) verbunden sind, dass durch eine entsprechende Einstellung des Abstands zwischen den beiden Bauelementen (2 und 3) die hintereinander angeordneten Unterstützungselemente (B, 2A, 3B bzw. 2C, 3A, 3B) auf der einen bzw. der anderen Seite der Längsachse des Rahmengestells (1) den gleichen Abstand voneinander aufweisen, und dass die beiden Bauelemente (2, 3) in einem definierten Abstand voneinander angeordnet und über ein Gelenk (4) miteinander verbunden sind, das nahe beim Schwerpunkt des Rahmengestells (1) angeordnet ist.

6. Rahmengestell nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beiden Bauelemente (2, 3) T-förmig mit gleichen Abmessungen ausgebildet sind, dass an den freien Enden der Längsstege (2L, 3L) und Querstege (2Q, 3Q) Unterstützungselemente (2A, 2B, 2C bzw. 3A, 3B, 3C) angeordnet sind, dass die Längsstege (2L und 3L) senkrecht zur Längsachse des Rahmengestells (1) ausgerichtet, und in einem geringen Abstand parallel zueinander angeordnet und über ein Gelenk (4) miteinander verbunden sind, dass jeweils ein Quersteg (2Q, 3Q) der beiden Bauelemente (2, 3) parallel zur Längsachse des Rahmengestells (1) ausgerichtet ist, dass an den freien Endpunkten der Längsstege (2L und 3L) und der Querstege (2Q und 3Q) Unterstützungselemente (2A, 2B, 2C und 3A, 3B und 3C) vorgesehen und beidseitig der Längsachse des Rahmengestells (1) jeweils drei dieser Unterstützungselemente (2A, 3C, 2B bzw. 3A, 2C, 3B) hintereinander angeordnet sind, und dass der Abstand zwischen jeweils zwei aufeinander folgenden Unterstützungselementen (2A, 3C und 3C, 2B bzw. 3A, 2C und 2C, 3B) gleich groß ist.