DE19805896C1 - Schienenfahrzeug - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Schienenfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Bei einem bekannten Schienenfahrzeug dieser Art (DE 42 34 523 A1) ist zwischen einem
Wagenkasten und einem darunter angeordneten Laufwerk eine Verbindungsvorrichtung
vorgesehen, die einen hydraulischen Aktuator mit einem Kolben und einem
Zylindergehäuse als Stellmittel aufweist, die axial nur geradlinig gegeneinander verstellbar
sind. Das Zylindergehäuse und der Kolben bzw. die damit verbundene Kolbenstange sind
jeweils mit einem einachsigen Gelenk versehen, wobei ein Gelenk mit dem Wagenkasten
und das andere Gelenk in zumindest weitgehend senkrechter Zuordnung darunter auf dem
Fahrwerksrahmen des Fahrwerks angelenkt sind. Der Aktuator dient dabei der
Wagenkasten-Niveausteuerung. Von Nachteil ist bei diesem Aufbau, daß für den
Versagensfall der Hydropneumatik besondere Stützelemente vorgesehen sein müssen,
welche die beidendig gelenkig festgesetzten Aktuatoren völlig entlasten, nachdem diese
ohne fremde Stützmittel um die Gelenkverbinder kippen können, wodurch es zu einer
unzulässigen Verschiebung des Wagenkastens gegenüber dem Fahrgestell kommen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 Maßnahmen zu treffen, durch die Verbindungsmittel auch im Fehlerfalle die
notwendige Stützfunktion übernehmen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden
Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den
Unteransprüchen hervor.
Bei einer Ausgestaltung eines Fahrzeugs gemäß der Erfindung bildet jeweils eine
Verbindungsvorrichtung ein Stützorgan, bei welchem der Aktuator stets in einer
senkrechten Zuordnung zu einem der beiden Fahrzeugteile gehalten wird. Schwenk- und
Verschiebebewegungen zwischen der durch den Drehgestellrahmen gebildeten
waagerechten Ebene und der durch die Unterseite des Wagenkastens gebildeten Ebene
werden dagegen durch Gelenkverbinder mit Kugelgelenkcharakteristik und Gleitverbinder
ausgeglichen. Die Gleitverbinder je Verbindungsvorrichtung weisen dabei translatorische
Freiheitsgrade nur in einer Ebene auf, die parallel zu der Ebene verläuft, auf der das bzw.
die Verbindungselemente festgesetzt sind. Die Verbindungsvorrichtungen stehen dabei
senkrecht zu der Ebene, auf der sie festgesetzt sind. Bei einem Versagen des als
Hydraulikzylinder, elektrisch angetriebene Spindelanordnung oder dergleichen
ausgebildeten Aktuators kann somit der Aktuator nicht gegenüber dem Fahrzeugteil
schwenken, auf dem er festgesetzt ist. Folglich bestimmt jedenfalls die minimale axiale
Länge des Aktuators den Abstand zwischen den zu beabstandenden und in vorgegebenen
Grenzen gegeneinander bewegbaren Fahrzeugteilen. Die notwendigen
Schwenkbewegungen werden dabei durch die in die Verbindungsvorrichtung integrierte
Gelenkverbindung aufgenommen. Hierbei kann der Gelenkverbinder nach Art eines Kreuz-,
Kardan- oder Kugelgelenks ausgebildet sein, während der Gleitverbinder in seiner
translatorischen Beweglichkeit durch Anbringung entsprechender Anschläge auf das für
den Betrieb des Schienenfahrzeugs notwendige Maß begrenzt wird. Die
Verbindungsvorrichtung besteht somit aus einer mechanisch-funktionellen
Serienanordnung, die aus dem Aktuator, einem nur in einer Ebene verstellbaren
Gleitverbinder und einem nach Art eines Kugelgelenks ausgebildeten Gelenkverbinder
besteht. Diese Verbindungsvorrichtung beinhaltet mit dem längenveränderbaren Aktuator
ein Element zur gleichzeitigen Begrenzung des Höhenabstandes zwischen Laufwerk und
Wagenkasten und mit dem bewegungsbegrenzten Gleitverbinder ein Funktionselement
allein zur Begrenzung der Bewegung zwischen beiden Fahrzeugteilen in Fahrtrichtung bzw.
quer dazu. Zudem läßt der Gelenkverbinder nur die im Betrieb auftretenden Neigungen
oder Verwindungen zwischen den durch die Fahrzeugteile vorgegebenen Ebenen zu.
Bei der als Abstützung und Schnittstelle zwischen Fahrwerk und Wagenkasten
ausgebildeten Verbindungsvorrichtung aus drei Bauelementen, die jeweils
unterschiedliche Freiheitsgrade für die Bewegung zwischen den Fahrzeugteilen
ermöglichen, können jeweils bewegliche Glieder von zwei der Bauelemente starr mit den
beiden Fahrzeugteilen verbunden werden, so daß jeweils das dritte Bauelement das
Verbindungsglied zwischen den zweiten verstellbaren Gliedern der festgesetzten
Bauelemente bildet. In jedem Fall steht lediglich der Hubweg des jeweiligen Aktuators für
die Höhenverstellung zwischen Laufwerk und Wagenkasten zur Verfügung und nur um
diesen Hubweg kann der Wagenkasten zum Laufwerk hin maximal absinken, nachdem
weder der Gelenkverbinder noch der Gleitverbinder eine Bewegung in dieser Richtung
zulassen und die Längsachse des Aktuator nicht gegenüber einem der Fahrzeugteile
gekippt werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand von Prinzipskizzen näher
erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 perspektivisch ein Laufwerk mit Verbindungsvorrichtungen zu einem
darüber angeordneten Wagenkasten und
Fig. 2 eine Verbindungsvorrichtung in Seitenansicht.
Von einem Fahrzeug, insbesondere einem Schienenfahrzeug, ist ein Wagenkasten 1
schematisch angedeutet, unter dessen Bodenwand 2 ein Laufwerk angeordnet ist. Das
Laufwerk weist zumindest eine Achse bzw. zwei Räder 3, vorliegend zwei Achsen bzw. vier
Räder 3 auf. Die Räder 3 sind als Schienenräder ausgebildet. Ein Laufwerkrahmen 4 stützt
sich dabei mit in Fahrtrichtung des Laufwerks verlaufenden Längsträgern 5, welche über
zumindest einen Querträger 6 miteinander verbunden sind, mittels Primärfedern 7 auf
Radlagerelementen 8 der Räder 3 ab und verkoppelt so die Räder 3 laufstabil
untereinander. Etwa in der Mitte von zwei in Laufrichtung hintereinander angeordneten
Rädern 3 steht auf jedem Längsträger 5 senkrecht zu der durch diese Längsträger 5
gebildeten Ebene auf jedem der Längsträger 5 eine Verbindungsvorrichtung, über welche
der Wagenkasten 1 mit seiner Bodenwand 2 auf dem Laufwerk abgestützt ist.
Die Verbindungsvorrichtung besteht aus einem Aktuator 9, einem in alle Richtungen
kippbaren Gelenkverbinder 10 und einem Gleitverbinder 11, die in der Wirkungsrichtung
des Aktuators 9 mechanisch in Serie angeordnet sind. Die Aktuatoren 9, die insbesondere
als Hydraulikzylinder oder als Getriebemotor mit Spindel/Mutternantrieb ausgebildet sein
können, weisen zwei axial nur geradlinig gegeneinander verstellbare Stellglieder 9.1 und
9.2 auf. Die Gelenkverbinder 10 können als Kreuz- oder Kugelgelenk, als
gummielastisches Gelenk oder nach Art eines Federstabes ausgebildet sein, um nur
Schwenkbewegungen mit begrenztem Schwenkausschlag nach allen Richtungen
ausführen zu können. Der Gleitverbinder 11 besitzt nur translatorische Freiheitsgrade in
einer Ebene, die parallel zur Bodenwand 2 des Wagenkastens 1 liegt. Die in einer Ebene
richtungsungebundene Verschiebbarkeit dieses Gleitverbinders ist dabei auf vorbestimmte
Werte begrenzt. Die Zuordnung der einzelnen Bauelemente 9, 10, 11 der
Verbindungsvorrichtung hat zur Wirkung, daß nur der Aktuator Abstandsdifferenzen
zwischen dem Drehgestell 4 und dem Wagenkasten 1 ausgleichen kann, daß der
Gelenkverbinder 10 nur richtungsunabhängige Kippbewegungen ausgleichen kann und
daß der Gleitverbinder 11 nur quer zur Verstellrichtung bzw. zu seiner Stellachse 12
gerichtete Bewegungen ausgleichen kann. Hierbei ist es vom Grundsatz unabhängig, in
welcher Reihenfolge die Bauelemente 9, 10 bzw. 11 aneinandergefügt sind, wenn jeweils
die beiden endständigen Bauelemente einerseits am Laufwerkrahmen 4 und andererseits
am Wagenkasten 1 festgesetzt sind.
Beim Ausführungsbeispiel sind die Zylindergehäuse von beispielsweise hydraulischen
Aktuatoren 9 mit senkrecht stehender Stellachse 12 jeweils auf einem der Längsträger 5
starr festgesetzt. Das andere Stellglied 9.2 des Aktuators 9 ist eine geradlinig nur entlang
der Stellachse 12 verschiebbar im Stellglied 9.1 geführte Stösselstange des
Zylinderkolbens, wobei das freie Ende dieses Stellgliedes 9.2 mit dem ersten
Schwenkglied 10.1 des Gelenkverbinders 10 starr verbunden ist, während das zweite
Schwenkglied 10.2 mit dem primären Gleitglied 11.1 des Gleitverbinders 11 starr
verbunden ist. Der als Kugelgelenk ausgebildete Gelenkverbinder 10 läßt nur
Kippbewegungen zu, die zwischen den durch die Längsträger 5 und die Bodenwand 2
gebildeten Ebenen auftreten. Um dabei auch laterale Bewegungen zwischen den
Fahrzeugteilen 1, 3 und 4 oder aus einer Verwindung der Ebenen die sich ergebende
laterale Verstellung ausgleichen zu können, ist der Gleitverbinder 11 vorgesehen, dessen
primäres Gleitglied 11.1 mit dem zweiten Schwenkglied 10.2 des Gelenkverbinders 10
und dessen sekundäres Gleitglied 11.2 in fester Verbindung mit der Bodenwand 2 des
Wagenkastens 1 steht.
Der Aktuator 9 kann bei diesem Aufbau federnde Elemente ersetzen, die als
Sekundärfederung wirken. Er ist dazu insbesondere als hydropneumatisch betriebener
Zylinder ausgebildet und läßt so nicht nur einen Höhenausgleich zwischen Wagenkasten
und Drehgestellrahmen zu, sondern kann auch Federeigenschaften aufweisen, die sonst
Wendelfedern, Luftfedern oder dergleichen besitzen. Dabei ist die Federcharakteristik den
Bedürfnissen entsprechend steuerbar. Die Kraftkopplung zwischen dem Wagenkasten und
dem Drehgestell zur Abstützung von Längs- und Querkräften kann konventionell z. B. über
Lenkerstangen-, Drehzapfen- oder Lemniskaten-Koppelelemente oder elastische Puffer-
bzw. Federelemente erfolgen.
Die aus den Bauteilen 9, 10 und 11 gebildete Verbindungsvorrichtung kann
selbstverständlich auch gestürzt zwischen Wagenkasten 1 und Laufwerkrahmen 4
eingebaut werden. Dabei kann der Gleitverbinder 11 ohne Beeinträchtigung der Funktion
und Sicherheit beispielsweise auch zwischen den jeweiligen Längsträger 5 und das
zugewandte Stellglied 9.1 des Aktuators 9 eingebaut werden. Dann ist das sekundäre
Gelenkglied 10.2 fest mit dem Wagenkasten 1 verbunden. Ohne Funktionsänderung kann
der Gleitverbinder 11 selbstverständlich auch zwischen den Aktuator 9 und den
Gelenkverbinder 10 eingebaut werden. In allen Ausführungsvarianten behält der Aktuator
9 unter allen Betriebsbedingungen seine senkrechte Stellung gegenüber dem
Laufwerkrahmen 4 sofern er direkt auf den Längsträgern 5 oder über den Gleitverbinder
11 damit verbunden ist. Sitzt der Aktuator 9 direkt oder über den Gleitverbinder 11 am
Wagenkasten 1, behält er seine senkrechte Stellung gegenüber der dadurch
vorgegebenen Ebene ebenfalls unter allen üblichen Betriebsbedingungen.
Ein in vorstehend beschriebener Weise aufgebautes Schienenfahrzeug ist insbesondere für
den Personentransport geeignet und erfüllt die an die Laufgüte gestellten hohen
Anforderungen. Dabei wird ein sinnvoller Übertragungsweg der Massenkräfte vom
Wagenkasten zum Drehgestellrahmen und entgegengesetzt der aktiven, die Laufgüte
verbessernden Aktuatorbewegungen vom Drehgestell in den Wagenkasten erreicht. Dies
erfolgt unter gleichzeitiger Erhaltung der Beweglichkeit des Drehgestells gegenüber dem
Wagenkasten in Bezug auf Nicken, Wanken, Querschwingen und Ausdrehen sowie
Erhaltung der Stabilität der Vertikalabstützung bei Ausfall der aktiven Federstufe und
Ausfall der horizontalen Zentrierung des Wagenkastens. Der Aufbau führt dabei zu einer
stabilen Lage des Wagenkastens in Bezug auf das Drehgestell. Der Wagenkasten ist somit
stabil auf den Drehgestellen abgestützt, unabhängig davon, ob der Aktuator aktiv oder
passiv ist. Dabei wird gleichzeitig die Sicherung der notwendigen Freiheitsgrade des
Drehgestells gegenüber dem Wagenkasten beim Nicken, Wanken, Querverschieben und
Ausdrehen sowie deren Überlagerungen erreicht. Bei diesem Aufbau hat das Laufwerk mit
aktiver hydropneumatischer Sekundärfederung in Form des Aktuators 9 die gleichen
Freiheitsgrade wie ein konventionelles Laufwerk ohne aktive Sekundärfeder. Zudem
bleiben bei Ausfall der aktiven Sekundärfeder die gleichen Freiheitsgrade erhalten,
wodurch ein unkompliziertes Sicherheitskonzept ermöglicht wird.
Claims (6)
1. Schienenfahrzeug mit Fahrzeugteilen wie Wagenkasten (1) und Laufwerk, wobei auf
dem Laufwerkrahmen (4) des Laufwerks der Wagenkasten über wenigstens eine
zwischengeordnete Verbindungsvorrichtung abgestützt ist, und die
Verbindungsvorrichtung einen Aktuator (9) umfaßt, der zwei axial nur geradlinig
gegeneinander verstellbare Stellglieder (9.1 und 9.2) aufweist, von welchen das eine mit
dem Laufwerkrahmen und das andere mit dem Wagenkasten in Verbindung steht, dadurch
gekennzeichnet, daß in der Verbindungsvorrichtung aus dem Aktuator (9) und den
Verbindern (10 und 11) eines der Stellglieder (9.1 bzw. 9.2) des Aktuators (9) starr und
das andere Stellglied (9.2 bzw. 9.1) sowohl schwenkbeweglich als auch querbeweglich mit
dem jeweils zugehörigen anderen Fahrzeugteil verbunden ist oder eines der Stellglieder
(9.1 bzw. 9.2) des Aktuators (9) nur quer zu seiner Stellachse (12) begrenzt verschiebbar
und das andere Stellglied (9.2 bzw. 9.1) schwenkbeweglich mit dem jeweils zugehörigen
Fahrzeugteil verbunden ist.
2. Schienenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Verbindungsvorrichtung aus Aktuator (9) und Verbindern (10 und 11) durch die
mechanisch-funktionelle Serienanordnung aus dem Aktuator (9), einem nur in einer Ebene
verstellbaren Gleitverbinder (11) und einem nach Art eines Kugelgelenks ausgebildeten
Gelenkverbinder (10) gebildet ist.
3. Schienenfahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stellglied (9.1
bzw. 9.2) des Aktuators (9) mit senkrechter Längsachse (12) starr an dem einem
Fahrzeugteil festgesetzt ist und daß ein erstes Schwenkglied (10.1) des Gelenkverbinders
(10) mit dem anderen Stellglied (9.2 bzw. 9.1) des Aktuators (9) sowie das zweite
Schwenkglied (10.2) des Gelenkverbinders 10 mit einem primären Gleitglied (11.1) des
Gelenkverbinders (11) fest verbunden ist, dessen sekundäres Gleitglied (11.2) fest mit
dem anderen Fahrzeugteil verbunden ist.
4. Schienenfahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stellglied (9.1
bzw. 9.2) des Aktuators (9) mit senkrechter Stellachse (12) starr an dem einem
Fahrzeugteil festgesetzt ist und daß ein primäres Gleitteil (11.1) des Gleitverbinders (11)
mit dem anderen Stellglied (9.2 bzw. 9.1) des Aktuators (9) sowie das sekundäre
Gleitglied (11.2) des Gelenkverbinders (11) mit einem ersten Schwenkglied (10. 1) des
Gelenkverbinders (10) fest verbunden ist, dessen zweites Schwenkglied (10.2) fest mit
dem anderen Fahrzeugteil verbunden ist.
5. Schienenfahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktuator (9)
einendig mittels des Gleitverbinders (11) an einem der Fahrzeugteile und anderenends
mittels des Gelenkverbinders (10) am anderen Fahrzeugteil festgelegt ist.
6. Schienenfahrzeug nach Anspruch 2 oder einem der folgenden, dadurch
gekennzeichnet, daß der Gelenkverbinder (10) ein elastisches Gelenkstück aufweist.
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