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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbesondere ein Schienenfahrzeug,
mit einer Fahrzeuglängsachse, einem ersten Fahrzeugmodul mit
einem ersten Wagenkasten, einem zweiten Fahrzeugmodul mit einem
zweiten Wagenkasten und einem dritten Fahrzeugmodul mit einem dritten
Wagenkasten. Das zweite Fahrzeugmodul und das dritte Fahrzeugmodul
sind dem ersten Fahrzeugmodul in Richtung der Fahrzeuglängsachse
jeweils einem der beiden Enden des ersten Fahrzeugmoduls benachbart
angeordnet. Der erste Wagenkasten und der zweite Wagenkasten sind über
eine erste Wankstützeinrichtung verbunden, während
der erste Wagenkasten und der dritte Wagenkasten über eine
zweite Wankstützeinrichtung verbunden sind, wobei die jeweilige
Wankstützeinrichtung Wankbewegungen um die Fahrzeuglängsachse
zwischen den verbundenen Wagenkasten entgegenwirkt. Die erste Wankstützeinrichtung
und die zweite Wankstützeinrichtung sind über
eine Koppeleinrichtung zur gegenläufigen wechselseitigen
Beeinflussung miteinander gekoppelt.
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Eine
derartige Gestaltung findet häufig bei Fahrzeugen im städtischen
Nahverkehr, insbesondere bei Straßenbahnen, ihre Anwendung
und ist beispielsweise aus der
DE 10 2005 041 162 A1 der Anmelderin bekannt.
Das erste Fahrzeugmodul ist dabei ein fahrwerksloses Modul mit einem
Wagenkasten, der an den beiden in Fahrzeuglängsrichtung
angrenzenden Fahrzeugmodulen abgestützt ist, welche ihrerseits
mit Fahrwerken versehen sind. Wegen der beidseitigen Aufhängung
an den angrenzenden Fahrzeugmodulen wird das mittlere, erste Fahrzeugmodul
häufig auch als Sänfte bezeichnet.
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Die
Wankstützen zwischen den Fahrzeugmodulen stellen zum einen
sicher, dass es beim Durchfahren von unverwundenen geraden Gleisabschnitten
oder Gleisbögen nicht zu unerwünscht hohen relativen
Wankbewegungen (um eine zur Fahrzeuglängsachse parallele
Wankachse) kommt. Demgegenüber stellt die gegenläufige
Kopplung der Wankstützen sicher, dass es durch die gegenläufigen Wankbewegungen
der an den (mittleren) ersten Wagenkasten angrenzenden Wagenkästen
beim Überfahren von Gleisverwindungen nicht zur Einleitung von
unerwünscht hohen Torsionsbelastungen der Wagenkästen
kommen kann.
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Nachteilig
ist hierbei allerdings die Tatsache, dass die Kopplungseinrichtung
zwischen den beiden Wankstützen wegen der üblicherweise
relativ großen Länge der radlosen Sänfte
eine vergleichsweise große Strecke überbrücken
muss. Dies hat (letztlich unabhängig vom verwendeten Wirkprinzip
der Kopplungseinrichtung) eine vergleichsweise komplexe und aufwändige
Gestaltung der Kopplungseinrichtung zur Folge.
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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 bei einfacherer Gestaltung
der Kopplungseinrichtung eine zuverlässige Reduktion der
Torsionsbelastung der Fahrzeugmodule 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 Fahrzeugkomponenten in verwundenen Gleisabschnitten
ermöglicht, wenn über die Kopplungseinrichtung
(anstelle der beiden Wankstützeinrichtungen an beiden Enden
der vergleichsweise langen radlosen Sänfte) die beiden
Wankstützeinrichtungen an den Enden eines gegebenenfalls
mit einem Fahrwerk versehenen, im Verhältnis zu wenigstens
einem der beiden angrenzenden Fahrzeugmodulen kurzen Fahrzeugmoduls
verbunden sind. Es hat sich gezeigt, dass hiermit zum einen ebenfalls eine
deutliche Reduzierung der Torsionsbelastungen der Wagenkästen,
insbesondere von radlosen Sänften, erzielt werden kann,
während sich zum anderen die Kopplungseinrichtung gegebenenfalls
sogar erheblich vereinfacht, da das kurze (gegebenenfalls mit einem
Fahrwerk versehene) Fahrzeugmodul in der Regel sogar deutlich kürzer
(gegebenenfalls sogar um ein Vielfaches kürzer) gestaltet
werden kann und wird. Entsprechend kürzer ist also auch
die durch die Kopplungseinrichtung zu überbrückende
Entfernung zwischen den beiden Wankstützen, sodass sich
deren Gestaltung vereinfacht.
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Im Übrigen
hat sich gezeigt, dass bei der erfindungsgemäßen
Gestaltung auch insofern eine Reduktion des hinsichtlich konstruktiven
Aufwands für das Fahrzeug erzielt werden kann, als sich
beispielsweise bei einem fünfteiligen Fahrzeug mit zwei
Sänften die Anzahl der Kopplungseinrichtungen von zwei auf
eine reduzieren lässt, nämlich diejenige am kurzen,
mittleren Stützmodul.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung betrifft diese daher ein Fahrzeug, insbesondere
Schienenfahrzeug, mit einer Fahrzeuglängsachse, einem ersten
Fahrzeugmodul mit einem ersten Wagenkasten, einem zweiten Fahrzeugmodul
mit einem zweiten Wagenkasten und einem dritten Fahrzeugmodul mit einem
dritten Wagenkasten, wobei das zweite Fahrzeugmodul und das dritte
Fahrzeugmodul dem ersten Fahrzeugmodul in Richtung der Fahrzeuglängsachse
jeweils einem der beiden Enden des ersten Fahrzeugmoduls benachbart
angeordnet sind. Der erste Wagenkasten und der zweite Wagenkasten sind über
eine erste Wankstützeinrichtung verbunden, während
der erste Wagenkasten und der dritte Wagenkasten über eine
zweite Wankstützeinrichtung verbunden sind, wobei die jeweilige
Wankstützeinrichtung Wankbewegungen um die Fahrzeuglängsachse
zwischen den verbundenen Wagenkasten entgegenwirkt. Die erste Wankstützeinrichtung
und die zweite Wankstützeinrichtung sind über
eine Koppeleinrichtung zur gegenläufigen wechselseitigen
Beeinflussung miteinander gekoppelt. In Richtung der Fahrzeuglängsachse
gesehen weist der erste Wagenkasten eine erste Länge, der
zweite Wagenkasten eine zweite Länge und der dritte Wagenkasten eine
dritte Länge auf, wobei die erste Länge im Vergleich
zu der zweiten Länge und/oder der dritten Länge
gering ist.
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Bevorzugt
ist das erste Fahrzeugmodul deutlich kürzer als das zweite
bzw. dritte Fahrzeugmodul ausgebildet, da hiermit besonders vorteilhafte
Gestaltungen erzielt werden können. Hierbei können beliebige
Längeverhältnisse zwischen den Fahrzeugmodulen
gewählt werden, solange ein spürbarer Längenunterschied
vorliegt. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die erste Länge
höchstens 60%, vorzugsweise höchstens 40%, weiter
vorzugsweise höchstens 25% der zweiten Länge und/oder
der dritten Länge beträgt.
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Die
Erfindung lässt sich grundsätzlich im Zusammenhang
mit beliebigen Fahrzeugkonfigurationen einsetzen. Insbesondere können
sowohl der erste Wagenkasten als auch wenigstens einer der beiden
angrenzenden Wagenkästen auf wenigstens einem weiteren
Fahrwerk abgestützt sein. Besonders vorteilhafte Gestaltungen
ergeben sich, wenn der erste Wagenkasten auf einem Fahrwerk abgestützt ist,
während das zweite Fahrzeugmodul und/oder das dritte Fahrzeugmodul
fahrwerkslos ausgebildet ist.
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Die
gegenläufige Kopplung der beiden Wankstützeinrichtungen
kann grundsätzlich auf beliebige geeignete Weise gestaltet
sein, welche die Einleitung übermäßiger
Torsionsmomente in die Wagenkästen vermeidet. Vorzugsweise
ist die Koppeleinrichtung derart gestaltet, dass eine erste Zustandsänderung
der ersten Wankstützeinrichtung, die gegenkraftfrei (mithin
also ohne äußere, entgegenwirkende Rückstellkräfte)
unter einer ersten Wankbewegung des zweiten Wagenkastens bezüglich
des ersten Wagenkastens erfolgt, über die Koppeleinrichtung
eine zweite Zustandsänderung der zweiten Wankstützeinrichtung
bewirkt, die unter einer zur ersten Wankbewegung gegenläufigen zweiten Wankbewegung
des dritten Wagenkastens bezüglich des ersten Wagenkastens
erfolgt. Hierdurch kann selbst in Fällen, in denen am dem
ersten Fahrzeugmodul abgewandten Ende des fahrwerkslosen zweiten
bzw. dritten Fahrzeugmoduls eine in Wankrichtung starre Kopplung
zu einem weiteren Fahrzeugmodul mit Fahrwerk vorliegt, mit einer
einzigen Kopplungseinrichtung zuverlässig verhindert werden,
dass übermäßige Torsionsmomente in die
Wagenkästen eingeleitet werden.
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Durch
die im zwangskräftefreien Zustand erzielte gegenläufige
Zustandsänderung (Verschiebung und/oder Längeänderung
etc.) der beiden Wankstützeinrichtungen kann zum einen
die oben bereits beschriebene vorteilhafte Reduktion der Torsionsbelastung
der ersten Fahrzeugkomponente erzielt werden. Dies rührt
daher, dass die beiden Wankstützeinrichtungen im Fall eines
verwundenen oder anderweitig deformierten Gleisebenenverlaufs durch ihre
dank der Kopplungseinrichtung erzielte gegenläufige Zustandsänderung
dem deformierten Gleisebenenverlauf gegebenenfalls sogar vollständig
folgen können, ohne betätigt zu werden, d. h.
ohne eine auf die erste Fahrzeugkomponente wirkende Rückstellkraft
auszuüben, welche dann zu der beschriebenen Torsionsbelastung
der ersten Fahrzeugkomponente führen könnte.
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Kann
eine solche gegenläufige Verschiebung aufgrund eines nicht
deformierten Gleisebenenverlaufs jedoch nicht stattfinden, können
die Wankstützeinrichtungen hingegen ihre 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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Die
gegenläufige Kopplung der beiden Wankstützeinrichtungen
kann grundsätzlich in beliebiger geeigneter Weise erfolgen.
Dabei können die beiden Wankstützeinrichtungen
auch unterschiedliche Zustandsänderungen erfahren. So kann
beispielsweise eine der Wankstützen eine Längenänderung
erfahren, während die andere eine Verschiebung erfährt.
Vorzugsweise ist die Koppeleinrichtung derart ausgebildet, dass
eine gegenkraftfrei erfolgende erste Zustandsänderung,
insbesondere eine erste Verschiebung und/oder eine erste Längenänderung der
ersten Wankstützeinrichtung, eine gegenläufige zweite
Zustandsänderung der zweiten Wankstützeinrichtung
bewirkt.
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Die
Anbindung der Koppeleinrichtung an jeweilige Wankstützeinrichtung
kann grundsätzlich in beliebiger geeigneter Weise erfolgen.
So kann beispielsweise bei einer in sich über eine Stelleinrichtung
(beispielsweise einen Arbeitszylinder oder eine Verstellspindel
etc.) verstellbaren Wankstützeinrichtung vorgesehen sein,
dass die Koppeleinrichtung an dieser Stelleinrichtung ansetzt und
die Kopplung über eine Einflussnahme auf die Stelleinrichtung
vornimmt (beispielsweise über die hydraulische Kopplung
der Arbeitsräume der Arbeitszylinder).
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Vorzugsweise
erfolgt die Kopplung aber im Bereich Anlenkung der jeweiligen Wankstützeinrichtung
an dem betreffenden Wagenkasten, sodass als Zustandsänderung
der betreffenden Wankstützeinrichtung eine einfache Verschiebung
im Bereich des Anlenkpunkts gewählt werden kann. Bevorzugt
ist daher vorgesehen, dass die erste Wankstützeinrichtung
in einem ersten Anlenkpunkt an der Koppeleinrichtung angelenkt ist,
die zweite Wankstützeinrichtung in einem zweiten Anlenkpunkt
an der Koppeleinrichtung angelenkt ist. Die Koppeleinrichtung ist
in diesem Fall derart ausgebildet, dass eine gegenkraftfreie erste
Verschiebung des ersten Anlenkpunkts eine gegenläufige
zweite Verschiebung des zweiten Anlenkpunkts bewirkt.
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Ein
Vorteil dieser Lösung liegt darin, dass durch die über
die Anlenkpunkte an der Kopplungseinrichtung erzielte Verschiebung
der Wankstützeinrichtungen keine Festlegung hinsichtlich
der Bauform und Gestaltung der Wankstützeinrichtungen vorgegeben
ist. Bei der erfindungsgemäßen Lösung
können somit Wankstützeinrichtungen beliebiger
Art (hydraulisch, mechanisch etc.) zum Einsatz kommen und gegebenenfalls
beliebig miteinander kombiniert werden.
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Bei
besonders einfach gestalteten Varianten des erfindungsgemäßen
Fahrzeugs ist die Koppeleinrichtung derart ausgebildet, dass eine
gegenkraftfreie erste Verschiebung des ersten Anlenkpunkts eine
gegenläufige zweite Verschiebung des zweiten Anlenkpunkts
bewirkt. Hierdurch lässt sich insbesondere die Koppeleinrichtung
besonders einfach gestalten, da eine solche gegenläufige
Bewegung der beiden Anlenkpunkte gegebenenfalls einfach über
einen einzigen schwenkbar gelagerten Hebelarm mit zwei freien Enden
realisieren lässt, an denen sich jeweils einer der Anlenkpunkte
befindet.
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Die
durch die Kopplungseinrichtung erzielte Bewegungsübersetzung
kann grundsätzlich beliebig gewählt sein und an
die Bauform und Gestaltung der auf der jeweiligen Seite der Kopplungseinrichtung angeschlossenen
Wankstützeinrichtung angepasst sein. Bei besonders einfach
gestalteten Varianten des erfindungsgemäßen Fahrzeugs,
insbesondere bei Varianten mit identisch aufgebauten Wankstützeinrichtungen,
ist 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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Wegen
der einfachen, Platz sparenden Gestaltung ist bevorzugt vorgesehen,
dass die Koppeleinrichtung auf derselben Seite der Fahrzeuglängsachse
gelegene Teile der ersten Wankstützeinrichtung und der
zweiten Wankstützeinrichtung verbindet. Vorzugsweise verbindet
die Koppeleinrichtung zudem Komponenten der ersten Wankstützeinrichtung
und der zweiten Wankstützeinrichtung, welche dieselbe Funktion
und/oder Lage innerhalb der jeweiligen Wankstützeinrichtung
aufweisen. Hierdurch lassen sich besonders einfache Bauvarianten
mit einfacher Kinematik erzielen.
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Die
Koppeleinrichtung umfasst wegen der besonders einfachen Gestaltung
bevorzugt wenigstens einen um einen ersten Schwenkpunkt schwenkbar
an den ersten Wagenkasten angelenkten ersten Hebelarm, wobei der
erste Schwenkpunkt in der kinematischen Kette zwischen der ersten
Wankstützeinrichtung und der zweiten Wankstützeinrichtung
angeordnet ist. Vorzugsweise umfasst der erste Hebelarm ein freies
erstes Ende und ein freies zweites Ende, wobei das erste Ende unmittelbar
mit der ersten Wankstützeinrichtung verbunden ist und das
zweite Ende unmittelbar oder über weitere Zwischenelemente
mit der zweiten Wankstützeinrichtung verbunden ist. An
den freien Enden eines solchen ersten Hebelarms kann dann, wie oben
dargelegt, jeweils einer der Anlenkpunkte angeordnet sein.
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Bei
weiteren vorteilhaften Varianten des erfindungsgemäßen
Fahrzeugs ist vorgesehen, dass die Koppeleinrichtung wenigstens
einen um einen zweiten Schwenkpunkt schwenkbar an den ersten Wagenkasten
angelenkten zweiten Hebelarm umfasst, wobei der zweite Schwenkpunkt
in der kinematischen Kette zwischen der ersten Wankstützeinrichtung
und der zweiten Wankstützeinrichtung angeordnet ist und
der zweite Hebelarm mit dem ersten Hebelarm über wenigstens
ein Koppelelement, insbesondere eine Schubstange, verbunden ist.
Durch eine solche Anordnung lassen sich in vorteilhafter Weise günstige
Bewegungsübersetzungen erzielen, sodass auch größere
Strecken zwischen den Wankstützeinrichtungen überbrückt
werden können, ohne dass die Koppeleinrichtung große
Auslenkungen vollführen muss.
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Die
Koppeleinrichtung kann wie erwähnt auf beliebige geeignete
Weise ausgebildet sein, um die oben genannten gegenläufigen
Zustandsänderungen der Wankstützeinrichtungen
bzw. an den Wankstützeinrichtungen zu erzielen. So kann
sie rein mechanisch durch ein Hebelgetriebe oder dergleichen ausgebildet
sein. Ebenso kann sie aber auch ganz oder teilweise über
ein fluidisches Getriebe, beispielsweise ein hydraulisches Getriebe
realisiert sein. Bei weiteren bevorzugten Varianten des erfindungsgemäßen
Fahrzeugs ist daher vorgesehen, dass die Koppeleinrichtung wenigstens
einen mit der ersten Wankstützeinrichtung verbundenen ersten
Arbeitszylinder, insbesondere einen ersten Hydraulikzylinder, umfasst,
die Koppeleinrichtung wenigstens einen mit der zweiten Wankstützeinrichtung
verbundenen zweiten Arbeitszylinder, insbesondere einen zweiten
Hydraulikzylinder, umfasst und die Koppeleinrichtung wenigstens
eine den ersten Arbeitszylinder und den zweiten Arbeitszylinder
verbindende Verbindungsleitung für ein Arbeitsmedium, insbesondere
ein Hydraulikfluid, umfasst.
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Wie
erwähnt kann dabei auch vorgesehen sein, dass der erste
Arbeitszylinder Bestandteil der ersten Wankstützeinrichtung
ist und/oder der zweite Arbeitszylinder Bestandteil der zweiten
Wankstützeinrichtung ist, sodass gegebenenfalls letztlich
zusätzlich zu der jeweiligen Wankstützeinrichtung
nur eine Verbindungsleitung für das Medium erforderlich ist.
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Bei
bevorzugten Varianten des erfindungsgemäßen Fahrzeugs
ist zudem vorgesehen, dass die Koppeleinrichtung eine Dämpfungseinrichtung und/oder
eine Stelleinrichtung umfasst, um die in der Anordnung auftretenden
Bewegungen zu dämpfen (und so beispielsweise dynamische
Belastungen zu reduzieren) und/oder aktive Stellkräfte
zu erzeugen (und so beispielsweise aktiv gewünschte Wankbewegungen
zwischen den Wagenkästen zu erzeugen).
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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 Draufsicht auf einen Teil einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Fahrzeugs in Neutralstellung;
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2 eine
schematische Draufsicht den Teil des Fahrzeugs aus 4 in
Verwindungsstellung;
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3 eine
schematische Draufsicht auf einen Teil einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Fahrzeugs in Neutralstellung.
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4 eine
schematische Draufsicht auf einen Teil einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Fahrzeugs in Neutralstellung.
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Erstes Ausführungsbeispiel
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Die 1 und 2 zeigen
schematische Draufsichten auf ein erfindungsgemäßes
fünfteiliges Fahrzeug 101 (1) bzw.
einen Teil des Fahrzeugs 101, das ein erstes Fahrzeugmodul 101.1,
ein zweites Fahrzeugmodul 101.2, ein drittes Fahrzeugmodul 101.3,
ein viertes Fahrzeugmodul 101.4, ein fünftes Fahrzeugmodul 101.5 sowie
eine Fahrzeuglängsachse 101.6 aufweist. Das mittlere,
erste Fahrzeugmodul 101.1 umfasst einen ersten Wagenkasten 102, der über
entsprechende Federeinrichtungen auf einem Fahrwerk 102.1 abgestützt
ist. An den beiden Enden des erstes Fahrzeugmoduls 101.1 grenzen das
zweite Fahrzeugmodul 101.2 bzw. dritte Fahrzeugmodul 101.3 an,
die jeweils fahrwerkslos gestaltet sind.
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Das
zweite Fahrzeugmodul 101.2 weist hierbei einen zweiten
Wagenkasten 103 auf, während das dritte Fahrzeugmodul 101.3 einen
dritten Wagenkasten 104 aufweist. Der zweite Wagenkasten 103 ist einerseits
an dem ersten Wagenkasten 102 und andererseits an einem
vierten Wagenkasten 105 des vierten Fahrzeugmoduls 101.4 abgestützt,
der wiederum über entsprechende Federeinrichtungen auf einem
Fahrwerk 105.1 abgestützt ist. Der dritte Wagenkasten 104 ist
einerseits an dem ersten Wagenkasten 102 und andererseits
an einem fünften Wagenkasten 106 des fünften
Fahrzeugmoduls 101.5 abgestützt, der wiederum über
entsprechende Federeinrichtungen auf einem Fahrwerk 106.1 abgestützt
ist. Mithin sind also der zweite Wagenkasten 103 und der
dritte Wagenkasten 104 nach Art einer so genannten radlosen
Sänfte gestaltet.
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Die
Fahrzeugmodule 101.1 bis 101.5 sind, wie nachfolgend
noch näher erläutert wird, untereinander gekoppelt,
um die Kraftübertragung zwischen ihnen zu gewährleisten.
Dabei können in herkömmlicher Weise in Höhenrichtung
des Fahrzeugs beabstandete Gelenkeinrichtungen vorgesehen sein,
die typischerweise neben den Schwenkbewegungen zwischen den gekoppelten
Wagenkästen in zumindest einer Richtung weitere Funktionen
zur Verfügung stellen. Im Folgenden soll hauptsächlich
auf die Gelenke eingegangen werden, welche maßgeblichen
Einfluss auf die wechselseitigen Wankbewegungen (um die Fahrzeuglängsachse 101.6)
zwischen den Wagenkästen haben, während die übrigen Gelenke
nicht näher erwähnt und insbesondere auch in den
Figuren aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit
nicht dargestellt sind.
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Während übermäßige
Wankdifferenzen zwischen den Wagenkästen 102 bis 106 verhindert
werden sollen, sollen sich aufgrund des Befahrens von deformierten
Gleisabschnitten, insbesondere von Gleisverwindungen, einstellende
gestaffelte Neigungen der aufeinander folgenden Wagenkästen 102, 103 und 104 um
ihre jeweilige Längsachse zugelassen werden.
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Bekannte
Lösungen weisen hierzu z. B. im Dachbereich zwischen benachbarten
Wagenkästen in Querrichtung angeordnete und diese gelenkig
verbindenden Stangen auf, wie sie in 1 durch
die gepunkteten Konturen 107 angedeutet sind. Die Wagenkästen 102, 103 und 104 sind
weiterhin beispielsweise durch eine (nicht dargestellte) Artikulation
im Bodenbereich gelenkig miteinander verbunden. Bei Wankbewegungen
eines Wagenkastens 102, 103 und 104,
d. h. einer Querbewegung im Dachbereich gegenüber dem tiefer
liegenden Wankpol, wird diese Querbewegung über die Steifigkeit
der Stangen 107 auf den benachbarten Wagenkasten des Gliederzugs übertragen.
Die Stangen 107 verhindern somit das Wanken der Wagenkästen 102, 103 und 104 relativ zueinander,
während gleichzeitig relative Nickbewegungen der Wagenkästen 102, 103 und 104,
wie sie beim Befahren von Gleiswannen oder -kuppen auftreten können,
zugelassen werden.
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Beim
Befahren von Gleisverwindungen versuchen diese Stangen 110 jedoch,
die benachbarten Wagenkästen 102, 103 und 104 alle
parallel zueinander, insbesondere in Vertikalrichtung parallel zueinander
zu halten, was zum Entstehen starker Zwangskräfte in den
Anlenkpunkten dieser Stangen 110 und damit der Struktur
der Wagenkästen 102, 103 und 104 führt.
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Um
diesen Nachteil zu überwinden, ist eine erfindungsgemäße
Entkoppelung der dynamisch bedingten und unerwünschten
Wankbewegung von der durch das Befahren eines deformierten Gleisabschnitte,
z. B. einer Gleisverwindung, erzeugten relativen Querneigung aufeinander
folgender Segmente eines Gliederzugs erforderlich.
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Dies
wird bei dem in 1 und 2 schematisch
dargestellten Fahrzeug 101 wie folgt erreicht, wobei die 1 in
der Draufsicht die Situation auf ebenem Gleis und die 2 die
Situation auf verwundenem Gleis darstellt:
Zwischen dem jeweiligen
zweiten Wagenkasten 103, 104 und dem ersten Wagenkasten 102 ist
jeweils eine Wankstützeinrichtung 108 bzw. 109 angeordnet. So
ist zwischen dem zweiten Wagenkasten 103 und dem ersten
Wagenkasten 102 eine erste Wankstützeinrichtung 108 vorgesehen,
während zwischen dem dritten Wagenkasten 104 und
dem ersten Wagenkasten 102 eine zweite Wankstützeinrichtung 109 vorgesehen
ist.
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Die
erste Wankstützeinrichtung ist in Form einer ersten Zug-Druck-Stange 108 ausgebildet,
die einerseits schwenkbar an einer Konsole an dem zweiten Wagenkasten 103 angelenkt
ist. An ihrem dem ersten Wagenkasten 102 zugewandten Ende
ist die erste Stange 108 drehbar in einem ersten Anlenkpunkt 108.1 in
einem ersten freien Ende eines ersten Hebelarms 110.1 einer
Koppeleinrichtung 110 gelagert, deren Funktion weiter unten
noch näher erläutert wird.
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In
analoger Weise ist die zweite Wankstützeinrichtung 109 in
Form einer zweiten Zug-Druck-Stange 109 ausgebildet, die
einerseits schwenkbar an einer Konsole an dem dritten Wagenkasten 104 angelenkt
ist. An ihrem dem ersten Wagenkasten 102 zugewandten Ende
ist die zweite Stange 109 drehbar in einem zweiten Anlenkpunkt 109.1 in
einem ersten freien Ende eines zweiten Hebelarms 110.2 der
Koppeleinrichtung 110 gelagert. Der erste Hebelarm 110.1 und
der zweite Hebelarm 110.2 sind über eine Koppelstange 110.3 mechanisch
verbunden, sodass die erste Wankstützeinrichtung 108 über
die Koppeleinrichtung 110 mit der zweiten Wankstützeinrichtung 109 mechanisch
gekoppelt ist.
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Der
als kurzer Winkelhebel ausgebildete erste Hebelarm 110.1 ist
in der Nähe der ersten Wankstützeinrichtung 108 um
einen ersten Schwenkpunkt 110.4 mit einer ersten Schwenkachse
schwenkbar an dem ersten Wagenkasten 102 angelenkt. Die
erste Schwenkachse befindet sich im Berech des Knicks des ersten
Hebelarms 110.1 und ist ortsfest mit dem ersten Wagenkasten 102 verbunden.
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An
dem ersten freien Ende des ersten Hebelarms 110.1 befindet
sich der erste Anlenkpunkt 108.1 der ersten Wankstützeinrichtung 108,
während am zweiten freien Ende des ersten Hebelarms 110.1 die Koppelstange 110.3 angelenkt
ist.
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Der
ebenfalls als kurzer Winkelhebel ausgebildete zweite Hebelarm 110.2 ist
in der Nähe der zweiten Wankstützeinrichtung 109 um
einen zweiten Schwenkpunkt 110.5 mit einer zweiten Schwenkachse
schwenkbar an dem ersten Wagenkasten 102 angelenkt. Die
zweite Schwenkachse befindet sich im Berech des Knicks des zweiten
Hebelarms 110.2 und ist ortsfest mit dem Wagenkasten 102 verbunden.
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An
dem ersten freien Ende des zweiten Hebelarms 110.2 befindet
sich der zweite Anlenkpunkt 109.1 der zweiten Wankstützeinrichtung 109,
während am zweiten freien Ende des zweiten Hebelarms 110.2 die
Koppelstange 110.3 angelenkt ist.
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Der
erste Anlenkpunkt 108.1 und der zweite Anlenkpunkt 109.1 bilden
wiederum Auflagerpunkte der betreffenden Wankstützeinrichtung 108 bzw. 109 bezüglich
des ersten Wagenkastens 102, also einen Lagerpunkt der
Wankstützeinrichtung 108 bzw. 109, der
bei Nichtbetätigung bzw. Fixierung der Koppeleinrichtung 110 und
bei Betätigung der Wankstützeinrichtung 108 bzw. 109 bezüglich
der ersten Fahrzeugkomponente, hier also des ersten Wagenkastens 102,
ortsfest ist.
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Der
erste Hebelarm 110.1 und der zweite Hebelarm 110.2 weisen
bevorzugt identische Abmessungen auf und sind symmetrisch zur Quermittenebene
des ersten Wagenkastens 102 angeordnet. Dabei verläuft
die Koppelstange 110.3 durchgehend auf einer Seite der
Verbindungsgeraden der Schwenkpunkte 110.4 und 110.5,
sodass eine gegenkraftfreie Auslenkung des ersten freien Endes des
ersten Hebelarms 110.1 eine gegenläufige Auslenkung
des ersten freien Endes des zweiten Hebelarms 110.2 erzeugt
und umgekehrt.
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Wegen
der Lage des ersten Anlenkpunktes 108.1 an dem ersten freien
Ende des ersten Hebelarms 110.1 und der Lage des zweiten
Anlenkpunktes 109.1 an dem ersten freien Ende des zweiten
Hebelarms 110.2 bedingt die Koppeleinrichtung 110 gegenläufige
Auslenkungen des ersten Anlenkpunktes 108.1 und des zweiten
Anlenkpunktes 109.1 der jeweiligen Wankstützeinrichtung 108 bzw. 109 und
damit im Sinne der vorliegenden Erfindung eine gegenläufige
Zustandsänderung der jeweiligen Wankstützeinrichtung 108 bzw. 109.
Der Betrag der Auslenkungen ist dabei gleich, während die
Richtungen jeweils entgegengesetzt sind.
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Es
sei an dieser Stelle der Vollständigkeit halber erwähnt,
dass bei anderen Varianten der Erfindung auch vorgesehen sein kann,
dass der erste Hebelarm und der zweite Hebelarm nicht notwendigerweise
bei der an dem ersten Wagenkasten angelenkt sein müssen.
Vielmehr kann wenigstens einer der beiden auch an dem jeweils an
den ersten Wagenkasten angrenzenden zweiten bzw. dritten Wagenkasten
angelenkt sein (wobei dann natürlich das jeweils dem Hebelarm
abgewandte andere Ende der Wankstützeinrichtung an dem
ersten Wagenkasten angelenkt ist).
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Im
Folgenden wird die Wirkungsweise der Koppeleinrichtung 110 und
der über sie gekoppelten ersten Wankstützeinrichtung 108 und
zweiten Wankstützeinrichtung 109 erläutert.
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Erfährt
der erste Wagenkasten 102, z. B. infolge einer Laufunruhe
und seines hochliegenden Schwerpunkts, ein reines Wankmoment um
eine Wankachse parallel zur Fahrzeuglängsachse 101.1, so
bewegen sich der erste Anlenkpunkt 108.1 und der zweite
Anlenkpunkt 109.1 an seinen beiden Wagenkastenenden gegenüber
den benachbarten Wagenkästen 103, 104 in
gleicher Relativrichtung. Dadurch werden die ersten freien Enden
der beiden Winkelhebel 110.1 und 110.2 symmetrisch
belastet, d. h. es wird auf sie jeweils eine Kraft im Wesentlichen
gleicher Richtung und gleichen Betrags ausgeübt. Aufgrund
ihrer eigenen Steifigkeit und der Steifigkeit der Koppelstange 110.3 werden
die Winkelhebel 110.1 und 110.2 an einer Drehung
gehindert, sodass die Anordnung wie die bekannten Stangen 107 der
Wankbewegung entgegenwirkt.
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Bei
Verwindung des Gleises werden die Wagenkästen 102, 103, 104 etc.
in Fahrtrichtung sukzessive aus der Vertikalrichtung ausgelenkt,
wie dies 2 zu entnehmen ist. Die relative
Horizontalbewegung zwischen dem ersten Wagenkasten 102 und dem
vorausfahrenden dritten Wagenkasten 104 sowie zwischen
dem ersten Wagenkasten 102 und dem nachfolgenden zweiten
Wagenkasten 103 erfolgt nun in entgegengesetzter Richtung.
Dadurch können sich die beiden Winkelhebel 110.1 und 110.2 um
ihren jeweiligen Schwenkpunkt 110.4 bzw. 110.5 gleichsinnig
drehen. Die Koppelstange 110.3 erfährt hierbei keine
nennenswerte Kraft, sondern bewegt sich ebenso nahezu widerstandslos
in Fahrzeuglängsrichtung 101.1 Dadurch werden
die Konsolen an den Wagenkästen 102, 103, 104 sowie
die Wagenkästen 102, 103, 104 selbst
nicht wie im herkömmlichen Fall mit den Stangen 107 mit
Zwangskräften belastet.
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Bei
einer Mischform beider Bewegungen, d. h. bei gleichzeitigem Wanken
eines Wagenkastens während der Überfahrt über
ein Stück deformiertes Gleis, werden nur die dem eigentlichen
Wanken eines einzelnen Wagenkastens gegenüber den ihm benachbarten
Wagenkästen entsprechenden Differenzkräfte von
den Konsolen der Wankstützeinrichtungen 108, 109 aufgenommen,
während die durch die Gleisverwindung hervorgerufene zunehmende Schrägstellung
der Wagenkästen 102, 103, 104 in Querrichtung
keine unerwünschten Zwangskräfte hervorruft.
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Wie 1 zu
entnehmen ist, weist der auf dem Fahrwerk 102.1 abgestützte
erste Wagenkasten 102 in Richtung der Längsachse 101.6 eine
(erste) Länge auf, die deutlich geringer ist als die (zweite) Länge
des zweiten Wagenkastens 103 und die (dritte) Länge
des dritten Wagenkastens 104 der beiden angrenzenden fahrwerkslosen
Fahrzeugmodule 101.2 und 101.3. Dies hat den Vorteil,
dass die Koppeleinrichtung 110 deutlich kürzer
und damit einfacher gestaltet sein kann als bei herkömmlichen
Lösungen, bei denen die Koppeleinrichtung an den in der
Regel deutlich längeren fahrwerkslosen Sänften angeordnet
ist.
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Im
vorliegenden Beispiel beträgt die erste Länge
etwa 25% der zweiten Länge und der dritten Länge.
Es versteht sich jedoch, dass der anderen Varianten der Erfindung
vorgesehen sein kann, dass die erste Länge höchstens
60%, vorzugsweise höchstens 40%, der zweiten Länge
und/oder der dritten Länge beträgt. Hiermit lassen
sich in jedem Fall die oben geschilderten Vorteile erzielen.
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Wie
der 1 weiterhin zu entnehmen ist, sind der zweite
Wagenkasten 103 und der vierte Wagenkasten 105 zumindest über
ein einfaches Gelenk 111 gekoppelt, welches gegebenenfalls
keine Wankbewegungen zwischen dem zweiten Wagenkasten 103 und
dem vierten Wagenkasten 105 zulässt. Dies ist
jedoch unkritisch, da im vorliegenden Beispiel auch der vierte Wagenkasten 105 (vorzugsweise
im gleichen Maße wie der erste Wagenkasten 102)
in Längsrichtung des Fahrzeugs 101 deutlich kürzer
ist als der zweite Wagenkasten 103, sodass sich die Einheit
aus dem zweiten Wagenkasten 103 und dem vierten Wagenkasten 105 im
Hinblick auf Wankbewegungen letztlich wie ein herkömmlicher
langer Wagenkasten verhält, in dem dank der Kopplungseinrichtung 110 aber
insbesondere die Torsionsbelastungen (um die Längsachse 101.6)
deutlich reduziert sind.
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Wie
der 1 weiterhin zu entnehmen ist, gilt Vergleichbares
für den dritten Wagenkasten 104 und den fünften
Wagenkasten 106. So sind der dritte Wagenkasten 104 und
der fünfte Wagenkasten 106 ebenfalls zumindest über
ein einfaches Gelenk 111 gekoppelt, welches gegebenenfalls
keine Wankbewegungen zwischen dem dritten Wagenkasten 104 und
den fünften Wagenkasten 106 zulässt.
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Wie
der 1 schließlich zu entnehmen ist, kann
die Kopplungseinrichtung 110 mit einer Dämpfungseinrichtung
und/oder einer aktiven Stelleinrichtung versehen sein, wie sie durch
die gestrichelte Kontur 112 angedeutet ist. Über
diese Dämpfungseinrichtung und/oder Stelleinrichtung 112 kann
eine Dämpfung bzw. (gesteuert durch eine entsprechende Steuereinrichtung)
eine aktive Verstellung der Kopplung der Wankbewegungen zwischen
dem ersten, zweiten und dritten Wagenkasten 102 bis 104 erfolgen.
Insbesondere kann gegebenenfalls eine aktive Einstellung der Bewegungsübersetzung
der Koppeleinrichtung 110 vorgenommen werden.
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Zweites Ausführungsbeispiel
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführung des erfindungsgemäßen
Fahrzeugs 201 mit den Wagenkästen 202, 211, 212 ist
in 3 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
einzige Unterschied zur Ausführung aus 1 besteht
in der Gestaltung der beiden Wankstützeinrichtungen 208 und 209 und
der Koppeleinrichtung 210, über welche die beiden
Wankstützeinrichtungen 208 und 209 miteinander
gekoppelt sind.
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So
sind zum einen die beiden Wankstützeinrichtungen 208 und 209 jeweils
ortsfest am jeweiligen ersten Wagenkasten 202 und zweiten
bzw. dritten Wagenkasten 203 bzw. 204 angelenkt.
Zudem sind die beiden Wankstützeinrichtungen 208 und 209 nicht
als starre Stangen ausgebildet, sondern umfassen jeweils einen Arbeitszylinder 208.1 bzw. 209.1, mittels
dessen über ein Arbeitsfluid die Länge der Wankstützeinrichtung 208 und 209 eingestellt
werden kann.
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An
Stelle der Koppelstange 110.3 umfasst die Koppeleinrichtung 210 eine
hydraulische Kopplung in Form einer Hydraulikleitung 210.3 über
welche die Arbeitsräume der Arbeitszylinder 208.1 und 209.9 (in
beliebiger geeigneter Weise) verbunden sind, um die gegenläufige
Kopplung der beiden Wankstützeinrichtungen 208 und 209 zu
erzielen.
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Es
versteht sich, dass bei anderen Varianten des erfindungsgemäßen
Fahrzeugs die vorstehend beschriebene hydraulische Koppeleinrichtung
auch mit einer aktiven Stelleinrichtung und/oder einer Dämpfungseinrichtung
versehen sein kann, wie dies in 3 durch
die Kontur 212 angedeutet ist. So kann beispielsweise eine
entsprechende Pump- und Steuereinheit oder dergleichen vorgesehen
sein, welche den Füllgrad der Arbeitsräume der
Hydraulikzylinder entsprechend den Vorgaben einer Steuereinrichtung
modifiziert.
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Drittes Ausführungsbeispiel
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführung des erfindungsgemäßen
Fahrzeugs 301 mit den Wagenkästen 302, 311, 312 ist
in 4 dargestellt. Das Fahrzeug 301 entspricht
dabei in seiner grundsätzlichen Gestaltung und Funktionsweise
dem Fahrzeug 101 aus 1, sodass
hier lediglich auf die Unterscheide eingegangen werden soll.
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Der
einzige Unterschied zur Ausführung aus 1 besteht
in der Gestaltung der Wankstützeinrichtung 308 und
der Koppeleinrichtung 310, über welche die beiden
Wankstützeinrichtungen 308 und 309 miteinander
gekoppelt sind.
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So
ist zum einen die Wankstützeinrichtung 308 als
ortsfest am zweiten Wagenkasten 303 befestigtes Drehgelenk
ausgebildet. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten
der Erfindung auch eine Gestaltung mit einer starren Stange vorgesehen sein
kann, wie dies in 4 durch die Kontur 313 angedeutet
ist.
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An
Stelle der Winkelhebel 101.1 und 101.2 und der
Koppelstange 110.3 umfasst die Koppeleinrichtung 310 weiterhin
einfach einen ersten Hebel 310.1, an dessen Enden die beiden
Wankstützeinrichtungen 308 und 309 angelenkt
sind und der in einem Anlenkpunkt 310.4 (im Mittenbereich
des Wagenkastens 302) an dem Wagenkasten 302 (um
die Hochachse des Wagenkastens 302 drehbar) angelenkt ist.
Hierdurch lässt sich auf eine besonders einfache Weise
die gegenläufige Kopplung der Wankbewegungen erzielen.
Hierbei sei erwähnt, dass insbesondere die (in Längsrichtung)
vergleichsweise kurze Gestaltung des ersten Wagenkastens 302 und
damit der kurze zu überbrückende Weg zwischen
den Wankstützeinrichtungen 308 und 309 für
die Einfachheit der Gestaltung von besonderem Vorteil ist.
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Es
versteht sich, dass bei anderen Varianten des erfindungsgemäßen
Fahrzeugs die vorstehend beschriebenen oder auch andere Kopplungsmechanismen
einzeln oder zur in Kombination zur Anwendung kommen können,
um die erfindungsgemäße Kopplung zwischen den
Wankstützeinrichtungen zu realisieren.
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Die
vorliegende Erfindung wurde vorstehend ausschließlich anhand
von Beispielen für Schienenfahrzeuge mit einem mittleren
Stützmodul mit Fahrwerk und zwei daran angrenzenden radlosen
Sänften beschrieben. Es sei hier nochmals erwähnt,
dass die Erfindung aber auch in Verbindung mit beliebigen anderen
Fahrzeugkonstellationen zum Einsatz kommen kann, bei denen wenigstens
eines der beiden an das kurze erste Fahrzeugmodul angrenzenden Fahrzeugmodule
ebenfalls auf wenigstens einem Fahrwerk abgestützt ist.
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Die
vorliegende Erfindung wurde vorstehend ausschließlich anhand
von Beispielen für Schienenfahrzeuge beschrieben. Es versteht
sich schließlich 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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- - DE 102005041162
A1 [0002]