DE3538513A1

DE3538513A1 - Strassenbahn-leichtbautriebwagen mit gelenkten angetriebenen oder mitlaufenden einzelradfahrwerken und durchgehendem niedrigfussboden fuer einstufeneinstieg

Info

Publication number: DE3538513A1
Application number: DE19853538513
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dipl Ing Scheucken; Hans J Girod; Gerhard Korn
Original assignee: Individual
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1987-04-27
Filing date: 1985-10-30
Publication date: 1987-05-07
Also published as: EP0288589B1; DE3769133D1; ATE62190T1; EP0288589A1

Description

1.00 Beschreibung der Erfindung

1.01 Erfinder:
Heinrich Scheucken,433 Mülheim a. d. Ruhr. Witthausstr. 6 Hans J. Girod,433 Mülheim a. d. Ruhr, Holthauser Höfe 14 Gerhard Korn433 Mülheim a. d. Ruhr, Marienburger Weg 159

1.02 Bezeichnung der Erfindung:

"Straßenbahn-Leichtbautriebwagen mit gelenkten angetriebenen oder mitlaufenden Einzelradfahrwerken und durchgehendem Niedrigfußboden für Einstufeneinstieg."

1.03 Ausgangsbasis - Stand der Technik -

Die bekannten Straßenbahnwagen sind als Fahr- oder Drehgestellfahrzeuge konzipiert. Durch die Bauhöhe der Fahrwerke ist die Fußbodenhöhe des Fahrgastraumes von 880-910 mm vorgegeben. Die Ein- und Ausstiege besitzen zur Überwindung dieses Niveauunterschiedes bis zu 4 Stufen. Hierdurch werden die Wegwiderstände derartig vergrößert, daß Fahrgastwechselzeiten von 25 Sekunden und mehr an den Haltestellen entstehen. Die hierdurch unproduktiv vergrößerten Wagenumlaufzeiten belasten den Fahrplanwirkungsgrad und damit die Betriebskosten im Nahverkehr erheblich. Ältere Personen, Behinderte und Mütter mit Kinderwagen oder Gepäck können diesen Mehrstufeneinstieg nur mit großen Schwierigkeiten überwinden. Die Anordnung von Hochbahnsteigen scheidet in der Regel in Straßenbahnsystemen aus, da derartige Stationsanlagen in öffentlichen Straßenräumen nicht untergebracht werden können.

Bisher ausgeführte Schienenfahrzeugkonstruktionen mit Einzelradantrieben sind in neuerer Zeit durch die EPA-Anmeldung Nr. 00 60 000/B1 bekannt geworden. Die hier vorgeschlagene Lösung nimmt jedoch für die Anordnung der Radführungen, deren Anlenkungen an den Wagenkasten und den Einbau der Elektromotore den Raum zwischen den Triebrädern voll in Anspruch. Dadurch ist eine Absenkung des Wagenbodens unter die Radmittelpunkte nicht möglich.

1.04 Verfolgter Zweck der Erfindung

Das der Erfindung zugrunde liegende Straßenbahntriebwagen-Leichtbaukonzept unterscheidet sich von bekannten Konstruktionen durch folgende Auslegungs- und Baueigenschaften:

1.05 Die Wagenkästen eines z. B. Eingelenk-Straßenbahntriebwagens werden auf 8 Einzelradantriebe ohne Zwischenschaltung von Lauf- und Drehgestellen direkt abgestützt.

1.06 Diese Leichtbau-Einzelradantriebe sind über einseitig gefederte in der Längsrichtung der Wagenkästen angelenkte Schwingen spurtreu mit den Wag-enkastenkonstruktionen fest verbunden. Hierdurch ist im Gegensatz zu bekannten Schienenfahrzeuglaufwerken eine Einzelradaufhängung vorgegeben.

1.07 Die Einzelradantriebe sind in der Schwinge z. B. horizontal um 8 Grad schwenkbar gelagert. Sie werden paarweise durch eine Spurstange geführt und mittels beispielsweise elektrischen bzw. hydraulischen oder anderen Antrieben für die Geradeausfahrt und den Kurvenein- bzw. Durchlauf gesteuert. Das Steuerkriterium wird entweder von dem vorlaufenden Radpaar abgeleitet oder mit Sensoren auf den Radsteuermechanismus übetragen. Durch diese Anordnung werden sowohl die tangentialen als auch die quer zur Laufrichtung bei Radsätzen auftretenden Reib- und Schlupfvorgänge vermieden.

1.08 Dieser der Erfindung zugrunde liegende gelenkte Leichtbau-Einzelradantrieb ist im Gegensatz zu bekannten Konstruktionen dadurch gekennzeichnet, daß er, bezogen auf die vertikale Radaufstandsebene, eine integrierte Anordnung von Elektromotor, Radnabe mit gefedertem Radreifen, Planetengetriebe und Scheibenbremse in eine kompakte Bauweise zusammenfaßt. Hierdurch werden die Einbauräume in den Fahrzeugaufbauten - Radkästen - auf ein Minimum beschränkt. Die Radschutzkästensegmente werden im Wageninnenraum durch Sitze überbaut.

1.09 Dieser konstruktive Grundgedanke der seitlich anzuordnenden geringen Bautiefe eines kompakten Einzelradantriebes ist die Voraussetzung für den Entwurf von Niederflurschienenfahrzeuge, die den Raum zwischen den Rädern unterhalb der Radmittenebene ausnutzen, um einen durchgehenden Fußboden für den Einstufeneinstieg vom Schienenniveau - z. B. 200-320 mm - zu realisieren.

1.10 Durch den Wegfall der Radsätze und der Lauf- und Drehgestelle wird das Fahrzeugleergewicht um ca. 30% gegenüber bekannten Konstruktionen herabgesetzt.

1.11 Die Wagenhöhe der Fahrzeuge kann ebenfalls vermindert werden - z. B. auf - 3000 mm - wodurch Tunnel- oder andere Unterfahrungen mit einem geringeren Querschnitt niedrigere Infrastrukturkosten erfordern.

1.12 Der Rollwiderstand dieses Antriebprinzips wird in Geraden und Kurven um ca. 40% gegenüber bekannten Fahr- und Drehgestellkonstruktionen gemindert.

1.13 Der Energieverbrauch wird durch den Einzelradantrieb und ein Leichtbauverfahren z. B. mittels einer Alu-Sandwichbauweise um ca. 30% reduziert.

1.14 Die Rollgeräusche nach innen und außen werden durch diese Laufwerk- und Fahrzeugkonzeption wesentlich geringer.

1.15 Diese Niederflug-Einzelradantriebs- und Führungskonstruktion kann für alle Schienenfahrzeuge verwendet werden. Sie empfiehlt sich dann, wenn durch Reduzierung der Einstieg- und Bauhöhe eine kostengünstige Bahnsteig- und Tunnelanlage erreicht werden soll. Der Schutzanspruch für die Einzelradaufhängung und Führung in Kompaktbausweise wird daher auf alle Schienenfahrzeuge erweitert.

1.16 Das vorgeschlagene Radsteuerungsprinzip kann für schnellfahrende Schienenfahrzeuge bei gleichzeitiger Auswertung der Wagengeschwindigkeit eine selektive Einquerung der Wagenkastenquerneigung mit geringem Zusatzaufwand herbeiführen. Hierdurch werden die Auswirkungen der auf die Fahrgäste einwirkenden Seitenbeschleunigungskräfte wesentlich gemindert.

2.00 Im folgenden wird der Erfindergedanke anhand von Ausführungsbeispielen und einem Konstruktionsbeispiel erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Eingelenk-Straßenbahnwagen neuer Bauart,

Fig. 2 ein Einzelradantriebs-Radpaar in Draufsicht,

Fig. 3 den vertikalen Längsschnitt durch eine Schwinge,

Fig. 4 die Seitenansicht der Schwinge von der Wagenmitte gesehen,

Fig. 5 die Seitenansicht der Schwinge voll abgefedert,

Fig. 6 die Draufsicht von Fig. 5

Fig. 7 die Schwinge mit versetzter Schwenkmitte,

Fig. 8 das Konstruktionsbeispiel eines gelenkten Einzelradantriebes in Kompaktbauweise.

2.01 Das Ausführungsbeispiel in - Fig. 1 - zeigt einen Eingelenk-Straßenbahntriebwagen neuer Bauart. Die Wagenkästen (1) mit den durchgehenden Niedrigfußböden (2) stützen sich über 8 Schwingen (3), die an den Wagenkästen angelenkt sind, und Luftfedern (4) auf die Antriebsräder (5) ab. Diese weisen einen großen Radstand auf, der in der Geraden zu einem ruhigen, schlingerfreien Lauf im Gleis führt.
Die im Bereich der Einzelradantriebe erforderlichen Radschutzkästen (6) werden durch Sitze (7) überbaut. Der freie Durchgang bleibt ausreichend bemessen.
Die Schienenbremsen werden am Festpunkt der Schwinge mit dem Wagenkasten verbunden.

2.02 Die Fig. 2, 3, und 4 stellen weitere Einzelheiten der Einzelradantriebseinheit dar. Die Schwinge (3) ist als kastenförmiger verdrehungssteifer Stahlträger ausgebildet, der z. B. auch als Leichtmetall oder kohlefaserverstärktem Kunststoff oder deren Kombination hergestellt werden kann. Ein Ende der Schwinge ist in Lag-erböcken (9) gleit- oder wälzgelagert, die mit der Wagenkastenkonstruktion unter Zwischenschaltung einer Körperschallisolierung (10) spurtreu verbunden ist. Das andere Ende trägt die Luftfeder (4) mit dem Anschlagpuffer (4′). Zum Abbau von Schwingungen ist ein Dämpfer (11) zwischen Wagenkasten und Schwinge angeordnet.

2.03 Um eine höhere Sekundärfederung des Wagenkastens Fig. 5 und 6 - zu erreichen, können die Schwingenlager (9) gefedert abgestützt werden. Dies geschieht beispielsweise durch eine Federbeinkonstruktion, die auch die Längs-, Quer- und Verdrehkräfte in die Wagenkonstruktion einleitet.

Das U-förmige Querhaupt (43) nimmt die Schwinge (3) in den Lagern (9) auf und ist mit dem inneren Federtopf (44) verschweißt. Der äußere Federtopf (45) ist durch Versteifungen Bestandteil der Wagenkastenkonstruktion.

Die als Beispiel eingezeichnete Schraubenfeder (46) und der integrierte Schwingungsdämpfer (47) bilden das Federsystem. Der Einbau anderer Federsysteme wie z. B. Gummirollfeder oder hydropneumatischer Federelemente ist möglich.

Zur Seitenführung der Schwinge (3) ist in Höhe der Luftfeder (4) ein Querlenker (48) angeordnet, der gleichzeitig Verdrehkräfte der Schwinge aufnimmt.

Die Mitten beider Federsysteme sind in der vertikalen Laufradmittenebene angeordnet.

2.04 Im Mittelteil der Schwinge - Fig. 3 und 5 - ist das Antriebsrad bzw. dessen Träger (20) in vertikal angeordneten Gleit- oder Wälzlagern (12), (12′) gelagert. Um die Bolzen (13), (13′) ist das Rad horizontal beispielsweise um 3 Grad schwenkbar.

2.05 Um bei größeren Bandagenbreiten ein gleichmäßiges Ablaufen der Radreifen über die gesamte Laufbreite verteilt zu erreichen, kann die Schwenkachsenmitte der Bolzen (13), (13′) um einen Betrag X - Fig. 7 - in Längsrichtung vor- und nachlaufend versetzt werden.

2.06 Das Mittelteil der Schwinge ist durch den Bolzenhalter (14) verschlossen. Nach dessen Abnahme und Lösen der Spurstange (18) ist der Ausbau des kompletten Antriebsrades nach unten - ohne Anheben des Wagenkastens - möglich. Diese konstruktive Lösung unterstützt die Wartungsfreundlichkeit erheblich und vermeidet längere Standzeiten der Fahrzeuge.

2.07 In einem eingeschweißten Rohrstück in der Schwinge ist beispielsweise ein Schrittmotor mit Trapezgewinde (15), ein Steuerzylinder mit federbeaufschlagter Mittelstellung oder andere Steuermittel angeordnet. Diese Geräte können auch unmittelbar an der Spurstange angreifen.

2.08 Durch die weitgehende Integrierung von Bauteilen ist ein Einzelradantrieb - Fig. 8 - entwickelt, der wie folgt aufgebaut ist:

Der Radträger (20) nimmt die Motorwicklung (21) auf und ist mit dem Deckel (22) verschlossen. Dieser ist mit einer Verzahnung für die Aufnahme des Zentralrades (23) des Planetengetriebes versehen. Dieser ist damit Reaktionsteil des Planetengetriebes. Gemeinsam nehmen der Radträger (20) und der Deckel (22) die schnelllaufenden und oelgeschmierten Wälzlager (24, 24′) für die Motorwelle (25) mit dem aufgepreßten Motor (26) des Elektromotors auf.

Die Schmierung des Lagers 24′) erfolgt durch Staudruckoel. Der Staudruck wird durch den umlaufenden Oelring der Radnabe (27) an einer in beiden Drehrichtungen arbeitenden Stauvorrichtung (28) erzeugt. Durch eine Bohrung im Radträger (20) wird das Oel dem Lager (24′) zugeführt. Ein Oelstandrohr (29) mit Rücklaufbohrung sorgt für den erforderlichen und gleichbleibenden Oelstand.

Auf den Radträger (20) ist auch die Radnabe (27) mit den Federelementen (30) und dem aufgepreßten Radreifen (31) mittels oelgeschmierter Wälzlager (32, 32′) gelagert.

Die Radnabe (27) ist mit dem Gehäuse (33) des Planetengetriebes verbunden. Zur besseren Wärmeabfuhr sind beide Teile außen mit Kühlrippen versehen und aus Leichtmetall gefertigt. Die Motorwelle (25) trägt auf der einen Seite die Verzahnung (34) des inneren Zentralrades, das mit den drei Planeten (35) im Eingriff ist. Die Planeten sind auf den Planetenbolzen (26), die im Gehäuse (33) eingepreßt sind, gleit- oder wälzgelagert (37).

Auf der anderen Seite der Motorwelle (25) ist die Bremsscheibennabe (38) mit der Bremsscheibe (39) aufgesetzt.

Das Bremsjoch (40) ist durch den Bremsjochträger (41) mit dem schwenkbaren Radträger verbunden. Die Entlüftung des Planetengetriebes erfolgt über eine mittig eingesetzte Entlüftungsschraube (42), die mit ihrem Luftrohr in eine nach außen konische Bohrung der Motorwelle eintaucht. Hierdurch ist sie bei allen Drehzahlen vor Spritzoel geschützt.

Bezugszeichenliste 1 Wagenkasten
2 Wagenboden
3 Schwinge
4, 4′ Luftfeder mit Anschlagpuffer
5 Einzelradantrieb komplett
6 Radschutzkasten
7 Sitze
8 Schienenbremse
9 Lager für Schwinge
10 Schallisolierung
12, 12′ Schwenklager
13, 13′ Bolzen
14 Bolzenhalter
15 Schrittmotor, oder Steuerzylinder
16 Lenkhebel
17 Spurhebel
18 Spurstange
20 Radträger
21 Motorwicklung
22 Deckel mit Verzahnung
23 Äußeres Zentralrad
24, 24′ Lager für Motorwelle
25 Motorwelle
26 Rotor
27 Radnabe
28 Stauvorrichtung
29 Oelstandsrohr
30 Federelemente
31 Radreifen
32, 32′ Lager für Radnabe
33 Getriebe-Gehäuse
34 Verzahnung des inneren Zentralrades
35 Planet
36 Planetenbolzen
37 Lager für Planet
38 Bremsscheibennabe
39 Bremsscheibe
40 Bremsjoch
41 Bremsjochträger
42 Entlüftungsschraube
43 Querhaupt
44 Innerer Federtopf
45 Äußerer Federtopf
46 Schraubenfeder
47 Schwingungsdämpfer
48 Lenker

Claims

1. Schienenfahrzeug - insbesondere für den Nahverkehr - bestehend aus einem oder mehreren Wagenteilen, die durch Gelenke verbunden sind, oder als kurzgekuppelte Einzelwagen ausgeführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wagenteil bzw. Einzelwagen auf 4 gelenkte Einzelräder, angetrieben oder mitlaufend, abgestützt wird.

2. Fahrzeug nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß durch Wegfall der Radsatzachsen der Wagenfußboden zwischen die Räder unterhalb der Radmittenebene gelegt werden kann, um einen durchgehenden Niedrigfußboden für den Einstufeneinstieg vom Schienenniveau aus zu realisieren.

3. Fahrzeug nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß durch die Anwendung des Konstruktionsprinzips einer dem Erfindergedanken entsprechenden Leichtbau-Einzelradführung mit oder ohne Antrieb eine wesentliche Reduzierung des Wagenleergewichts möglich ist, da hierdurch die Radsatzachsen, die Lauf- oder Drehgestelle und die Drehkränze entfallen.

4. Fahrzeug nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß der lenkbare Radträger den Antriebsmotor, Getriebeteile, Bremsjoch und die Spurstangenlenkung in einer kompakten Konstruktionseinheit verbindet.

5. Fahrzeug nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Radführungsschwingen vertikal beweglich und horizontal fest mit dem Wagenkasten spurtreu verbunden sind.

6. Fahrzeug nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß bei Teilabfederung zwischen Schwinge und Wagenkasten ein regelbares Federsystem, z. B. Luftfeder, angeordnet ist.

7. Fahrzeug nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, daß bei Vollabfederung zwischen Wagenkasten und Schwingendrehpunkt eine in Längs-, Quer- und Verdrehrichtung führende Federkonstruktion, z. B. Federbein, angeordnet ist.

8. Fahrzeug nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, daß zur Seitenführung der Schwinge in Höhe der Luftfeder ein Dämpfer mit Hubbegrenzung als Querlenker angeordnet wird.

9. Fahrzeug nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, daß sich das Radpaarspurmaß im Bereich der Lenkertoleranzen beider Räder verändern kann.

10. Fahrzeug nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, daß das Einzelrad sich innerhalb des Toleranzbereiches an die Gleislage anpassen kann und horizontale Seitenstöße elastisch abbaut.

11. Fahrzeuge nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, daß angetriebene Räder mit konisch profilierten Radreifen innerhalb der Lenkertoleranz einen begrenzbaren Fahrspiegel auf der Radreifenlauffläche ausbilden können. Das entgleisungssichere Radpaarspurmindestmaß wird durch die bestimmbare Toleranz des Lenkers eingehalten.

12. Fahrzeuge nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachsenmitte des Rades gegenüber der vertikalen Radmittenebene in Längsrichtung vor- oder nachlaufend versetzt werden kann.

13. Fahrzeug nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, daß der Radstand in jedem Fahrzeug optimal für den Wagenlauf und einer vorgegebenen Hüllkurve festgelegt werden kann.

14. Fahrzeug nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet, daß das schnellaufende Wälzlager des Elektromotors auf der Bremsscheibenseite durch Staudruckoel geschmiert wird.

15. Fahrzeug nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, daß das Planetengetriebe durch eine mittig angeordnete Entlüftungsschraube, die mit ihrem Luftrohr in eine nach außen konische Bohrung in der Motorwelle bzw. des inneren Zentralrades eintaucht, entlüftet wird.