DE3936645A1 - Schienenfahrzeugkopf mit minimiertem seiten-luftschwall - Google Patents
Schienenfahrzeugkopf mit minimiertem seiten-luftschwallInfo
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Landscapes
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Description
Situation. Mit höher werdenden Fahrzeuggeschwindig
keiten von Rad/Schienen-Fahrzeugen mit Magnetschie
nenschwebebahnen ergeben sich Schwierigkeiten durch
den am Fahrzeugkopf auftretenden Luftdruckschwall
und -Sog. Dieser belastet besonders mit seinen seit
lichen Komponenten die Fahrzeugseitenwände und die
an der Strecke stehenden Bauten, Brückenpfeiler,
Personen, sowie die Fahrzeuge selbst - besonders
bei Begegnung zweier Züge - mit gefährlichen Kräften.
Der seitliche Luftschwall trägt auch zur seitlichen
Ausbreitung der Fahrgeräusche bei.
Erhebliche Kosten für Verstärkung der Fahrzeuge
und der Streckenbauten, größere Gleisabstände und
damit höherer Landverbrauch für die breite Trasse
sind die Folge.
Zweck der Erfindung ist, den Seitenschwall zu
minimieren und damit gleichzeitig den seitwärts ge
richteten Schall zu mindern.
Stand der Technik und Vorschläge ist, z. B.
die Front von Lok oder Triebköpfen etc. mit mäßi
gen oder stärkeren Abschrägungen oder Rundungen
nach allen Seiten zu versehen. Auch Flugzeugnasen
form ähnliche Ausbildung des Kopfes ist im Trend.
Auch nach oben führende Luftleitrippen, fest oder
einziehbar auf konventionellen Formen von Wagen
kästen werden vorgeschlagen. Diese Maßnahmen genü
gen nicht um den Seitenschwall ausreichend zu min
dern. Zum Teil wird bei diesen Bugformen der Seiten
schwall noch begünstigt, besonders durch seitliche
Abrundungen oder Anschrägungen. Parallel zur Lok
front verlaufende Rippen bringen im oberen Teil
eine zu geringe Tiefe für die Aufnahme des Luft
staues und der Abströmung und damit energiezehrende
Wirbel und Geräusche.
Um das Ziel eines praktisch auf Null gebrachten
Seitenschwalles zu erreichen, muß der Zugkopf oder
die Lokfront erfindungsgemäß im Ganzen für die aero
dynamischen Bedingungen bei Hochgeschwindigkeit ge
formt werden.
Erfindungsgemäß werden Bugformen mit seitlichen
Abrundungen und Anschrägungen vermieden. Ausnahmen
sind möglich unter Verlust eines Teiles des ange
strebtes Effekts, wenn z. B. bei längeren Fahrzeugen
für das Befahren von Kurven eine Anschrägung der
Wagenkasten-Enden wegen Eingrenzung durch das Licht
raumprofil nötig ist. Ausnahmen können auch eintre
ten z. B. bei nachträglichem Anbau der erfindungsge
mäßen Bauteile an vorhandene Fahrzeuge.
Erfindungsgemäß wird das Ziel erreicht
- a) für Rad/Schiene-Fahrzeuge
- b) für Magnet-Schwebezüge
mit im Prinzip gleichen, aber in wenigen Details
abweichenden Mitteln mit Rücksicht auf die unter
schiedlichen Bedingungen für
- a) Unterstützung des Raddrucks und Verminderung der Abhebetendenzen
- b) Unterstützung des Hebe-Effektes und somit Entlastung der Tragemagneten.
Es wird jedoch nicht ausgeschlossen, daß für Schwe
befahrzeuge als typisch zweckmäßig vorgeschlagene
Frontformen auch in Rad/Schiene-Fahrzeugen zur An
wendung kommen. Dies z. B. dann, wenn durch das Ei
gengewicht des Fahrzeugs schon ausreichende Rad
drücke erzielt werden.
Erfindungsgemäß zeigt die Gestaltung der Lokvorder
und -Rückfront oder des Zugkopfes (Bild 1) im Prin
zip ein kastenförmiges oder ringförmiges Einström
teil (1) für den Fahrtwind. Die Vorderkanten (An
strömkanten) des Kastens werden so ausgebildet, daß
bei Fahrt ein herausschälen eines etwa dem Fahr
zeug-Querschnitt entsprechenden Luftstranges aus
der vor dem Zug anstehenden, noch runden Luftmas
se erfolgt. Der Staudruck entwickelt sich ganz bzw.
im wesentlichen erst im Inneren des Einströmteiles.
Bild 1 ist die Prinzipdarstellung für Fall a), Rad/
Schiene, wobei die konkave Form der Luft-Aufgleit
fläche (3) typisch ist. Im Einströmteil wird die
Luft durch die anfangs noch waagerechte oder mit ge
ringer Steigung angeordnete, im Längsschnitt kon
kave Aufgleitfläche (3) geführt und mit derer zu
nehmenden Steigung nach oben beschleunigt. Die Re
aktionskraft (K 1) wirkt über den Hebelarm (L 1) auf
den Drehzapfen und erhöht den Raddruck. Bild 2.
Es entspräche auch dem erfindungsgemäßen Prinzip,
wenn statt der konkaven Form von (3) eine plan ge
streckte schräge Fläche angeordnet würde. Diese
Form hat jedoch aerodynamische Nachteile, z. B.
Energieverluste durch den Stoß-Effekt an Stelle
der Umlenkung.
Im oberen Teil ist die Wölbung der Aufgleitfläche
(3) konvex gestaltet und der Dachform des Wagenka
stens angepaßt, so daß die Luft durch den Ausschnitt
A in der Dachpartie glatt nach oben hin abströ
men kann. Erfindungsgemäß können die Seiten-
Wände (2) des Einlaufteiles vom Bereich der Dach
fläche (5) an über die Dachkante nach oben im licht
profilmäßig verfügbaren Raum weitergeführt und
als Nachschalt-Leitflächen (4) auch zur seitlichen
Eingrenzung der oben abströmenden Luft wirksam wer
den.
Erfindungsgemäß kann die Dachpartie (5) des Ein
strömteiles, wie im Prinzipbild 1 darstellt, eine
Planfläche sein, die waagerecht oder schräg aufwärts
angestellt ist. Vorteilhafter ist eine erfindungs
gemäß strömungsprofilierte Dachfläche (7) Bild 2,
deren Anstellung nach oben mit der Druckfläche
(konkav) nach oben, Unterdruckfläche (konvex) unten
eine Kraft (K 2) bewirkt, die über den Hebelarm (L 2) zu
sätzlich den Raddruck verstärkt. Durch die Profilie
rung der Fläche (7) werden die Strömungsverhält
nisse gebessert und der Fahrtwiderstand gemindert.
Erfindungsgemäß kann die Anstellung der Fläche (7)
von Hand oder automatisch der Fahrgeschwindigkeit
angepaßt und optimiert werden.
Die Gestaltung der Anströmkanten (2 a) der Seitenwän
de kann erfindungsgemäß ausgerichtet sein auf ge
ringen Luftwiderstand und größten einseitigen,
nach Innen gerichteten Schäleffekt für die relativ
anströmende Luft. Bild 3 zeigt den waagerechten
Schnitt einer Seitenwand Vorderkante in Form eines
symmetrischen Strömungsprofiles, vorzugsweise einer
Parabel, deren Schenkel zügig an die vorzugsweise
parallel verlaufenden Oberflächen der Seitenwand
angeschlossen werden. Entsprechend wird die vor der
Kante anstehende Luft etwa hälftig nach innen und
außen verteilt. Da erfindungsgemäß die Seitenwand
aus konstruktiven Gründen nicht nur als massive
Platte, sondern auch aus einem hohl gebauten doppel
wandigen System mit entsprechend größerer Gesamt
wandstärke bestehen kann, ist die Menge des nach
außen abgeleiteten noch erheblich. Soll dieser
Rest-Seitenschwall noch abgebaut werden, so ist er
findungsgemäß die Anströmkante einseitig auszubil
den nach Bild 4, vorzugsweise mit Abrundung in Form
einer halben Parabel. Einen noch vollkommeneren
Trenn-Effekt ergibt die erfindungsgemäße Ausrüstung
nach Bild 5 mit einer dünnen Trennfläche (Schälsteg)
an der Außenseite vorn, die ein Teilabfließen des
Druckstaues nach außen praktisch ganz unterbindet.
Soll die höhere Wandstärke von (2) nicht bis mög
lichst weit nach vorn hin ausgesetzt werden, z. B.
für Jalousie-Einbau, und soll auf höchste Windwider
standsminderung verzichtet werden, so kann erfin
dungsgemäß die Anschnittkante auch konkave Formen
nach Bild 6 haben.
Das untere Querstück des Einströmteils bei Lokomo
tiven ist vorzugsweise mit dem Pufferrahmen oder
dem Waggon-Grundrahmen gemeinsam zu formen. Hierbei
kann die Aufgleitfläche (3) nach Bild 7 im Längsschnitt
gezeigt, den vorderen Rahmenholm (10) umfassen oder
die Vorderseite des Holmes profilgemäß ausgebildet
werden. Das Teil der luftstromleitenden unteren
Fläche (3 u) kann unmittelbar unter dem Pufferrahmen
oder tiefer weitergeführt werden, wie andere Bautei
le, z. B. Schneefänger, Drehgestell etc. das zulassen.
Erfindungsgemäß kann die Anströmkante des
unteren Querstücks sinngemäß auch geformt werden
in der Art wie in Bild 3 bis 6 dargestellt.
Die Puffer sind, falls vorhanden, in ihrer traditio
nellen Form in diesem Windleitsystem Störkörper.
Um die Störung klein zu halten, werden die Puffer
- vorzugsweise mit oben und unten abgeflachter Schei
be - erfindungsgemäß mit einer Windhülse (11) ver
sehen, die an den Umriß der Scheibe angepaßt und
verbunden ist und freigängig in eine formentspre
chende Öffnung der Nase von (3) hineinragt. Bild 8.
Für Fahrzeuge mit wechselnder Fahrtrichtung ent
steht durch die dargestellten Ausführungen der Front
partien auch eine unterschiedliche Raddruck-Belastung
der Enden. Die an der Vorderfront erfindungsgemäß
aerodynamisch bedingte Erhöhung der Radlast fehlt an
der Rückfront. Eine derart ungleiche Verteilung der
Radlast ist von Nachteil besonders dann, wenn die
Friktion Rad/Schiene bis an ihre Grenzwerte für den
Vortrieb ausgenutzt werden soll.
Erfindungsgemäß wird dieser Nachteil weitgehend be
hoben durch Verstellung der jeweils an der Rückfront
befindlichen Fläche (7) derart, daß die Anstellung
zu einem Spoiler-Effekt durch hochtreiben des Luft-
Abstromes führt, Bild 9. Die Reaktionskraft wirkt
raddrucksteigernd über den Hebelarm (L 2) analog Bild 3.
Die Fläche (7) kann erfindungsgemäß von den
Außenkanten der Seitenflächen weg mehr im Inneren
des Einströmteiles angeordnet werden. Bei solchen
Positionen ergeben sich allseitige Überstände der
Seitenwände an den Enden von (7), so daß Umströ
mungen nach außen und somit induzierter Luft
widerstand vermieden wird. Bild 2 und 12. In einer
extrem inneren Position von (7) wird die energie
sparende Wirkung eines Vorflügels erzielt, wie aus
dem Flugzeugbau bekannt.
Die erfindungsgemäße Verstellbarkeit der Fläche
(7) dient sowohl der Umstellung vorwärts/rückwärts
als auch der optimalen Anstellung passend zur Ge
schwindigkeit. Erfindungsgemäß wird die Verstellung
bewirkt durch einen Stellmotor (25), Bild 11, der
über ein Getriebe, z. B. Schneckentrieb (26), den
Anstellwinkel von (7) einstellt. Der Stellmotor
wird gesteuert abhängig von Geschwindigkeit des
Fahrzeugs oder der strömenden Luft oder Vor/Zurück-
Befehl. Für Rangierfahrt erfolgt Blockierung.
Der Luftkanal zwischen Fläche (7) und dem Wagen
kastendach kann erfindungsgemäß durch eine aus der
Fläche (7) herausziehbare Anschlußflosse (15) -
ähnlich bekannt bei Flugzeugflügeln als Landeklappe -
überbrückt werden. Ist aus konstruktiven Gründen die
Flosse (15) nicht lang genug machbar, so wird erfin
dungsgemäß aus dem Wagendach heraus eine Anschluß
platte (16) ausziehbar angeordnet, die mit der Flosse
(15) oder der Fläche (7) direkt, Bild 10, formschlüs
sig verbunden wird.
Für Fall b), Magnetschwebebahn, zeigt Bild 12 das
Prinzip. Der Unterschied zu Rad/Schiene liegt in
der Luftführung. Diese ist erfindungsgemäß so zu
gestalten, daß an den Stirnwand-Elementen Aufgleit
fläche (23 m) und (23 s) und der strömungsprofilierten
Fläche (7) die Unterdruck erzeugenden konvexen
Flächen nach oben liegen, an Fläche (7) die vorzugs
weise konkave Druckfläche nach unten. In der Luft
beschelunigungszone (L) mit der gesamten Fahrzeugbrei
te, und in der Kompressionszone (K), die sich nur auf
den entsprechend der Spurweite breiten Mittelteil
(23 m) erstreckt, und zum Teil an den beiden seitlich
neben dem Gleiskörper herabragenden, die Aggregate
gehäuse abdeckenden Aufgleitflächen (23 s) entwickeln
sich formbedingt Auftriebskräfte, die die Tragema
gnete entlasten. Auch die Fläche (7) wirkt bei ent
sprechender Anstellung auftreibend. Ebenso wirkt
die in den Kompressionsraum einströmende Luft als
Schmierkeil zwischen Gleiskörper und dem unteren Teil
von (23 m) auftreibend.
Die Seitenwände (2) können an den Vorderkanten
von der Senkrechten abweichend nach hinten - wie
dargestellt - oder nach vorn gezogen sein, z. B. um
die Fläche (7) weiter nach vorn rücken zu können.
Sie gehen im Bereich der Fläche (7) vorzugsweise in
die Dachkantenlinie über. Wie bei a) kann auch
eine Höherführung der Seitenwände in die Nach
schaltleitfläche (4) erfolgen, sofern das Lichtpro
fil Platz bietet.
Die Luftströmung über den Aufgleitflächen (23 m)
und (23 s) wird erfindungsgemäß durch Anordnung
zweier innerer Trennflächen (2 i) mindestens so lange
getrennt geführt, bis im oberen Teil die 3 Aufgleit
flächen ein gemeinsames Profil bilden, z. B. bis zum
Punkt (B). Die Trennflächen (2 i) sind zur Verdeutli
chung gestrichelt eingezeichnet.
Die inneren Trennflächen verhindern eine energie
zehrende Verwirbelung der 3 Luftströme im unteren
Bereich zwischen den seitlichen Aufströmbereichen
und am Anfangsteil von (23 m) und dem Kompressions
raum (K). Die inneren Trennflächen werden zweckmä
ßig am Kompressionsraum entlang weiter nach hinten
geführt, wie andere Bauteile es zulassen.
Die unteren Anfangsteile der Aufströmflächen (23 s)
entwickeln wegen ihres noch relativ steilen Anstie
ges die Neigung, zunächst einen kräftigen Luftstau
anzusetzen. Erfindungsgemäß wird dieser Stau gemin
dert durch Anordnung einer waagerechten Anströmkante
z. B. nach Bild 13 Teil (24). Diese geht mit einem
relativ kurzen Bogen (25) in das Teil (23 s) über,
so daß sich nur eine kurzer Stau vor dem Anström-
Halbprofil bildet, der von dem Schälsteg aufgefan
gen wird. Nach Umlenkung der unten anströmenden,
relativ geringen Luftmasse wird an (23 s) eine för
derliche Aufwärtsströmung erreicht.
Für Betrieb mit wechselnder Fahrtrichtung ergibt
sich für das Heckteil durch die erfindungsgemäße
Umschwenkbarkeit der Fläche (7) - wie bei a) - die
Möglichkeit, den Anstellwinkel für (7) in Heckpo
sition so neutral zu wählen, daß nur der geringste
Widerstand entsteht, oder durch eine gewisse Anstel
lung eine nützliche Auftriebskraft zu erhalten.
Bei den üblichen, lichtraumprofil-abhängigen
Querschnittsformen der Wagenkästen ist damit zu
rechnen, daß die Fläche (7) nicht zwischen zwei
parallelen Seitenwänden, sondern im abgeschrägten
oder abgerundeten Wandbereich liegt. Dadurch ent
steht neben der rechtwinklig endenden Fläche (7)
ein etwa dreieckiger Spalt zwischen den Enden von
(7) und den Seitenwänden (2). Dieses Dreieck ändert
seine Form mit dem Anstellwinkel von (7). Zur Ver
meidung dieses schädlichen Spaltes wird erfindungs
gemäß an den Seitenwänden innen im Bereich von (7)
eine erhöhte Wange (8) angebracht, die parallel zu
den Endflächen von (7) steht und die mit strömungs
gerecht verlaufenden Übergängen an die Seitenwand
(2) anschließt. Bild 15.
Eine Wange (8) bietet, evtl. zusammen mit der
hohlen Seitenwand (2), Platz für Einbau des Stell-
Antriebes für (7), Teil (25) und (26).
Bekanntes Patent: DE 29 10 584 (Nov. 84)
Claims (16)
1. Schienenfahrzeugkopf an einem Wagenkasten,
dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Wagenkasten
ein kastenrahmen- oder ringförmiges Einströmteil
angeordnet ist, dessen Querschnittsform im wesent
lichen dem Wagenkastenquerschnitt entspricht, und
dessen Bodenteil konkav in die Front des Wagenka
stens übergeht und weitergehend konvex in das Wagen
kastendach einmündet, und dessen Seitenwände im
vorderen Bereich mit einer kurzen Dachfläche ver
bunden sind, zwischen deren Hinterkante und dem
Wagenkastendach ein Abstand besteht.
2. Schienenfahrzeugkopf nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Seitenflächen nach oben
über die Dachkantenlinie hinaus im Bereich des
Lichtraumprofiles höhergezogen sind (4).
3. Schienenfahrzeugkopf nach Anspruch 1 und 2,
dessen Dachfläche einen strömungsprofilierten Quer
schnitt nach Art eines Tragflügels aufweist.
Bild 2 und 12, Fläche (7).
4. Schienenfahrzeugkopf nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche (7) mit Ab
stand hinter der Vorderkante und unter der Ober
kante der Seitenwände angeordnet ist.
5. Schienenfahrzeugkopf nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Fläche (7) um eine waagerechte
Querachse drehbar gelagert ist und über einen Stell-
Antrieb über 360 Grad in jede Winkelstellung dreh
bar ist.
6. Schienenfahrzeugkopf nach Anspruch 5, dessen
vordere Seitenkanten (2 a) und untere Querstück-
Frontkante - Anströmkanten - im Querschnitt vorzugs
weise eine konvexe Form aufweisen.
7. Schienenfahrzeugkopf nach Anspruch 5, dessen
Anströmkanten alle oder teilweise eine
relativ dünne, einseitig nach vorn vorstehende
Rippe - Schälsteg - aufweisen.
8. Schienenfahrzeugkopf nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß aus der Hinterkante der Fläche (7)
eine Verlängerungsflosse (15) ausziehbar angeordnet
ist. Bild 10.
9. Schienenfahrzeugkopf nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß aus dem Wagendach herausschiebbar
eine Anschlußplatte (16) angeordnet ist, die bis an die
Hinterkante von (15) oder der Fläche (7) verschiebbar
ist.
10. Schienenfahrzeugkopf nach Anspruch 1 . . . 9,
dessen die Rückseite des Einströmteils darstellenden
Frontflächen des Wagenkastens konvexe Formen aufwei
sen. Bild 12.
11. Schienenfahrzeugkopf nach Anspruch 10, dessen
konvexe Einströmteil-Rückseite im unteren Teil in
Längsrichtung aufgeteilt ist in den Mittelteil (23 m)
dessen Oberfläche nach unten hin über den Gleis
körper zurückverläuft, und 2 Seitenteile (23 s), die
bis unter den Gleiskörper hinabragen und vom (23 m)
durch 2 innere, parallel zur Längsmitte stehende,
vertikale Trennflächen (2 i) getrennt sind, und daß
diese Trennflächen auch den Kompressionsraum (K) seit
lich eingrenzen.
12. Schienenfahrzeugkopf nach Anspruch 11, dessen
seitliche Frontflächen (23 s) an der Unterkante eine
waagerechte Anströmkante haben, deren Oberfläche in
einem relativ kurzen Konkavbogen in die Konvexfläche
von (23 s) übergeht. Bild 13.
13. Schienenfahrzeugkopf nach Anspruch 6, der
bei den Puffern 2 formpassende Ausschnitte in der
unteren Anströmkante hat, in die die an die Außen
kontur der Pufferscheiben angesetzten Windleithülsen
freigängig hineinragen.
14. Schienenfahrzeugkopf nach Anspruch 1 und 10,
dessen gekrümmte Flächen die Form von Profilzylin
dern oder Profilzylinder-Flächenteilen haben.
15. Schienenfahrzeugkopf nach Anspruch 3 und 10,
dessen gekrümmte, luftführende, feststehende Flä
chen nach Parabelgesetzen gekrümmt sind.
16. Schienenfahrzeugkopf nach Anspruch 3 und 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche (7) mit Wan
gen (8) und Antrieb entfallen.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3936645A DE3936645A1 (de) | 1989-11-03 | 1989-11-03 | Schienenfahrzeugkopf mit minimiertem seiten-luftschwall |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3936645A DE3936645A1 (de) | 1989-11-03 | 1989-11-03 | Schienenfahrzeugkopf mit minimiertem seiten-luftschwall |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3936645A1 true DE3936645A1 (de) | 1990-05-31 |
Family
ID=6392814
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE3936645A Withdrawn DE3936645A1 (de) | 1989-11-03 | 1989-11-03 | Schienenfahrzeugkopf mit minimiertem seiten-luftschwall |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3936645A1 (de) |
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OAV | Applicant agreed to the publication of the unexamined application as to paragraph 31 lit. 2 z1 | ||
8122 | Nonbinding interest in granting licences declared | ||
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