EP1077855B1

EP1077855B1 - Schienenfahrzeug

Info

Publication number: EP1077855B1
Application number: EP99923591A
Authority: EP
Inventors: Herwig Schenk; Arne Kühnel; Wolfgang Holstein
Original assignee: DB Fernverkehr AG
Current assignee: DB Fernverkehr AG
Priority date: 1998-05-13
Filing date: 1999-05-12
Publication date: 2005-09-07
Anticipated expiration: 2019-05-12
Also published as: EP1077855A1; WO1999058384A1; AU4040999A

Description

Die Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug zum Betrieb auf herkömmlichen, unterhalb verlaufenden Eisenbahngleisen, mit einem Rumpf umfassend eine Mehrzahl hintereinander angeordneter, im wesentlichen starrer Rumpfsegmente, die sich jeweils über mindestens ein Radpaar auf dem Gleis abstützen und die an ihren einander zugewandten Enden Segmentverbindungen haben, welche benachbarte Rumpfsegmente gelenkig und lösbar aneinander koppeln, die äußere Kontur der Rumpfsegmente zwischen diesen fortsetzen und beim Befahren von Gleisbögen, -kuppen und -senken einen Distanzausgleich bilden.

Zum Befahren herkömmlicher Schienennetze sind in Wagen gegliederte Fahrzeuge bekannt, bei denen die einzelnen Wagen über Zug- und Stoßeinrichtungen, etwa in Form einer Mittelpufferkupplung, miteinander verbunden sind. Die Übergänge aufweisenden Verbindungsbereiche zwischen den Wagen sind dabei zwar so verkleidet, daß äußerlich der Eindruck einer durchgehenden Außenkontur entsteht. Dies darf aber nicht darüber hinwegtäuschen, daß es sich in jedem Fall um getrennte Fahrzeuge handelt, welche jeweils einzeln ein Verhalten und insbesondere eine Fahrdynamik aufweisen, die durch die Radsätze bzw. Radpaare in den Fahrwerken der einzelnen Fahrzeuge bestimmt werden.

Die als Kupplungs-/Puffer-Kombinationen ausgebildeten Zug- und Stoßeinrichtungen übertragen Druck- bzw. Zugkräfte zwischen den Wagen. Diese Kräfte werden dabei jeweils zentral im unteren Bereich der Fahrzeuge übertragen, wo sich die eine erhöhte Steifigkeit aufweisende Bodengruppe befindet.

In dem genannten Verbindungsbereich ist der für Schwenkbewegungen der Fahrzeugglieder gegeneinander erforderliche Spalt seitlich und oben meist in Form eines Tunnels mit einer flexiblen Gummibalgenkonstruktion verschlossen. Diese wird üblicherweise so ausgelegt, daß sie die durch den Gleisverlauf verursachten Relativbewegungen der durch sie verbundenen, benachbarten Wageneinheiten möglichst wenig beeinflußt.

Die Ausführung der Segment-Übergangseinrichtung, insbesondere der Balgenkonstruktionen, ist zwar Gegenstand ständiger Weiterentwicklungen gewesen, am zugrundeliegenden Konstruktionsprinzip wurde jedoch nichts geändert.

So ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 4 213 948 A1 ein Schienenfahrzeug bekannt, bei dem zwischen zwei nach Jakobs-Bauart auf einem gemeinsamen Drehgestell aufliegenden Segmenten zusätzlich ein starres Zwischenstück vorgesehen ist, wobei das eine Segment an dem Zwischenstück um eine vertikale Achse und das andere Segment an dem Zwischenstück um eine quer zur Längsrichtung der Segmente liegende, horizontale Achse drehbar gelagert ist. Durch diese Anordnung soll unter anderem die Übertragung von Längsdruckkräften im Wagenverbund verbessert und ein Ineinanderschieben der Segmente bei einem Aufprall verhindert werden.

Da bei dieser Lösung letztlich nur die Relativbewegungen zwischen den benachbarten Wagen auf getrennte Drehbewegungen um zwei zueinander senkrechte Achsen aufgeteilt werden, bleibt es auch hier bei einer Kraftumleitung aus den Segmenten in die im Fahrwerksbereich gelegenen Verbindungselemente.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 22 32 279 ist ferner eine Modifikation der klassischen Gummibalgenkonstruktion bekannt, mit der Relativbewegungen zwischen den Fahrzeuggliedern dämpfend stabilisiert werden sollen. Hierzu dient eine Ausführung der Seitenteile als nut- und federartig ineinandergreifende Hohlgummiprofile in Verbindung mit einem einstellbaren Innendruck.

Auch hier handelt es sich um Übergänge zwischen normal gekuppelten Langfahrzeugen, bei denen die Gummibalgen eine Art Stoßdämpferfunktion ausüben, wie sie bei Gliederfahrzeugen sonst durch im Gelenkbereich vorhandene, konzentrierte Dämpferelemente erreicht wird. Darüber hinaus ist hier das herkömmliche System von flexibel gekuppelten Langfahrzeugen nicht geändert.

Die Offenlegungsschrift DE 196 17 978 A1 offenbart ein Schienenfahrzeug für den Personennahverkehr, dessen Wagen ein in ihrer Längserstreckung mittig unterhalb angeordnetes Fahrgestell mit vier Rädern haben. Die Verbindung zwischen benachbarten Wagenkästen erfolgt freischwebend mit Hilfe eines Gelenks, das von zwei flach gefaßten Drehkränzen gebildet wird. Der Kraftfluß zwischen benachbarten Wagen wird dadurch wie bei den vorgenannten Lösungen auf einen engen Abschnitt im unteren Fahrzeugbereich konzentriert. Dies erfordert eine entsprechend robuste Struktur der Wagenkästen in diesem Bereich.

Aus der Offenlegungsschrift DE 3 124 682 A1 ist auch eine Wagenübergangseinrichtung für ein spurgeführtes Hochgeschwindigkeitsfahrzeug bekannt, bei der mehrteilige, aufblasbare Hohlkammerprofile mit über den Innendruck automatisch einstellbarer Steifigkeit vorgesehen sind. Hiermit soll eine in allen Fahrzuständen aerodynamisch vorteilhafte, schmutzdichte und wirksam geräuschdämmende Verkleidung des Verbindungsbereiches gesichert werden. Dabei stellt die variable Verkleidung des Übergangsbereichs lediglich eine Maßnahme dar, welche für die Verbindung benachbarter Wageneinheiten höchstens von sekundärer Bedeutung ist. Das Konzept der Verbindung langer Wageneinheiten über konzentrierte Kupplungselemente wird auch hier nicht verlassen.

Obgleich die herkömmliche Konstruktion von Langfahrzeugen mit konzentrierter Kraftüberleitung an den Wagenenden und zwei gegenüber den Wagenenden leicht zur Fahrzeugmitte hin versetzten Drehgestellen ein eingeführtes Standardkonzept ist, zeigt sich, daß hierbei nahezu alle konstruktiven Nachteile vereinigt sind, wenn man einmal von dem einzigen Vorteil der relativen Konzentration der Aggregate wie Radpaare und Versorgungseinrichtungen absieht.

Lange Wageneinheiten bedingen große Abstände zwischen Fahrwerken, die die Last der Wageneinheiten stützen und auf den Gleiskörper übertragen. Große Stützweiten bedingen jedoch eine große Last pro Radpaar und erfordern gleichzeitig eine entsprechend steife und robuste, und daher schwere Konstruktion der Wagenkästen und Fahrwerke.

Kupplungs- und Pufferelemente im Bereich des Fahrgestells erfordern die Umleitung erheblicher Kräfte aus der Fahrzeugschale in die konzentrierten Kupplungspunkte. Dies verstärkt die Notwendigkeit einer konstruktiv steifen Auslegung der Fahrzeugschalen - insbesondere zu den Wagenenden hin.

Da die bei der Konstruktion zu berücksichtigenden Flächenträgheitsmomente bei linearer Vergrößerung der Längenabmessungen mit höherer Potenz steigen, wird ersichtlich, welcher konstruktive Aufwand bei der Aussteifung bisheriger Langfahrzeuge betrieben werden muß-te. Die dadurch bedingte hohe Last pro Radpaar erzeugt hohe Radaufstandskräfte am Gleis und beschleunigt den Verschleiß von Fahrbahn und Rädern. Ein hoher Aufwand zu deren Wartung ist die Folge.

Das beschriebene Konstruktionsprinzip kann nicht verhindern, daß in Unfallsituationen bei Überbeanspruchung in Längsrichtung des Zuges durch Stöße oder dergleichen die Knicksteifigkeit des Zugverbandes wesentlich unterdimensioniert ist. Da die Wagen im Bodenbereich wesentlich steifer ausgebildet sind als im Bereich des Aufbaus darüber, knicken sie bei unfallartiger Stoßbeanspruchung zum einen häufig vom Dach her ein. Der Zugverband kann zum anderen nach oben oder seitlich ausknicken.

Als nachteilig erkannt wurden neben den schon erwähnten Punkten: hohe Anforderungen an enge Spurkanaltoleranzen, die schlechte Raumausnutzung und schlechte Aerodynamik der unterbrochenen, relativ schmalen und hohen Kastenform. Auch sind die Durchgangsbereiche eingeschränkt, und im Wagen-Verbindungsbereich treten große relative Positionsänderungen auf, welche durch die Segmentverbindungen aufgefangen werden müssen. Das Passieren von Wagenübergängen macht diese Problematik jedem Reisenden deutlich.

Auch Drehgestelle, die nach Jakobs-Bauart von den benachbarten Wagen gemeinsam genutzt werden, lösen nur einen Teil des Problems. Zum einen treten die mit der konzentrierten Kraftüberleitung verbundenen Probleme noch verstärkt auf. Die Kraftüberleitung erfolgt nur noch punktuell im Bereich der Drehzapfen des gemeinsamen Drehgestells. Zum anderen ist eine einfache Trennung der Wagen nicht mehr möglich. Schließlich kann wegen des vergrößerten und ausschließlich zum Krümmungsmittelpunkt gerichteten zusätzlichen Überstands in Kurven bei Fahrzeugen nach Jakobsbauart eine beschränkte Fahrzeuglänge nicht überschritten werden.

Bekannt ist ein Schienenfahrzeug zum Betrieb auf einem herkömmlichen, unterhalb des Fahrzeugs verlaufenden Eisenbahngleises (US-PS 2.865.306). Den Rumpf dieses Schienenfahrzeuges bildet eine Mehrzahl hintereinander einzeln angeordneter Wagen, die sich über ein oder zwei Radpaare auf dem Gleis abstützen, wobei die Wagenlänge und der Abstand der benachbarten Radpaare ca. 20 m beträgt. Dieser große Abstand der Radpaare belastet, aufgrund der damit verbundenen großen Lasteinträge, die Schienen und die Räder stark. Besonders im Bereich von Gleisbögen ist dieser Verschleiß überdurchschnittlich stark. Darüber hinaus weist dieser Stand der Technik einen Längskraftfluß zwischen den Rumpfsegmenten, allein über im Bodenbereich angeordnete Kopplungselemente auf. Die Umleitung von zwischen den Fahrzeugen zu übertragenden Kräften in die Kopplungselemente im Bodenbereich erfordert eine steife Auslegung der Fahrzeugschalen, insbesondere zu den längsseitigen Wagenenden hin. Dies erhöht den Konstruktionsaufwand und das Gewicht der Wagen. Weiterhin ist die Aussteifung der Wagen zu den Längsenden hin mit einer Einschnürung des Hohlquerschnittes der Wagen in diesem Bereich vorhanden. Durch die steife und verstärkte Auslegung der Fahrzeugschalen und die großen Wagenlängen kommt es neben der Gewichtszunahme zu relativ großen seitlichen Überständen der Wagen in Gleisbögen.

Weiterhin bekannt ist ein in ein Hochgleis eingehangenes Fahrzeug, welches auf einem Paar beiderseits seines Rumpfes verlaufenden Schienen rollt (FR-A 1 567 343). Das Fahrzeug hat eine langen, in eine Anzahlt von Segmenten gegliederten Rumpf. Die Last des Fahrzeuges wird auf den Schienenkanal über die seitlich angeordneten Räder übertragen. Die beschriebene Hängebahn beinhaltet im Vergleich zu einem normalen Schienenfahrzeug völlig andere Stütz- und Spurführungsfunktionen. Bei einer Hängebahn bedingt die schwerpunktnahe seitliche Aufhängung kurze, im wesentlichen horizontale Kraftflüsse zu den Stützstellen. Weiterhin erfolgt bei einer Hängebahn in Kurvenfahrt die Spurführung aufgrund der beiderseits des Rumpfes verlaufenden Schienen durch mittelbare Krafteinleitung in die Rupfsegmente des Fahrzeuges und nicht - wie bei herkömmlichen Schienenfahrzeugen - auf die unterhalb des Rumpfes angeordneten Räder. Ein weiterer Unterschied beider System ist die Notwendigkeit des Durchfahrens von Gleiskamm und Gleiskuppen, was für eine Hängebahn unmöglich ist. Ein Vergleich beider Systeme ist aus verschienen Gründen nicht machbar.

Ausgehend von den Lösungen des Standes der Technik liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Schienenfahrzeug der eingangs genannten Art anzugeben, durch welches der Verschleiß an Fahrbahn und Fahrzeug verringert und der Nutzraum des Schienenfahrzeugs vergrößert wird.

Die Aufgabe wird für ein Schienenfahrzeug der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Rumpfsegmente in Längsrichtung des Gleises einen gleichbleibenden Hohlquerschnitt und eine starre Baulänge haben, bei der im Bereich von Gleisbögen mit einem Radius bis herab zu 150 m jedes - eine Baulänge von weniger als 6 Metern aufweisende - Rumpfsegment mit seiner Quererstreckung über das Gleis beiderseits um jeweils eine Länge hinausragt, die längs des Fahrzeugs im wesentlichen konstant ist, und daß die Segmentverbindungen Kopplungselemente aufweisen, die sich zur im wesentlichen ausschließlichen Überleitung des Kraftflusses zwischen den Rumpfsegmenten an deren Stirnseiten längs ihrer äußeren Kontur erstrecken und/oder an den Stirnseiten der Rumpfsegmente in Umfangsrichtung homogen verteilt angeordnet sind.

Die Erfindung schließt die grundsätzliche technische Lehre ein, zum einen durch eine Verringerung der Stützweiten eine Verkürzung der Kraftflüsse von der Ladung zum Radaufstandspunkt und damit eine Verringerung der wirkenden Biegemomente zu erzielen. Die entsprechend geringere Belastung erlaubt eine leichtere Konstruktion der Rumpfsegmente einschließlich ihrer Fahrwerke, wodurch eine wesentliche Leichterung des Fahrzeugs erreicht wird. Sowohl die Verringerung der Stützweite als auch die leichtere Konstruktion des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeuges bewirken eine Verringerung der Radaufstandskräfte und der beispielsweise in Gleisbögen auftretenden Spurführungskräfte.

Zum anderen wird erfindungsgemäß die Überleitung des Längskraftflusses zwischen den Rumpfsegmenten auf den gesamten Umfang des von ihrer Wandung gebildeten Hohlquerschnitts verteilt. Die Segmentverbindungen übernehmen nach dem Erfindungsgedanken also nicht nur die Funktion des Distanzausgleichs zwischen den Rumpfsegmenten, sondern zusätzlich zumindest einen Teil der Gelenkfunktion, die beim Stand der Technik auf Fahrwerke und die Zug- und Stoßeinrichtungen verteilt ist. Durch diese Funktionsintegration entfallen solche massebehafteten Elemente wie die Zug- und Stoßeinrichtung. Die gleichmäßige Verteilung des Längskraftflusses auf den gesamten Querschnitt vermeidet die beim Stand der Technik notwendige, besonders steife Ausbildung von Abschnitten mit konzentrierter Kraftüberleitung. Damit werden weitere Leichterungsgewinne erzielt.

Indem erfindungsgemäß die Längserstreckung der Rumpfsegmente soweit verringert ist, daß ihr seitlicher Überstand über das Gleis hinaus auch in Gleisbögen mit einem Radius bis hinab zu 150m längs des Schienenfahrzeugs im wesentlichen konstant ist, wird eine verbesserte Nutzung des durch Bauvorschriften vorgegebenen Regellichtraumes des Fahrwegs ermöglicht. Die Rumpfsegmente können mit größerer Quererstreckung gebaut werden, als dies die herkömmlichen Konstruktionsweisen erlauben. Dadurch wird der zur Verfügung stehende Nutzraum im Schienenfahrzeug vergrößert.

Betrachtet man das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug als Ganzes läßt, so wird deutlich, daß die durch die Vermehrung der Gelenk- und Stützstellen eine längs des Fahrzeugs gleichmäßigere Verteilung der Fahrzeuglast sowie von Spurführungskräften auf das Gleis erzielt wird, wodurch Fahrbahn und Fahrzeug gleichermaßen entlastet werden und ihr Verschleiß wesentlich verringert wird. Die hohe Gelenkigkeit des Zugverbandes führt dazu, daß er sich in nahezu idealer Weise an den Gleisverlauf "anschmiegt", also unter besonders geringer lateral gerichteter Wechselwirkung mit dem Gleis geführt wird. Dies bewirkt, zusammen mit der vergrößerten Breite der Rumpfsegmente, einen Wesentlich erhöhten Fahrkomfort. Auch die Bereiche der Segmentverbindungen können uneingeschränkt, etwa für die Bestuhlung genutzt werden, da der Verbindungsbereich nicht durch enge Durchlässe eingeschränkt ist und aufgrund der hohen, homogen über das Fahrzeug verteilten Gelenkigkeit nur geringe Relativbewegungen zwischen benachbarten Segmenten auftreten.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Mantel der Rumpfsegmente, bis auf Öffnungen für die Räder, in Umfangsrichtung im wesentlichen geschlossen, so daß das Schienenfahrzeug etwa die Form einer gelenkigen Röhre annimmt. Auf diese Weise erfolgt die Längskraftübertragung in besonders homogener Weise und das Fahrzeug erhält eine aerodynamisch günstige Form. Die aerodynamischen Vorteile werden durch eine Ausführung der Außenoberfläche ohne wesentliche Stufen oder Absätze noch verstärkt.

Vorzugsweise hat jedes Rumpfsegment ein innerhalb seines Mantels angeordnetes, vom Radpaar gestütztes Traggestell, das sich im wesentlichen zur Schienenoberfläche parallel über die Länge und Breite des Rumpfsegments erstreckt und das zumindest einen wesentlichen Teil der Last des Mantels trägt. Durch diese Maßnahme wird der Mantel im wesentlichen von der Funktion befreit, vertikale Lasten zu tragen. Dies erlaubt eine leichte, selbsttragende Konstruktion des Mantels. Die Last des Mantels, der Einbauten und Aggregate und nicht zuletzt die Nutzlast (Personen oder Güter) werden über das Traggestell auf besonders kurzen Wegen auf das Fahrwerk übertragen. Günstig ist in diesem Zusammenhang insbesondere eine direkte Verbindung des Fahrwerks mit dem Traggestell. Das Traggestell kann durch Ausgestaltung als Platte oder mit einer entsprechenden Oberfläche gleichzeitig als Innenboden des Fahrzeugs dienen. Es kann aber auch zur Erhöhung des Fahrkomforts unter Zwischenschaltung einer Dämpfungsstufe ein darüber angeordneter, separater Innenboden vorgesehen sein, der über die Dämpfungsstufe auf dem Traggestell gelagert ist. Die aneinandergrenzenden Traggestelle benachbarter Rumpf Segmente sind im Bereich der Segmentverbindungen mit dem erforderlichen Spiel vorzugsweise elastisch miteinander verbunden, etwa mit Hilfe elastormerhaltiger Platten, wobei ihre Beweglichkeit relativ zu einander nicht eingeschränkt, aber trotzdem ein zum Gleis hin geschlossener-und sich über die gesamte Länge des Fahrzeugs erstreckender Innenraum definiert wird. Der Mantel ist dabei am Traggestell vorzugsweise nahe dessen in Querrichtung weisenden Seiten befestigt. Die Befestigung läßt keine wesentliche Relativbewegung von Segmentmantel und Traggestell zu.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform liegt die Verbindungsgerade zwischen den Mittelpunkten der Räder eines Radpaars in einer Querschnittsebene des zugehörigen Rumpfsegmentes. Das Fahrwerk ist von der Funktion befreit, die Gelenkigkeit des Schienenfahrzeugs zu gewährleisten. Vielmehr richtet sich das Radpaar stets entsprechend der augenblicklichen Orientierung des zugehörigen Rumpfsegmentes zum Gleis aus, in Gleisbögen also beispielsweise stets in im wesentlichen radialer Richtung. Dies wird vorzugsweise durch die schon erwähnte, direkte Befestigung des Fahrwerks am Traggestell erreicht. Beim Stand der Technik notwendige Zwischengestelle wie ein Drehgestellrahmen oder ein sonstiger Fahrwerksrahmen entfallen, was zu einer zusätzlichen Leichterung des Fahrzeugs führt. Die Gelenkeigenschaften sind bei dieser bevorzugten Ausführungsform vollständig auf die Segmentverbindungen übertragen. Aufwendige Drehgestellfahrwerke sind zur Spurführung nicht erforderlich.

Das Radpaar kann mit einzeln geführten Rädern oder, in besonders einfacher Weise, als Radsatz ausgebildet sein. Im letzteren Falle fällt die Achse des Radsatzes mit der Verbindungsgerade zwischen den Radmittelpunkten zusammen. Dämpfungs- und Federelemente zwischen Fahrwerk und Traggestell können zur Verbesserung des Fahrkomforts vorgesehen werden, sind aber so ausgeführt, daß die Beweglichkeit des Radpaars auf die genannte Querschnittsebene beschränkt bleibt.

Dabei ist bevorzugt unter jedem Rumpfsegment ein Radpaar vorgesehen, das, in Längsrichtung gesehen, mittig unterhalb des Traggestells angeordnet ist. Durch die Anordnung nur eines Radpaares Wird der bei mehrachsigen Wagen und Drehgestellen auftretende Nachteil vermieden, daß beim Durchfahren eines Gleisbogens der Spurkranz des in radialer Richtung äußeren Rades seitlich an die Schiene anlaufen muß, um in die Gleiskrümmung gedrückt zu werden. Dieses Verschleißmoment tritt dagegen bei einem einzelnen, mittig unterhalb des Rumpfsegmentes angeordneten Radpaar nicht auf, das stets radial ausgerichtet ist.

In einer alternativen Bauweise ist das Radpaar bzw. Fahrwerk im Bereich eines längsseitigen Endes des zugehörigen (ersten) Traggestells so angeordnet, daß auch das (zweite) Traggestell des dort angrenzenden Rumpfsegmentes darauf abgestützt werden kann. Das zweite Traggestell ragt hierfür in Längsrichtung ein Stück weit aus seinem Rumpfsegment hervor und ist lösbar an dem Fahrwerk befestigt, so daß die Trennbarkeit der Rumpfsegmente nicht beeinträchtigt wird.

Vorzugsweise ist bei dieser Ausführungsform das Fahrwerk in einem kurzen, zwischen zwei Rumpfsegmenten angeordneten Gelenk- und Fahrwerksabschnitt untergebracht, der von einem Mantelabschnitt mit etwas größerer Längserstreckung als das Fahrwerk gebildet wird. Der Gelenk- und Fahrwerksabschnitt ist beiderseits über Segmentverbindungen an die benachbarten Rumpfsegmente gekoppelt. Sein Querschnittsprofil unterscheidet sich nicht wesentlich von dem der beschriebenen Rumpfsegmente. Im Bodenbereich des steifen Mantelabschnitts sind Öffnungen für die Räder vorgesehen.

Grundsätzlich ist vorgesehen, jedem Rumpfsegment jeweils einen Gelenk- und Fahrwerksabschnitt zuzuordnen. Bei der Trennung der Rumpfsegmente zu Zwecken der Wartung oder der Umkonfiguration von Zugverbänden verbleibt daher jeweils ein Ende eines jeweiligen Rumpfsegments über seine Tragplatte fest an den zugehörigen Gelenk- und Fahrwerksabschnitt gekoppelt. Das andere Längsende wird provisorisch gestützt, wie es von Zügen nach Jakobs-Bauart bekannt ist.

Zu Wartungszwecken kann bei dieser Ausführungsform jedoch der Gelenk- und Fahrwerksabschnitt auch vollständig von seinem zugehörigen Rumpfsegment entkoppelt werden. Hierfür ist die Verbindung zwischen Mantel und Tragplatte in diesem Abschnitt lösbar. Zum Stützen des Mantels nach einer Trennung vom Traggestell ist ein provisorischer Verbindungsmechanismus zwischen Mantel und Fahrwerk vorgesehen. Der Vorteil einer Trennbarkeit des Gelenk- und Fahrwerksabschnittes vom zugehörigen Rumpfsegment liegt darin, daß ein leicht austauschbares Modul mit allen wesentlichen, wartungsintensiven Fahrwerks- und Gelenkelementen gebildet wird. Bislang ist es notwendig, zur Wartung eines solchen Elementes einen ganzen Wagen außer Betrieb zu nehmen. Bei der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung kann dagegen zur Wartung der Gelenk- und Fahrwerksabschnitt schnell aus einem Zugverband ausgekoppelt und durch einen anderen ersetzt werden. Die Wartungsarbeiten werden dann ausschließlich an diesem Modul durchgeführt, während die wartungsarmen Abschnitte der Rumpfsegmente weiter betrieben werden können.

Die Segmentverbindungen zwischen jeweils benachbarten Rumpfsegmenten weisen bei einer Ausführungsform der Erfindung fluidbetriebene Kopplungselemente auf. Diese können in einfacher Weise als in Umfangsrichtung an den Stirnseiten verteilte Zylinder ausgebildet sein. Die Zylinder sind vorzugsweise doppelt wirkend, um Druck- und Zugkräfte gleichermaßen übertragen zu können.

In einer alternativen Ausführungsform sind die fluidbetriebenen Kopplungselemente als Rollbalgfedern ausgebildet, die jeweils einen mit der einen Stirnseite verbundenen, in einer steifen Fassung eingebetteten Rollbalg mit einer sich überwiegend in Umfangsrichtung des Mantels erstreckenden Vertiefung aufweisen. In diese greift jeweils ein an der zugewandten Stirnseite des benachbarten Rumpfsegments gegenüberliegend angeordneter Kolben ein. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß die Kraftüberleitung wegen der großen Erstreckung der Kopplungselemente in Umfangsrichtung sehr homogen über den Segmentmantel verteilt erfolgt. Rollbalg und Kolben können zudem leicht voneinander getrennt werden, wenn das Profil des Rollbalgs etwa U-förmig gestaltet und das des Kolbens entsprechend angepaßt ist.

Zum Verbinden zweier Rumpfsegmente werden diese aufeinander zu bewegt, wobei der Kolben in die U-förmige Vertiefung des gegenüberliegenden Rollbalgs eingeführt wird. Anschließend wird der Rollbalg mit Druck beaufschlagt, so daß der Kolben eng umschlossen wird. Zum Lösen der Verbindung wird der Druck im Rollbalg gesenkt.

Besonders vorteilhaft ist dabei eine am eingreifenden Ende verdickte Ausbildung des Kolbens. Die Verdickung kann, im Längsschnitt gesehen, beispielsweise keulen- oder kreisförmig sein. Wichtig ist einerseits eine gerundete Form und andererseits ein großer Flächenanteil vom Kolbenende abgewandter, aber parallel zu den Stirnflächen ausgerichteter Seiten des verdickten Kolbenabschnittes. Auf diese Weise wird einerseits das Ein- und Ausführen des Kolbens beim Verbinden bzw. Trennen zweier Rumpfsegmente einfach gestaltet. Durch die unter Druckbeaufschlagung vom Rollbalg umschlossene Verdickung des eingreifenden Kolbenendes wird andererseits eine formschlüssige Verbindung hergestellt, die durch die Haftreibungskraft zwischen den den aneinander gepreßten Flächen von Kolben und Rollbalg noch verstärkt wird. Dadurch können die Rollbalgfedern sowohl Druck- als auch Zugkräfte zwischen den Rumpf Segmenten übertragen.

Vorzugsweise sind zumindest die Außenflächen von Kolben und Rollbalg aus Gummi oder einem anderen Elastomer gefertigt. Dadurch können hohe Haftreibungskräfte erzeugt werden. Gleichzeitig sind derartige Materialien den auftretenden mechanischen und klimatischen Belastungen gegenüber robust und langlebig. Als Fluide können Gase wie auch Flüssigkeiten eingesetzt werden.

Die beschriebenen Kopplungselemente weisen eine Elastizität auf, die unter allen auftretenden Anforderungen eine hohe Gelenkigkeit der Segmentverbindung sicherstellt. Beim Durchfahren eines Gleisbogens wird zum einen die Biegung parallel zur Schienenoberfläche zugelassen, wobei auf der Bogeninnenseite eine Stauchung und auf der Außenseite eine Streckung der Segmentverbindung auftritt. Ähnliche Verformungen treten im Dach und im Bodenbereich beim Durchfahren von Gleiskuppen oder -senken auf. Bei der Einfahrt in Gleisbögen werden aufgrund der Neigungsrampe am äußeren Gleis benachbarte Rumpfsegmente gegeneinander geringfügig verwunden (tordiert).

Durch die Wechselwirkung zwischen Kolben und Rollbalg wird jedoch auch in kontrollierter Weise über entsprechende Richtmomente und Rückstellkräfte die Orientierung des vorhergehenden und des nachfolgenden Rumpfsegmentes zur Wirkung gebracht. Zum einen ist sichergestellt, daß das Schienenfahrzeug bei geradem Gleisverlauf in einer gestreckten Form läuft. Weiterhin werden Knickverformungen sowie Nick- und Gier- und Rotationsschwingungen im Fahrzeug verband unterdrückt.

Um eine eventuelle Richtungsabhängigkeit der Längskraftübertragung durch die Rollbalgfedern auszugleichen, können an den Stirnseiten jeweils sowohl Rollbälge als auch Kolben - in zueinander "komplementärer" Anordnung - vorgesehen werden. Sie können in Umfangsrichtung aneinander anschließen und haben in dieser Richtung vorzugsweise jeweils eine relativ geringe Länge. Dadurch wird die Kraftleitfähigkeit der Segmentverbindungen weiter homogenisiert.

Zur Verbesserung des Crash-Verhaltens werden in einer weiteren Ausführungsform die zusammengeschalteten Rollbälge einer Segmentverbindung mit einem Überströmventil verbunden, durch welches das Fluid ab einem vorbestimmten, einer Unfallsituation entsprechenden Druck in ein Reservoir entweichen kann. Auf diese Weise wird die kinetische Energie des Schienenfahrzeugs teilweise in Arbeit am Fluid umgewandelt und so ein einfacher und wirkungsvoller Mechanismus des Stoßverzehrs realisiert.

Vorzugsweise sind die fluidbetriebenen Kopplungselemente jeweils einer Segmentverbindung zum Druckausgleich miteinander verbunden. Die hierfür vorzusehenden strömungstechnischen Vorrichtungen sind aus der Fluidiktechnik bekannt. Diese Ausführungsform kann ebenso unter Einsatz fluidischer Schalt- und Regeltechnik dahingehend weiterentwickelt werden, daß die Innenvolumina zumindest einer Teilanzahl der Rollbälge in Kammern unterteilt sind, deren Innendruck unabhängig von einander regel- und/oder steuerbar ist. Durch Ausstattung des gesamten Fahrzeugs mit dieser Technik kann eine aktive Beeinflussung der Ausrichtung der Rumpfsegmente zum Gleis erreicht werden mit dem Ziel, die Spurführungskräfte zu minimieren und dadurch Verschleiß an Fahrbahn und Fahrzeug weiter zu reduzieren und den Fahrkomfort zu steigern.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist zur Sicherung der Zugkraftübertragung zwischen den einander zugewandten Stirnseiten ein über wechselnd an jeweils einer der Stirnseiten befestigte Rollen in Umfangsrichtung geführtes Kupplungsseil vorgesehen, dessen Enden lösbar miteinander verbunden sind. Vorzugsweise wird wegen seiner hohen Belastbarkeit ein Stahlseil verwendet. Die Führung eines solchen Endlosseils über Rollen erlaubt eine Zugkraftübertragung zwischen den Segmenten, ohne daß die Beweglichkeit der Rumpfsegmente gegeneinander eingeschränkt wird. Es findet zudem bei allen Relativbewegungen der Rumpfsegmente mit von der Längsrichtung abweichenden Bewegungskomponenten ein selbsttätiger Ausgleich der Seilspannung statt. Beispielsweise verringert sich die Spannung des Seils beim Durchfahren eines Gleisbogens auf der dem Bogenmittelpunkt zugewandten Seite. Gleichzeitig wächst sie jedoch auf der abgewandten Seite. Dadurch wird das Seil in Richtung der abgewandten Seite gezogen, wodurch wiederum die Seilspannung letztlich konstant gehalten wird.

In bevorzugter Leichtbauweise sind die starren Rumpfsegmente in, insbesondere mehrschaliger, Faserverbundbauweise als formversteifte Flächentragwerke ausgeführt oder in herkömmlicher Differential- und/oder Integralbauweise unter Verwendung von Halbzeugen aus Leichtmetall-Legierungen ausgeführt. Bei der Faserverbundbauweise kommen als Herstellungstechnologien grundsätzlich das Prepreg-Verfahren, das Handauflege- und das Vakuuminjektionsverfahren, insbesondere aber die Wickeltechnik in Frage. Dabei ist es möglich, in Werkstoff- und fertigungsspezifischer Weise Stoßenergieverzehrende Bereiche, Schall-und Wärmedämmmaterialien und Installationskanäle in die Wandungen zu integrieren.

In Realisierung des oben beschriebenen Verbundprinzips haben die Rumpfsegmente eine deutlich geringere Länge als herkömmliche Drehgestellwagen, insbesondere Längen von weniger als 6 Metern, bevorzugt sogar von nur 3 bis 5 Metern. Ein Halbzug von 200 m Länge wird in der Praxis je nach Segmentlänge aus 30 bis 50 Rumpfsegmenten zusammengesetzt sein.

Ein Teil der starren Rumpfsegmente wird aufgrund der geringen Länge keinen Ein- und Ausstiegsbereich aufweisen, und es wird Segmenteinheiten mit differenzierteren Funktionen geben als bisher üblich, etwa spezielle Sanitär- oder Technik-/Antriebs-Segmente.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungen der Erfindung anhand der Zeichnung näher dargestellt. Darin zeigen:

Figur 1: ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs in Seitenansicht,
Figur 2: eine teilweise geöffnete Seitenansicht eines Ausschnitts des Schienenfahrzeugs nach Figur 1 im Bereich einer Segmentverbindung,
Figur 3a und b: jeweils eine längs der Linie AB in Figur 2 geschnittene Ansicht eines Ausführungsbeispiels der Segmentverbindung,
Figur 4: die Anordnung von Kopplungselementen an einer Stirnseite eines Rumpfsegmentes in einer vereinfachten Vorderansicht
Figur 5: in einer vereinfachten, längs geschnittenen Teilansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeuges mit einer alternativen Fahrwerksanordnung und
Figur 6: eine Querschnittsansicht eines Rumpfsegmentes.

Figur 1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines auf einem Gleis 2 verkehrenden und für den Hochgeschwindigkeitsbetrieb vorgesehenen Schienenfahrzeuges 4. Sein Antrieb kann - je nach Ausführung - an einem der längsseitigen Kopfsegmente 6 konzentriert oder aber an jedem Radpaar 8 vorgesehen sein. Der Zugverband ist aus kombinierten Ein-/Ausstiegs- und Passagier-Segmenten 10 sowie reinen Passagier-Segmente 12 bzw. 14 ohne Ein- und Ausstiegsbereich zusammengesetzt. Rumpfsegmente mit weiteren Funktionen (Gastronomie-, Club-, Medien-, Fitness-, Sanitär- oder Bürosegmente etc.) sind je nach Einsatzfall natürlich ebenso ausführ- und in den Zug integrierbar wie die oben erwähnten Basiseinheiten.

Zahl und Anordnung der in der Figur skizzierten Einheiten sind variierbar. Die Gesamtlänge eines solchen Zuges wird maximal ca. 400 m betragen. An seiner Außenoberfläche sind keine wesentlichen Stufungen oder Absätze ausgebildet.

Die mechanisch steif ausgeführten Rumpfsegmente 10 bis 14 ruhen jeweils auf einem, bezogen auf ihre Längserstreckung, mittig angeordneten Radpaar 8 und sind jeweils über elastisch gelenkige, mit den Segmenten im wesentlichen querschnittsgleiche Segmentverbindungen 16 miteinander verbunden.

Das Fahrzeug 4 ist durch eine entsprechende Zusammenstellung von Kopfsegmenten 6 und Rumpfsegmenten 10 bis 14 bedarfsweise in zwei Halbzüge teilbar, die antriebsmäßig grundsätzlich autark sind.

Figur 2 zeigt eine teilweise geöffnete Seitenansicht eines Ausschnitts des Schienenfahrzeugs nach Figur I im Bereich der Segmentverbindung 16 zwischen den Rumpfsegmenten 12 und 14. Durch horizontale Linien im oberen und unteren Bereich der Segmentmäntel 18 ist deren Krümmung senkrecht zur Zeichenebene angedeutet. Die Segmentverbindung 16 ist nach außen hin von einer bündig mit den Segmentmänteln 18 abschließenden Membran 20 umgeben. Diese erstreckt sich über den gesamten Umfang des Mantels. Der darunter zum Inneren der Segmente hin anschließende Teil der Segmentverbindung 16 ist in der vorliegenden Darstellung gestrichelt gezeichnet, soweit er von der Membran 20 abgedeckt ist, zur Verdeutlichung aber im mittleren Abschnitt freigelegt. Die Membran ist, wie unten anhand von Figur 3 näher beschrieben wird, mit seitlich ausgebildeten Kedern in Nuten 22 eingebettet, die sich an den Segmentmänteln 18 beiderseits der Segmentverbindung 16 über den gesamten Umfang erstrecken.

Zum Segmentinneren hin sind unterhalb der Membran 20 in Umfangsrichtung verteilte Rollbalgfedern 24 angeordnet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erstreckt sich jede Rollbalgfeder 24 über etwas weniger als ein Achtel des Mantelumfangs. Jede Rollbalgfeder 24 weist einen am Rumpfsegment 14 befestigen Rollbalg 26 und einen in diesen über seine gesamte Länge eingreifenden und am Rumpfsegment 12 befestigten Kolben 28 auf. Der Rollbalg ist in eine hier der Deutlichkeit halber nicht dargestellte Fassung eingebettet, die unten anhand von Figur 3 beschrieben wird.

Zwischen den Rollbalgfedern sind an den Stirnseiten der Segmente 12 und 14 Umlenkrollen 30 bzw. 32 für ein Kopplungsseil 34 befestigt. Das Kopplungsseil 34 ist zur Sicherung der Zugkraftübertragung als Endlosseil über den gesamten Umfang des Segmentmantels zwischen den aneinandergrenzenden Stirnseiten der Segmente 12 und 14 geführt. Dabei durchläuft es auch die mit entsprechenden Bohrungen 36 versehenen Kolben 28.

Die Bohrung 36 ist in Figur 3a, einer längs der Linie AB in Figur 2 geschnittenen Ansicht der Segmentverbindung 16, deutlich erkennbar. Der Rollbalg 26 hat ein etwa U-förmiges Profil und ist für die Erzeugung von Rückstellkräften und Richtmomenten bei Einwirkung von Druck oder seitlich gerichteten Kräften durch den Kolben 28 seitlich sowie oben, unten und hinten in eine steife Fassung 38 eingebettet. Nur die dem Kolben 28 zugewandte Seite ist offen.

Die Wandung des Rollbalgs 26 besteht typischerweise aus mehreren Elastomerschichten, zum Teil mit Dichtungsfunktion und zum Teil mit Schutzfunktion gegen mechanische Beschädigungen und Witterungseinflüsse. Zwischen diese Schichten ist eine Festigkeitsträgerschicht eingebettet. Die Wahl der Elastomere und des Festigkeitsträgers erfolgt entsprechend der vorgesehenen Belastung. Der Kolben 28 ist außen zum Schutz und zur Erzeugung eines relativ hohen Reibungskoeffizienten beim Kontakt mit dem Rollbalg 26 ebenfalls von einer Elastomerschicht umgeben, im Kern aber nicht biegsam ausgebildet.

Als Fluid 42 kommen sowohl Gase (insbesondere Luft) als auch Flüssigkeiten in Frage. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Hydrauliköl vorgesehen.

Auch die Membran 20 ist aus einem Elastomer gefertigt und trägt zur Zugkraftübertragung zwischen den Segmenten 12 und 14 bei. Deutlich erkennbar sind in dieser Darstellung ihre beiderseits ausgebildeten Keder 40, die in die Nuten 22 eingeführt sind. Vor einer Trennung der Segmente 12 und 14 werden zunächst die Membran 20 und das Kopplungsseil 34 entfernt.

In Figur 3b ist ein Längsschnittprofil einer alternativen Segmentverbindung 16' dargestellt. Sie unterscheidet sich vor allem durch eine Verdickung des Kolbens 28' an seinem in den Rollbalg 26' eingreifenden Ende 44. Sie ist hier etwa keulenförmig ausgebildet. Für das Einführen des Kolbens 28' in den Rollbalg 26' wird der Fluiddruck erniedrigt. Nach dem Einführen Wird der Druck erhöht und der Rollbalg 26' umgreift den verdickten Abschnitt 44 bis hin zum Kolbenschaft 46. Der Rollbalg weist hierfür eine leichte Verbreiterung seiner Kammern an den Enden der Schenkel des U-förmigen Profils auf. Die Fassung 38' ist an der dem Segment 12 zugewandten Seite nur so weit geschlossen, daß das Einführen des Kolbens 28' in den Rollbalg 38' nicht behindert Wird. Auf diese Weise bietet die Rollbalgfeder in dieser Ausführungsvariante auch beim Auftreten von Zugkräften einen elastischen Widerstand, der zur Kraftübertragung genutzt werden kann, ohne die Gelenkigkeit der Segmentverbindung 16' gegenüber der oben beschriebenen Bauweise einzuschränken.

Figur 4 zeigt eine mögliche Anordnung von Rollbälgen 26 (bzw. 26') an einer Stirnseite des Mantels 18 des Rumpfsegmentes 14. In der stark vereinfachten Vorderansicht ist nur der Segmentmantel 18 dargestellt. Insgesamt acht Rollbälge 26 sind in Umfangsrichtung hintereinander angeordnet. Dazwischen ist jeweils eine Umlenkrolle 32 für das Kopplungsseil 34 angeordnet. Die Verwendung des Kopplungsseils 34 ist nicht erforderlich, wenn die altemative Bauweise der Segmentverbindungen 16' zum Einsatz kommt. In diesem Fall kann der Rollbalg sich an der Stirnseite über den gesamten Umfang erstrecken.

Figur 5 zeigt in einer vereinfachten Längsschnittansicht eine alternative Bauweise des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs. Dargestellt sind zwei Segmente 12' und 14' mit sich darin erstreckenden Traggestellen 48 und 50. Anders als bei dem in Figur I dargestellten Ausführungsbeispiel ist hier das Fahrwerk 8 nicht in der Mitte, sondern am Ende der Längserstreckung des Traggestells 48 angeordnet. Das Traggestell 48 ist mit dem Fahrwerk 8 fest, aber elastisch verbunden, was in Figur 5 durch eine Feder symbolisch angedeutet wird. Eine Bewegung des Fahrwerks relativ zum Traggestell und dem fest damit verbundenen Segmentmantel 18' ist jedoch ausschließlich in einer Querschnittsebene des Rumpfsegmentes 12' möglich.

Das Traggestell 48 erstreckt sich bei dieser Anordnung nicht über die gesamte Länge des Rumpf Segmentes 12'. Dagegen ragt das Traggestell 50 des angrenzenden Rumpfsegments 14' über dessen Längserstreckung hinaus in das Segment 12' hinein und ist ebenfalls auf dem Fahrwerk 8 in gleicher Weise wie das Traggestell 48 gelagert. Das Traggestell 50 ist jedoch lösbar mit dem Fahrwerk 8 verbunden, um die Trennbarkeit der Rumpfsegmente 12' und 14' voneinander zu gewährleisten. Beide Traggestelle sind miteinander durch ein Verbindungsstück 52 elastisch verbunden, so daß ihre Beweglichkeit gegeneinander nicht eingeschränkt wird, aber der Innenraum der Segmente vom Unterbodenbereich isoliert wird.

Durch beiderseits des Fahrwerks vorgesehene Segmentverbindungen 16 wird ein Abschnitt 54 des Rumpfsegments 12' gebildet, in dem die Gelenk- und Fahrwerksfunktionen konzentriert sind.

Die Verbindung der Traggestelle 48 und 50 mit dem Mantel 18 bzw. 18' der Rumpfsegmente ist bei allen Ausführungsformen grundsätzlich fest. Mantel und Traggestell bilden bei dem erfindungsgemäßen Schienenfahrzeug eine fahrdynamische Einheit, wobei die Last des Mantels vom Traggestell gestützt und auf das Radpaar übertragen wird.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel wird von diesem Prinzip grundsätzlich nicht abgewichen, jedoch im Bereich des Gelenk- und Fahrwerksabschnittes 54 eine geringfügige Beweglichkeit der Tragplatte relativ zum Mantel zugelassen. Diese Beweglichkeit wird mit Hilfe eines speziellen Verbindungselementes 56 hergestellt.

In Figur 6a ist ein Beispiel für ein solches Verbindungselement 56 in einer Querschnittsansicht, in Figur 6b in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. Die Verbindungselemente 56 sind an beiden Querseiten des Traggestells 48 bzw. 50 einander gegenüberliegend angeordnet. Dabei können jeweils mehrere Verbindungselemente 56 hintereinander angeordnet sein.

Das Verbindungselement 56 hat eine rechteckige Rückenplatte 58, die mit dem Rumpfmantel 18' verbunden ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist dafür eine einfache Schraubverbindung vorgesehen, für die die Rückenplatte 58 mehrere Bohrungen 60 aufweist. Von der Rückenplatte 58 erstreckt sich ein zylindrischer Zapfen 62 zur Querseite des Traggestells 48 hin. Die Rückenplatte 58 und der Zapfen 62 sind einstückig aus einem biegesteifen Material, vorzugsweise aus Metall gefertigt. Etwa ab der Hälfte bis hin zum vorderen Ende seiner Längserstreckung ist der Zapfen 62 von einem fest mit ihm verbundenen Gummimantel 64 umgeben. Dieser wiederum wird von einem fest mit ihm verbundenen Außenmantel 66 umschlossen, der sich über das Ende des Zapfens 62 hinaus erstreckt und dabei zur Tragplatte 48 hin verjüngt, um deren Querseite mit einer schlitzförmigen Öffnung 68 fest zu umfassen. Die Tragplatte kann relativ zur Öffnung 68 nicht bewegt werden. Hierfür ist eine (nicht dargestellte) Schraubverbindung zwischen der Tragplatte 48 und der Außenschale 66 des Verbindungselementes vorgesehen.

Tragplatte 48 und Rumpfmantel 18' werden durch das Verbindungselement 56 jedoch nicht völlig steif verbunden. Die Tragplatte und der Zapfen 62 sind mit geringem Abstand zueinander angeordnet, so daß sich die Tragplatte 48 zusammen mit dem Außenmantel 18'- maximal bis zum Anschlag am Zapfen 62 - ein Stück weit auf diesen zu bewegen kann, wobei der Gummimantel 64 elastisch verformt wird, die kinetische Energie der Tragplatte 48 quer zum Gleis aufnimmt und eine der Auslenkung entgegengerichtete Rückstellkraft erzeugt.

Weiterhin erlaubt dieser Abstand eine Neigebewegung des Traggestells 48 zusammen mit der Außenschale 66 gegen den Zapfen 62. Eine langsame Neigung des Traggestells 48 gegen den Segmentmantel tritt an Neigungsrampen der Außenschiene bei der Einfahrt in bzw. Ausfahrt aus Gleisbögen auf. Kurzzeitige oder hochfrequente Neigebewegungen, beispielsweise aufgrund von Unebenheiten der Schienen, werden durch die Gummi-MetallKonstruktion des Verbindungselements 56 gedämpft. Der maximale Neigewinkel der Tragplatte gegen den Zapfen wird durch die geringe Kompressibilität des Elastomers, aus dem der Gummimantel 64 gefertigt ist, zwischen der Außenschale 66 und dem Zapfen 62 beschränkt. Über diese Grenze hinaus auftretende Neigungen werden auf den Rumpfmantel übertragen.

Aufgrund seiner Konstruktion erlaubt das erste Verbindungselement 56 also einerseits die Übertragung von Spurführungskräften auf den Gelenk- und Fahrwerkabschnitt 54 des Segmentmantels. Andererseits dämpft es die Übertragung kurzzeitiger und hochfrequenter Impulse von den Schienen über das Fahrwerk und die Tragplatte auf den Segmentmantel.

Die Quererstreckung der Traggestelle ist in diesem Abschnitt 54 etwas kleiner als in den anderen Rumpfsegmentabschnitten

In Figur 7 ist ein Rumpfsegment 70 eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung in einer schematischen Querschnittsansicht dargestellt. Das Fahrwerk 8, dessen Anbindung an das hier als Platte ausgebildete Traggestell 72 oben erläutert wurde, wird hier durch einen Radsatz angedeutet, dessen Räder durch Öffnungen, die außerhalb der Querschnittsebene liegen, aus dem Rumpfmantel zum Gleis 2 hin herausragen. Eine Auslenkung der Räder ist nicht vorgesehen. Oberhalb des Traggestells 72 kann, bei Bedarf über zusätzliche Dämpfungs- und Federungsstufen, ein (hier nicht dargestellter) Innenboden gelagert werden, der sich mit aller beaufschlagten Last auf dem Traggestell 72 abstützt. Es ist eine gängige Zweier Bestuhlung 74 mit Mittelgang vorgesehen. Es zeigt sich, daß gegenüber herkömmlichen Vollbahn-Fahrzeugen der Normalspur ein erheblicher Raumgewinn erzielt wird. Die Breite b des dargestellten Rumpfsegments 70 beträgt beispielsweise 3,30 m, was deshalb besonders bemerkenswert ist, weil diese Breite praktisch über die ganze Länge des Zugs zur Verfügung steht. Hierdurch lassen sich auch Salons im Restaurantwagen mit beidseitiger Zweier-Bestuhlung einrichten, was eine verbesserte Nutzbarkeit mit sich bringt, da die Zahl der Passagiere pro Zuglänge vergrößert ist. Dabei ist der Komfort sogar noch vergrößert.

In variabler Ausgestaltung sind unterschiedlichste Nutzungen möglich. So läßt sich ein einem Segment beispielsweise eine Küche oder auch ein Fahrradabteil unterbringen. Die Zahl der mit Türen versehenen Segmente läßt sich nach den individuellen Verkehrsgegebenheiten konfigurieren. Im Nahverkehr wird die Zahl der Türbereiche mit Stehgelegenheiten entsprechend größer bemessen. Für den Nachtverkehr lassen sich geräumige Schlafabteile vorsehen.

Bemerkenswert ist insbesondere noch, daß sich der Segmentmantel zum Gleis hin bis in den Radbereich hinein - die Räder seitlich teilweise überdeckend - erstreckt. Gegebenenfalls kann eine Verkleidung sogar auch den gesamten Bodenbereich mit Ausnahme der Raddurchlässe einschließen.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten möglich, welche von der dargestellten Lösung auch in anders gearteter Ausführung Gebrauch machen.

Zur Realisierung der Segmente ist die verstärkte oder selbstverstärkende Kunststoffbauweise zwar unter Leichtbauaspekten bevorzugt, es ist aber beispielsweise auch eine Leichtmetallkonstruktion oder eine Stahlskelett-Verbundkonstruktion mit Kunststoff- oder Leichtmetallbeplankung möglich.

Neben glasfaserverstärkten Duromeren sind bei Kunststoffbauweise - bei Beachtung der Kostensituation - grundsätzlich auch kohle- oder polymerfaserverstärkte Duro- oder Thermoplaste einsetzbar, denen ggfs. in vorteilhafter Weise durch Einbinden von ausgerichtetem Verstärkungsmaterial eine ein- oder u.U. auch zweiachsige Vorzugsorientierung aufgeprägt wird. Als Elastomer können neben Gummi beispielsweise auch Elastomere auf PU-Schaum-Basis o.a. zum Einsatz kommen.

Claims

Schienenfahrzeug (4) zum Betrieb auf herkömmlichen, unterhalb verlaufenden Eisenbahngleisen (2), mit einem Rumpf umfassend eine Mehrzahl hintereinander angeordneter, im wesentlichen starrer Rumpfsegmente (10, 12, 14), die sich jeweils über mindestens ein Radpaar (8) auf dem Gleis (2) abstützen und die an ihren einander zugewandten Enden Segmentverbindungen (16) haben, welche benachbarte Rumpfsegmente gelenkig und lösbar aneinander koppeln, die äußere Kontur der Rumpfsegmente (10, 12, 14, 12', 14') zwischen diesen fortsetzen und beim Befahren von Gleisbögen, -kuppen und -senken einen Distanzausgleich bilden und wobei das Radpaar (8), in Längsrichtung des Schienenfahrzeugs (4) gesehen, im wesentlichen mittig unterhalb des Traggestells (48, 50) des jeweiligen Rumpfsegments (10, 12, 14) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rumpfsegmente (10, 12, 14, 12', 14') in Längsrichtung des Gleises (2) einen gleichbleibenden Hohlquerschnitt und eine starre Baulänge haben sowie eine Baulänge von weniger als 6 Metern aufweisen, so dass im Bereich von Gleisbögen mit einem Radius bis herab zu 150 m jedes Rumpfsegment (10,12,14,12', 14') mit seiner Quererstreckung über das Gleis (2) beiderseits um jeweils eine Länge hinausragt, die längs des Schienenfahrzeugs (4) im wesentlichen konstant ist, und daß die Segmentverbindungen (16) Kopplungselemente (24, 26, 28, 26', 28') aufweisen, die sich zur im wesentlichen ausschließlichen Überleitung des Kraftflusses zwischen den Rumpfsegmenten (10, 12, 14, 12', 14') an deren Stirnseiten längs ihrer äußeren Kontur erstrecken und/oder an den Stirnseiten der Rumpfsegmente (10,12,14,12', 14') in Umfangsrichtung homogen verteilt angeordnet sind.
Schienenfahrzeug nach ein Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rumpfsegmente (10, 12, 14, 12', 14') einen in Umfangsrichtung bis auf Öffnungen für die Räder (8) im wesentlichen geschlossenen, etwa röhrenförmigen Mantel (18, 18') haben.
Schienenfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß seine Außenoberfläche keine wesentlichen Stufungen oder Absätze aufweist.
Schienenfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Rumpfsegment (10, 12, 14, 12', 14') ein innerhalb seines Mantels (18, 18') angeordnetes, vom Radpaar (8) gestütztes Traggestell (48, 50) aufweist, das sich im wesentlichen zur Schienenoberfläche parallel über die Länge und Breite des Rumpf Segments (10, 12, 14, 12', 14') erstreckt und das zumindest einen wesentlichen Teil der Last des Mantels (18, 18') trägt.
Schienenfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (18, 18') am Traggestell (48, 50) nahe dessen in Querrichtung weisenden Seiten befestigt ist.
Schienenfahrzeug nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Traggestelle (48, 50) benachbarter Rumpfsegmente (10, 12, 14, 12', 14') elastisch miteinander verbunden sind.
Schienenfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsgerade zwischen den Mittelpunkten der Räder eines Radpaars (8) in einer Querschnittsebene des zugehörigen Rumpfsegments (10, 12, 14, 12', 14') liegt.
Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Radpaar (8) mit dem jeweiligen Traggestell (48, 50) elastisch verbunden ist.
Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Traggestell des dort angrenzenden Rumpfsegments (12', 14') auf diesem Radpaar (11) abgestützt ist.
Schienenfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmentverbindung (16, 16') zwischen zwei benachbarten Rumpf Segmenten (10, 12, 14, 12', 14') elastische Kopplungselemente (24, 26, 28, 26', 28') aufweist.
Schienenfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmentverbindung (16, 16') zwischen zwei benachbarten Rumpfsegmenten (10, 12, 14, 12', 14') fluidbetriebene Kopplungselemente (24, 26, 28, 26', 28') aufweist.
Schienenfahrzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungselemente doppelt wirkende Zylinder sind.
Schienenfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungselemente als Rollbalgfedern (24, 26, 28, 26', 28') ausgebildet sind, die jeweils einen Rollbalg (26, 26') mit einer sich überwiegend in Umfangsrichtung des Mantels (18, 18') erstreckenden Vertiefung aufweisen, in die jeweils ein an der Stirnseite des benachbarten Rumpf Segmentes (12, 14,12', 14'} gegenüberliegend angeordneter Kolben (28, 28') eingreift.
Schienenfahrzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Querschnittsprofil des Rollbalgs (26, 26') etwa U-förmig ist.
Schienenfahrzeug nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das in den Rollbalg eingreifende (44) Ende Kolbens (28') verdickt ist.
Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüberliegende Stirnseiten in komplementärer Anordnung jeweils Rollbälge (26, 26') und Kolben (28, 28'} aufweisen.
Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die fluidbetriebenen Kopplungselemente (24, 26', 26') jeweils einer Segmentverbindung (16, 16') zum Druckausgleich miteinander verbunden sind.
Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenvolumina zumindest einer Teilanzahl der Rollbälge (26, 26') in Kammern unterteilt sind, deren Fluiddruck unabhängig von einander regel- und/oder steuerbar ist.
Schienenfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein zwischen den zugewandten Stirnseiten der Rumpfsegmente (10, 12, 14) über wechselnd an jeweils einer der einander zugewandten Stirnseiten befestigte Rollen (30, 32) über den gesamten Umfang geführtes Kupplungsseil (34), dessen Enden lösbar miteinander verbunden sind.
Schienenfahrzeug nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsseil (34) durch eine sich im Kolben (28, 28') in der Umfangsrichtung erstreckende Bohrung (36) hindurchgeführt wird.
Schienenfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine mit der äußeren Manteloberfläche (18, 18') bündig abschließende, insbesondere elastische Membran (20), die die Segmentverbindung (16, 16') in Längsrichtung und in Umfangsrichtung des Mantels (18, 18') vollständig nach außen hin abdeckt und die in an beiden Segmentmänteln (16,16') ausgebildete Nuten (22) mit Hilfe beiderseits ausgebildeter, sich in Umfangsrichtung erstreckender Keder (40) eingreift.
Schienenfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Rumpfsegmente (10, 12, 14, 12', 14') im wesentlichen 3 bis 5 m, insbesondere 4 m beträgt.
Schienenfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erstreckung der Rumpfsegmente (10, 12, 14, 12', 14') quer zum Gleis (2) zwischen 3,00 und 3,30 m beträgt.
Schienenfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die starren Rumpfsegmente (10, 12, 14, 12', 14') in, insbesondere mehrschaliger, Faserverbundbauweise ausgeführt sind.