EP1237771B1 - Fahrzeugsegment für ein schienengebundenes gliederfahrzeug - Google Patents

Fahrzeugsegment für ein schienengebundenes gliederfahrzeug Download PDF

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EP1237771B1
EP1237771B1 EP00972873A EP00972873A EP1237771B1 EP 1237771 B1 EP1237771 B1 EP 1237771B1 EP 00972873 A EP00972873 A EP 00972873A EP 00972873 A EP00972873 A EP 00972873A EP 1237771 B1 EP1237771 B1 EP 1237771B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
vehicle
support frame
fact
vehicle segment
segment according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP00972873A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1237771A1 (de
Inventor
Herwig Schenk
Theodor Staneff
Frank König
Martin Grab
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
DB Reise and Touristik AG
Original Assignee
DB Reise and Touristik AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DB Reise and Touristik AG filed Critical DB Reise and Touristik AG
Publication of EP1237771A1 publication Critical patent/EP1237771A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1237771B1 publication Critical patent/EP1237771B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61D—BODY DETAILS OR KINDS OF RAILWAY VEHICLES
    • B61D17/00—Construction details of vehicle bodies
    • B61D17/04—Construction details of vehicle bodies with bodies of metal; with composite, e.g. metal and wood body structures
    • B61D17/20—Communication passages between coaches; Adaptation of coach ends therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61D—BODY DETAILS OR KINDS OF RAILWAY VEHICLES
    • B61D3/00—Wagons or vans
    • B61D3/10—Articulated vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61G—COUPLINGS; DRAUGHT AND BUFFING APPLIANCES
    • B61G5/00—Couplings for special purposes not otherwise provided for
    • B61G5/02—Couplings for special purposes not otherwise provided for for coupling articulated trains, locomotives and tenders or the bogies of a vehicle; Coupling by means of a single coupling bar; Couplings preventing or limiting relative lateral movement of vehicles

Definitions

  • the invention relates to a vehicle segment for a rail-bound Articulated vehicle, with a support frame on at least one pair of wheels and with a tubular jacket in cross section on the support frame, the internals of the vehicle segment, wherein the longitudinal axis of the jacket runs in the direction of travel.
  • Such a vehicle segment is known from EP 177 424.
  • a Vehicle segment with a substantially annular cross section disclosed that on deformable pneumatic connectors on the Extremities of the adjacent vehicle segments is supported.
  • a such articulation is, however, for the transmission of the drive and Braking forces are not sufficiently stable and additionally prepares the company Practice big problems due to a complicated coupling or separation process when uniting or separating vehicle elements.
  • Such a vehicle segment is also from DE 42 13 948 A 1 known.
  • This document discloses a articulated vehicle in which neighboring vehicles Jakobs-style vehicle segments on a common, two-axle Bogie are stored. The articulated coupling of the vehicle segments takes place in the floor area via an intermediate piece inserted between the segments.
  • One vehicle segment is cantilevered on the intermediate piece arms supported around a vertical axis, and the other in a similar way Construction around a horizontal axis running transversely to the longitudinal axis rotatable.
  • the object of the invention is therefore a vehicle segment of the aforementioned Art for a rail-bound articulated vehicle so that the above Disadvantages do not occur.
  • the object is achieved according to the invention in a vehicle segment Preamble of claim 1 solved in that the jacket to the jacket of a adjacent vehicle segment is rigidly coupled and at least one articulated Has jacket section that a predetermined in the direction of the longitudinal axis Has length.
  • the jacket rigidly on the jacket of an adjacent segment can be coupled, is the connection between vehicle segments freed from essential joint functions. That means the Sheath at its longitudinal ends for rigid coupling to an adjacent one Vehicle segment is formed. The rigid coupling is using achieved by coupling elements.
  • the for the operation of the vehicle segment in a rail vehicle composed of several vehicle segments required articulation is in the vehicle segment according to the invention in the Jacket of the vehicle segment itself integrated by an articulated jacket section, which has a predetermined length in the direction of the longitudinal axis.
  • Coupled vehicle segments according to the invention therefore form an in articulated unit, comparable to a hose in which alternates rigid longitudinal sections which can be bent in directions transverse to its longitudinal axis consecutive.
  • This unit is characterized by one for rail-bound Vehicle associations so far unknown high flexibility, which is structurally precise can be predetermined, for example by the respective longitudinal extension of the articulated Jacket section of the individual vehicle segments.
  • the well-known concept with discreet and articulated elements arranged between vehicle segments According to the invention, the connection and mobility function is replaced by a largely deformable over the length of the vehicle coats rigidly connected.
  • the vehicle segment according to the invention can have several, longitudinally spaced, articulated jacket sections included to achieve a high homogeneity of articulation and at the same time to provide several rigid jacket sections, for example openings for Can have windows and doors.
  • a vehicle assembly composed of vehicle segments according to the invention forms a particularly aerodynamically favorable configuration for rail vehicles, because there is no distance between the shells of adjacent vehicle segments is required.
  • a composed of segments according to the invention Articulated vehicle can be designed as a closed tube that only the wheel pairs of the vehicle segments protrude downwards.
  • the Transition between coupled vehicle segments is in contrast to known ones Link vehicles completely imperceptible from the outside. In this respect is suitable the vehicle segment according to the invention in particular for use in high-speed trains.
  • Another advantage of the vehicle segment according to the invention is that due to the rigid coupling of the jackets of adjacent segments is particularly easy Connection technology can be used in which the connection or disconnection the coat goes off quickly.
  • the articulated jacket section of the vehicle segment according to the invention is fundamentally different from a bellows device between neighboring ones Vehicle segments. Rather, it is constructively an integral, giving stability Part of the jacket, which is especially for the management of brake and Acceleration forces in the longitudinal direction of the vehicle segment is formed.
  • the articulated jacket section is essentially stiff in the longitudinal direction.
  • the articulated jacket section is also the carrier of essential joint functions of the vehicle segment and can be based on the orientation of the vehicle segment to be significantly involved in the track.
  • the deformability of the articulated longitudinal sections is preferably elastic, to return movements to an elongated Support vehicle shape.
  • the entire shell of the vehicle segment according to the invention can be linguistic Clarifying its stability can also be called a shell. He fulfilled in addition to the functions described above, a protective function for the interior from external forces and environmental influences, as is more common with coats Vehicle segments ago is known.
  • the inventive idea breaks with that used in the prior art and Self-evident teaching that the flexibility of rail vehicles with the help of joint elements arranged between their segments to be achieved that on the one hand connect these vehicle segments with each other and on the other hand, a movement of the segments relative to each other - within given barriers - allow.
  • the flexibility is inventively rather transferred to the jacket of the vehicle segments.
  • the vehicle segment has one over the entire length of the vehicle segment essentially uniform jacket cross section on.
  • the interior of the inventive device available for use Vehicle segments are maximized in this way. Limitations of the Cross-section, which are common in the known vehicle segments, are omitted completely. Coupled vehicle segments of this embodiment have a uniform one Interior with the same over the entire length of the vehicle group Cross-sectional profile.
  • the design of the interior according to the intended use is not due to the consideration of constructive conditions limited, such as in known vehicle segments Transitions between segments or in the joint area occur. Come in addition the economic advantage that a jacket of such a uniform shape in terms of manufacturing technology is simple and therefore inexpensive.
  • the articulated jacket section with regard to forces (or force components) acting transversely to the longitudinal axis elastically deformable. Such forces occur when driving through Track arches on. Due to the elastic design of the articulated jacket section restoring forces are generated when it is deformed Force the jacket back in its longitudinal direction.
  • the articulated The jacket section is therefore active in the alignment of the vehicle segment involved.
  • the support of the longitudinal orientation has the further advantage that the vehicle segment acts transversely to the longitudinal direction - often high-frequency - dynamic driving impulses are stabilized.
  • the elasticity of the articulated jacket section depends on the direction. Longitudinal the modulus of elasticity is so large that its deformation when passing through is not obstructed by track arches, track sinks and crests.
  • An estimate the required length changes when driving through one Track curve shows that the shell of the vehicle segment at an assumed Longitudinal extension of 4 m and a transverse extension of 3.30 m outside the arch stretched by just under 3 cm and also compressed by just under 3 cm inside becomes.
  • the expansion or compression of the articulated jacket section through the driving or braking forces occurring while driving in the direction of the longitudinal axis is low.
  • the modulus of elasticity transverse to the longitudinal direction is so in the articulated jacket section designed that the passage of bends and track tops and sinks is made possible. For high-speed traffic, there are tracks with one minimum radius of 250 m must be taken into account.
  • the directional dependence of the elasticity module further differentiated by the elastic deformability of the articulated Cladding section with respect to forces directed perpendicular to the track level is less than with regard to forces directed parallel to the track level. Thereby unnecessary freedom of movement is limited.
  • the articulated jacket section is around the The longitudinal axis can be twisted elastically to cling to the vehicle group to allow a cant ramp on track arches.
  • the jacket and the articulated jacket section are preferably made of several Material layers built up.
  • Such a multilayer structure has the advantage that the properties of the jacket and the articulated section in many ways can be precisely predetermined. Different layers can be used each perform different functions. For example, the mechanical and electrical shielding to the outside by a metal skin thermal insulation through an underlying layer etc.
  • both directional Elasticity as well as stability of the materials of the articulated jacket section can rely on known material and manufacturing technologies.
  • experiences from lightweight vehicle construction can be used of fiber composite materials with, for example, glass, polymer or carbon fibers be used.
  • Another suitable component of the articulated jacket section is a material made from linear polyurethane elastomers that a relatively high modulus of elasticity with very high long-term stability distinguishes under constantly changing loads. The low is advantageous Density of the materials mentioned. It allows the coat to be compared to State of the art easier to train and thus due to a lower axle load Delay wear of wheels and rails. Even metal-based, lightweight Constructions of the elastic metal segment are possible, for example using of aluminum.
  • a preferred embodiment of the invention has a one-piece design Coat on.
  • the one-piece design is particularly characterized by this from the fact that it requires little maintenance. Through standardized manufacturing processes such coats are economically produced in large quantities.
  • Sandwich construction can include, for example, rigid and elastic sections Longitudinal direction can be formed seamlessly in succession by between different, in the radial direction successive elastic shells of the Sheath stiffening or defined elastic structural elements can be integrated.
  • the winding technique also allows sandwich-like, one-piece hull structures with stiffened and elastic longitudinal sections.
  • Another embodiment of the invention provides controllable actuators Generation of forces that cause an elastic curvature or extension of the articulated Cause section of the jacket, in which the longitudinal axis of the jacket is curved or is stretched.
  • the reacting is not Deformation of the articulated jacket sections on the pair of wheels on the support frame transmitted guidance forces in the foreground. Rather is the deformation the articulated jacket sections with the help of the actuators and predictably controllable.
  • Such active steering of a vehicle association from the jacket serves the optimized alignment of the Wheel pairs to the track and thus a substantial reduction in guidance forces.
  • the predictive control can be based on a while driving Continuous measurement of forces and geometrical sizes in the foremost vehicle segment of a vehicle association. On the immediate evaluation of this measurement data follows the generation of control signals, which are directed to the following vehicle segments and the actuators there a steering movement of the respective articulated jacket section with precalculated Initiate steering force and delay. In another variant can also generate the control signals on the basis of previously determined and saved road data as well as other currently measured parameters such as Speed and mass of the vehicle segments take place.
  • Such active steering not only reduces wear on wheels and Rails significantly reduced.
  • driving comfort is increased because the Forward-looking, active alignment of the wheel pair from the jacket is not abrupt takes place, in contrast to a passive alignment of the vehicle segment in Reaction to current guidance forces between the pair of wheels and rails.
  • the so achieved calming of the vehicle running can also increase the maximum Speed of a vehicle group can be used.
  • the actuators are in the Integrated coat.
  • the articulated jacket section as structural components Give stability. This is particularly the case when the articulated jacket section is designed made of elastic material is an advantage.
  • the actuators can be carried out mechanically, for example.
  • mechanical Actuators for similar purposes are known.
  • Experience from aircraft construction can be used where to deform the Profiles of the trailing edge of flaps integrated into the wing and in one plane curved, maple-shaped actuators are used.
  • Such actuators can be integrated into the jacket of the vehicle segment. You stand with inward and outward facing coat layers in contact.
  • By a Rotation of the actuators about their respective longitudinal axis from the plane of curvature the articulated jacket section can be curved or stretched in a defined manner become.
  • fluid operated actuators can also be used.
  • fluid-operated actuators integrable into the jacket of the vehicle segment, which is called "pneumatic muscle" as a further development of the contraction tube are available on the market. They generate one when their internal pressure changes tensile or compressive force acting in the axial direction. To achieve a curvature of the articulated jacket section, such actuators are on opposite Side of the jacket operated in the opposite direction.
  • piezoelectric actuators are used.
  • materials for example in the form of a cladding layer in Piezoceramic strips in contact are used. This deform depending on the amount and polarity of an electrical applied to them Control voltage.
  • the advantage of such a design of the actuators lies in their immediate electrical controllability, the essential simplifications with it brings. Compared to fluid-operated actuators, there is a wide range here Line and pressure control system for a fluid can be dispensed with.
  • the jacket of the vehicle segment has for travel traffic at least one window or door opening and is over the longitudinal extent this opening is rigid. So you can use conventional window and door constructions be used without impairing the flexibility of the jacket becomes. Has the coat distributed over its length of the coat multiple openings on, can be hinged jacket sections between these Openings are provided.
  • the jacket can be made windowless for freight transport. Such a Coat can be articulated over large parts of its longitudinal extent.
  • the support frame is rigid.
  • the support frame takes over at this embodiment of the vehicle segment according to the invention all carrying functions. Support and joint functions are separated and different Assemblies taken over.
  • the articulated jacket section is not additional loaded with vertical loads. The coat is relieved and can be self-supporting be formed.
  • the rigid support frame has a variant for accommodating technical units at least one trough-shaped section, which in cross section seen is arranged approximately in the middle of the support frame.
  • This tub is for Production of a continuous floor, preferably with a cover provided and can be used to hold units and equipment in vehicle technology be used.
  • the relatively small distance of the bottom of the tub from The top edge of the rail ensures a low-lying, dynamic driving experience Center of gravity of the fuselage.
  • the rigid design of the support frame does not significantly affect the Flexibility of the vehicle segment or one of such vehicle segments composite vehicle association.
  • the coat is so on Support frame attached that its mobility relative to the support frame does not affect is.
  • This new flexibility concept for a vehicle association includes the relative movement neighboring supporting frames in a form known per se.
  • Transverse movements between the support frame and pair of wheels are provided.
  • the wheels of the pair of wheels attached to the support frame that a straight line connecting the centers of the wheels always in an axis plane of the vehicle segment that is transverse to the direction of travel lies.
  • Tracking forces are in this embodiment of the invention Transfer vehicle segments directly from the pair of wheels to the support frame, which is consequently always parallel to the current direction of travel of the wheel pair is aligned. The axis of the wheel pair is therefore always radial in track arches aligned.
  • the pair of wheels is in one embodiment of the invention at one longitudinal end of the Support frame arranged.
  • the jacket only on its long sides Ends must be rigid. These stiff end sections of the jacket allow on the one hand the rigid connection to the adjacent vehicle segment and on the other hand cause the transmission of the tracking forces from the pair of wheels via the support frame to the articulated jacket sections.
  • the jacket has a first stiff longitudinal section on, in the longitudinal direction and in directions perpendicular to the straight line connecting the centers of the wheels rigidly to the Support frame is coupled.
  • the first rigid longitudinal section is preferably in the area of the pair of wheels on the support frame the axis plane.
  • the jacket can stiffen a first one Have longitudinal section outside the axis plane. In both cases the coat is in this first stiff longitudinal section in the longitudinal direction as well as in directions perpendicular to the straight line connecting the center points of the wheels rigidly to the supporting frame coupled.
  • the coupling also takes place in such a way that the expected minor torsional movements only little resistance becomes.
  • the attachment of the jacket to the support frame in the area of the first rigid longitudinal section is preferably carried out on both transverse sides of the support frame.
  • Appropriate Coupling elements are preferably in the first rigid longitudinal section arranged. They can also be attached to its longitudinal edges.
  • the jacket in this area like the entire support frame itself - always aligned parallel to the current running direction of the wheel pair.
  • the stiff axis plane section therefore transfers the from the track to the support frame guided guidance forces in the jacket to deform the articulated jacket section.
  • a link vehicle composed of such vehicle segments are the articulated sections of the rigidly coupled jackets corresponding to the Orientation deformed relative to the adjacent first rigid longitudinal sections have each other. If you consider such a rail vehicle as a whole, then form the trolleys with the supporting frames and the first rigid longitudinal sections of the vehicle segments is a functional unit, so to speak "Vehicle skeleton" that corresponds to the current course of the track during the journey determines the shape of the rail vehicle.
  • the jacket has a second rigid Longitudinal section in which the jacket in directions parallel and transverse to the longitudinal direction is resiliently coupled to the support frame.
  • the one with the first is excluded from this mobility Connecting element attached to the support frame first rigid longitudinal section (for example the axial plane section) of the jacket, which due to its top described attachment to the support frame whose movements immediately follow.
  • Vertical relative movements between the jacket and the support frame are also in the second stiff longitudinal section largely suppressed. In this way, one unwanted pitch movement of the support frame prevented. This just means one slight stress on the jacket in comparison with known constructions.
  • a second rigid longitudinal section at both longitudinal ends of the vehicle segment provided in which this coupling between the jacket and support frame is realized.
  • Fasteners for producing the different types of coupling between Sheath and support frame in the first and second rigid longitudinal sections are preferably each designed as rubber-metal elements. With that becomes a frequently changing load on stable connection made between the jacket and the frame. On the other hand, the coat is against Vibrations and vibrations of the support frame isolated.
  • the support frame is attached to the support frames
  • Adjacent vehicle segments can preferably be coupled elastically. at a vehicle assembly composed of such vehicle segments the supporting frames are largely independent of one another.
  • Each support frame is based on that described in the previous paragraph Concept of the "vehicle skeleton" according to the current direction of travel "of" his pair of wheels.
  • the support frame of the respective vehicle segment moves also relative to the coat, but not where it is in the area of a rigid jacket section using the first connecting elements on the jacket is attached (see above).
  • a relative movement creates neighboring ones Support frames due to the elastic coupling a restoring force that in same way as the elasticity of the jacket the stretched orientation of the Vehicle association promotes and dampens sudden relative movements.
  • the coupling of the support frames described in one Vehicle association a closed, coherent, located inside the Rail vehicle formed over its entire length inner floor become.
  • a freight train loads can be stored and transported on this floor.
  • the support frame in two to link coupled, rigid longitudinal sections that are against each other in the essential how the support frames of adjacent vehicle segments are movable.
  • Each section of the support frame is based on a pair of wheels.
  • the wheel pairs can be in the center or at one end as with a rigid support frame the support frame sections may be arranged.
  • the jacket has in this embodiment at least in the area of the longitudinal extent of each supporting frame section an articulated jacket section and is in the area of the axis planes and the longitudinal ends of the support frame sections are stiff.
  • the coupling of the Support frame sections with each other and between them and the segment jacket is in each case as described above with the aid of the first and second connecting elements executable.
  • the structure of the supporting structure is divided into more than two such longitudinal sections within a segment are easily possible. In this way, even longer vehicle segments with great flexibility getting produced. It is also possible to continue this concept instead an association composed of vehicle segments, without the segmentation of a long articulated long vehicle with a one-piece jacket to construct.
  • the vehicle segment has a longitudinal extent of less than 10 meters.
  • Articulated vehicle is characterized by a very high adaptation to the Track course out. This opens up the possibility of the available Clearance on the track - taking into account the driving dynamics influences - for to use a broadening of the segments in order to increase the usable area or to achieve greater room comfort.
  • the one with the small longitudinal extension of the Vehicle segments accompanying small span between neighboring Wheel pairs continue to reduce the load per wheel pair because the load is on a large one Number of support points is distributed. This allows a reduction in the constructive Effort especially for the supporting frame, combined with additional Lightering profits.
  • the vehicle segments preferably have a longitudinal extent from only 3 to 5 meters.
  • Compound articulated vehicle forms a largely homogeneous elastic Tube that is aligned parallel to the track at any location. In particular is the lateral protrusion over the track also in curves over the entire longitudinal extent of the rail vehicle constant.
  • the rigid coupling between the jackets of adjacent vehicle segments takes place in alternative embodiments of a sectional vehicle according to the invention through a flange connection, a zipper connection or a piping connection.
  • connection techniques can also be used in combination. They are characterized by a homogeneous distribution in the longitudinal direction of the Forces directed to the link vehicle perpendicular to the jacket cross section Longitudinal axis.
  • the flow of power between the vehicle segments is not as in known articulated vehicles in articulated devices. The elimination such devices allowed in the connection area of the vehicle segments due to a particularly simple and lightweight construction in particular Support frame.
  • rail vehicles are after inventive concept in an ideal manner for operation at high speeds suitable up to 350km / h.
  • a separate, rigid inner floor is provided in the fuselage segments.
  • this inner floor is arranged at a distance above the supporting frame, with Supported by support elements on the support frame and extends over the entire length of a fuselage segment.
  • the coat is not strained.
  • the support elements are preferred in this embodiment used simultaneously for suspension of the inner floor and are accordingly elastic - for example as a fluid-operated spring elements - and possibly with Provide dampers.
  • This suspension is significantly softer than shock and vibration absorbing devices in the wheel mountings to counter the inside floor Isolate shocks and vibrations absorbed by the running gear on the track.
  • the interior floor is soundproofed and to close off other fuselage cavities in this embodiment with the aid of a sealing lip elastic on the segment jacket attached.
  • the interior floor can be sideways up tub reaching to the lower edge of the window. A restriction the flexibility of the segment jacket is achieved by an elastic coupling of the Side walls of the "tub" with the jacket avoided.
  • the cavity extending between the inner floor and the support frame can be used for the arrangement of supply lines.
  • the feeder of cooling air for wheel bearings and machine units and of fresh air for one Air conditioning can be through the space between the bottom of the support frame and the inside of the jacket running underneath.
  • the inner floor Spring elements near the lateral ends of the inner floor with the same distance to the center of the transverse extent of the segment arranged provided, which is connected via control elements to a control device are.
  • the spring elements are pre-tensioned by track arches so that the inner floor by one according to the vehicle speed and the radius of the track curve certain angle to the inside of the arch is inclined.
  • the adjustable Tilt angles are less than 8 degrees, preferably a maximum of 4 degrees.
  • the transverse extent of the inner floor is reduced so far that this Panning movement can be carried out without restrictions. In this way the vehicle according to the invention is equipped with a tilting technology which avoids the inclination of the segment fuselage.
  • Figure 1 shows a part of a rail vehicle 10 in a simplified, perspective and partially sectioned view.
  • This embodiment is for one Designed as a freight train.
  • Six vehicle segments 12 to 22 are shown with a length of approx. 4 meters over a centrally positioned landing gear 24 are supported on a pair of rails 26.
  • single bogies each with a pair of wheels are provided.
  • the The axis of the wheel pair is only in a direction perpendicular to the direction of travel Movable axis plane.
  • This axis plane contains a straight line 32, which the Connecting the centers of the wheels.
  • Each undercarriage 24 is not shown Spring and / or damping members attached to a support frame 34.
  • the support frame 34 is rigid and extends within the respective vehicle segment essentially over the entire length and width of the jacket 36, but with a few centimeters from the inside.
  • the jacket 36 is to ensure its defined articulation in the area of the axis plane and at its longitudinal ends with the support frame via special connecting elements 38 or 40 connected, which are further below with reference to FIGS. 2a to 2d individual are described.
  • the vehicle segments 12 to 22 have separation points at their longitudinal ends 42 on which the jackets via (not shown here) flange connections are coupled to each other.
  • the flange connection can also any other, essentially rigid connection type can be used, for example a welt connection or a zipper connection.
  • a piping connection are adjacent coats by covering themselves over the entire circumference extending connector but with open ends coupled together, the one with piping at its longitudinal ends in both coats engages provided guide grooves.
  • the connector is for coupling the Coats retractable into the guide grooves, so can also when separating the coats can be easily removed.
  • the connector is in the circumferential direction of the jacket elastically deformable, but in the longitudinal and transverse directions of the Coat stiff.
  • the jackets 36 are each made in one piece from fiber composite materials and have stiff and articulated sections.
  • FIG. 1 shows stiff jacket sections 44 and 46 without hatching and articulated jacket sections 48 hatched.
  • the rigid end portions 44 extend at this Rail vehicle each from the end faces of the segments over a length about 20 cm to the middle of the segment.
  • Rigid middle sections 46 are each of the axial plane from about 40 cm each to both end faces. Between these rigid areas, each of which extends over the entire scope of the Extend jacket, articulated jacket sections 48 are formed.
  • the vehicle segments 14 to 22 no windows are provided. Only head segments 12 have windows 50 and doors 52. The interior is loaded by the end faces of separate segments.
  • the jacket can be used in individual segments 36 to facilitate loading also roof openings (not shown) and / or side wall doors, but only in the rigid middle sections 46, which are designed for this purpose with a correspondingly greater longitudinal extent are.
  • FIG. 2a shows the first connecting element 38 in a cross-sectional view whose help the jacket 36 in the stiff section 46 on the axis plane the support frame 34 is attached.
  • the same connecting element is shown in FIG. 2b shown a perspective view.
  • Connecting elements 38 are on both Transverse sides of the support frame 34 are arranged opposite one another.
  • the first connecting element 38 has a rectangular back plate 54, which with the jacket 36 is connected.
  • the back plate 54 several Bores 56 has.
  • a cylindrical extends from the back plate 54 Bolt 58 to the transverse side of the support frame 34.
  • the back plate 54 and the Bolts 58 are made in one piece from a rigid material, preferably from metal manufactured.
  • the bolt can alternatively be attached to the jacket with his be anchored or embedded in the back of the jacket. About from half to towards the front end of its longitudinal extent, the bolt 58 is fixed by one surrounded with rubber jacket 60 connected.
  • Support frame 34 and jacket are not, however, by the connecting element 38 completely rigid.
  • the support frame and the bolt 58 are small Distance from each other, so that the support frame 34 together with the outer jacket 62 of the connecting element to a certain extent on the bolt 58 can move, the rubber jacket 60 transversely the momentum of the support frame 34 picks up to the track and is elastically deformed accordingly, one of the Deflection opposing restoring force is generated. That way the jacket against high-frequency transmitted from the chassis to the support frame Dynamic driving impulses isolated.
  • the first connecting element 38 therefore takes over the transmission of acceleration and tracking forces from the support frame to the jacket. Still isolated it protects against the transmission of short-term and high-frequency impulses.
  • FIGS. 2c and 2d 40 An exemplary embodiment of the second connecting element is shown in FIGS. 2c and 2d 40 shown, with the help of the jacket near its long sides Ends supported on the support frame. Also the second connection elements 40 are opposite each other on both transverse sides of the support frame 34 arranged, with several connecting elements 38 arranged one behind the other could be.
  • the cross-sectional view of Figure 2c shows that the principle Structure of the second connecting element 40 is similar to that of the first. However, based on the perspective representation in Figure 2d, the following differences to recognize: the second connecting element 40 has a square Bolt 66, the top 68 and bottom 70 of about half of their longitudinal extent to the support frame 34 with rubber layers 72 and 74 firmly connected are. The rubber layers are covered by outer shells 76 and 78, which extend over the length of the square pin 66 and to the support frame 34 are bent to firmly enclose them from above and below.
  • the second connecting element tolerates 40 relative movements between support frame 34 and jacket parallel to the track level. Such relative movements occur regularly when driving through of track arches.
  • the support frame and chassis rotate together about a vertical axis, the axis line 32 under right in the axis plane Angle cuts.
  • the support frame 34 is put together by the action of the chassis with the shells 76 and 78 shifted relative to the square bolt 66.
  • the rubber layers of the second connecting elements deform 40 parallel to the track level along and across the direction of travel. The deformations the outside and inside of the bow are different. The one from the rubber layers the restoring force generated limits the deflection and supports a restoring movement.
  • the swivel angle of the support frame in a track curve of 250 m radius is about 1 degree for a 4 m long support frame.
  • the Associated slight relative movement of the support frame in the longitudinal and transverse directions against the jacket is not hindered by the connecting element 40.
  • the connecting elements 40 are therefore structurally in vertical direction significantly stiffer than in directions parallel to the track level.
  • the deformation of the jacket is not hindered.
  • the lower deformability the connecting elements 40 in the vertical direction is also important, if the support frame is loaded very unevenly. In this case take over the connecting elements 40 the task of supporting the support frame, whereby part of the load must be transferred to the jacket.
  • the jacket When entering a track curve via a cant ramp, the jacket is of the vehicle segment on the one hand - as described above - bent and on the other others slightly twisted.
  • the vertical deformability of the connecting elements is sufficiently high to allow torsional movement against the support frame.
  • the different construction of the connecting elements 38 and 40 is from essential for the flexibility of the rail vehicle. Since that Support frame 34 against the first connecting elements 38 no movement in Can perform direction of the longitudinal axis, form chassis, support frame 34 and Sheath on the rigid central portions 46 a substantially rigid unit, the acts as a support point for the rail vehicle. Transmits at these points on the one hand the vehicle places its load on the track, on the other hand it is created here by the interaction of the wheels with the track braking, accelerating and Guidance forces, which are directly from the chassis via the support frame, however, under Interposition of the described damping levels - transfer to the jacket become. Between the support points, the coat is articulated Sections deformed accordingly. In this respect, the support points fulfill a skeletal function. The supporting frame is between the support points of adjacent segments and the jacket against each other in accordance with the second connecting elements 40 movable to the deformation of the articulated jacket sections when driving through not to be obstructed by track arches, track domes and depressions.
  • the primary task of the support frame 34 is the transmission in this construction the vehicle load on the chassis. Leave the connecting elements 38 and 40 no substantial vertical relative movement of the support frame 34 against the jacket to.
  • the suspension in the vertical direction through the rubber jackets 60 or layers So 72 and 74 is tough.
  • Figure 3 shows a cross-sectional view of the vehicle segment 16 in a through the Line III-III marked in Figure 1 plane, that is, in an elastic section 48.
  • the maximum transverse extent of the jacket is about 3.30 m, its maximum Height above the top edge of the rail about 3 m. Even the lower parts of the Use the jacket - taking into account dynamic driving effects, such as the suspension - available in accordance with the Railway Construction and Operating Regulations (EBO) standing regular light room as far as possible and can at maximum Spring deflection up to 13 to 8 cm above the top edge of the rail.
  • the Jacket 36 is complete in this section, except for wheel passages closed.
  • the support frame 34 is on the single chassis, not shown 24 attached.
  • the distance between the supporting frame is bridged on the transverse sides and jacket, apart from the connecting elements 38 and 40, by one hand attachable to the support frame or jacket and on the other hand to the jacket or Support frame sealing lips.
  • the Support frame 34 is made of metal in the present embodiment and plate-shaped. Construction method and material used However, support frames are used according to the requirements known technologies can be varied. For example, fiber composite materials can also be used used or a hybrid design can be applied.
  • FIG. 4 shows a longitudinal view of two segments 90 and 92, one for passenger traffic provided second embodiment. Both segments have the same length of about 6 m. Like the segments of the first embodiment they each have a running gear in the middle below a pair of wheels 94 and are rigidly connected to one another via a flange connection 96 coupled. The positions of a support frame 98 are shown by dashed lines and an inner floor 100 indicated. This is shown below using FIG. 5 discussed in more detail.
  • the first segment 90 has a jacket 102 with two in it provided windows 104 arranged near the longitudinal ends and 106 and a door device 108 which has a further window 110.
  • the second segment 92 also has windows in the same arrangement and size 112 and 114. In addition, there are two windows 116 and 117 in the middle section intended. The windows and door fixtures are flush with the outside surface of the Sheath 102 fitted.
  • elastic sections 118 of the segment jackets 90 and 92 in Figure 4 hatched.
  • the order and longitudinal extension of elastic and stiff sections is both Segments identical. In this way the flexibility is the same in every segment trained and ensures a homogeneous adaptation of the rail vehicle as Everything on the track.
  • the manufacture of the coats is also designed Different segment types are particularly economical, as only in the middle section either a door opening or a window opening must be provided, otherwise an identical production process can be followed. For Segments with a special interior, such as for a train restaurant, Sanitary facilities or drive units can change the arrangement and size of the Windows or doors are changed.
  • the elastic sections extend 118 in each of the two segment types shown, on the one hand with one Distance of approx. 20 cm to the end of the segment over a length of approx. 30 cm in Direction of the near window 114 and 112 (and 104 and 106). More elastic Sections of the same length are on the other hand on both sides of the door 108 and the Center window 116 is provided towards the center of the segment.
  • FIG. 5 shows a cross-sectional view of the vehicle segment 92.
  • the sectional plane is indicated in Figure 4 by the line V-V.
  • the construction of the vehicle segment The underlying principle is that based on the first exemplary embodiment explained essentially the same.
  • a support frame 120 is on a landing gear arranged in the middle of the longitudinal extent of the segment 122 attached.
  • the wheels of the pair of wheels are mounted so that one of their centers connecting straight line 123 always lies in an axis plane that is perpendicular to the direction of travel stands.
  • the pair of wheels can be both individually mounted wheels also formed by a wheel set with two wheels coupled via an axle become.
  • a jacket 124 is supported on the transverse sides of the support frame 120.
  • connection of the jacket to the support frame takes place essentially in the same way as has been described in detail with reference to Figures 1 and 2. Since the sectional plane of FIG. 5 is close to the axis plane of the vehicle segment 92 lies, the connecting elements 38 are shown here.
  • the support frame 120 In deviation from the segment profile shown in FIG. 3, the support frame 120 a trough 126 arranged centrally in the transverse direction, which is for receiving vehicle engineering units extends along the segment, however, the area of the undercarriage. Two vertical side walls 128 and 130 delimit them Trough 126 from the cavity below the support frame 120, but have none essential supporting function.
  • the support frame has longitudinal members on its underside 138 on.
  • a rigid inner floor 132 At its transverse ends, which are at a distance from the Sheath are arranged on both sides of sealing lips 134 and 136, which are nestle up against the side wall of the coat and the space above of the inner floor over the entire length of the segment from the ones below Seal voids.
  • the inner floor 132 on the support frame 120 are on both sides Arranged in the middle of the segment cross section bellows 140 and 142, which in on the Sockets 144 and 146 arranged underneath of the inner bottom 132 are embedded are.
  • bellows are arranged one behind the other in the longitudinal direction intended.
  • the load transfer from the inner floor to the support frame they provide extensive insulation due to their damping characteristics of the inside of driving dynamics impulses and thus for a calm and comfortable driving experience.
  • the described storage and the elastic attachment to the side walls of the shell 124 allows a pivoting movement of the inner bottom 132 by one longitudinal axis running perpendicular to the cross-sectional plane through its center.
  • This Construction provides the basis for a tilting technique when moving due to track arches the vehicle body remains unchanged and only the inside floor is inclined towards the middle of the bow.
  • the pressure regulation and control of the bellows takes place in a manner known to the person skilled in the art from conventional tilting technology. Details of the pivotable mounting of the inner bottom 132 can be found in a patent application filed by the applicant at the same time.
  • the passenger compartment formed above the inner floor 132 offers due to the width of the vehicle segment made possible by the invention of approx. 3.20 m more space than in known vehicles. This can be the case, for example Seating 148 can be used in rows of five, as indicated in Figure 5.
  • FIG. 6 shows a third exemplary embodiment on the basis of a simplified longitudinal sectional drawing with an alternative suspension arrangement. The are shown longitudinal ends of two adjacent vehicle segments 150 and 152 one for rail vehicle 154 intended for the transportation of goods.
  • the vehicle segments 150 and 152 have, as in the previous exemplary embodiments one supporting frame 156 or 158 each.
  • the support frame 158 supports at its end on a single trolley 160.
  • the between trolley 160 and Support frame 158 shown springs 162 and 164 symbolize a primary suspension, which, corresponding to what has been said for the description of FIGS. 1 and 2, Relative movements between the chassis and the support frame in directions parallel to Track level essentially suppressed.
  • the support frame 156 of the vehicle segment 150 is with its adjacent End supported on the support frame 158.
  • it has a support 166 which the support frame 156 is mounted on a rubber-metal element 168.
  • This Connection of the support frames is detachable to separate the vehicle segments.
  • the Rubber-metal element 168 has a similar characteristic to that based on 1 and 2 explained connecting element 40 and allows a relative movement of the support frames 156 and 158 when traversing track arches, depressions and crests.
  • the jacket 170 of the vehicle segment 152 is over in the area of the axis plane Fasteners 38 attached to the support frame. Connecting elements 40 between the jacket 172 of the vehicle segment 150 and the support frame 156 are not required at this long end.
  • the elastic is sufficient here Coupling via a sealing lip 84 (not shown) (see FIG. 3).
  • Elastic portions of the shells 170 and 172 are as in the previous ones Figures are hatched.
  • the coats are at the long ends stiff and rigidly coupled to one another with a flange connection 174.
  • the vehicle segment 150 is at its other, not shown in Figure 6 Longitudinal end formed as the vehicle segment 152.
  • the vehicle segment 152 is formed at its other end, not shown like vehicle segment 150 in Figure 6. In this way, each support frame is supported at both ends.
  • This embodiment has the advantage that the jacket at one end both its function as part of the base or "skeleton elements" of vehicle 154 takes over and is therefore already rigidly designed for the manufacture of a rigid Connection to the jacket of the neighboring vehicle segment. This enables one greater flexibility in dividing the jacket into rigid and articulated sections. This design is therefore particularly suitable for configuration for the Passenger traffic.
  • FIG. 7 Here is the fourth embodiment in A partial side view of a sectional vehicle 176 analogous to FIG. 4 shown.
  • This is essentially in accordance with the exemplary embodiment Figure 6 constructed.
  • the two vehicle segments 178 and 180 shown however have coats 182 and 184 designed for passenger transport Openings for windows 186 or a door device 188.
  • Articulated jacket sections are in the middle of their longitudinal extent in these vehicle segments educated. Depending on the function of the vehicle segment and the associated
  • the hinged jacket sections can be arranged in windows and doors however, it can also be formed at other locations along the longitudinal extent. Locked out are, as explained above, only as support and connection points serving longitudinal ends.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugsegment für ein schienengebundenes Gliederfahrzeug, mit einem Traggestell auf mindestens einem Radpaar und mit einem im Querschnitt röhrenförmigen Mantel an dem Traggestell, der Einbauten des Fahrzeugsegments umhüllt, wobei die Längsachse des Mantels in Fahrtrichtung verlauft.
Ein derartiges Fahrzeugsegment ist aus EP 177 424 bekannt. Hier wird ein Fahrzeugsegment mit einem im wesentlichen ringfömigen Querschnitt offenbart, das auf deformierbaren pneumatischen Verbindungselementen an den Extremitäten der jeweils benachbarten Fahrzeugsegmente gelagert ist. Eine derartige Gelenkverbindung ist jedoch für die Übertragung der Antriebs- und Bremskräfte nicht hinreichend stabil und bereitet zusätzlich in der betrieblichen Praxis grosse Probleme durch ein kompliziertes Ankoppel- bzw. Trennverfahren beim Vereinigen bzw. Trennen von Fahrzeugelementen.
Ein derartiges Fahrzeugsegment ist ebenfalls aus der Druckschrift DE 42 13 948 A 1 bekannt. Diese Schrift offenbart ein Gliederfahrzeug, bei dem benachbarte Fahrzeugsegmente nach Jakobs-Bauart auf einem gemeinsamen, zweiachsigen Drehgestell gelagert sind. Die gelenkige Kopplung der Fahrzeugsegmente erfolgt im Bodenbereich über ein zwischen die Segmente eingefügtes Zwischenstück. Das eine Fahrzeugsegment ist mit Hilfe auskragender, auf dem Zwischenstück gelagerter Arme um eine vertikale Achse, und das andere in ähnlicher Konstruktion um eine quer zur Längsachse verlaufende, horizontale Achse drehbar.
Bei diesen bekannten Fahrzeugsegmenten greifen die bei Relativbewegungen benachbarter Fahrzeugsegmente auftretenden Kräfte konzentriert an den Lagerpunkten der Kragarme am Zwischenstück an. Gleichzeitig werden sowohl die vertikalen Lasten der Wagenkästen über die Gelenkverbindung auf das Drehgestell geleitet als auch in Längsrichtung wirkende Antriebs- und Bremskräfte über die Gelenkverbindung zwischen den Fahrzeugsegmenten übertragen. Diese vielfältigen, verschleißträchtigen Belastungen der Gelenkverbindung zwischen Fahrzeugsegmenten erfordern eine entsprechend stabile, aufwendige Konstruktion und umfangreiche Kontroll- und Wartungsarbeiten. Weiterhin sind derart ausgebildete Fahrzeugsegmente nur durch komplizierte Verfahren koppel- und trennbar.
Dieses wie auch anderebekannte Fahrzeugsegmente mit einer gelenkigen Kopplung an das benachbarte Segment weisen den zusätzlichen Nachteil auf, daß der Übergangsbereich zwischen den Fahrzeugsegmenten während der Fahrt aufgrund der Relativbewegungen der Fahrzeugsegmente für einen längeren Aufenthalt von Passagieren zu unkomfortabel ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Fahrzeugsegment der eingangs genannten Art für ein schienengebundenes Gliederfahrzeug so weiterzubilden, daßdie genannten Nachteile nicht auftreten.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Fahrzeugsegment entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß der Mantel an den Mantel eines benachbarten Fahrzeugsegmentes starr koppelbar ist und mindestens einen gelenkigen Mantelabschnitt aufweist, der in Richtung der Längsachse eine vorgegebene Länge hat.
Da bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeugsegment der Mantel starr an den Mantel eines benachbarten Segments koppelbar ist, ist die Verbindung zwischen Fahrzeugsegmenten von wesentlichen Gelenkfunktionen befreit. Das bedeutet, dass der Mantel an seinen längsseitigen Enden zur starren Ankopplung an ein jeweils benachbartes Fahrzeugsegment ausgebildet ist. Die starre Kopplung wird mit Hilfe von Kopplungselementen erreicht. Die für den Betrieb des Fahrzeugsegments in einem aus mehreren Fahrzeugsegmenten zusammengesetzten Schienenfahrzeug erforderliche Gelenkigkeit ist bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeugsegment in den Mantel des Fahrzeugsegments selbst integriert durch einen gelenkigen Mantelabschnitt, der in Richtung der Längsachse eine vorgegebene Länge hat.
Aneinander gekoppelte, erfindungsgemäße Fahrzeugsegmente bilden daher eine in sich gelenkige Einheit, vergleichbar etwa einem Schlauch, bei dem im Wechsel steife und in Richtungen quer zu seiner Längsachse biegbare Längsabschnitte aufeinanderfolgen. Diese Einheit zeichnet sich durch eine für schienengebundene Fahrzeugverbände bislang unbekannt hohe Gelenkigkeit aus, die konstruktiv präzise vorbestimmbar ist, beispielsweise durch die jeweilige Längserstreckung des gelenkigen Mantelabschnitts der einzelnen Fahrzeugsegmente. Das bekannte Konzept diskret und jeweils zwischen Fahrzeugsegmenten angeordneter Gelenkelemente mit Verbindungs- und Beweglichkeitsfunktion wird erfindungsgemäß ersetztdurch eine weitgehend homogen über die Länge des Fahrzeugs sich erstreckende, Verformbarkeit starr miteinander verbundener Mäntel. Das erfindungsgemäße Fahrzeugsegment kann mehrere, in Längsrichtung beabstandete, gelenkige Mantelabschnitte enthalten, um eine hohe Homogenität der Gelenkigkeit zu erzielen und gleichzeitig mehrere steife Mantelabschnitte vorzusehen, die beispielsweise Öffnungen für Fenster und Türen aufweisen können.
Ein aus erfindungsgemäßen Fahrzeugsegmenten zusammengesetzter Fahrzeugverband bildet eine für Schienenfahrzeuge aerodynamisch besonders günstige Konfiguration, weil keinerlei Abstand zwischen den Mänteln benachbarter Fahrzeugsegmente erforderlich ist. Ein aus erfindungsgemäßen Segmenten zusammengesetztes Gliederfahrzeug kann als geschlossene Röhre ausgebildet werden, aus der nur die Radpaare der Fahrzeugsegmente nach unten hin herausragen. Der Übergang zwischen gekoppelten Fahrzeugsegmenten ist im Gegensatz zu bekannten Gliederfahrzeugen von außen her vollkommen unmerklich. Insofern eignet sich das erfindungsgemäße Fahrzeugsegment insbesondere für den Einsatz in Hochgeschwindigkeitszügen.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Fahrzeugsegments ist, daß aufgrund der starren Kopplung der Mäntel benachbarter Segmente eine besonders einfache Verbindungstechnik verwendet werden kann, bei der das Verbinden bzw. Trennen der Mäntel schnell vonstatten geht.
Der gelenkige Mantelabschnitt des erfindungsgemäßen Fahrzeugsegments ist grundsätzlich verschieden von einer Balgenvorrichtung zwischen benachbarten Fahrzeugsegmenten. Er ist vielmehr konstruktiv ein integraler, Stabilität gebender Bestandteil des Mantels, der insbesondere auch für die Leitung von Brems- und Beschleunigungskräften in Längsrichtung des Fahrzeugsegments ausgebildet ist. Hierzu ist der gelenkige Mantelabschnitt in Längsrichtung im wesentlichen steif. Der gelenkige Mantelabschnitt ist darüber hinaus Träger wesentlicher Gelenkfunktionen des Fahrzeugsegments und kann an der Ausrichtung des Fahrzeugsegments zum Gleis wesentlich beteiligt sein. Die Verformbarkeit der gelenkigen Längsabschnitte ist bevorzugt elastisch, um Rückstellbewegungen hin zu einer gestreckten Fahrzeugform zu unterstützen.
Der gesamte Mantel des erfindungsgemäßen Fahrzeugsegments kann zur sprachlichen Verdeutlichung seiner Stabilität auch als Schale bezeichnet werden. Er erfüllt neben den oben beschriebenen Funktionen eine Schutzfunktion für den Innenraum vor Kraft- und Umwelteinwirkungen von außen, wie es von den Mänteln gängiger Fahrzeugsegmente her bekannt ist.
Der Erfindungsgedanke bricht mit der beim Stand der Technik angewendeten und selbstverständlich erscheinenden Lehre, daß die Gelenkigkeit von Schienenfahrzeugen mit Hilfe von zwischen ihren Segmenten angeordneten Gelenkeelementen zu erzielen sei, die diese Fahrzeugsegmente zum einen miteinander verbinden und zum anderen gleichzeitig eine Bewegung der Segmente relativ zueinander - innerhalb vorgegebener Schranken - zulassen. Die Gelenkigkeit wird erfindungsgemäß vielmehr auf den Mantel der Fahrzeusegmente übertragen.
Das Fahrzeugsegment weist in einer bevorzugten Ausführungsform einen über die gesamte Länge des Fahrzeugsegments im wesentlichen uniformen Mantelquerschnitt auf. Der zur Nutzung zur Verfügung stehende Innenraum des erfindungsgemäßen Fahrzeugsegments wird auf diese Weise maximiert. Einschränkungen des Querschnitts, die bei den bekannten Fahrzeugsegmenten üblich sind, entfallen völlig. Gekoppelte Fahrzeugsegmente dieser Ausführungsform haben einen einheitlichen Innenraum mit über die gesamte Länge des Fahrzeugverbandes gleichbleibendem Querschnittsprofil. Die Gestaltung des Innenraums entsprechend der angestrebten Nutzung ist nicht durch die Berücksichtigung konstruktiver Gegebenheiten eingeschränkt, wie sie bei bekannten Fahrzeugsegmenten beispielsweise an Übergängen zwischen Segmenten oder im Gelenkbereich auftreten. Hinzu kommt der wirtschaftliche Vorteil, daß ein Mantel von derart einheitlicher Form herstellungstechnisch einfach und daher kostengünstig ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der gelenkige Mantelabschnitt hinsichtlich quer zur Längsachse einwirkender Kräfte (oder Kraftkomponenten) elastisch verformbar. Derartige Kräfte treten etwa beim Durchfahren von Gleisbögen auf. Durch die elastische Ausbildung des gelenkigen Mantelabschnitts werden bei seiner Verformung Rückstellkräfte erzeugt, die bei nachlassender Krafteinwirkung den Mantel zurück in seine Längsausrichtung strecken. Der gelenkige Mantelabschnitt ist also aktiv an der Ausrichtung des Fahrzeugsegments beteiligt. Die Unterstützung der in Längsrichtung gestreckten Ausrichtung hat den weiteren Vorteil, daß das Fahrzeugsegment gegen quer zur Längsrichtung einwirkende - oft hochfrequente - fahrdynamische Impulse stabilisiert wird.
Die Elastizität des gelenkigen Mantelabschnitts ist richtungsabhänigig. In Längsrichtung ist das Elastizitäsmodul so groß, daß seine Verformung beim Durchfahren von Gleisbögen sowie Gleissenken und -kuppen nicht behindert wird. Eine Abschätzung der erforderlichen Längenänderungen beim Durchfahren eines solchen Gleisbogens ergibt, daß der Mantel des Fahrzeugsegments bei einer angenommenen Längserstreckung von 4 m und einer Quererstreckung von 3,30 m bogenaußen um knapp 3 cm gestreckt und bogeninnen um ebenfalls knapp 3 cm gestaucht wird. Die Dehnung bzw. Stauchung des gelenkigen Mantelabschnitts durch die bei der Fahrt auftretenden Antriebs- oder Bremskräfte in Richtung der Längsachse ist gering. Diese geringe Elastizität in Längsrichtung verhindert, daß die Antriebs- oder Bremskräfte unerwünscht durch Dehnung bzw. Stauchung des gelenkigen Manatelabschnittes "verbraucht" werden oder daß das Fahrzeugsegment zu longitudinalen Schwingungen angeregt wird, die der Bewegung in Fahrtrichtung überlagert sind. Im Hinblick auf hochfrequente fahrdynamische Impulse, die einen gleichmäßigen Lauf des Fahrzeugs im Spurkanal beeinträchtigen, sorgt die anisotrope Elastizität für eine je nach aktuellem Fahrbahnverlauf gleichmäßig gestreckte oder gekrümmte Form des Fahrzeugs.
Es kann eine bei extrem großer, stoßartiger Krafteinwirkung in Längsrichtung wirksame elastische oder inelastische Verformbarkeit des gelenkigen Mantelabschnitts in Längsrichtung vorgesehen werden. Der kinetische Impuls eines Aufpralls wird dadurch zunächst in eine Verformung der gelenkigen Abschnitte des Rumpfes umgewandelt. Diese können weiterhin spezielle Energieverzehrglieder enthalten, die beim Auftreten von Kräften oberhalb bestimmter Grenzen irreversibel verformt werden. Auf diese Weise wird hier bei einem Frontal-Zusammenstoß ein Teil der auf das Fahrzeugsegment einwirkenden Kraft durch Verformungsarbeit abgebaut. Da die erfindungsgemäßen Fahrzeugsegmente starr gekoppelt sind, ist ein seitliches Abknicken an der Verbindungsstelle im Kollisionsfall grundsätzlich unwahrscheinlich. Der durchgängige Rumpf eines aus erfindungsgemäßen Fahrzeugsegmenten gebildeten Gliederzugs bietet einen gegenüber herkömmlichen Fahrzeugketten wesentlich verbesserten Schutz vor einem Aufklettern oder Ausknicken benachbarter Segmente bei einer Kollision.
Das Elastizitätsmodul quer zur Längsrichtung ist im gelenkigen Mantelabschnitt so ausgelegt, daß das Durchfahren von Gleisbögen sowie Gleiskuppen und -senken ermöglicht wird. Für den Hochgeschwindigkeitsverkehr sind Gleisbögen mit einem minimalen Radius von 250 m zu berücksichtigen.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Richtungsabhängigkeit des Elastizitätsmoduls noch weiter differenziert, indem die elastische Verformbarkeit des gelenkigen Mantelabschnitts hinsichtlich senkrecht zur Gleisebene gerichteter Kräfte geringer ist als hinsichtlich parallel zur Gleisebene gerichteter Kräfte. Dadurch werden unnötige Bewegungsspielräume begrenzt. Bekannterweise haben Gleiskuppen und -senken einen größeren Radius als Gleisbögen.
Der gelenkige Mantelabschnitt ist in einer weiteren Ausführungsform um die Längsachse elastisch tordierbar, um ein Anschmiegen des Fahrzeugverbandes an eine Überhöhungsrampe an Gleisbögen zu ermöglichen.
Vorzugsweise sind der Mantel und der gelenkige Mantelabschnitt aus mehreren Materialschichten aufgebaut. Ein solcher Mehrschichtaufbau bietet den Vorteil, daß die Eigenschaften des Mantels und des gelenkigen Abschnitts in vielfacher Hinsicht präzise vorbestimmt werden können. Dabei können unterschiedliche Schichten jeweils unterschiedliche Funktionen erfüllen. Beispielsweise kann die mechanische und elektrische Abschirmung nach außen hin durch eine Metallhaut bewerkstelligt werden, thermische Isolierung durch eine darunter liegende Schicht etc.
Für die Auswahl den Anforderungen entsprechender, sowohl richtungsabhängige Elastizität als auch Stabilität gebender Materialien des gelenkigen Mantelabschnitts kann auf bekannte Material- und Fertigungstechnologien zurückgegriffen werden. Insbesondere können Erfahrungen aus dem Fahrzeugleichtbau unter Verwendung von Faserverbundwerkstoffen mit beispielsweise Glas-, Polymer- oder Carbonfasern herangezogen werden. Ein anderer geeigneter Bestandteil des gelenkigen Mantelabschnitts ist ein aus linearen Polyurethan-Elastomeren gebildetes Material, das sich durch ein relativ hohes Elastizitätsmodul mit sehr hoher Langzeitstabilität auch unter ständig veränderlicher Belastung auszeichnet. Vorteilhaft ist die geringe Dichte der genannten Materialien. Sie erlaubt es, den Mantel im Vergleich zum Stand der Technik leichter auszubilden und damit durch eine geringere Achlast den Verschleiß von Rädern und Schienen zu verzögern. Auch metallbasierte, leichte Konstruktionen des elastischen Metallsegments sind möglich, etwa unter Verwendung von Aluminium.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung weist einen einstückig ausgebildeten Mantel auf. Die einstückige Ausführung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß sie wartungsarm ist. Durch standardisierte Herstellungsverfahren können derartige Mäntel in großen Stückzahlen wirtschaftlich hergestellt werden. In Sandwichbauweise können beispielsweise steife und elastische Abschnitte in Längsrichtung nahtlos aufeinanderfolgend ausgebildet werden, indem zwischen verschiedene, in radialer Richtung aufeinanderfolgende elastische Schalen des Mantels versteifende bzw. definiert-elastische Strukturelemente integriert werden. Auch die Wickeltechnik erlaubt es, sandwichartige, einstückige Rumpfstrukturen mit versteiften und elastischen Längsabschnitten herzustellen.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht steuerbare Stellglieder vor zur Erzeugung von Kräften, die eine elastische Krümmung oder Streckung des gelenkigen Mantelabschnitts bewirken, bei welcher die Längsachse des Mantels gekrümmt oder gestreckt wird. Bei dieser Ausführungsform steht nicht die reagierende Verformung der gelenkigen Mantelabschnitte auf vom Radpaar her über das Traggestell übertragene Spurführungskräfte hin im Vordergrund. Vielmehr ist die Verformung der gelenkigen Mantelabschnitte mit Hilfe der Stellglieder aktiv und vorausschauend steuerbar. Es können sogar auch Lenkkräfte vom Mantel her über das Traggestell auf das Radpaar übertragen werden. Eine solche aktive Lenkung eines Fahrzeugverbandes vom Mantel her dient der optimierten Ausrichtung des Radpaars zum Gleis und damit einer weitgehenden Verringerung von Spurführungskräften.
Die vorausschauende Steuerung kann auf der Basis einer während der Fahrt kontinuierlich fortgesetzten Messung von Kräften und geometrischen Größen im vordersten Fahrzeugsegment eines Fahrzeugverbandes vorgenommen werden. Auf die sofortige Auswertung dieser Meßdaten folgt die Erzeugung von Steuersignalen, die an die folgenden Fahrzeugsegmente geleitet werden und dort die Stellglieder zu einer Lenkbewegung des jeweiligen gelenkigen Mantelabschnitts mit vorberechneter Lenkkraft und zeitlicher Verzögerung veranlassen. In einer anderen Variante kann die Erzeugung der Steuersignale auch auf der Basis vorweg ermittelter und gespeicherter Fahrbahndaten sowie weiterer, aktuell gemessener Parameter wie Geschwindigkeit und Masse der Fahrzeugsegmente erfolgen.
Durch eine solche aktive Lenkung wird nicht nur der Verschleiß an Rädern und Schienen deutlich gemindert. Gleichzeitig wird der Fahrkomfort erhöht, da die vorausschauende, aktive Ausrichtung des Radpaars vom Mantel her nicht abrupt erfolgt, im Gegensatz zu einer passiven Ausrichtung des Fahrzeugsegments in Reaktion auf aktuelle Spurführungskräfte zwischen Radpaar und Schienen. Die so erzielte Beruhigung des Fahrzeuglaufs kann auch zur Erhöhung der maximalen Geschwindigkeit eines Fahrzeugverbandes genutzt werden.
Bei einer vorteilhaften Variante dieser Ausführungsform sind die Stellglieder in den Mantel integriert. Dadurch sind sie zum einen vor Umwelteinflüssen geschützt und können zum anderen dem gelenkigen Mantelabschnitt als konstruktive Bestandteile Stabilität geben. Dies ist insbesondere bei einer Ausbildung des gelenkigen Mantelabschnitts aus elastischem Material von Vorteil.
Die Stellglieder können beispielsweise mechanisch ausgeführt werden. Mechanische Stellglieder für ähnliche Zwecke sind bekannt. Hier kann unter anderm auf Erfahrungen aus dem Flugzeugbau zurückgegriffen werden, wo zur Verformung des Profils der Hinterkante von Landeklappen in die Flügel integrierte und in einer Ebene gekrümmte, etwahornförmige Stellglieder verwendet werden. Derartige Stellglieder können in den Mantel des Fahrzeugsegements integriert werden. Sie stehen mit nach innen und außen weisenden Mantelschichten in Berührung. Durch eine Drehung der Stellglieder um ihre jeweilige Längsachse aus der Krümmungsebene heraus kann der gelenkige Mantelabschnitt definiert gekrümmt oder gestreckt werden.
Alternativ können auch fluidbetriebene Stellglieder verwendet werden. Auch hier können die Erfahrungen des Flugzeugbaus bei der Entwicklung adaptiver Tragflügelprofile genutzt werden. Ebenso sind doppelt wirkende, fluidbetriebene Aktuatoren in den Mantel des Fahrzeugsegments integrierbar, die unter der Bezeichnung "pneumatischer Muskel" als Weiterentwicklung des Kontraktionsschlauches auf dem Markt erhältlich sind. Sie erzeugen bei einer Änderung ihres Innendrucks eine in axialer Richtung wirkende Zug- bzw. Druckkraft. Zur Erzielung einer Krümmung des gelenkigen Mantelabschnitts werden derartige Aktuatoren an gegenüberliegenden Seiten des Mantels in entgegengesetzter Richtung betrieben.
In einer anderen Variante werden piezoelektrische Stellglieder verwendet. Hierbei können bekannte Materialien, beispielsweise in Form mit einer Mantelschicht in Berührung stehender piezokeramischer Streifen zum Einsatz kommen. Diese verformen sich je nach Betrag und Polarität einer an sie angelegten elektrischen Steuerspannung. Der Vorteil einer solchen Ausführung der Stellglieder liegt in ihrer unmittelbaren elektrischen Steuerbarkeit, die wesentliche Vereinfachungen mit sich bringt. So kann im Vergleich zu fluidbetriebenen Stellgliedern hier auf ein umfangreiches Leitungs- und Druckregulierungsystem für ein Fluid verzichtet werden.
Der Mantel des Fahrzeugsegments hat in einer Ausführungsform für den Reiseverkehr mindestens eine Fenster- oder Türöffnung und ist über die Längserstreckung dieser Öffnung steif ausgebildet. So kann auf herkömmliche Fenster- und Türkonstruktionen zurückgegriffen werden, ohne daß die Gelenkigkeit des Mantels beeinträchtigt wird. Weist der Mantel über seine Längserstreckung des Mantels verteilt mehrere Öffnungen auf, können gelenkige Mantelabschnitte zwischen diesen Öffnungen vorgesehen werden.
Für den Güterverkehr kann der Mantel fensterlos ausgebildet werden. Ein solcher Mantel kann über weite Teile seiner Längserstreckung gelenkig ausgebildet werden.
Vorzugsweise wird das Traggestell steif ausgebildet. Das Traggestell übernimmt bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugsegments alle Tragfunktionen. Trag- und Gelenkfunktionen werden also getrennt und von unterschiedlichen Baugruppen übernommen. Der gelenkige Mantelabschnitt wird nicht zusätzlich mit vertikalen Lasten beaufschlagt. Der Mantel ist entlastet und kann selbsttragend ausgebildet werden.
Das steife Traggestell hat in einer Variante zur Aufnahme technischer Aggregate mindestens einen wannenförmig ausgebildeten Abschnitt, der im Querschnitt gesehen etwa in der Mitte des Traggestells angeordnet ist. Diese Wanne ist zur Herstellung eines durchgehenden Bodens vorzugsweise mit einer Abdeckung versehen und kann zur Aufnahme von Aggregaten und Einrichtungen der Fahrzeugtechnik genutzt werden. Der relativ geringe Abstand des Bodens der Wanne von der Schienenoberkante sorgt für einen fahrdynamisch günstigen, tief gelegenen Schwerpunkt des Rumpfes.
Die steife Ausbildung des Traggestells stellt keine wesentliche Beeinträchtigung der Gelenkigkeit des Fahrzeugsegments oder eines aus solchen Fahrzeugsegmenten zusammengesetzten Fahrzeugverbandes dar. Zum einen ist der Mantel derart am Traggestell befestigt, daß seine Beweglichkeit relativ zum Traggestell nicht beeinträchtigt ist. Hierzu ist insbesondere ein Abstand zwischen der Innenseite des Mantels und der Querseite des Traggestells vorgesehen. Zum anderen sind benachbarte Traggestelle so aneinander gekoppelt, daß sie alle aufgrund der Spurführung auftretenden Relativbewegungen ausführen können. Dieses neue Gelenkigkeitskonzept für einen Fahrzeugverband beinhaltet also einerseits die Relativbewegung benachbarter Traggestelle in an sich bekannter Form. Andererseits sind diese Relativbewegungen unmittelbar an den Verbindungsstellen der Fahrzeugsegmente vom Mantel entkoppelt, der sich hier steif verhält und vielmehr in einem anderen Bereich seiner Längserstreckung mit seinem gelenkigen Mantelabschnitt auf die Spurführungskräfte reagiert.
In diesem Zusammenhang sind die Kopplungen von Radpaar und Mantel an das Traggestell von großer Bedeutung. Vorzugsweise sind Mittel zur Dämpfung von Querbewegungen zwischen Traggestell und Radpaar vorgesehen. In einer besonders vorteilhaften Variante dieser Ausführungsform sind die Räder des Radpaars so am Traggestell befestigt, daß eine die Mittelpunkte der Räder verbindende Gerade stets in einer quer zur Fahrtrichtung stehenden Achsebene des Fahrzeugsegments liegt. Spurführungskräfte werden bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugsegments direkt vom Radpaar auf das Traggestell übertragen, welches infolgedessen immer parallel zur augenblicklichen Laufrichtung des Radpaars ausgerichtet ist. In Gleisbögen ist die Achse des Radpaars daher stets radial ausgerichtet.
Das Radpaar ist in einer Ausführungsform der Erfindung an einem Längsende des Traggestells angeordnet. Auf diese Weise kann in einem Fahrzeugverband jedes Traggestell an beiden Enden gestützt werden, wodurch Nickbewegungen benachbarter Segmente gegeneinander von vornherein vermieden werden. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform ist, daß der Mantel lediglich an seinen längsseitigen Enden steif ausgebildet werden muß. Diese steifen Endabschnitte des Mantels erlauben also zum einen die starre Verbindung an das jeweils benachbarte Fahrzeugsegment und bewirken zum anderen die Übertragung der Spurführungskräfte vom Radpaar über das Traggestell auf die gelenkigen Mantelabschnitte.
Der Mantel weist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung einen ersten steifen Längsabschnitt auf, der in der Längsrichtung sowie in Richtungen senkrecht zur die Mittelpunkte der Räder verbindenden Gerade starr an das Traggestell gekoppelt ist. Bei einer mittigen wie einer endseitigen Anordnung des Radpaars am Traggestell ist der erste steife Längsabschnitt bevorzugt im Bereich der Achsebene angeordnet. Alternativ kann der Mantel jedoch einen ersten steifen Längsabschnitt außerhalb der Achsebene aufweisen. In beiden Fällen ist der Mantel in diesem ersten steifen Längsabschnitt in der Längsrichtung sowie in Richtungen senkrecht zur die Mittelpunkte der Räder verbindenden Gerade starr an das Traggestell gekoppelt. Die Kopplung erfolgt darüber hinaus derart, daß den zu erwartenden geringfügigen Torsionsbewegungen nur geringer Widerstand entgegengesetzt wird. Dagegen werden Relativbewegungen zwischen Mantel und Traggestell in Längsrichtung des Fahrzeugsegments und senkrecht zur Gleisebene (nach oben oder unten) weitestgehend unterdrückt. In diesen Richtungen ist die Kopplung von Mantel und Traggestell besonders "hart". Die in Querrichtung erfolgenden Relativbewegungen, die beispielsweise beim Durchfahren von Gleisbögen auftreten, werden im erforderlichen Rahmen unter Entgegensetzung eines großen Widerstands zugelassen.
Die Befestigung des Mantels am Traggestell im Bereich des ersten steifen Längsabschnittes erfolgt vorzugsweise an beiden Querseiten des Traggestells. Entsprechende Kopplungselemente sind bevorzugt im ersten steifen Längsabschnitt angeordnet. Sie können auch an seinen längsseitigen Rändern befestigt sein.
Durch die beschriebene Kopplung des ersten steifen Längsabschnitts des Mantels an das Traggestell ist der Mantel in diesem Bereich - wie das gesamte Traggestell selbst - stets parallel zur aktuellen Laufrichtung des Radpaars ausgerichtet. Der steife Achsebenenabschnitt überträgt daher die vom Gleis auf das Traggestell geleiteten Spurführungskräfte in den Mantel zur Verformung des gelenkigen Mantelabschnitts.
In einem aus solchen Fahrzeugsegmenten zusammengesetzten Gliederfahrzeug werden die gelenkigen Abschnitte der starr gekoppelten Mäntel entsprechend der Ausrichtung verformt, die benachbarte erste steife Längsabschnitte relativ zu einander aufweisen. Betrachtet man ein solches Schienenfahrzeug als Ganzes, so bilden die Fahrwerke mit den Traggestellen und den ersten steifen Mantellängsabschnitten der Fahrzeugsegmente eine funktionale Einheit, gewissermaßen ein "Fahrzeugskelett", das während der Fahrt entsprechend dem momentanen Gleisverlauf die Form des Schienenfahrzeugs bestimmt.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Mantel einen zweiten steifen Längsabschnitt auf, in dem der Mantel in Richtungen parallel und quer zur Längsrichtung elastisch rückstellbar an das Traggestell gekoppelt ist. Traggestell und Mantel können in Gleisbögen aufgrund dieser Kopplung im wesentlichen auf eine parallel zum Gleis stehende Ebene beschränkte Bewegungen relativ zueinander ausführen. Von dieser Beweglichkeit ausgenommen ist jedoch der mit dem ersten Verbindungselement am Traggestell befestigte erste steife Längsabschnitt (beispielsweise der Achsebenenabschnitt) des Mantels, der aufgrund seiner oben beschriebenen Befestigung am Traggestell dessen Bewegungen unmittelbar folgt. Vertikale Relativbbewegungen zwischen Mantel und Traggestell werden auch im zweiten steifen Längsabschnitt weitgehend unterdrückt. Auf diese Weise wird eine unerwünschte Nickbewegung des Traggestells verhindert. Dies bedeutet eine nur geringfügige Belastung des Mantels im Vergleich mit bekannten Konstruktionen.
Bei mittiger Anordnung des Radpaars ist in einer Ausführungsform der Erfindung an beiden Längsenden des Fahrzeugsegments je ein zweiter steifer Längsabschnitt vorgesehen, in dem diese Kopplung zwischen Mantel und Traggestell realisiert ist.
Verbindungselemente zur Herstellung der unterschiedlichen Kopplungsarten zwischen Mantel und Traggestell in den ersten und zweiten steifen Längsabschnitten sind vorzugsweise jeweils als Gummi-Metall-Elemente ausgeführt. Damit wird zum einen eine auch häufig wechselnden Belastungen gegenüber stabile Verbindung zwischen Mantel und Traggestell hergestellt. Zum anderen wird der Mantel gegen Schwingungen und Vibrationen des Traggestells isoliert.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Traggestell an die Traggestelle benachbarter Fahrzeugsegmente vorzugsweise elastisch koppelbar. Bei einem aus derartigen Fahrzeugsegmenten zusammengesetzten Fahrzeugverband sind die Traggestelle zum einen weitgehend unabhängig von einander beweglich. Jedes Traggestell richtet sich entsprechend dem im vorstehenden Absatz beschriebenen Konzept des "Fahrzeugskeletts" nach der augenblicklichen Laufrichtung "seines" Radpaars aus. Dabei bewegt sich das Traggestell des jeweiligen Fahrzeugsegments auch relativ zum Mantel, jedoch nicht dort, wo es im Bereich eines steifen Mantelabschnittes mit Hilfe der ersten Verbindungselemente am Mantel befestigt ist (vgl. oben). Zum anderen entsteht bei einer Relativbewegung benachbarter Traggestelle aufgrund der elastischen Kopplung eine Rückstellkraft, die in gleicher Weise wie die Elastizität des Mantels die gestreckte Ausrichtung des Fahrzeugverbandes fördert und plötzliche Relativbewegungen federnd dämpft. Schließlich kann durch die beschriebene Kopplung der Traggestelle bei einem Fahrzeugverband ein geschlossener, zusammenhängender, sich im Inneren des Schienenfahrzeugs über dessen gesamte Länge erstreckender Innenboden gebildet werden. In einer Ausbildung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs als Güterzug können auf diesem Boden Lasten gelagert und transportiert werden.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, das Traggestell in zwei aneinander gekoppelte, steife Längsabschnitte zu gliedern, die gegeneinander im wesentlichen wie die Traggestelle benachbarter Fahrzeugsegmente beweglich sind. Jeder Abschnitt des Traggestells stützt sich dabei auf je ein Radpaar. Die Radpaare können wie bei einem in sich steifen Traggestell jeweils mittig oder an einem Ende der Traggestellabschnitte angeordnet sein. Der Mantel weist bei dieser Ausführungsform im Bereich der Längserstreckung jedes Traggestellabschnitts je mindestens einen gelenkigen Mantelabschnitt auf und ist im Bereich der Achsebenen sowie der längsseitigen Enden der Traggestellabschnitte steif. Die Kopplung der Traggestellabschnitte untereinander sowie zwischen diesen und dem Segmentmantel ist jeweils wie oben beschrieben mit Hilfe der ersten und zweiten Verbindungselemente ausführbar. Auch die Gliederung des Traggestells in mehr als zwei derartige Längsabschnitte innerhalb eines Segmentes ist ohne weiteres möglich. Auf diese Weise können auch längere Fahrzeugsegmente mit großer Gelenkigkeit hergestellt werden. Es ist in Weiterführung dieses Konzeptes auch möglich, statt eines aus Fahrzeugsegmenten zusammengesetzten Verbandes unter Verzicht auf die Segmentierung ein hochgelenkiges Langfahrzeug mit einem einstückigen Mantel zu konstruieren.
In einer bevorzugten Ausführungsform hat das Fahrzeugsegment eine Längserstreckung von weniger als 10 Metern. Ein durch Kopplung derartiger Segmente gebildetes Gliederfahrzeug zeichnet sich durch eine sehr hohe Anpassung an den Gleisverlauf aus. Dies eröffnet die Möglichkeit, den zur Verfügung stehenden Lichtraum am Gleis - unter Berücksichtigung der fahrdynamischen Einflüsse - für eine Verbreiterung der Segmente zu nutzen, um damit eine höhere Nutzfläche bzw. höheren Raumkomfort zu erzielen. Die mit der geringen Längserstreckung der Fahrzeugsegmente einhergehende geringe Stützweite zwischen benachbarten Radpaaren verringert weiterhin die Last pro Radpaar, da die Last auf eine große Anzahl von Stützstellen verteilt wird. Dies erlaubt eine Verringerung des konstruktiven Aufwandes insbesondere für das Traggestell, verbunden mit zusätzlichen Leichterungsgewinnen. Vorzugsweise weisen die Fahrzeugsegmente eine Längserstreckung von sogar lediglich 3 bis 5 Metern auf. Ein aus solchen Fahrzeugsegmenten zusammengesetztes Gliederfahrzeug bildet eine weitgehend homogen elastische Röhre, die sich an jedem Ort parallel zum Gleis ausrichtet. Insbesondere ist der laterale Überstand über das Gleis auch in Gleisbögen über die gesamte Längserstreckung des Schienenfahrzeugs gleichbleibend.
Die starre Kopplung zwischen den Mänteln benachbarter Fahrzeugsegmente erfolgt bei alternativen Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Gliederfahrzeugs durch eine Flanschverbindung, eine Reisverschluß-Verbindung oder eine Kederverbindung. Diese Verbindungstechniken können auch kombiniert angewendet werden. Sie zeichnen sich durch eine homogene Verteilung der in Längsrichtung des Gliederfahrzeugs gerichteten Kräfte über den Mantelquerschnitt senkrecht zur Längsachse aus. Der Kraftfluß wird zwischen den Fahrzeugsegmenten nicht wie bei bekannten Gliederfahrzeugen in Gelenkeinrichtungen umgeleitet. Der Wegfall derartiger Einrichtungen im Verbindungsbereich der Fahrzeugsegmente erlaubt aufgrund eine besonders einfache und leichte Konstruktion insbesondere des Traggestells.
Aufgrund der beschriebenen Eigenschaften sind Schienenfahrzeuge nach dem erfindungsgemäßen Konzept in idealer Weise für den Betrieb bei hohen Geschwindigkeiten bis zu 350km/h geeignet.
Für den Einsatz des Fahrzeugsegments im Personenverkehr ist der Einbau eines separaten, steifen Innenbodens in die Rumpfsegmente vorgesehen. Vorzugsweise ist dieser Innenboden mit einem Abstand oberhalb des Traggestells angeordnet, mit Hilfe von Stützelementen auf dem Traggestell abgestützt und erstreckt sich über die gesamte Länge eines Rumpfsegments. Der Mantel wird nicht belastet. Am Innenboden können Sitze, Tische oder sonstige Einrichtungsgegenstände befestigt werden. Die Stützelemente werden bei dieser Ausführungsform vorzugsweise gleichzeitig zur Federung des Innenbodens genutzt und sind hierfür entsprechend elastisch - etwa als fluidbetriebene Federelemente- ausgebildet und evtl. mit Dämpfern versehen. Diese Federung ist deutlich weicher als Stoß- und Schwingungsverzehreinrichtungen in den Radbefestigungen, um den Innenboden gegen vom Fahrwerk am Gleis aufgenommene Stöße und Vibrationen zu isolieren. Zur Schallisolation und zum Abschluß gegen andere Rumpfhohlräume wird der Innenboden bei dieser Ausführungsform mit Hilfe einer Dichtlippe elastisch am Segmentmantel befestigt. Um die Bewegungen der elastischen Mantelabschnitte für den Fahrgast weitgehend unmerklich zu machen, kann der Innenboden als seitlich bis zur Fensterunterkante reichende Wanne ausgebildet werden. Eine Einschränkung der Beweglichkeit des Segmentmantels wird durch eine elastische Kopplung der Seitenwände der "Wanne" mit dem Mantel vermieden.
Der sich zwischen dem Innenboden und dem Traggestell erstreckende Hohlraum kann für die Anordnung von Versorgungsleitungen genutzt werden. Die Zuführung von Kühlluft für Radlager und Maschinenaggregate und von Frischluft für eine Klimaanlage kann durch den Zwischenraum zwischen der Unterseite des Traggestells und der darunter verlaufenden Mantelinnenseite erfolgen.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung für den Personenverkehr sind zur Abstützung des Innenbodens Federelemente nahe den seitlichen Enden des Innenbodens mit jeweils gleichem Abstand zur Mitte der Quererstreckung des Segments angeordnete vorgesehen, die über Stellelemente mit einer Steuereinrichtung verbunden sind. Durch entsprechende Ansteuerung der Stellelemente beim Durchfahren von Gleisbögen werden die Federelemente so vorgespannt, daß der Innenboden um einen entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Gleisbogenradius bestimmten Winkel zur Innenseite des Bogens hin geneigt wird. Die einstellbaren Neigungswinkel sind geringer als 8 Grad, bevorzugterweise maximal 4 Grad. Die Quererstreckung des Innenbodens ist hierfür so weit verringert, daß diese Schwenkbewegung uneingeschränkt ausgeführt werden kann. Auf diese Weise wird das erfindungsgemäße Fahrzeug mit einer Neigetechnik ausgestattet, durch die die Neigung des Segmentrumpfes vermieden wird. Lediglich die Innenwanne bzw. der Innenboden eines jeweiligen Segments mit den daran befestigten Einbauten wird geneigt, um die bei schneller Kurvenfahrt auftretenden Kraftwirkungen zu kompensieren. Dabei verformen sich die elastischen Seitenwände bzw. die elastischen Verbindungen des Innenbodens mit dem Segmentmantel. Durch diese Neigetechnik beansprucht das Schienenfahrzeug in Gleisbögen weniger Lichtraum als Fahrzeuge, bei denen der gesamte Segmentrumpf geneigt wird. Weiterhin benötigt diese Neigetechnik für die Stellelemente besonders wenig Antriebsenergie, weil vergleichsweise geringe Massen bewegt werden. Nähere Details hierzu finden sich in einer weiteren, gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet und werden bei der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung deutlich. Darin zeigt
Figur 1
eine perspektivische, teilweise geschnittene und vereinfachte Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Gliederfahrzeugs,
Figur 2a
eine Querschnittsansicht eines ersten Verbindungselementes zwischen einem Segmentmantel und einem Traggestell des Schienenfahrzeugs nach Figur 1,
Figur 2b
des vereinfachte perspektivische Ansicht des ersten Verbindungselements,
Figur 2c
eine Querschnittsansicht eines zweiten Verbindungselementes zwischen dem Segmentmantel und dem Traggestell des Schienenfahrzeuges nach Figur 1,
Figur 2d
eine vereinfachte perspektivische Ansicht des zweiten Verbindungselements,
Figur 3
eine Querschnittsansicht eines Fahrzeugsegments des Ausführungsbeispiels nach Figur 1,
Figur 4
eine Seitenansicht zweier Segmente bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 5
eine Querschnittsansicht eines Fahrzeugsegments nach Figur 4,
Figur 6
eine Längsschnittansicht eines Teils eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs und
Figur 7
eine Seitenansicht zweier Segmente analog zu Figur 4 bei einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Figur 1 zeigt einen Teil eines Schienenfahrzeugs 10 in vereinfachter, perspektivischer und teilweise geschnittener Ansicht. Dieses Ausführungsbeispiel ist für einen Einsatz als Güterzug konzipiert. Dargestellt sind sechs Fahrzeugsegmente 12 bis 22 mit einer Länge von jeweils rd. 4 Metern, die über ein mittig angeordnetes Fahrwerk 24 auf auf einem Schienenpaar 26 abgestützt sind. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind Einzelfahrwerke mit je einem Radpaar vorgesehen. Die Achse des Radpaars ist lediglich in einer senkrecht zur Fahrtrichtung stehenden Achsebene beweglich. Diese Achsebene enthält eine Gerade 32, welche die Mittelpunkte der Räder verbindet. Jedes Fahrwerk 24 ist über nicht dargestellte Feder- und/oder Dämpfungsglieder an einem Traggestell 34 befestigt. Das Traggestell 34 ist steif ausgebildet und erstreckt sich innerhalb des jeweiligen Fahrzeugsegments im wesentlichen über die gesamte Länge und Breite des Mantels 36, jedoch mit einigen Zentimetern Abstand von dessen Innenseite. Der Mantel 36 ist zur Gewährleistung seiner definierten Gelenkigkeit im Bereich der Achsebene und an seinen längsseitigen Enden mit dem Traggestell über spezielle Verbindungselemente 38 bzw. 40 verbunden, die weiter unten anhand der Figuren 2a bis 2d im einzelnen beschrieben werden.
Die Fahrzeugsegmente 12 bis 22 weisen an ihren längsseitigen Enden Trennstellen 42 auf, an denen die Mäntel über (hier nicht näher dargestellte) Flanschverbindungen aneinander gekoppelt sind. Anstelle der Flanschverbindung kann aber auch jede andere, im wesentlichen starre Verbindungsart verwendet werden, beispielsweise eine Kederverbindung oder eine Reisverschlußverbindung. Bei einer Kederverbindung werden benachbarte Mäntel durch ein sich über den gesamten Umfang erstreckendes Verbindungsstück mit jedoch offenen Enden aneinander gekoppelt, das mit Kedern an seinen in Längsrichtung weisenden Enden in an beiden Mänteln vorgesehene Führungsnuten eingreift. Das Verbindungsstück ist zum Koppeln der Mäntel in die Führungsnuten einziehbar, kann also beim Trennen der Mäntel auch auf einfache Weise wieder entfernt werden. Das Verbindungsstück ist in Umfangsrichtung des Mantels elastisch verformbar, jedoch in Längs- und Querrichtung des Mantels steif.
Die Mäntel 36 sind jeweils einstückig aus Faserverbundwerkstoffen gefertigt und weisen steife und gelenkige Abschnitte auf. Zur Verdeutlichung sind in Figur 1 steife Mantelabschnitte 44 und 46 ohne Schraffur und gelenkige Mantelabschnitte 48 schraffiert gezeichnet. Die steifen Endabschnitte 44 erstrecken sich bei diesem Schienenfahrzeug jeweils von den Stirnseiten der Segmente her über eine Länge von etwa 20 cm zur Segmentmitte hin. Steife Mittelabschnitte 46 sind jeweils von der Achsebene aus über jeweils etwa 40 cm zu beiden Stirnseiten hin ausgebildet. Zwischen diesen steifen Bereichen, die sich jeweils über den gesamten Umfang des Mantels erstrecken, sind gelenkige Mantelabschnitte 48 ausgebildet.
Da das Schienenfahrzeug 10 für den Gütertransport vorgesehen ist, sind im Mantel der Fahrzeugsegmente 14 bis 22 keine Fenster vorgesehen. Lediglich Kopfsegmente 12 haben Fenster 50 und Türen 52. Die Beladung des Innenraums erfolgt von den Stirnseiten getrennter Segmente her. In einzelnen Segmenten kann der Mantel 36 zur Erleichterung des Beladevorgangs auch (nicht dargestellte) Dachöffnungen und/oder Seitenwandtüren haben, jedoch ausschließlich in den steifen Mittelabschnitten 46, die hierfür mit entsprechend größerer Längserstreckung ausgebildet sind.
Figur 2a zeigt in einer Querschnittsansicht das erste Verbindungselement 38, mit dessen Hilfe sich der Mantel 36 im steifen Abschnitt 46 um die Achsebene auf dem Traggestell 34 befestigt ist. In Figur 2b ist dasselbe Verbindungselement in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. Verbindungselemente 38 sind an beiden Querseiten des Traggestells 34 einander gegenüberliegend angeordnet.
Das erste Verbindungselement 38 hat eine rechteckige Rückenplatte 54, die mit dem Mantel 36 verbunden ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist dafür eine einfache Schraubverbindung vorgesehen, für die die Rückenplatte 54 mehrere Bohrungen 56 aufweist. Von der Rückenplatte 54 erstreckt sich ein zylindrischer Bolzen 58 zur Querseite des Traggestells 34 hin. Die Rückenplatte 54 und der Bolzen 58 sind einstückig aus einem biegesteifen Material, vorzugsweise aus Metall gefertigt. Der Bolzen kann zur Befestigung am Mantel alternativ auch mit seinem rückseitigen Ende im Mantel verankert oder eingebettet sein. Etwa ab der Hälfte bis hin zum vorderen Ende seiner Längserstreckung ist der Bolzen 58 von einem fest mit ihm verbundenen Gummimantel 60 umgeben. Dieser wiederum wird von einem fest mit ihm verbundnenen Außenmantel 62 umschlossen, der sich über das Ende des Bolzens 58 hinaus erstreckt und dabei zum Traggestell 34 hin verjüngt, um deren Querseite mit einer schlitzförmigen Öffnung 64 fest zu umfassen. Das Traggestell kann relativ zur Öffnung 64 nicht bewegt werden. Hierfür sind nicht dargestellte Befestigungselemente vorgesehen.
Traggestell 34 und Mantel werden durch das Verbindungselement 38 jedoch nicht völlig steif verbunden. Das Traggestell und der Bolzen 58 sind mit geringem Abstand zueinander angeordnet, so daß sich das Traggestell 34 zusammen mit dem Außenmantel 62 des Verbindungselements ein Stück weit auf den Bolzen 58 zu bewegen kann, wobei der Gummimantel 60 den Impuls des Traggestells 34 quer zum Gleis aufnimmt und entsprechend elastisch verformt wird, wobei eine der Auslenkung entgegengerichtete Rückstellkraft erzeugt wird. Auf diese Weise wird der Mantel gegen vom Fahrwerk auf das Traggestell übertragene, hochfrequente fahrdynamische Impulse isoliert.
Das erste Verbindungselement 38 übernimmt also die Übertragung von Beschleunigungs- und Spurführungskräften vom Traggestell auf den Mantel. Weiterhin isoliert es den Mantel gegen die Übertragung kurzzeitiger und hochfrequenter Impulse.
In den Figuren 2c und 2d ist ein Ausführungsbeispiel des zweiten Verbindungselements 40 dargestellt, mit dessen Hilfe der Mantel nahe seinen längsseitigen Enden auf dem Traggestell abgestützt wird. Auch die zweiten Verbindungselemente 40 sind an beiden Querseiten des Traggestells 34 einander gegenüberliegend angeordnet, wobei jeweils mehrere Verbindungselemente 38 hintereinander angeordnet sein können. Die Querschnittsansicht der Figur 2c zeigt, daß der prinzipielle Aufbau des zweiten Verbindungselementes 40 dem des ersten ähnlich ist. Jedoch sind anhand der perspektivischen Darstellung in Figur 2d folgende Unterschiede zu erkennen: das zweite Verbindungselement 40 hat einen vierkantigen Bolzen 66, dessen Oberseite 68 und Unterseite 70 etwa ab der Hälfte ihrer Längserstreckung zum Traggestell 34 hin mit Gummischichten 72 und 74 fest verbunden sind. Die Gummischichten werden von Außenschalen 76 und 78 bedeckt, die sich über die Länge des Vierkantzapfens 66 hinaus erstrecken und zum Traggestell 34 hin gebogen sind, um diese von oben und unten her fest zu umfassen.
Um die Gelenkigkeit des Mantels nicht einzuschränken, toleriert das zweite Verbindungselement 40 Relativbewegungen zwischen Traggestell 34 und Mantel parallel zur Gleisebene. Solche Relativbewegungen treten regelmäßig beim Durchfahren von Gleisbögen auf. Dabei drehen sich Traggestell und Fahrwerk gemeinsam um eine Hochachse, die in der Achsebene die Achsengerade 32 unter rechtem Winkel schneidet. Das Traggestell 34 wird durch Einwirkung des Fahrwerks zusammen mit den Schalen 76 und 78 relativ zum Vierkantbolzen 66 verschoben. Infolgedessen verformen sich die Gummischichten der zweiten Verbindungselemente 40 parallel zur Gleisebene längs und quer zur Fahrtrichtung. Die Verformungen sind bogenaußen und bogeninnen unterschiedlich. Die von den Gummischichten dabei erzeugte Rückstellkraft begrenzt die Auslenkung und unterstützt eine Rückstellbewegung.
Der Schwenkwinkel des Traggestells in einem Gleisbogen von 250 m Radius beträgt bei einem Traggestell von 4 m Länge etwa 1 Grad. Die damit verbundene geringfügige Relativbewegung des Traggestells in Längs- und Querrichtung gegen den Mantel wird durch das Verbindungselement 40 nicht behindert.
Beim Durchfahren von Gleissenken oder -kuppen treten aufgrund der großen Radien wesentlich geringere Verformungswege bei den Verbindungselementen 38 und 40 auf als in Gleisbögen. Die Verbindungselemente 40 sind daher konstruktiv in vertikaler Richtung deutlich steifer ausgelegt als in Richtungen parallel zur Gleisebene. Die Verformung des Mantels wird nicht behindert. Die geringere Verformbarkeit der Verbindungselemente 40 in vertikaler Richtung ist auch von Bedeutung, wenn das Traggestell stark ungleichmäßig beladen ist. In diesem Fall übernehmen die Verbindungselemente 40 die Aufgabe, daß Traggestell abzustützen, wodurch ein Teil der Last auf den Mantel übertragen werden muß.
Beim Eeinfahren in einen Gleisbogen über eine Überhöhungsrampe wird der Mantel des Fahrzeugsegmentes zum einen - wie oben beschrieben - gebogen und zum anderen geringfügig tordiert. Die vertikale Verformbarkeit der Verbindungselemente ist ausreichend hoch, um die Torsionsbewegung gegen das Traggestell zuzulassen.
Die unterschiedliche Konstruktion der Verbindungselemente 38 und 40 ist von wesentlicher Bedeutung für die Gelenkigkeit des Schienenfahrzeugs. Da das Traggestell 34 gegen die ersten Verbindungselemente 38 keine Bewegung in Richtung der Längsachse vollziehen kann, bilden Fahrwerk, Traggestell 34 und Mantel an den steifen Mittelabschnitten 46 eine im wesentlichen starre Einheit, die als eine Stützstelle des Schienenfahrzeugs fungiert. An diesen Stützstellen überträgt einerseits das Fahrzeug seine Last auf das Gleis, andererseits entstehen hier durch die Wechselwirkung der Räder mit dem Gleis Brems-, Beschleunigungs- und Spurführungskräfte, die vom Fahrwerk über das Traggestell direkt -jedoch unter Zwischenschaltung der beschriebenen Dämpfungsstufen- auf den Mantel übertragen werden. Zwischen den Stützstellen wird der Mantel in seinen gelenkigen Abschnitten entsprechend verformt. Die Stützstellen erfüllen insofern eine Skelettfunktion. Zwischen den Stützstellen benachbarter Segmente sind das Traggestell und der Mantel nach Maßgabe der zweiten Verbindungselemente 40 gegeneinander beweglich, um die Verformung der gelenkigen Mantelabschnitte beim Durchfahren von Gleisbögen, Gleiskuppen und -senken nicht zu behindern.
Primäre Aufgabe des Traggestells 34 ist bei dieser Konstruktion die Übertragung der Fahrzeuglast auf das Fahrwerk. Die Verbindungselemente 38 und 40 lassen keine wesentliche vertikale Relativbewegung des Traggestells 34 gegen den Mantel zu. Die Federung in vertikaler Richtung durch die Gummimäntel 60 bzw. -schichten 72 und 74 ist also hart.
Die elastische Kopplung benachbarter Traggestelle dient ihrer Beweglichkeit relativ zueinander, nicht in erster Linie der Übertragung von Längskräften. In Längsrichtung wirkende Kraftkomponenten werden überwiegend durch den Mantel an das nächste Segment übertragen. In Querrichtung wirkende Kraftkomponenten verursachen eine der Relativbewegung benachbarter Stützstellen entsprechende Verformung der gelenkigen Mantelabschnitte. Um bei der Fahrt veränderliche Lücken zwischen den Traggestellen abzudecken und einen durchgehenden innenboden herzustellen, werden benachbarte Traggestelle durch beiderseits befestigbare, elastische Dichtungsstreifen verbunden.
Figur 3 zeigt eine Querschnittsansicht des Fahrzeugsegments 16 in einer durch die Linie III-III in Figur 1 gekennzeichneten Ebene, also in einem elastischen Abschnitt 48. Die maximale Quererstreckung des Mantels beträgt etwa 3,30 m, seine maximale Höhe über der Schienenoberkante etwa 3 m. Auch die unteren Teile des Mantels nutzen - unter Berücksichtigung fahrdynamischer Effekte, etwa der Federung - den entsprechend der Eisenbahnbau- und -betriebsordnung (EBO) zur Verfügung stehenden Regellichtraum so weit wie möglich aus und können bei maximaler Einfederung bis auf 13 bis 8 cm über der Schienenoberkante herabragen. Der Mantel 36 ist in diesem Abschnitt, abgesehen von Raddurchlässen, vollständig geschlossen. Das Traggestell 34 ist auf dem nicht näher dargestellten Einzelfahrwerk 24 befestigt.
An den Querseiten erfolgt die Überbrückung des Abstandes zwischen Traggestell und Mantel, abgesehen von den Verbindungselementen 38 und 40, durch einerseits am Traggestell oder Mantel befestigbare und andererseits am Mantel bzw. Traggestell anliegende Dichtlippen.
Dichtlippen 84 aus gummielastischem Material sind einerseits an den Querseiten des Traggestells 34 befestigt und liegen andererseits am Mantel 36 an. Alternativ können beidseitig befestigte, elastische Dichtungsstreifen Verwendung finden. Auf diese Weise wird ein geschlossener Innenraum hergestellt, wobei die Beweglichkeit von Mantel und Traggestell relativ zueinander nicht eingeschränkt wird. Das Traggestell 34 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus Metall gefertigt und plattenförmig ausgebildet. Konstruktionsweise und verwendetes Material des Traggestells sind jedoch entsprechend den Anforderungen unter Verwendung bekannter Technologien variierbar. Es können beispielsweise auch Faserverbundwerkstoffe verwendet oder eine Hybridbauweise angewandt werden.
Figur 4 zeigt eine Längsansicht zweier Segmente 90 und 92 eines für den Personenverkehr vorgesehenen zweiten Ausführungsbeispiels. Beide Segmente haben eine gleiche Längserstreckung von etwa 6 m. Wie die Segmente des ersten Ausführungsbeispiels haben sie je ein mittig unterhalb angeordnetes Fahrwerk mit einem Radpaar 94 und sind über eine Flanschverbindung 96 starr aneinander gekoppelt. Durch gestrichelte Linien werden die Positionen eines Traggestells 98 und eines Innenbodens 100 angedeutet. Auf diese wird unten anhand von Figur 5 näher eingegangen. Das erste Segment 90 hat einen Mantel 102 mit zwei darin vorgesehenen, jeweils nahe den längsseitigen Enden angeordneten Fenstern 104 und 106 sowie einer Türvorrichtung 108, die ein weiteres Fenster 110 aufweist. Das zweite Segment 92 hat in gleicher Anordnung und Größe ebenfalls Fenster 112 und 114. Zusätzlich sind im mittleren Abschnitt zwei Fenster 116 und 117 vorgesehen. Die Fenster und Türvorrichtungen sind bündig in die Außenfläche des Mantels 102 eingepaßt.
Bei der Zusammenstellung eines Personenzugs können bis zu etwa 40 Segmente nach Art der hier dargestellten aneinandergehängt werden. An den Enden eines solchen Schienenfahrzeugs sind jeweils Kopfwagen vorgesehen, vgl. Figur 1.
Wie bei der Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels sind elastische Abschnitte 118 der Segmentmäntel 90 und 92 in Figur 4 schraffiert gezeichnet. Die Anordnung und Längserstreckung elastischer und steifer Abschnitte ist bei beiden Segmenten identisch. Auf diese Weise ist die Gelenkigkeit in jedem Segment gleich ausgebildet und sichert eine homogene Anpassung des Schienenfahrzeugs als Ganzem an den Gleisverlauf. Weiterhin gestaltet sich die Herstellung der Mäntel unterschiedlicher Segmenttypen besonders wirtschaftlich, da lediglich im Mittelabschnitt entweder eine Türöffnung oder eine Fensteröffnung vorzusehen ist, ansonsten aber ein identischer Produktionsablauf eingehalten werden kann. Für Segmente mit einer speziellen Innenausstattung, etwa für ein Zugrestaurant, sanitäre Anlagen oder Antriebsaggregate kann die Anordnung und Größe der Fenster bzw. Türen verändert werden.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erstrecken sich die elastischen Abschnitte 118 in beiden dargestellten Segmenttypen jeweils zum einen mit einem Abstand von ca. 20cm zum Segmentende über eine Länge von etwa 30cm in Richtung des nahen Fensters 114 bzw. 112 (und 104 bzw. 106). Weitere elastische Abschnitte gleicher Länge sind zum anderen beiderseits der Tür 108 bzw. des Mittelfensters 116 zur Segmentmitte hin vorgesehen.
Figur 5 zeigt eine Querschnittsansicht des Fahrzeugsegments 92. Die Schnittebene ist in Figur 4 durch die Linie V-V gekennzeichnet. Das der Konstruktion des Fahrzeusegments 92 zugrunde liegende Prinzip ist dem oben anhand des ersten Ausführungsbeispiels erläuterten im wesentlichen gleich. Ein Traggestell 120 ist auf einem in der Mitte der Längserstreckung des Segments angeordneten Fahrwerk 122 befestigt. Die Räder des Radpaars sind so gelagert, daß eine ihre Mittelpunkte verbindende Gerade 123 stets in einer Achsebene liegt, die senkrecht zur Fahrtrichtung steht. Dabei kann das Radpaar sowohl von einzeln gelagerten Räder als auch von einem Radsatz mit zwei über eine Achse gekoppelten Rädern gebildet werden. An den Querseiten des Traggestells 120 stützt sich ein Mantel 124 ab. Die Verbindung des Mantels mit dem Traggestell erfolgt im wesentlichen in der gleichen Weise, wie sie anhand von Figur 1 und 2 ausführlich beschrieben wurde. Da die Schnittebene der Figur 5 nahe der Achsebene des Fahrzeugsegments 92 liegt, sind hier die Verbindungselemente 38 dargestellt.
Abweichend vom in Figur 3 dargestellten Segmentprofil hat das Traggestell 120 eine in Querrichtung mittig angeordnete Wanne 126, die sich zur Aufnahme von fahrzeugtechnischen Einheiten längs des Segments erstreckt, jedoch den Bereich des Fahrwerks ausspart. Zwei vertikale Seitenwände 128 und 130 grenzen die Wanne 126 vom Hohlraum unterhalb des Traggestells 120 ab, haben jedoch keine wesentliche tragende Funktion. Das Traggestell weist auf seiner Unterseite Längsträger 138 auf.
Oberhalb des Traggestells 120 erstreckt sich über die gesamte Länge des Segments ein steifer Innenboden 132. An seine Querenden, die mit Abstand zum Mantel angeordnet sind, schließen beiderseits Dichtlippen 134 und 136 an, die sich nach oben hin an die Seitenwand des Mantels anschmiegen und den Raum oberhalb des Innenbodens über die ganze Länge des Segments von den darunterliegenden Hohlräumen abdichten.
Zur Lagerung des Innenbodens 132 auf dem Traggestell 120 sind beiderseits der Mitte des Segmentquerschnitts Federbälge 140 und 142 angeordnet, die in auf der Unterseite des Innenbodens 132 angeordnete Fassungen 144 und 146 eingebettet sind. In Längsrichtung sind jeweils mehrere solcher Federbälge hintereinander vorgesehen. Zusätzlich zur Lastübertragung vom Innenboden auf das Traggestell sorgen sie aufgrund ihrer Dämpfungscharakteristik für eine weitgehende Isolierung des Innenbodens von fahrdynamischen Impulsen und damit für ein ruhiges und komfortables Fahrgefühl.
Die beschriebene Lagerung und die elastische Befestigung an den Seitenwänden des Mantels 124 erlaubt eine Schwenkbewegung des Innenbodens 132 um eine senkrecht zur Querschnittsebene durch seine Mitte verlaufende Längsachse. Diese Konstruktion bietet die Grundlage für eine Neigetechnik, bei der während der Fahrt durch Gleisbögen der Fahrzeugrumpf unverändert bleibt und nur der Innenboden zur Bogenmitte hin geneigt wird. Die Druckregelung und -steurung der Federbälge erfolgt in dem Fachmann aus herkömmlicher Neigetechnik bekannter Weise. Nähere Einzelheiten zur schwenkbaren Lagerung des Innenbodens 132 finden sich in einer gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung der Anmelderin.
Der oberhalb des Innenbodens 132 ausgebildete Fahrgastraum bietet aufgrund der durch die Erfindung ermöglichten Breite Innenraums des Fahrzeugsegments von ca. 3,20 m mehr Raum als in bekannten Fahrzeugen. Dies kann beispielsweise für eine Bestuhlung 148 in Fünferreihen genutzt werden, wie sie in Figur 5 angedeutet ist.
Figur 6 zeigt anhand einer vereinfachten Längsschnittzeichnung ein drittes Ausführungsbeispiel mit einer alternativen Fahrwerksanordnung. Dargestellt sind die längsseitigen Enden zweier benachbarter Fahrzeugsegmente 150 und 152 eines für den Gütertransport vorgesehenen Schienenfahrzeugs 154.
Die Fahrzeugsegmente 150 und 152 weisen wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen je ein Traggestell 156 bzw. 158 auf. Das Traggestell 158 stützt sich an seinem Ende auf ein Einzelfahrwerk 160. Die zwischen Fahrwerk 160 und Traggestell 158 eingezeichneten Federn 162 und 164 symbolisieren eine Primärfederung, die, entsprechend dem zur Beschreibung von Figur 1 und 2 Gesagten, Relativbewegungen zwischen Fahrwerk und Traggestell in Richtungen parallel zur Gleisebene im wesentlichen unterdrückt.
Das Traggestell 156 des Fahrzeugsegments 150 wird mit seinem angrenzenden Ende am Traggestell 158 abgestützt. Hierzu weist dieses eine Stütze 166 auf, auf der das Traggestell 156 über ein Gummi-Metall-Element 168 gelagert ist. Diese Verbindung der Traggestelle ist zum Trennen der Fahrzeugsegmente lösbar. Das Gummi-Metall-Element 168 weist eine ähnliche Charakteristik auf wie das anhand der Figuren 1 und 2 erläuterte Verbindungselement 40 und erlaubt eine Relativbewegung der Traggestelle 156 und 158 beim Durchfahren von Gleisbögen, -senken und -kuppen.
Der Mantel 170 des Fahrzeugsegments 152 ist im Bereich der Achsebene über Verbindungselemente 38 am Traggestell befestigt. Verbindungselemente 40 zwischen dem Mantel 172 des Fahrzeugsegments 150 und dem Traggestell 156 sind an diesem längsseitigen Ende nicht erforderlich. Es genügt hier die elastische Kopplung über eine (nicht dargestellte) Dichtlippe 84 (vgl. Figur 3).
Elastische Abschnitte der Mäntel 170 und 172 sind wie in den vorangehenden Figuren schraffiert gekennzeichnet. An den längsseitigen Enden sind die Mäntel steif ausgebildet und mit einer Flanschverbindung 174 starr aneinander gekoppelt.
Das Fahrzeugsegment 150 ist an seinem anderen, in Figur 6 nicht dargestellten längsseitigen Ende so ausgebildet wie das Fahrzeugsegment 152. Entsprechend ist das Fahrzeugsegment 152 an seinem anderen, nicht dargestellten Ende so ausgebildet wie das Fahrzeugsegment 150 in Figur 6. Auf diese Weise ist jedes Traggestell an beiden Enden abgestützt.
Dieses Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, daß der Mantel an einem Ende sowohl seine Funktion als Teil der Stützstelle bzw. "Skelettelements" des Fahrzeugs 154 übernimmt und daher schon steif ausgebildet ist für die Herstellung einer starren Verbindung zum Mantel des benachbarten Fahrzeugsegments. Dies ermöglicht eine höhere Flexibilität bei der Aufteilung des Mantels in starre und gelenkige Abschnitte. Diese Bauform eignet sich daher insbesondere auch zur Konfiguration für den Personenverkehr.
Dies ist anhand von Figur 7 dargestellt. Hier ist als viertes Ausführungsbeispiel in zu Figur 4 analoger Weise eine seitliche Teilansicht eines Gliederfahrzeugs 176 gezeigt. Dieses ist im wesentlichen entsprechend dem Ausführungsbeispiel aus Figur 6 aufgebaut. Die beiden dargestellten Fahrzeugsegmente 178 und 180 weisen jedoch für den Personenverkehr ausgebildete Mäntel 182 und 184 mit Öffnungen für Fenster 186 bzw. eine Türvorrichtung 188 auf. Gelenkige Mantelabschnitte sind bei diesen Fahrzeugsegmenten in der Mitte ihrer Längserstreckung ausgebildet. Je nach Funktion des Fahrzeugsegments und der damit einhergehenden Anordnung von Fenstern und Türen können die gelenkigen Mantelabschnitte jedoch auch an anderen Stellen der Längserstreckung ausgebildet sein. Ausgeschlossen sind, wie oben erläutert, lediglich die als Stütz- und Verbindungsstellen dienenden längsseitigen Enden.

Claims (33)

  1. Fahrzeugsegment (12 bis 22, 90, 92, 150, 152, 178, 180) für ein schienengebundenes Gliederfahrzeug, mit einem Traggestell (34, 98, 120, 156, 158) auf mindestens einem Radpaar (24, 122, 160) und mit einem im Querschnitt röhrenförmigen äußeren Mantel (36, 102, 124, 170, 172, 182, 184) an dem Traggestell (34, 98, 120), der Einbauten (148) des Fahrzeugsegments (12 bis 22, 90, 92, 150, 152) umhüllt, wobei die Längsachse des Mantels (36, 102, 124, 170, 172, 182, 184) in Fahrtrichtung verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (36, 102, 124, 170, 172, 182, 184) an den Mantel eines benachbarten Fahrzeugsegmentes starr koppelbar ist und mindestens einen gelenkigen Mantelabschnitt (48, 102, 118, 190) aufweist, der in Richtung der Längsachse eine vorgegebene Länge hat.
  2. Fahrzeugsegment nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen über die gesamte Länge des Fahrzeugsegments im wesentlichen gleichbleibenden Querschnitt des Mantels (36, 102, 124, 170, 172, 182, 184).
  3. Fahrzeugsegment nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gelenkige Mantelabschnitt (48, 102, 118, 190) hinsichtlich quer zur Längsachse einwirkender Kräfte elastisch verformbar ist.
  4. Fahrzeugsegment nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Verformbarkeit des gelenkigen Mantelabschnitts (48, 102, 118, 190) hinsichtlich senkrecht zur Gleisebene gerichteter Kräfte geringer ist als hinsichtlich parallel zur Gleisebene gerichteter Kräfte.
  5. Fahrzeugsegment nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der gelenkige Mantelabschnitt (48, 102, 118, 190) um die Längsachse elastisch tordierbar ist.
  6. Fahrzeugsegment nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (36, 102, 124, 170, 172, 182, 184) und/oder der gelenkige Mantelabschnitt (48, 102, 118, 190) aus mehreren Materialschichten aufgebaut sind.
  7. Fahrzeugssegment nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der gelenkige Mantelabschnitt (48, 102, 118, 190) mindestens eine Glasfasern, Polymer- und/oder Kohlenstoff-Fasern enthaltende Schicht aufweist.
  8. Fahrzeugsegment nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der gelenkige Mantelabschnitt (48, 102, 118, 190) mindestens eine aus Metall ausgebildete Schicht aufweist.
  9. Fahrzeugsegment nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (36, 102, 124, 170, 172, 182, 184) einstückig ausgebildet ist.
  10. Fahrzeugsegment nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch steuerbare Stellglieder zur Erzeugung von Kräften, die eine elastische Krümmung oder Streckung des Mantels (36, 102, 124, 170, 172, 182, 184) bewirken, bei welcher die Längsachse des Mantels gekrümmt oder gestreckt wird.
  11. Fahrzeugsegment nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellglieder in den Mantel integriert sind.
  12. Fahrzeugsegment nach Anspruch 10 oder 11, gekennzeichnet durch mechanisch betriebene Stellglieder.
  13. Fahrzeugsegment nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellglieder fluidbetrieben sind.
  14. Fahrzeugsegment nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellglieder piezoelektrisch oder elektromagnetisch betrieben sind.
  15. Fahrzeugsegment nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (102, 124, 182, 184) mindestens eine Fenster- (104, 106, 112, 114, 116, 117, 186) oder Türöffnung (108, 188) aufweist und über die Längserstreckung dieser Öffnung steif ausgebildet ist.
  16. Fahrzeugsegment nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Traggestell (34, 98, 120) steif ist.
  17. Fahrzeugsegment nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Traggestell (34, 98, 120), im Querschnitt gesehen, eine mittig angeordnete Wanne (126, 128, 130) aufweist.
  18. Fahrzeugsegment nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch seine Längserstreckung von weniger als 10 Metern.
  19. Fahrzeugsegment nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel zur Dämpfung von Querbewegungen zwischen Traggestell (34, 98, 120) und Radpaar (24, 122, 160).
  20. Fahrzeugsegment nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Räder des Radpaars (24, 122, 160) so am Traggestell (34, 98, 120) befestigt sind, daß eine die Mittelpunkte der Räder verbindende Gerade (123) stets in einer quer zur Fahrtrichtung stehenden Achsebene des Fahrzeugsegmentes liegt.
  21. Fahrzeugsegment nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Traggestell (34, 98, 120, 156, 158) an die Traggestelle benachbarter Fahrzeugsegmente elastisch koppelbar ist.
  22. Fahrzeugsegment nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Radpaar (24, 122, 160), das bezüglich der Längserstreckung des Traggestells (34, 98, 120) etwa mittig angeordnet ist.
  23. Fahrzeugsegment nach einem der Ansprüche 1 bis 21, gekennzeichnet durch ein Radpaar (160), das an einem Ende des Traggestells (158) angeordnet ist.
  24. Fahrzeugsegment nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (36, 102, 124, 170, 172, 182, 184) an dem Traggestell (34, 98, 120, 156, 158) befestigt ist.
  25. Fahrzeugsegment nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (36, 102, 124, 170, 172, 182, 184) einen ersten steifen Längsabschnitt (46) aufweist, der in der Längsrichtung sowie in Richtungen senkrecht zur die Mittelpunkte der Räder verbindenden Gerade (123) starr an das Traggestell gekoppelt ist.
  26. Fahrzeugsegment nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (36, 102, 124) einen zweiten steifen Längsabschnitt (44) aufweist, der in Richtungen parallel und quer zur Längsrichtung elastisch rückstellbar an das Traggestell (34, 98, 120) gekoppelt ist.
  27. Fahrzeugsegment nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste steife Längsabschnitt (46) durch ein erstes (38) und der zweite steife Längsabschnitt (44) durch ein zweites Gummi-Metall-Element (40) an das Traggestell (34, 98, 120) gekoppelt ist.
  28. Schienengebundenes Gliederfahrzeug (10),dadurch gekennzeichnet, daßes eine Mehrzahl starr aneinander gekoppelter Fahreugsegmente (12 bis 22, 90, 92, 150, 152, 178, 180) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 26 aufweist.
  29. Schienengebundenes Gliederfahrzeug nach Anspruch 28, gekennzeichnet durch eine Dichtlippe oder einen Dichtungsstreifen zwischen benachbarten Traggestellen, die an mindestens einem der beiden Traggestelle befestigbar sind.
  30. Schienengebundenes Gliederfahrzeug nach einem der Ansprüche 28 und 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrzeugsegmente so aneinander gekoppelt sind, daß jeweils ein erstes Traggestell-Ende (156) ohne Radpaar an ein zweites Traggestell-Ende (158) mit einem Radpaar (160) grenzt und daß das erste Traggestell-Ende (156) auf dem zweiten Traggestell-Ende (158) und/oder auf dem Radpaar (160) abgestützt ist.
  31. Schienengebundenes Gliederfahrzeug nach einem der Ansprüche 28 bis 30, gekennzeichnet durch eine Flanschverbindung (174) zwischen den Mänteln benachbarter Fahrzeugsegmente (150, 152).
  32. Schienengebundenes Gliederfahrzeug nach einem der Ansprüche 28 bis 31, gekennzeichnet durch eine Reißverschluß-Verbindung zwischen den Mänteln benachbarter Fahrzeugsegmente.
  33. Schienengebundenes Gliederfahrzeug nach einem der Ansprüche 28 bis 32, gekennzeichnet durch eine Kederverbindung zwischen den Mänteln benachbarter Fahrzeugsegmente.
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