EP2861476A1 - Fahrzeug mit einer federeinrichtung mit vorgebbarer querfedercharakteristik - Google Patents

Fahrzeug mit einer federeinrichtung mit vorgebbarer querfedercharakteristik

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EP2861476A1
EP2861476A1 EP13730553.8A EP13730553A EP2861476A1 EP 2861476 A1 EP2861476 A1 EP 2861476A1 EP 13730553 A EP13730553 A EP 13730553A EP 2861476 A1 EP2861476 A1 EP 2861476A1
Authority
EP
European Patent Office
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spring
vehicle
contact element
car body
unit
Prior art date
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Application number
EP13730553.8A
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English (en)
French (fr)
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EP2861476B1 (de
Inventor
Richard Schneider
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Alstom Transportation Germany GmbH
Original Assignee
Bombardier Transportation GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Bombardier Transportation GmbH filed Critical Bombardier Transportation GmbH
Publication of EP2861476A1 publication Critical patent/EP2861476A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2861476B1 publication Critical patent/EP2861476B1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61F—RAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
    • B61F5/00—Constructional details of bogies; Connections between bogies and vehicle underframes; Arrangements or devices for adjusting or allowing self-adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves
    • B61F5/02—Arrangements permitting limited transverse relative movements between vehicle underframe or bolster and bogie; Connections between underframes and bogies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61F—RAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
    • B61F5/00—Constructional details of bogies; Connections between bogies and vehicle underframes; Arrangements or devices for adjusting or allowing self-adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves
    • B61F5/02—Arrangements permitting limited transverse relative movements between vehicle underframe or bolster and bogie; Connections between underframes and bogies
    • B61F5/14—Side bearings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61F—RAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
    • B61F5/00—Constructional details of bogies; Connections between bogies and vehicle underframes; Arrangements or devices for adjusting or allowing self-adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves
    • B61F5/02—Arrangements permitting limited transverse relative movements between vehicle underframe or bolster and bogie; Connections between underframes and bogies
    • B61F5/22—Guiding of the vehicle underframes with respect to the bogies

Definitions

  • the present invention relates to a vehicle, in particular a rail vehicle, with a car body and a chassis unit, wherein the car body is supported on at least one spring device in a vehicle height direction on the chassis unit.
  • the present invention further relates to a corresponding spring device of such a vehicle according to the invention.
  • Transverse accelerations which act, for example, when traveling in a transverse direction (ie transversely to the direction of travel or transverse to a vehicle longitudinal axis), in such vehicles usually cause a transverse deflection of the car body with respect to the wheel units, which must be absorbed by the spring devices.
  • Spring devices can achieve a desired transverse spring characteristic (ie, a desired course of the resistance of the spring device against the transverse deflection of the car body) only with comparatively complex means.
  • the transverse spring characteristic is both in terms of ride comfort for the passengers but also with regard to the driving safety of the vehicle, for example, its derailment, from
  • Vehicle height direction usually leaves little room for a simple
  • EP 1 029 764 A2 and EP 1 264 750 A1 disclose hydropneumatic or
  • Hydromechanical spring devices known in which the recording of the supporting force between the car body and wheel unit via a hydraulic unit whose working space is connected via a hydraulic line with another working space of a hydropneumatic or hydromechanical spring unit in conjunction, which the spring action for
  • the present invention is therefore based on the object to provide a vehicle or a spring device of the aforementioned type, which or which does not have the disadvantages mentioned above or at least to a lesser extent and in particular in a simple and space-saving manner an adaptation of the
  • Cross spring characteristic allows for a desired course.
  • the present invention solves this problem starting from a vehicle according to the preamble of claim 1 by the characterizing part of claim 1
  • the present invention is based on the technical teaching that allows a simple and space-saving way to adapt the transverse spring characteristic to a desired course, when the spring device comprises a first contact element, a second contact element and at least one spring unit, the kinematically in series between the car body and the chassis unit are arranged, that the first contact element at a deflection of the car body in a vehicle transverse direction, the second contact element at different contact points at least one
  • Chassis unit can be realized, which converts a transverse movement of the car body relative to the chassis unit in a deflection of the spring unit in its main direction of action, in which it acts to support the car body in the vehicle height direction.
  • the main direction of action is understood to be the direction in which the spring unit is primarily intended to achieve its spring action.
  • this is the direction of the spring axis (that is, the center axis of the cylinder).
  • Vehicle height direction but it can also be inclined to the vehicle height direction.
  • the adaptation of the transverse spring characteristic to a desired course can, with a given spring characteristic of the spring device in the vehicle height direction or a predetermined spring characteristic of the spring unit in its main direction of action, be simply determined by the movement ratio between the transverse movement of the car body and the deflection of the spring unit in the main body as defined by the course of the contact point curve Main direction of effect done. In other words it is about the adaptation of
  • the motion translation realized via the first and second contact elements can be realized in any suitable manner, so that a sliding movement between the first and second contact elements along the contact point curve can be provided. Furthermore, the first and second contact element for movement translation at least partially perform purely translational movements.
  • Movement translation at least partially performs a rotational movement.
  • a rolling movement or at least one rolling movement between the two contact elements can be realized, which is not least from a wear point of advantage.
  • the present invention therefore relates to a vehicle, in particular a rail vehicle, with a car body and a chassis unit, wherein the car body via at least one spring device in a
  • the spring device comprises a first contact element, a second contact element and at least one
  • Spring unit wherein the first contact element, the second contact element and the at least one spring unit are arranged kinematically in series between the car body and the chassis unit.
  • the first contact element is arranged and assigned to the second contact element such that the first contact element in a
  • Contact element is pivotally mounted about a pivot axis and the second
  • Contact element is assigned such that the first contact element at a
  • Pivoting movement about the pivot axis contacts the second contact element at different contact points of the at least one contact point curve.
  • an arbitrary profile of the transverse spring characteristic of the spring device can be realized via the at least one contact point curve, which is adapted to the specific application, for example the vehicle type and / or the rated operating speed of the vehicle.
  • the spring device without much effort for any vehicle. So it can be easily adapted for a vehicle in the passenger transport with comparatively low nominal operating speeds (for example, a tram or subway) as well as for vehicles in regional, intercity or high-speed traffic, which then always higher
  • constant and / or linear and / or progressive and / or declining courses of the resistance of the spring device can be adjusted against the transverse deflection of the car body, at least in sections.
  • the at least one contact point curve defines a Querfederungscharaktstik the spring device.
  • the at least one contact point curve is formed in certain variants of the invention such that the spring device at least in an adjacent to the neutral position Querlenklenkungsmitten Trial and / or at least in a distance from the neutral position outer
  • Querlenkungsmitten Episode exerts a force acting in the vehicle transverse direction restoring force on the car body, which is caused by the force acting on the car body weight and which up to a maximum during operation of the vehicle
  • Rail superelevation is sufficient to the car body at least in the vicinity of the neutral position, preferably return substantially to the neutral position.
  • Contact point curve can be realized with progressive resistance to the transverse deflection.
  • Contact point curve is formed such that the spring device, at least in a spaced from the neutral position outer Quunterslenkungs Scheme a progressive transverse deflection resistance to the Querauslenkung with at least
  • Sectionally degressive characteristic opposes. This makes it possible, for example, to even support the further transverse deflection in certain areas.
  • tilt systems which set a tilt angle or a roll angle of the car body about a parallel to the vehicle longitudinal roll axis to the passengers of the vehicle perceived as disturbing lateral acceleration (as it acts, for example, when cornering).
  • tilt systems which set a tilt angle or a roll angle of the car body about a parallel to the vehicle longitudinal roll axis to the passengers of the vehicle perceived as disturbing lateral acceleration (as it acts, for example, when cornering).
  • Tilting systems in which the adjustment of the roll angle takes place at least partially via actuators, this is advantageous because the actuators then have to apply less force and thus can be designed smaller and lighter.
  • the at least one contact point curve may additionally or alternatively be designed such that the spring device, at least in sections, opposes a substantially constant resistance to a progressive transverse deflection. Again, this may be desired or advantageous depending on the particular application.
  • the course of the resistance to the transverse deflections can basically be set arbitrarily.
  • at least sections of any desired curved (rising or falling) curves of the resistance curve can be adjusted via the design of the contact point curve.
  • the at least one contact point curve is designed such that the spring device, at least in sections, opposes a substantially linear (rising or falling) resistance running a progressive transverse deflection.
  • the sequence of the two contact elements and the spring unit in the kinematic chain between the car body and the chassis unit can basically be chosen arbitrarily.
  • the available space can play a crucial role here.
  • the at least one spring unit is serially connected in a kinematic chain between the first contact element and the car body or between the first contact element and the chassis unit, wherein the first contact element is then displaceably mounted along a main direction of action of the spring unit.
  • the first contact element can in this case be displaceably arranged in space in any direction.
  • Vehicle height direction runs.
  • the first contact element is then mounted displaceably in the vehicle height direction.
  • the at least one spring unit is additionally connected (i.e., when a plurality of spring units are provided) or, alternatively, in a kinematic chain, serially between the second contact element and the carbody or between the second contact element and the chassis unit.
  • the second one is additionally connected (i.e., when a plurality of spring units are provided) or, alternatively, in a kinematic chain, serially between the second contact element and the carbody or between the second contact element and the chassis unit.
  • Car body and the suspension unit provided.
  • a plurality of spring devices are provided, which may optionally take on additional functions.
  • spaced-apart spring devices can absorb particular moments about certain axes of rotation.
  • the car body is supported by at least one further spring device in the vehicle height direction on the chassis unit, which is in particular formed substantially identical to the spring device.
  • the two spring devices are in one
  • Vehicle longitudinal direction arranged offset by a longitudinal distance from each other, so that they can optionally accommodate a pitching moment about a running in the vehicle transverse direction pitch axis.
  • the two spring devices in particular substantially equidistant, on both sides of a fulcrum of the
  • the car body is additionally or alternatively via at least one further spring device in the vehicle height direction on the
  • Chassis unit supported, in particular, substantially identical to the
  • Spring device is formed. The two spring devices are in one
  • the two spring devices in addition or alternatively, in particular substantially equidistant. on both sides of a fulcrum of the
  • the two spring devices can also be designed such that they can not generate or absorb any pitching moments about such a pitch axis and / or no rolling moments about such a roll axis. In this way, it can be avoided that such pitching moments or rolling moments possibly have a negative effect on the derailment safety of the vehicle.
  • This can be realized by a purely passive coupling of the two spring devices, in which, for example, there is a correspondingly opposite (in particular fluidly communicating) coupling of the two spring devices.
  • an active control of the two spring devices is possible, which is tuned such that no such pitching moments or Wankmomente be generated or recorded.
  • an active solution may be selected, in which the two spring means by a control device be actively controlled to a certain predetermined pitching moment and / or
  • At least one size can be detected on the vehicle, which allows conclusions about the current derailment safety of the chassis unit. Depending on the currently detected value of this at least one size, the current derailment safety can then be evaluated and, if appropriate, a corresponding counter-reaction can be initiated via the two spring devices. Where appropriate, both for the assessment of dismissal security and for the
  • Determining the backlash at least one previously determined for the vehicle model can be used.
  • the spring units can in principle be designed as simple passive units.
  • the spring units of the two spring devices are active, by a
  • Control device controlled spring units formed.
  • the suspension properties (in particular the rigidity) and / or the damping properties of the spring unit can be set active in an advantageous manner.
  • Incline anti roll stabilizers or roll stabilizers in the spring devices are Incline anti roll stabilizers or roll stabilizers in the spring devices.
  • Control device can then be designed to control the active spring units for active roll stabilization of the car body.
  • the spring units can basically be designed in any suitable manner. So can simple conventional steel springs, rubber springs or air springs individually or in any combination are used. Particularly advantageous configurations result when the two spring devices each have a hydraulic spring unit (that is, for example, a hydropneumatic, a hydromechanical or
  • Electro-hydraulic spring unit since this particularly space-saving or
  • Austelkieen between the car body and the chassis unit can be taken in principle by the spring device in any suitable manner.
  • the contact surface of at least one of the two contact elements can be designed so that even with such a boring movement, the contact between the contact surfaces of the two contact elements is maintained.
  • the two contact elements may in particular be designed so that even such a boring movement between the car body and the chassis unit on the course of the contact point curve (analogous to the resistance to a Querauslenkung described above) a Auscardwiderstand with any course (on the
  • the resistance to the transverse deflection in dependence on the Ausfwinkel the car body with respect to the chassis unit has an arbitrarily predetermined course.
  • the profile of the transverse deflection resistance curve that is, the course of the
  • Transverse deflection resistance across the transverse deflection regardless of the Turnout angle remains the same, so for example when cornering essentially the same cross spring characteristic results as when driving on a straight line.
  • a design can be realized in which when cornering a deviating to any specifications from driving on a straight track cross spring characteristic is achieved.
  • Cross spring characteristic of the spring system for a particular suspension unit mainly or even exclusively of a part of the spring means, in particular a single spring means defined, while another part of the spring means for this suspension unit for this purpose provides a lesser contribution or possibly even no contribution. This makes it possible, among other things, a desired
  • Vehicle transverse direction exerts on the car body.
  • the first contact element for at least partial compensation of Ausfierien between the car body and the chassis is pivotally mounted about the vehicle height direction.
  • the second contact element for at least partial compensation of Ausfierien between the car body and the chassis to be mounted pivotably about the vehicle height direction.
  • the contact surfaces between the first and second contact elements can in principle be designed in any suitable manner in order to realize the at least one contact point curve.
  • the first contact element typically has a first contact surface
  • the second contact element has a second contact surface which contacts the first contact surface in the at least one contact point.
  • the first contact surface and the second contact surface are such
  • Vehicle transverse direction can be achieved in any suitable manner.
  • the first contact surface and the second contact surface are formed so as to substantially over two in a vehicle transverse direction
  • first contact surface and / or the second contact surface is formed from a material. which comprises a plastic, preferably an elastomer, more preferably polyurethane. This can be in terms of wear characteristics and in particular the damping properties (for example, the attenuation of structure-borne noise) achieve particularly favorable configurations.
  • the use of a plastic material also has the advantage that relative movements of the two contact elements parallel to the surface of the current contact zone (between the two contact surfaces) can be absorbed by an elastic shear deformation of the plastic material in the direction of relative movement, so there is no slippage between the two contact elements comes.
  • Vehicle longitudinal direction acting longitudinal forces between the car body and the chassis unit can basically be done in any suitable manner.
  • a conventional entrainment via a corresponding hinge between the car body and the chassis unit, for example, a pivot may be provided.
  • this function of longitudinal driving is also at least partially integrated in the spring device.
  • for the transmission of forces in a vehicle longitudinal direction between the first contact element and the second contact element may be provided two arranged in a vehicle longitudinal direction on both sides of the first contact element and the second contact element stop elements.
  • the spring unit for transmitting forces in a vehicle longitudinal direction at least one to take in
  • the guide means formed in the vehicle longitudinal direction comprise. In the case of a hydraulic design of the spring device, this may be a piston guide of this spring device.
  • the spring unit can, as mentioned, basically be designed arbitrarily.
  • the spring unit comprises a hydraulic spring element, in particular a
  • hydropneumatic or electrohydraulic spring element In active variants of the spring unit this can preferably be supplied by an active hydraulic unit.
  • the hydraulic unit can basically be arranged at any point in the vehicle. Preferably, it is arranged on the chassis. However, it is also understood that the hydraulic unit can also be integrated in the suspension device.
  • the spring unit may comprise a passive emergency spring element in certain variants of the invention.
  • the emergency spring element is kinematically arranged in series with another, in particular active, spring element of the spring unit, so that a particularly simple and compact design is achieved.
  • the emergency spring element can basically be designed in any suitable manner. In particularly simple and robust designs, the emergency spring element comprises at least one rubber spring.
  • Contact element comprise a passive emergency spring element.
  • this emergency spring element may in turn comprise at least one rubber spring.
  • the spring unit is designed as an active, actuated by a control device spring unit, wherein the control device is then designed in particular to the spring unit for modifying a
  • control device may also be designed to control the spring unit for level control of the spring unit and thus also of the car body.
  • the spring unit may comprise at least one passive damper device and / or at least one active damper device, whereby the degree of functional integration and thus the space savings can be further promoted.
  • a damper device can be easily via one or more passive and / or active
  • control device can then is adapted to the active damper device for modifying a
  • the spring unit may for example comprise a measuring device of the detection device, in particular for
  • Height measurement (thus, therefore, to measure the height level of the car body) and / or pressure measurement on the spring unit can serve.
  • Detection means connected control means may be provided which processes the signals of the detection means and the spring unit in response to the signals of the detection means. This can be a leveling and / or a
  • Roll compensation, and / or an active suspension and / or active damping can be realized as well as an active increase in the derailment safety, in particular an active increase in derailment safety by applying a pitching moment, which counteracts a wheel relief.
  • a rolling support device is provided which
  • Wank onlyinides is arranged kinematically parallel to the spring unit and counteracts in a conventional and well-known manner rolling movements of the car body to a vehicle longitudinal direction parallel to the roll axis.
  • the anti-roll device may comprise two pendulum elements, which
  • the transverse spring characteristic can then be matched to the position of the instantaneous pole via the design of the contact point curve, in order to achieve a specific rolling behavior (in particular a specific course of the tilting or roll angle) of the carbody at one
  • Actuator provided, which is adapted to be driven by a
  • Control device to generate a transverse deflection of the car body with respect to the chassis in a vehicle transverse direction can then be matched to the design and performance of the actuator via the design of the contact point curve.
  • the resistance to a transverse deflection of the car body can be adjusted so that a comparatively small actuator device is sufficient to a desired transverse deflection
  • the present invention can be used in conjunction with any vehicles for any purpose.
  • the vehicle is for one
  • the present invention further relates to a spring device for a vehicle, in particular a rail vehicle, which the above in connection with the
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a preferred embodiment of the vehicle according to the invention in neutral position with a preferred embodiment of the spring device according to the invention; a schematic sectional view of a part of the vehicle of Figure 1 in the region of the spring means; a further schematic sectional view of a part of the vehicle of Figure 1 in the region of the spring means (in the sectional plane of Figure 2 and along line III-III of Figure 4); a schematic sectional view taken along line IV-IV of Figure 3; a schematic representation of the course of the contact surfaces, the contact point curve and the Querauslenkungswiderstands the spring device of Figure 1;
  • Figure 6 is a schematic sectional view of another preferred embodiment of the vehicle according to the invention in neutral position with a further preferred embodiment of the spring device according to the invention;
  • Figure 7 is a schematic representation of the course of the contact surfaces, the
  • Figure 8 is a schematic representation of the course of the contact surfaces
  • a first preferred exemplary embodiment of the vehicle according to the invention in the form of a rail vehicle 101 will be described below with reference to FIGS. 1 to 5.
  • the vehicle 101 is designed for high-speed traffic with a nominal operating speed above 250 km / h, in particular above 350 km / h.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of the vehicle 101 in a sectional plane perpendicular to the vehicle's longitudinal axis.
  • the vehicle 101 comprises a body 102, which in the region of its first end on a chassis unit in the form of a
  • Bogie 104 is supported and is supported in the region of its second end on another chassis in the form of another bogie.
  • the bogie 104 and the further bogie are designed identically, so that only the features of the bogie 104 will be discussed below. It should be understood, however, that the present invention may be used in conjunction with other configurations that utilize other chassis designs, or that the body is supported on a different number of chassis, for example, a single chassis. Furthermore, two car bodies can be supported on a chassis unit, as this
  • Jacob bogies is the case.
  • a coordinate system x (predetermined by the wheel contact level of the bogie 104) is shown in the figures . , y, z, in which the x-coordinate is the longitudinal direction of the rail vehicle 101, the y-coordinate is the transverse direction of the rail vehicle 101 and the z-coordinate is the
  • Height direction of the rail vehicle 101 denote.
  • the bogie 104 conventionally comprises two wheel units in the form of wheelsets 04, on each of which a primary suspension 103.1 Bogie frame 104.2 is supported.
  • the car body 102 is in turn supported by the secondary suspension 103.2 on the bogie frame 104.2.
  • the primary suspension 103. 1 is simplified in FIG. 1 by coil springs. It will be understood, however, that primary spring 103.1 may be any suitable one
  • the vehicle 101 further comprises in the region of the bogie 104 a
  • Roll compensation device 105 acts kinematically parallel to the secondary suspension 103.2 between the swivel frame 104.2 and the car body 102 in the manner described in more detail below.
  • the roll compensation device 105 comprises a sufficiently well-known roll support 106, which is connected on the one hand to the bogie frame 104.2 and on the other hand to the wagon body 102.
  • the roll support 106 comprises a torsion arm in the form of a first lever 106.1 and a second torsion arm in the form of a second lever 106.2.
  • the two levers 106.1 and 106.2 sit on both sides of the longitudinal center plane (xz-plane) of the vehicle 101 in each case rotationally fixed on the ends of a torsion shaft 106.3 of the roll support 106.
  • the torsion 106.3 extends into
  • Transverse direction (y-direction) of the vehicle and is rotatably mounted in bearing blocks 106.4, which in turn are fixedly connected to the bogie frame 104.2.
  • a first link 106.5 is articulated, while at the free end of the second lever 106.2, a second link 106.6 is articulated.
  • the roll support 106 is pivotally connected to the car body 102.
  • the two arms 106.5, 106.6 extend in the drawing plane of Figure 1 (yz plane) in the present example so inclined to the vertical axis (z-axis) of the vehicle 101 that their upper (articulated to the car body 102) ends are offset towards the vehicle center and their longitudinal axes intersect at a point MP in the drawing plane of Figure 1 (yz plane) in the present example so inclined to the vertical axis (z-axis) of the vehicle 101 that their upper (articulated to the car body 102) ends are offset towards the vehicle center and their longitudinal axes intersect at a point MP in the
  • 106.6 forms the instantaneous pole of a roll movement of the car body 102 about this roll axis.
  • the roll support 106 allows a well-known on both sides of the vehicle synchronous compression of the secondary suspension 103.2, while preventing a pure rolling motion about the roll axis or the instantaneous pole MP. Furthermore, due to the inclination of the handlebars 106.5, 106.6 by the roll support 106 a
  • the centrifugal force F acting on the bogie frame 104.2 in the center of gravity SP of the vehicle body 102 causes a bowing movement that results from a greater compression of the primary suspension 103.1 on the outside of the bow.
  • the described design of the roll support 106 causes at a curved travel of the vehicle 101 in the region of the secondary suspension 103.2 a compensation movement, which counteracts the rolling movement of the car body 102 to the outside, as indicated in Figure 1 by the dashed contour 102.1.
  • centrifugal force F causes or supports.
  • the instantaneous pole MP is placed close to the center of gravity SP, possibly even coincides with this.
  • the centrifugal force F provides only a small contribution or even no contribution to the deflection of the
  • Roll compensation device 105 are applied, between the
  • Bogie frame 104.2 and the car body 102 acts.
  • the pitch comfort for the passengers of the vehicle 101 is increased because the passengers (in their frame system set by the car body 102) actually form part of the ground reference frame (x, y, z) acting lateral acceleration a p or centrifugal force F p only as an increased acceleration component a zp or Force effect F zp perceive in the direction of the bottom of the car body 102, which is generally perceived as less disturbing or unpleasant.
  • Transverse acceleration component a yp or centrifugal force component F yp is thus reduced in an advantageous manner.
  • the maximum permissible values for the lateral acceleration a yp max acting in the reference system (x p , y p , z p ) of the passengers are generally specified by the operators of the vehicle 101. Evidence of this is provided by national and international standards (such as EN 12299).
  • Deflection in the vehicle transverse direction represents an important factor for the roll behavior of the car body.
  • the actuator 107 for a desired adjustment of the roll angle of the car body around the instantaneous pole MP must apply the higher the higher the resistance to this transverse deflection ,
  • the secondary suspension is usually one
  • the secondary suspension 103.2 comprises two identically designed
  • Car body 102 and the bogie 104 defined about the vehicle vertical axis.
  • each spring device 108 comprises a first contact element 109 with a first contact surface 109.1, a second contact element 110 with a second contact surface 110.1 and a spring unit 11, which is kinematically connected in series between the vehicle body 102 and the chassis unit 104 are arranged.
  • FIG. 2 shows a section through a plane of symmetry of the spring device 108.
  • the spring unit 1 1 1 sits with one end on the bogie frame 104.2, while the other end supports a substantially U-shaped support 1 12.
  • the carrier 1 12 sits reversed on the spring unit 1 1 1, so that there is a nested arrangement in which a part of the spring unit 1 1 1 between the two legs 1 2.1 of the carrier 1 12 extends and is connected to its base 1 12.2.
  • the first contact element 109 is articulated via a respective pivot joint 1 13.
  • the common pivot axis 1 13.1 of the two pivot joints 1 13 extends in the
  • the first contact element 109 is also designed substantially U-shaped, wherein in each case a pivot joint 1 13 engages the free end of the respective leg 109.2 of the first contact element 109.
  • the first contact element 109 and the carrier 1 12 are also arranged nested, wherein the first contact element 09, the carrier 108.4 in its interior (via the pivot area provided in normal operation) freely about the pivot axis 1 13.1 pivotally receives, so that overall results in a particularly compact design ,
  • the first contact element 109 In the region of its base 109.3, the first contact element 109 (on the side facing away from the carrier 1 12), the first contact surface 109.1, via which the first contact element 109, a second contact surface 1 10.1 of the second contact element 1 10 in at least one contact point 1 14.1 a contact point curve 1 14 contacted.
  • both the first contact surface 109.1 and the second contact surface 1 are 10.1 as at most simply curved surfaces with parallel
  • the first contact surface is as in
  • a certain surface contact results. It is understood, however, that in other variants of the invention, at least one of the two contact surfaces may be formed as a multi-curved surface. In this way, for example, a pitching mobility can be introduced into the secondary suspension 103.2, which pitching movements (about a pitch axis parallel to the vehicle transverse direction)
  • pitch mobility optionally also elsewhere in the secondary suspension 103.2 (for example in the area of the bearing 1 13 and / or the connection of the second contact element 1 10 on the car body 102 and / or the connection of the spring unit 1 1 1 am Bogie frame 104.2) can be realized.
  • the pitch mobility can also be realized via a corresponding elasticity of at least one of the contact elements (for example in the area of the contact surface).
  • the second contact element 1 10 is attached to the underside of the car body 102, so that the kinematic chain or the power flow in supporting the car body 102 of the car body 102 via the second contact element 1 10, then the first contact element, then the carrier 112 and finally the Spring unit 1 1 1 runs in the bogie frame 104.2.
  • Order of components between the car body 102 and the bogie 104 may be provided.
  • the spring unit 1 1 1 between the car body 102 and the second contact element 1 10 may be arranged, in which case the carrier 1 12, for example, on the emergency spring 1 1 1 .1 sits.
  • first contact surface 109.1 and the second contact surface 1 10.1 are provided with a toothing 16 (not shown in FIG. 2 for reasons of clarity) in order to avoid slipping in the vehicle transverse direction between the first contact element 109 and the second contact element 110 ,
  • the toothing comprises a first groove 16.1 extending parallel to the pivoting plane of the first contact element 109 and into which a first projection 16.2 of the second contact element 109 engages.
  • first groove 1 16.1 is centrally (in the vehicle transverse direction), a radial second projection
  • first contact element 109 1 16.3 of the first contact element 109 is formed.
  • the second projection 1 16.3 engages in an axial (in the vehicle transverse direction) axial second groove 16.4 in the first projection 1 16.2, wherein in the present example a slight play (in the
  • Vehicle transverse direction is present, so that the second projection 1 16.3, the first projection 116.2 in a state with standing in a straight flat track vehicle 101 ideally initially does not touch. Accordingly, the first contact surface 109.1 and the second contact surface 1 10.1 can also roll unimpeded to one another in this respect.
  • Boundary wall of the second groove 1 16.4 engaged and prevented by the resulting in the vehicle transverse direction positive locking such slip.
  • the second projection 1 16.3 is provided in the pivoting plane for this purpose with a correspondingly curved surface contour, while the
  • Boundary walls of the second groove 1 16.4 designed as a simple flat walls.
  • 1 16.4 are preferably matched to one another in such a way that the positive locking in the vehicle transverse direction serving for preventing slippage is achieved in each swivel position, while in the vehicle height direction preferably no such positive connection is formed, so that the first projection 1 16.2 and the second projection 1 16.3 are not substantially involved in the transmission of the supporting force in the vehicle height direction.
  • the design of the second projection 1 16.3 and the associated boundary walls of the second groove 1 16.4 continue such that the second projection 1 16.3 to be expected over the entire during operation of the vehicle
  • Vehicle transverse direction spaced slip prevention pairings from a respective second projection 1 16.3 and an associated second groove 1 16.4 can be provided. These slip prevention pairings are at least arranged so that at any time or in any operating condition of the vehicle at least one of
  • Slip prevention pairings takes over the function of slip prevention.
  • the two contact surfaces can also be provided, in the case of which a slip of this kind can be prevented in the transverse direction of the vehicle by means of an otherwise positive fit.
  • the two contact surfaces can be substantially completely provided with a corresponding toothing.
  • Vehicle transverse direction between the two contact surfaces may also be missing, so therefore can be given in the vehicle transverse direction pure frictional engagement between the two contact surfaces.
  • the spring unit 1 1 1 comprises a hydraulic part and a mechanical part.
  • the hydraulic part comprises a hydropneumatic spring 1 15, while the mechanical part comprises an emergency spring 1 1 1.1.
  • the emergency spring 1 1 1.1 is in the power flow between the
  • the emergency spring 1 1 1 .1 is in the present example in a conventional manner as
  • Rubber layer spring formed This has particular advantages in terms of damping of structure-borne noise. However, it is understood that in principle any other types of springs can be used for the emergency spring.
  • the hydropneumatic spring 15 comprises a hydraulic power transmission part 1 15.1 connected in the power flow between the emergency spring 1 1 1 .1 and the bogie frame 104. 2 and a hydraulically coupled hydropneumatic spring part 1 15. 2 which provides the actual spring action of the hydropneumatic spring 115.
  • the power transmission part 1 15.1 comprises a piston-cylinder arrangement with a cylinder 1 15.3, which is connected to the base 1 12.2 of the carrier 1 12.
  • a cylinder 1 15.3 is sealingly on the emergency spring 1 1 1 .1 supported piston 115.4, so that the cylinder 1 15.3 and the piston 1 15.4 define a first working space 1 15.5.
  • a reverse arrangement may be provided, in which the piston is connected to the base of the carrier 1 12 and the cylinder is supported on the emergency spring 1 1 1 .1.
  • the spatial arrangement of cylinder 1 15.3 and piston 1 15.4 is selected so that the power transmission and thus the main direction of action of the spring unit 108 is parallel to the vehicle height direction. It is understood, however, that in other variants of the invention, a different orientation of the main direction of action of the spring unit can be provided.
  • the working space 1 15.5 is filled with a hydraulic medium and connected via a hydraulic line 1 15.6 with the hydropneumatic spring part 1 15.2, which is arranged on the bogie frame 104 in the present example. It goes without saying, however, that the hydropneumatic spring part 1 15.2 can in principle also be arranged at any other point in the vehicle 101 thanks to the simple coupling via the hydraulic line 1 15.6.
  • the hydropneumatic spring part 1 15.2 comprises in a conventional manner a hydraulic second working space into which the hydraulic line 1 15.6 opens.
  • the second working space is connected via at least one sealed movable force-transmitting element with a pneumatic third working space in operative connection, which receives a closed acting as a gas spring gas volume.
  • the compressibility of the gas thus provides the actual spring action in the present example.
  • any other springs can be used, in particular purely mechanical springs, active or passive electromechanical springs, magnetic springs or the like can be used.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of the profile of the contact surfaces 109.1 and 110.1 resulting in the sectional plane of FIG. It should be noted at this point that the contact surfaces 109.1 and 10.1 in Figure 5 for the sake of
  • the first contact surface 109.1 has a cylindrical shape
  • the second contact surface 110.1 has a shape (prismatic in the vehicle longitudinal direction) with curvatures which vary in sections in FIG
  • a transition into a convex configuration takes place, which then prevails in an outer area 1 17.3.
  • Rolling device 105 predetermined compensating movement about the instantaneous pole MP, so the car body 102 is deflected, inter alia, in the vehicle transverse direction (y-direction) with respect to the bogie 104.
  • the design of the two contact surfaces 109.1, 1 10.1 requires that the center of gravity SP of the car body 102 via the second contact element 1 10 by an amount dz is moved, more precisely, is lifted upwards (thus therefore the contact point 1 14.1 on the contact point curve 1 14 wanders).
  • FIG. 5 furthermore shows a schematic representation of the profile of the deflection of the center of gravity SP of the car body 102 in the vehicle height direction, which results in the sectional plane of FIG. H. the function dz (y), depending on the
  • FIG. 5 shows the profile of the transverse deflection resistance Wy
  • Spring device 08 as a function of the transverse deflection y.
  • Car body 102 continues to be easy. so that a section-wise degressive, then almost linear but only slight increase of the transverse deflection resistance Wy results.
  • the transverse deflection resistance Wy depends on the deflection dz of the car body 102 and the inclination of the contact force K to the vehicle height direction. The larger these are, the greater is the transverse deflection resistance Wy.
  • Nominal operating speed of the vehicle 101 is adjusted.
  • the adaptation of the transverse spring characteristic to a desired course can be achieved with an (arbitrarily) predetermined spring characteristic of the spring device 108 in FIG.
  • Vehicle height direction take place.
  • High-speed traffic is the contact point curve 1 14 formed on the one hand in the adjacent to the neutral position transverse deflection center region 1 17.1 so that there is a progressive characteristic of the Querlenkungswiderstands Wy. This is chosen so that the spring unit 108 alone by acting on the car body weight force 102 a Querauslenkungswiderstand Wy and thus one in the
  • Vehicle transverse direction acting restoring force on the car body 102 exerts.
  • the restoring force on the car body 102 is dimensioned so large that it is sufficient even at a maximum during operation of the vehicle track cant to reset the car body at least in the vicinity of the neutral position, preferably substantially in the neutral position.
  • the hereby achieved self-centering effect of the secondary suspension 103.2 is advantageous insofar as hereby in case of failure of the actuator 107 in the event that the vehicle comes to a point of the traveled route with such a maximum track overshoot stops, ensures that the limiting profile of the route not hurt.
  • the actuator 107 must apply ever less additional force in order to achieve a desired roll angle of the vehicle body 102 to adjust.
  • the actuator 07 used can then be made smaller and lighter. This is particularly advantageous for cases in which the instantaneous pole MP is close to the center of gravity SP, so that the centrifugal force can not make a significant contribution to the setting of the roll angle.
  • Such configurations with low and thus close to the center of gravity SP instantaneous pole MP may be particularly desirable when comparatively large roll angle (for example, up to 8 ° to 10 °) to be set without violating the boundary profile of the track by large transverse deflections.
  • the spring unit 1 1 1 1 can basically be designed as a simple passive unit. In particularly advantageous variants of the invention with a high degree of functional integration, the spring unit 1 1 1 is actively designed insofar as a control device 122 is provided which, optionally in response to the signals of a corresponding sensor
  • Throttle device for adjusting the damping
  • the supply device 124 on the one hand be designed so that it modifies the pressure in the gas spring and thus their characteristics. This can be done for example via an immediate adjustment of the pressure in the gas spring. Additionally or alternatively, the supply device 124, the filling of the hydraulic part of the
  • hydropneumatic spring part 1 15.2 vary with the hydraulic medium. This makes it possible, inter alia, to raise or lower the car body 102 or to keep it independent of loading at a certain level.
  • the second contact element 1 10 could be mounted correspondingly displaceable in the longitudinal direction of the car body. This is also possible without any problems. Additionally or alternatively, this compensation in the longitudinal direction of the car body but possibly also via an elastic shear deformation of at least one of the contact elements 109, 1 0 done.
  • Vehicle longitudinal direction on both sides contact directly via sliding elements 126 and so realize the longitudinal entrainment of the car body 102.
  • the first contact surface 109.1 and the second contact surface 110.1 are made of a plastic.
  • This is preferably an elastomer, such as polyurethane. This is one with regard to wear and the
  • Damping of structure-borne noise in the spring device 108 achieved particularly favorable design.
  • a separate emergency spring 1 1.1 is provided, on which the power transmission part 1 5.1 of the spring unit 1 1 1 sits.
  • the emergency spring can be arranged in other variants of the invention also elsewhere.
  • the emergency spring for example, between the second contact element 1 10 and the car body 102 may be arranged.
  • the emergency spring in the spring unit 1 1 1.
  • a correspondingly elastic part of the carrier 1 12 and / or the bearing 1 13 and / or the first contact element 109 form at least a part of such emergency spring.
  • vehicle 201 corresponds in its basic design and operation of the vehicle 101 of Figure 1 to 5, so that only the differences should be discussed here.
  • the vehicle 201 is a regional vehicle or subway vehicle, which is a nominal operating speed in the low or medium speed range between 60 km / h and 160 km / h. This is reflected in the design of the roll support 206 and the design of the second contact element 210.
  • FIG. 7 shows a schematic representation of the profile of the contact surfaces 209.1 and 210.1 resulting in the sectional plane of FIG. It should be noted at this point that the contact surfaces 209.1 and 210.1 in Figure 7 are again shown for reasons of clarity with a greater curvature than in reality.
  • the first contact surface 209.1 has a cylindrical shape
  • the second contact surface 210.1 has a (in FIG. 7
  • Vehicle longitudinal direction prismatic has shape with sections of alternating curvature in the sectional plane shown.
  • a point 217.2 is a
  • Transverse deflection resistance Wy In a further transverse deflection of the car body 202, the deflection dz of the car body 102 increases continuously, with a sectionwise progressive, then linear or further progressive increase in the
  • Transverse deflection resistance Wy results, as it would be achieved in a conventional transverse buffer.
  • dash-dotted lines 227 in other variants of the invention it can be provided that the two spring devices in the vehicle transverse direction, in particular substantially equidistant, on both sides of a pivot point of the car body 102 with respect to the chassis 104 the
  • Vehicle height direction in particular on both sides of a (not shown)
  • Pivot are arranged.
  • the two spring devices 227 can absorb a rolling moment about a rolling axis running in the vehicle longitudinal direction.
  • the spring devices are then preferably not directly supported on the underside of the car body 102, but on a crossbar 228, on which is supported by sliding elements 229 of the car body 102. This can be ensured in a simple manner that a boring movement between
  • Car body 102 and chassis 104 can be easily taken over a sliding movement in the area of the sliding elements 229, so that the spring devices for this purpose do not have to provide any significant contribution and simplifies their design so far.
  • an arrangement of more than two spring means, in particular three spring means may be provided, which can accommodate in particular (for example by not lying on a line arrangement of the spring devices) both pitching moments and rolling moments ,
  • FIG. 8 shows, for a further exemplary embodiment of the vehicle 301 according to the invention, a schematic representation of the profile of the contact surfaces 109.1 and 310.1 which results in a sectional plane similar to FIG.
  • the vehicle 301 corresponds in its basic design and operation of the vehicle 101 of Figure 1 to 5, so that only the differences should be discussed here.
  • identical components are provided with the identical reference numerals, while similar components are provided with reference numerals increased by the value 200.
  • the vehicle 301 differs from the vehicle 101 only in the design of the second contact surface 310.1. It should be noted at this point that the
  • the second contact surface 310. 1 has a (in FIG. 8
  • the deflection dz of the car body 102 increases again, again resulting in an initially progressive, then linear or further progressive increase in the transverse deflection resistance Wy.
  • transverse spring characteristic described in connection with the first embodiment can be supplemented with the self-centering in the transverse center region to an outer movement limit, as in conventional vehicles
  • Transverse deflection resistance Wy results, as indicated in Figure 8 by the dash-dotted contour 319. In other words, it may even be possible to achieve a drop in the transverse deflection resistance Wy in sections.
  • Spring devices such as electromechanical, electromagnetic or electro-hydraulic elements with a correspondingly high control bandwidth, is provided.
  • the present invention has been described above by way of example only, in which the hydropneumatic spring means are used in isolation from each other. It is understood, however, that in other variants of the invention, an optionally actively controllable coupling between the spring devices may be provided to avoid, for example, roll and / or pitch stiffness or adapt to certain requirements or driving situations.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbesondere ein Schienenfahrzeug, mit einem Wagenkasten (102) und einer Fahrwerkseinheit (104), wobei der Wagenkasten (102) über wenigstens eine Federeinrichtung (108) in einer Fahrzeughöhenrichtung auf der Fahrwerkseinheit (104) abgestützt ist. Die Federeinrichtung (108) umfasst ein erstes Kontaktelement (109), ein zweites Kontaktelement (110) und wenigstens eine Federeinheit (111), wobei das erste Kontaktelement (109), das zweite Kontaktelement (110) und die wenigstens eine Federeinheit (111) kinematisch in Serie zwischen dem Wagenkasten (102) und der Fahrwerkseinheit (104) angeordnet sind. Das erste Kontaktelement (109) ist derart angeordnet, insbesondere um eine Schwenkachse (113.1) schwenkbar gelagert, und dem zweiten Kontaktelement (110) derart zugeordnet, dass das erste Kontaktelement (109) bei einer Auslenkung des Wagenkastens (102) in einer Fahrzeugquerrichtung, insbesondere unter einer Schwenkbewegung um die Schwenkachse (113.1), das zweite Kontaktelement (110) an unterschiedlichen Kontaktpunkten (114.1) wenigstens einer Kontaktpunktkurve (114) kontaktiert.

Description

Fahrzeug mit einer Federeinrichtung mit vorgebbarer Querfedercharakteristik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbesondere ein Schienenfahrzeug, mit einem Wagenkasten und einer Fahrwerkseinheit, wobei der Wagenkasten über wenigstens eine Federeinrichtung in einer Fahrzeughöhenrichtung auf der Fahrwerkseinheit abgestützt ist. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine entsprechende Federeinrichtung eines solchen erfindungsgemäßen Fahrzeugs.
Bei Schienenfahrzeugen (aber auch bei anderen Fahrzeugen) ist der Wagenkasten in der Regel gegenüber den Radeinheiten (beispielsweise Radpaaren oder Radsätzen), über eine oder mehrere Federeinrichtungen in einer Fahrzeughöhenrichtung federnd gelagert.
Querbeschleunigungen, welche beispielsweise bei Bogenfahrt in einer Fahrzeugquerrichtung (also quer zur Fahrtrichtung bzw. quer zu einer Fahrzeuglängsachse) wirken, bedingen bei solchen Fahrzeugen in der Regel eine Querauslenkung des Wagenkastens bezüglich der Radeinheiten, welche von den Federeinrichtungen aufgenommen werden müssen.
Hierbei besteht häufig das Problem, dass sich je nach Gestaltung der verwendeten
Federeinrichtungen eine gewünschte Querfedercharakteristik (also ein gewünschter Verlauf des Widerstands der Federeinrichtung gegen die Querauslenkung des Wagenkastens) nur mit vergleichweise aufwändigen Mitteln realisieren lässt. Die Querfedercharakteristik ist dabei sowohl im Hinblick auf den Fahrkomfort für die Passagiere aber auch im Hinblick auf die Fahrsicherheit des Fahrzeugs, beispielsweise dessen Entgleisungssicherheit, von
Bedeutung.
Bei herkömmlichen Federsystemen, insbesondere bei herkömmlichen Federsystemen mit Luftfedern und/oder Stahlfedern, ist das maßgebliche Kriterium für die Auslegung der Federcharakteristik jedoch naturgemäß zunächst die Stützfunktion in der
Fahrzeughöhenrichtung. Dieser Fokus auf die Abstützung des Wagenkastens in der
Fahrzeughöhenrichtung lässt in der Regel jedoch wenig Spielraum für eine einfache
Anpassung der Querfedercharakteristik (also der Federcharakteristik der Abstützung in der Fahrzeugquerrichtung).
Bei solchen konventionellen Gestaltungen sind daher typischerweise eine oder mehrere in Fahrzeugquerrichtung wirkende separate Federelemente und/oder Dämpferelemente vorgesehen, um die Querfedercharakteristik der Abstützung des Wagenkastens an einem gewünschten Verlauf anzupassen. Hierdurch erhöht sich aber der ohnehin schon
vergleichsweise hohe Bauraumaufwand für derartige Federungen noch weiter. Dies ist insbesondere bei modernen Schienenfahrzeugen mit der vergleichsweise hohen Anzahl von im Bereich des Fahrwerks anzuordnenden Komponenten von Nachteil.
Insbesondere im Zusammenhang mit so genannten Niederflurfahrzeugen sind beispielsweise aus der EP 1 029 764 A2 und der EP 1 264 750 A1 hydropneumatische bzw.
hydromechanische Federeinrichtungen bekannt, bei denen die Aufnahme der Stützkraft zwischen Wagenkasten und Radeinheit über eine Hydraulikeinheit erfolgt, deren Arbeitsraum über eine Hydraulikleitung mit einem weiteren Arbeitsraum einer hydropneumatischen bzw. hydromechanischen Federeinheit in Verbindung steht, welche die Federwirkung zur
Verfügung stellt.
Bei diesen Gestaltungen sind die Anforderungen an den verfügbaren Bauraum zwar etwas relaxiert, da die Federeinheit dank der Hydraulikleitung an einer von der (die Stützkraft vermittelnden) Hydraulikeinheit (nahezu) beliebig weit entfernten Position angeordnet werden kann, an welcher ausreichend Bauraum zur Verfügung steht. Jedoch ist auch hier wiederum die Querfedercharakteristik nur mit ähnlichem Aufwand wie bei den oben beschriebenen Gestaltungen modifizierbar. Demgemäß müssen auch hier in der Regel ein oder mehrere in Fahrzeugquerrichtung wirkende Federelemente und/oder Dämpferelemente vorgesehen werden, um die Querfedercharakteristik der Abstützung des Wagenkastens an einen gewünschten Verlauf anzupassen. Auch bei diesen Gestaltungen ergeben sich somit die oben bereits beschriebenen Nachteile hinsichtlich Aufwands für deren Gestaltung.
Problematisch gestaltet sich bei solchen Gestaltungen zudem generell die Aufnahme von Querbewegungen bzw. Querkräften durch die Hydraulikeinheit. So kann beispielsweise die Hydraulikeinheit aus der EP 1 264 750 A1 nur sehr begrenzt Querbewegungen bzw.
Querkräfte aufnehmen, während dies in der Hydraulikeinheit der EP 1 029 764 A2 zwar möglich ist. aber durch eine vergleichsweise aufwändige und verschleißanfällige Gestaltung mit einem Rollbalg erkauft wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Fahrzeug bzw. eine Federeinrichtung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, welches bzw. welche die oben genannten Nachteile nicht oder zumindest in geringerem Maße aufweist und insbesondere auf einfache und Platz sparende Weise eine Anpassung der
Querfedercharakteristik an einen gewünschten Verlauf ermöglicht. Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe ausgehend von einem Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1
angegebenen Merkmale. Sie löst diese Aufgabe weiterhin durch eine Federeinrichtung gemäß Anspruch 15.
Der vorliegenden Erfindung liegt die technische Lehre zu Grunde, dass man auf einfache und Platz sparende Weise eine Anpassung der Querfedercharakteristik an einen gewünschten Verlauf ermöglicht, wenn die Federeinrichtung ein erstes Kontaktelement, ein zweites Kontaktelement und wenigstens eine Federeinheit umfasst, die derart kinematisch in Serie zwischen dem Wagenkasten und der Fahrwerkseinheit angeordnet sind, dass das erste Kontaktelement bei einer Auslenkung des Wagenkastens in einer Fahrzeugquerrichtung das zweite Kontaktelement an unterschiedlichen Kontaktpunkten wenigstens einer
Kontaktpunktkurve kontaktiert.
Über das erste und zweite Kontaktelement kann eine Kopplungseinrichtung in der
kinematischen Kette zwischen dem Wagenkasten, der Federeinrichtung und der
Fahrwerkseinheit realisiert werden, welche eine Querbewegung des Wagenkastens relativ zur Fahrwerkseinheit in eine Auslenkung der Federeinheit in ihrer Hauptwirkungsrichtung umsetzt, in der sie zur Abstützung des Wagenkastens in der Fahrzeughöhenrichtung wirkt. Unter der Hauptwirkungsrichtung ist dabei im Sinne der vorliegenden Erfindung die Richtung zu verstehen, in welche die Federeinheit primär ihre Federwirkung erzielen soll. Bei einer herkömmlichen zylindrischen Schraubenfeder ist dies beispielsweise die Richtung der Federachse (also der Mittenachse des Zylinders). Je nach der Gestaltung bzw. Anordnung der Federeinheit kann die Hauptwirkungsrichtung der Federeinheit parallel zu der
Fahrzeughöhenrichtung verlaufen, sie kann aber auch geneigt zur Fahrzeughöhenrichtung verlaufen.
Die Anpassung der Querfedercharakteristik an einen gewünschten Verlauf kann bei einer vorgegebenen Federcharakteristik der Federeinrichtung in der Fahrzeughöhenrichtung bzw. einer vorgegebenen Federcharakteristik der Federeinheit in ihrer Hauptwirkungsrichtung einfach über die durch den Verlauf der Kontaktpunktkurve definierte Bewegungsübersetzung zwischen der Querbewegung des Wagenkastens und der Auslenkung der Federeinheit in der Hauptwirkungsrichtung erfolgen. Mit anderen Worten ist es über die Anpassung der
Kontaktpunktkurve in einfacher Weise möglich, die Querfedercharakteristik einzustellen, ohne Abstriche bei der Optimierung der Federcharakteristik der Federeinrichtung in der Fahrzeughöhenrichtung bzw. der Optimierung der Federcharakteristik der Federeinheit in ihrer Hauptwirkungsrichtung hinnehmen zu müssen. Die über das erste und zweite Kontaktelement realisierte Bewegungsübersetzung kann auf beliebige geeignete Weise realisiert werden, so kann eine gleitende Bewegung zwischen dem ersten und zweiten Kontaktelement entlang der Kontaktpunktkurve vorgesehen sein. Weiterhin können das erste und zweite Kontaktelement zur Bewegungsübersetzung zumindest abschnittsweise rein translatorische Bewegungen ausführen.
Besonders einfach zu realisierende, robuste und langlebige Gestaltungen ergeben sich jedoch, wenn wenigstens eines der beiden Kontaktelemente im Rahmen der
Bewegungsübersetzung zumindest abschnittsweise eine rotatorische Bewegung ausführt. Hierbei kann dann eine Abrollbewegung oder zumindest eine Wälzbewegung zwischen den beiden Kontaktelementen realisiert werden, die nicht zuletzt unter Verschleißgesichtspunkten von Vorteil ist.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung daher ein Fahrzeug, insbesondere ein Schienenfahrzeug, mit einem Wagenkasten und einer Fahrwerkseinheit, wobei der Wagenkasten über wenigstens eine Federeinrichtung in einer
Fahrzeughöhenrichtung auf der Fahrwerkseinheit abgestützt ist. Die die Federeinrichtung umfasst ein erstes Kontaktelement, ein zweites Kontaktelement und wenigstens eine
Federeinheit, wobei das erste Kontaktelement, das zweite Kontaktelement und die wenigstens eine Federeinheit kinematisch in Serie zwischen dem Wagenkasten und der Fahrwerkseinheit angeordnet sind. Das erste Kontaktelement ist derart angeordnet und dem zweiten Kontaktelement derart zugeordnet, dass das erste Kontaktelement bei einer
Auslenkung des Wagenkastens in einer Fahrzeugquerrichtung das zweite Kontaktelement an unterschiedlichen Kontaktpunkten wenigstens einer Kontaktpunktkurve kontaktiert.
Um die oben beschriebene zumindest abschnittsweise eine rotatorische Bewegung eines der Kontaktelemente zu erzielen, ist dabei vorzugsweise vorgesehen, dass das erste
Kontaktelement um eine Schwenkachse schwenkbar gelagert ist und dem zweiten
Kontaktelement derart zugeordnet ist, dass das erste Kontaktelement bei einer
Schwenkbewegung um die Schwenkachse das zweite Kontaktelement an unterschiedlichen Kontaktpunkten der wenigstens einen Kontaktpunktkurve kontaktiert.
Es versteht sich hierbei, dass über die wenigstens eine Kontaktpunktkurve grundsätzlich ein beliebiger Verlauf der Querfederungscharakteristik der Federeinrichtung realisiert werden kann, der an den speziellen Anwendungsfall, beispielsweise den Fahrzeugtyp und/oder die Nennbetriebsgeschwindigkeit des Fahrzeugs angepasst ist. Mit anderen Worten ist es möglich, die Federeinrichtung ohne größeren Aufwand für beliebige Fahrzeuge anzupassen. So kann sie problemlos für ein Fahrzeug im Personennahverkehr mit vergleichsweise geringen Nennbetriebsgeschwindigkeiten (beispielsweise eine Straßenbahn oder eine U- Bahn) ebenso angepasst werden wie für Fahrzeuge im Regionalverkehr, im Intercityverkehr oder im Hochgeschwindigkeitsverkehr, die dann jeweils immer höhere
Nennbetriebsgeschwindigkeiten aufweisen. Besonders gut eignet sich das
erfindungsgemäße System für Fahrzeuge mit Neigetechnik, da die mechanische Komplexität des Neigungs- und Federungssystems hiermit drastisch verringert werden kann.
Dabei können, angepasst an den jeweiligen Anwendungsfall, in Abhängigkeit von dem Grad der Querauslenkung zumindest abschnittsweise konstante und/oder lineare und/oder progressive und/oder degressive Verläufe des Widerstands der Federeinrichtung gegen die Querauslenkung des Wagenkastens eingestellt werden.
Bei bevorzugten Varianten des erfindungsgemäßen Fahrzeugs wird das erste
Kontaktelement bei einer Querauslenkung des Wagenkastens zu der Fahrwerkseinheit in der Fahrzeugquerrichtung ausgehend von einer Neutralstellung um die Schwenkachse verschwenkt, wobei die wenigstens eine Kontaktpunktkurve eine Querfederungscharaktenstik der Federeinrichtung definiert. Die wenigstens eine Kontaktpunktkurve ist dabei bei bestimmten Varianten der Erfindung derart ausgebildet, dass die Federeinrichtung zumindest in einem an die Neutralstellung angrenzenden Querauslenkungsmittenbereich und/oder zumindest in einem von der Neutralstellung beabstandeten äußeren
Querauslenkungsbereich einer fortschreitenden Querauslenkung einen Widerstand gegen die Querauslenkung mit zumindest abschnittsweise progressiver Charakteristik
entgegensetzt.
Hiermit ist es in vorteilhafter Weise möglich. Querauslenkungen an bestimmten, beliebig vorgebbaren Positionen einen zunehmenden Widerstand entgegenzusetzen. Dies kann beispielsweise im Bereich der Neutralstellung (welche eingenommen wird, wenn das Fahrzeug auf gerader ebener Strecke steht) eine passive Selbstzentrierungswirkung zu erzielen, wie nachfolgend noch näher erläutert wird. Ebenso kann dieser zunehmende Widerstand in weiter von der Neutralstellung entfernten Bereichen dazu genutzt werden, die Funktion einer Bewegungsbegrenzung zu realisieren, wie sie bei herkömmlichen Fahrzeugen typischerweise von seitlichen Anschlägen oder Puffern zur Verfügung gestellt wird. Solche zusätzlichen Anschläge oder Puffern können dann vollständig fehlen, wodurch sich die Gestaltung des Fahrzeugs weiter vereinfacht. Zusätzlich oder alternativ kann die wenigstens eine Kontaktpunktkurve derart ausgebildet sein, dass die Federeinheit zumindest in einem an die Neutralstellung angrenzenden
Querauslenkungsmittenbereich eine in der Fahrzeugquerrichtung wirkende Rückstellkraft auf den Wagenkasten ausübt, welche durch die auf den Wagenkasten wirkende Gewichtskraft bedingt ist und welche bis zu einer im Betrieb des Fahrzeug maximal zu erwartenden
Gleisüberhöhung ausreicht, um den Wagenkasten zumindest in die Nähe der Neutralstellung, vorzugsweise im Wesentlichen in die Neutralstellung, zurückzustellen. Diese
Selbstzentrierungswirkung kann über den oben beschriebenen Verlauf der
Kontaktpunktkurve mit progressivem Widerstand gegen die Querauslenkung realisiert werden.
Zusätzlich oder alternativ kann weiterhin vorgesehen sein, dass die wenigstens eine
Kontaktpunktkurve derart ausgebildet ist, dass die Federeinrichtung zumindest in einem von der Neutralstellung beabstandeten äußeren Querauslenkungsbereich einer fortschreitenden Querauslenkung einen Widerstand gegen die Querauslenkung mit zumindest
abschnittsweise degressiver Charakteristik entgegensetzt. Hiermit ist es beispielsweise möglich, die weitere Querauslenkung in bestimmten Bereichen sogar zu unterstützen.
Dies ist insbesondere im Zusammenhang mit so genannten Neigesystemen von Vorteil, welche einen Neigungswinkel bzw. einen Wankwinkel des Wagenkastens um eine zur Fahrzeuglängsrichtung parallele Wankachse einstellen, um von den Passagieren des Fahrzeugs als störend empfundene Querbeschleunigungen (wie sie beispielsweise bei Kurvenfahrt wirkt) zu reduzieren. Insbesondere im Zusammenhang mit aktiven
Neigesystemen, bei denen die Einstellung des Wankwinkels zumindest teilweise über Aktuatoren erfolgt, ist dies von Vorteil, da die Aktuatoren dann weniger Kraft aufbringen müssen und demgemäß kleiner und leichter ausgelegt sein können.
Weiterhin kann die wenigstens eine Kontaktpunktkurve zusätzlich oder alternativ derart ausgebildet sein, dass die Federeinrichtung einer fortschreitenden Querauslenkung zumindest abschnittsweise einen im Wesentlichen konstanten Widerstand entgegensetzt. Auch dies kann in Abhängigkeit von dem jeweiligen Anwendungsfall gewünscht bzw. von Vorteil sein.
Der Verlauf des Widerstands gegen die Querauslenkungen kann grundsätzlich beliebig eingestellt werden. Insbesondere können zumindest abschnittsweise beliebig gekrümmte (ansteigende oder abfallende) Verläufe der Widerstandskurve über die Gestaltung der Kontaktpunktkurve eingestellt werden. Bei bestimmten Varianten der Erfindung kann es von Vorteil sein, einen linearen Verlauf der Widerstandskurve zu realisieren. Vorzugsweise ist bei diesen Varianten daher die wenigstens eine Kontaktpunktkurve derart ausgebildet, dass die Federeinrichtung einer fortschreitenden Querauslenkung zumindest abschnittsweise einen im Wesentlichen linear (ansteigend oder abfallend) verlaufenden Widerstand entgegensetzt.
Die Abfolge der beiden Kontaktelemente und der Federeinheit in der kinematischen Kette zwischen dem Wagenkasten und der Fahrwerkseinheit kann grundsätzlich beliebig gewählt sein. Insbesondere können die verfügbaren Platzverhältnisse hierbei eine entscheidende Rolle spielen. Hierbei kann die Zuordnung der Federeinheit als auch der beiden
Kontaktelemente zum Wagenkasten bzw. zur Fahrwerkseinheit beliebig gewählt sein.
Bei bestimmten Varianten des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ist die wenigstens eine Federeinheit in einer kinematischen Kette seriell zwischen das erste Kontaktelement und den Wagenkasten oder zwischen das erste Kontaktelement und die Fahrwerkseinheit geschaltet, wobei das erste Kontaktelement dann bevorzugt entlang einer Hauptwirkungsrichtung der Federeinheit verschieblich gelagert ist. In Abhängigkeit von der Ausrichtung der Federeinheit kann das erste Kontaktelement hierbei in beliebiger Richtung im Raum verschieblich angeordnet sein. Besonders vorteilhafte, weil einfach zu realisierende Konfigurationen ergeben sich, wenn die Hauptwirkungsrichtung im Wesentlichen parallel zur
Fahrzeughöhenrichtung verläuft. In diesen Fällen ist dann das erste Kontaktelement in der Fahrzeughöhenrichtung verschieblich gelagert.
Bei weiteren Varianten der Erfindung ist die wenigstens eine Federeinheit zusätzlich (d.h. wenn mehrere Federeinheiten vorgesehen sind) oder alternativ in einer kinematischen Kette seriell zwischen das zweite Kontaktelement und den Wagenkasten oder zwischen das zweite Kontaktelement und die Fahrwerkseinheit geschaltet. Auch hier kann das zweite
Kontaktelement in Abhängigkeit von der Ausrichtung der Federeinheit in beliebiger Richtung im Raum verschieblich angeordnet sein. Besonders vorteilhafte, weil einfach zu realisierende Konfigurationen ergeben sich wiederum, wenn die Hauptwirkungsrichtung im Wesentlichen parallel zur Fahrzeughöhenrichtung verläuft. In diesen Fällen ist dann das zweite
Kontaktelement in der Fahrzeughöhenrichtung verschieblich gelagert.
Es kann grundsätzlich ausreichen, eine einzige Federeinrichtung zwischen dem
Wagenkasten und der Fahrwerkseinheit vorzusehen. Bei bevorzugten Varianten der Erfindung sind jedoch mehrere Federeinrichtungen vorgesehen, welche dann gegebenenfalls noch weitere Funktionen übernehmen können. So können voneinander beanstandete Federeinrichtungen insbesondere Momente um bestimmte Drehachsen aufnehmen. Demgemäß ist bei bestimmten Varianten der Erfindung beispielsweise vorgesehen, dass der Wagenkasten über wenigstens eine weitere Federeinrichtung in der Fahrzeughöhenrichtung auf der Fahrwerkseinheit abgestützt ist, die insbesondere im Wesentlichen identisch zu der Federeinrichtung ausgebildet ist. Die beiden Federeinrichtungen sind in einer
Fahrzeuglängsrichtung um einen Längsabstand zueinander versetzt angeordnet, sodass sie gegebenenfalls ein Nickmoment um eine in Fahrzeugquerrichtung verlaufende Nickachse aufnehmen können. Zusätzlich oder alternativ können die beiden Federeinrichtungen, insbesondere im Wesentlichen äquidistant, zu beiden Seiten eines Drehpunktes des
Wagenkastens bezüglich des Fahrwerks um die Fahrzeughöhenrichtung, insbesondere zu beiden Seiten eines Drehzapfens, angeordnet sein, da sich hiermit natürlich eine besonders gleichmäßige Verteilung der Lasten erzielen lässt.
Bei weiteren Varianten der Erfindung ist der Wagenkasten zusätzlich oder alternativ über wenigstens eine weitere Federeinrichtung in der Fahrzeughöhenrichtung auf der
Fahrwerkseinheit abgestützt, die insbesondere im Wesentlichen identisch zu der
Federeinrichtung ausgebildet ist. Die beiden Federeinrichtungen sind dabei in einer
Fahrzeugquerrichtung um einen Querabstand zueinander versetzt angeordnet, wodurch sie ein Wankmoment um eine in Fahrzeuglängsrichtung verlaufende Wankachse aufnehmen können. Auch hier können die beiden Federeinrichtungen zusätzlich oder alternativ, insbesondere im Wesentlichen äquidistant. zu beiden Seiten eines Drehpunktes des
Wagenkastens bezüglich des Fahrwerks um die Fahrzeughöhenrichtung, insbesondere zu beiden Seiten eines Drehzapfens, angeordnet sein, um eine günstige Lastverteilung zu erzielen.
Die beiden Federeinrichtungen können bei bestimmten Varianten der Erfindung auch derart gestaltet sein, dass sie keine Nickmomente um eine solche Nickachse und/oder keine Wankmomente um eine solche Wankachse erzeugen bzw. aufnehmen können. Hierdurch kann vermieden werden, dass sich solche Nickmomente bzw. Wankmomente gegebenenfalls negativ auf die Entgleisungssicherheit des Fahrzeugs auswirken. Dies kann über eine rein passive Kopplung der beiden Federeinrichtungen realisiert werden, bei der beispielsweise eine entsprechend gegenläufige (insbesondere fluidisch kommunizierende) Kopplung der beiden Federeinrichtungen vorliegt. Ebenso ist natürlich auch eine aktive Ansteuerung der beiden Federeinrichtungen möglich, welche derart abgestimmt ist, dass keine solchen Nickmomente bzw. Wankmomente erzeugt bzw. aufgenommen werden.
Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch eine aktive Lösung gewählt sein kann, bei welcher die beiden Federeinrichtungen durch eine Steuereinrichtung aktiv angesteuert werden, um ein bestimmtes vorgebbares Nickmoment und/oder
Wankmoment zu erzeugen. Diese Gestaltung kann aktiv dazu genutzt werden, die
Entgleisungssicherheit der Fahrwerkseinheit zu erhöhen, indem durch das Nickmoment und/oder Wankmoment einer drohenden kritischen Radentlastung an der Fahrwerkseinheit gezielt aktiv entgegengewirkt wird.
Hierzu kann beispielsweise wenigstens eine Größe am Fahrzeug erfasst werden, welche Rückschlüsse auf die aktuelle Entgleisungssicherheit der Fahrwerkseinheit zulässt. In Abhängigkeit vom aktuell erfassten Wert dieser wenigstens einen Größe kann dann die aktuelle Entgleisungssicherheit bewertet werden und gegebenenfalls eine entsprechende Gegenreaktion über die beiden Federeinrichtungen eingeleitet werden. Hierbei kann gegebenenfalls sowohl für die Bewertung der Entlassungssicherheit als auch für die
Ermittlung der Gegenreaktion wenigstens ein zuvor für das Fahrzeug ermitteltes Modell verwendet werden.
Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass die aktive gezielte Aufbringung von Kräften und/oder Momenten auf die Fahrwerkseinheit durch wenigstens eine zwischen die Fahrwerkseinheit und den Wagenkasten geschaltete aktive Einheit zur zumindest teilweisen Kompensation von Radentlastungen an der Fahrwerkseinheit einen eigenständig schutzfähigen
Erfindungsgedanken darstellt, der insbesondere von der vorstehend bzw. nachstehend beschriebenen Gestaltung der Federeinrichtung unabhängig ist, jedoch besonders vorteilhaft in Kombination mit einer solchen Gestaltung realisiert werden kann.
Die Federeinheiten können grundsätzlich als einfache passive Einheiten ausgebildet sein. Bei besonders vorteilhaften Varianten der Erfindung mit hohem Funktionsintegrationsgrad sind die Federeinheiten der beiden Federeinrichtungen als aktive, durch eine
Steuereinrichtung angesteuerte Federeinheiten ausgebildet. Hierbei können in vorteilhafter Weise insbesondere die Federungseigenschaften (insbesondere die Steifigkeit) und/oder die Dämpfungseigenschaften der Federeinheit aktive eingestellt werden.
Mit solchen aktiven Federeinheiten ist es insbesondere möglich, die Funktion von
Wankstützen oder Wankstabilisatoren in den Federeinrichtungen zu integrieren. Die
Steuereinrichtung kann dann dazu ausgebildet sein, die aktiven Federeinheiten zur aktiven Wankstabilisation des Wagenkastens anzusteuern.
Die Federeinheiten können grundsätzlich auf beliebige geeignete Weise gestaltet sein. So können einfache herkömmliche Stahlfedern, Gummifedern oder Luftfedern einzeln oder in beliebiger Kombination zum Einsatz kommen. Besonders vorteilhafte Konfigurationen ergeben sich, wenn die beiden Federeinrichtungen jeweils eine hydraulische Federeinheit (also beispielsweise eine hydropneumatische, eine hydromechanische oder
elektrohydraulische Federeinheit) umfassen, da hiermit besonders Platz sparende bzw.
hinsichtlich der Anordnung der Komponenten flexible Konfigurationen erzielt werden können. Insbesondere lassen sich so genannte luftlose Systeme realisieren, bei denen im Bereich der der Fahrwerkseinheit auf (typischerweise aufwändige bzw. groß und schwer bauende) pneumatische Komponenten verzichtet werden kann. Zudem lässt sich bei einer solchen hydraulischen Gestaltung die Funktion der Momentenabstützung besonders einfach in die Federeinrichtungen integrieren bzw. über entsprechend aktive Komponenten realisieren.
Ausdrehbewegungen zwischen dem Wagenkasten und der Fahrwerkseinheit (um eine in der Fahrzeughöhenrichtung verlaufende Drehachse) können durch die Federeinrichtung grundsätzlich auf beliebige geeignete Weise aufgenommen werden. So kann beispielsweise die Kontaktfläche wenigstens eines der beiden Kontaktelemente so gestaltet sein, dass auch bei einer solchen Ausdrehbewegung der Kontakt zwischen den Kontaktflächen der beiden Kontaktelemente erhalten bleibt.
Hierbei können die beiden Kontaktelemente insbesondere so gestaltet sein, dass auch einer solchen Ausdrehbewegung zwischen dem Wagenkasten und der Fahrwerkseinheit über den Verlauf der Kontaktpunktkurve (analog zu dem oben beschriebenen Widerstand gegen eine Querauslenkung) ein Ausdrehwiderstand mit einem beliebigen Verlauf (über den
Ausdrehwinkel) entgegengesetzt wird. Insbesondere können auch hier zumindest abschnittsweise progressive und/oder degressive und/oder lineare und/oder konstante Verläufe des Ausdrehwiderstands realisiert werden. Hiermit ist es in vorteilhafter Weise insbesondere über eine oder mehrere von der Drehachse der Ausdrehbewegung
beabstandete Federeinrichtungen möglich, die Funktion von herkömmlichen
Schlingerdämpfern, Ausdrehendanschlägen oder dergleichen ebenfalls in der
Federeinrichtung bzw. den Federeinrichtungen zu integrieren.
Bei besonders vorteilhaften Varianten der Erfindung kann im Übrigen vorgesehen sein, dass in Abhängigkeit von den fahrdynamischen Vorgaben für das jeweilige Fahrzeug über eine entsprechende Gestaltung der Kontaktpunktkurve der Widerstand gegen die Querauslenkung in Abhängigkeit von dem Ausdrehwinkel des Wagenkastens bezüglich der Fahrwerkseinheit einen beliebig vorgebbaren Verlauf aufweist. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Verlauf der Querauslenkungswiderstandskurve (also der Verlauf des
Querauslenkungswiderstands über der Querauslenkung) unabhängig von dem Ausdrehwinkel gleich bleibt, sich also beispielsweise bei Kurvenfahrt im Wesentlichen dieselbe Querfedercharakteristik ergibt wie bei Fahrt auf gerader Strecke. Ebenso kann mit der vorliegenden Erfindung natürlich auch in einfacher Weise eine Gestaltung realisiert werden, bei der bei Kurvenfahrt eine nach beliebigen Vorgaben von der Fahrt auf gerader Strecke abweichende Querfedercharakteristik erzielt wird.
Dies ist insbesondere wiederum besonders einfach über eine oder mehrere von der
Drehachse der Ausdrehbewegung beabstandete Federeinrichtungen realisierbar. Dabei ist es im Übrigen auch möglich, eine unterschiedliche Gestaltung der Kontakteinheiten bzw. der Kontaktpunktkurven der Federeinrichtungen vorzusehen. So kann beispielsweise die
Querfedercharakteristik des Federsystems für eine bestimmte Fahrwerkseinheit überwiegend oder sogar ausschließlich von einem Teil der Federeinrichtungen, insbesondere einer einzigen Federeinrichtung, definiert sein, während ein anderer Teil der Federeinrichtungen für diese Fahrwerkseinheit hierzu einen geringeren Beitrag bzw. gegebenenfalls sogar keinen Beitrag liefert. Hiermit ist es insbesondere unter anderem möglich, eine gewünschte
Einstellung des Wagenkastens bezüglich der Fahrwerkseinheit bei Kurvenfahrt zu erzielen.
So ist es Insbesondere ist es bei einer konventionellen Abstützung des Wagenkastens auf zwei Fahrwerkseinheiten im Bereich seiner Enden möglich, den Querauslenkungswiderstand primär durch die (in der Fahrzeuglängsrichtung) näher an der Mitte des Wagenkastens liegende mittenseitige Federeinrichtung aufzubringen, während eine (jenseits der Drehachse der Ausdrehbewegung) näher am zugehörigen Ende des Wagenkastens angeordnete endseitige Federeinrichtung einen deutlich geringeren (gegebenenfalls sogar keinen nennenswerten) Beitrag zum Querauslenkungswiderstand liefert. Dies führt bei Bogenfahrt infolge der Ausdrehbewegung der Fahrwerkseinheit dann zu einer Verschiebung des
Wagenkastens nach bogenaußen.
Dies liegt daran, dass die bezüglich der Drehachse der Ausdrehbewegung nach bogenaußen auswandernde mittenseitige Federeinrichtung eine erhebliche nach bogenaußen gerichtete Kraft in Fahrzeugquerrichtung auf den Wagenkasten ausübt, während die bezüglich der Drehachse der Ausdrehbewegung nach bogeninnen auswandernde endseitige
Federeinrichtung eine deutlich geringere, nach bogeninnen gerichtete Kraft in
Fahrzeugquerrichtung auf den Wagenkasten ausübt.
Ebenso wie steht es sich, dass durch eine umgekehrte Wahl des
Querauslenkungswiderstands gegebenenfalls auch eine Verschiebung des Wagenkastens nach bogeninnen realisiert werden kann. Mit anderen Worten ist über eine solche Gestaltung möglich, in vorteilhafter Weise eine Anpassung des Kurvenfahrtverhaltens des Fahrzeugs an ein bestimmtes vorgegebenes Begrenzungsprofil zu erzielen bzw. die Transportkapazität des Fahrzeugs durch breitere Wagenkästen zu erhöhen, welche dank der eingestellten Querverschiebung bei Bogenfahrt trotzdem noch ein vorgegebenes Begrenzungsprofil einhalten. Insbesondere bei der beschriebenen herkömmlichen endseitigen Abstützung vergleichweise langer Wagenkästen auf zwei Fahrwerken kann dies typischerweise durch die beschriebene Verschiebung nach bogenaußen realisiert werden.
Bei bevorzugten Varianten der Erfindung mit reduzierten reibungsbehafteten
Relativbewegungen zwischen den beiden Kontaktelementen ist vorgesehen, dass das erste Kontaktelement zum zumindest teilweisen Ausgleich von Ausdrehbewegungen zwischen dem Wagenkasten und dem Fahrwerk um die Fahrzeughöhenrichtung schwenkbar gelagert ist. Zusätzlich oder alternativ kann das zweite Kontaktelement zum zumindest teilweisen Ausgleich von Ausdrehbewegungen zwischen dem Wagenkasten und dem Fahrwerk um die Fahrzeughöhenrichtung schwenkbar gelagert sein.
Die Kontaktflächen zwischen dem ersten und zweiten Kontaktelement können grundsätzlich auf beliebige geeignete Weise gestaltet sein, um die wenigstens eine Kontaktpunktkurve zu realisieren. Dabei weist das erste Kontaktelement typischerweise eine erste Kontaktfläche auf, während das zweite Kontaktelement eine zweite Kontaktfläche aufweist, welche die erste Kontaktfläche in dem wenigstens einen Kontaktpunkt kontaktiert. Bei vorteilhaften Varianten der Erfindung sind die die erste Kontaktfläche und die zweite Kontaktfläche derart
ausgebildet und miteinander in Eingriff, dass eine Änderung des wenigstens einen
Kontaktpunkts bei einer Schwenkbewegung des ersten Kontaktelements im Wesentlichen ohne Schlupf zwischen dem ersten Kontaktelement und dem zweiten Kontaktelement in einer Fahrzeugquerrichtung erfolgt. Durch diese Vermeidung von Schlupf in der
Fahrzeugquerrichtung kann in vorteilhafter Weise ein besonders präziser Verlauf der
Querfedercharakteristik über der Querauslenkung realisiert werden.
Die Vermeidung von Schlupf zwischen den beiden Kontaktflächen in der
Fahrzeugquerrichtung kann auf beliebige geeignete Weise erzielt werden. Bei bevorzugten Varianten der Erfindung sind die erste Kontaktfläche und die zweite Kontaktfläche derart ausgebildet, dass sie über zwei in einer Fahrzeugquerrichtung im Wesentlichen
formschlüssig ineinandergreifende, insbesondere nach Art einer Verzahnung ausgebildete, Oberflächen miteinander in Eingriff sind. Hierbei versteht es sich, dass gegebenenfalls nur ein Teil der beiden Kontaktflächen mit einer solchen Verzahnung ausgestattet sein kann, um den Schlupf in der Fahrzeugquerrichtung zu vermeiden, während andere Teile der beiden Kontaktflächen, welche primär die Übertragung der Stützkraft in der Fahrzeughöhenrichtung übernehmen, einander ohne eine solche Verzahnung kontaktieren. Hiermit ist in vorteilhafter Weise eine Anpassung dieser Bereiche an die jeweilige primäre Kraftübertragungsrichtung möglich.
Auch die Material wähl für die beiden Kontaktelemente kann im Bereich der Kontaktflächen an den jeweiligen Anwendungsfall angepasst sein. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die erste Kontaktfläche und/oder die zweite Kontaktfläche aus einem Material ausgebildet ist. das einen Kunststoff, vorzugsweise ein Elastomer, weiter vorzugsweise Polyurethan, umfasst. Hiermit lassen sich im Hinblick auf die Verschleißeigenschaften und insbesondere die Dämpfungseigenschaften (beispielsweise die Dämpfung von Körperschall) besonders günstige Konfigurationen erzielen.
Die Verwendung eines Kunststoffmaterials hat zudem den Vorteil, dass Relativbewegungen der beiden Kontaktelemente parallel zur Fläche der aktuellen Kontaktzone (zwischen den beiden Kontaktflächen) durch eine elastische Schubverformung des Kunststoffmaterials in der Richtung der Relativbewegung aufgenommen werden können, sodass es zu keinem Schlupf zwischen den beiden Kontaktelementen kommt.
Es versteht sich jedoch, dass es bei bestimmten Varianten der Erfindung möglich ist, wenigstens eines der Kontaktelemente aus einem Metall, insbesondere Stahl, oder einem entsprechend harten Kunststoff auszuführen.
Die Längsmitnahme des Wagenkastens (also die Übertragung von in der
Fahrzeuglängsrichtung wirkenden Längskräften zwischen dem Wagenkasten und der Fahrwerkseinheit) kann grundsätzlich auf beliebige geeignete Weise erfolgen. Beispielsweise kann hierzu eine herkömmliche Mitnahme über ein entsprechendes Drehgelenk zwischen dem Wagenkasten und der Fahrwerkseinheit, beispielsweise ein Drehzapfen, vorgesehen sein. Bei bevorzugten Varianten des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ist auch diese Funktion der Längsmitnahme zumindest teilweise in der Federeinrichtung integriert. Hierzu können beispielsweise zur Übertragung von Kräften in einer Fahrzeuglängsrichtung zwischen dem ersten Kontaktelement und dem zweiten Kontaktelement zwei in einer Fahrzeuglängsrichtung zu beiden Seiten des ersten Kontaktelements und des zweiten Kontaktelements angeordnete Anschlagelemente vorgesehen sein. Zusätzlich oder alternativ kann die Federeinheit zur Übertragung von Kräften in einer Fahrzeuglängsrichtung wenigstens eine zur Mitnahme in der Fahrzeuglängsrichtung ausgebildete Führungseinrichtung umfassen. Hierbei kann es sich, insbesondere bei einer hydraulischen Ausführung der Federeinrichtung, um eine Kolbenführung dieser Federeinrichtung handeln.
Die Federeinheit kann, wie erwähnt, grundsätzlich beliebig gestaltet sein. Vorzugsweise umfasst die Federeinheit ein hydraulisches Federelement, insbesondere ein
hydropneumatisches oder ein elektrohydraulisches Federelement. Bei aktiven Varianten der Federeinheit kann dieses bevorzugt durch eine aktive Hydraulikeinheit versorgt werden. Die Hydraulikeinheit kann dabei grundsätzlich an beliebiger Stelle im Fahrzeug angeordnet sein. Bevorzugt wird sie an dem Fahrwerk angeordnet. Ebenso versteht es sich aber, dass die Hydraulikeinheit auch in der Federungseinrichtung integriert sein kann.
Weiterhin kann die Federeinheit bei bestimmten Varianten der Erfindung ein passives Notfederelement umfassen. Auch dieses kann grundsätzlich an beliebiger geeigneter Stelle angeordnet sein. Vorzugsweise ist das Notfederelement kinematisch in Serie mit einem weiteren, insbesondere aktiven, Federelement der Federeinheit angeordnet, sodass eine besonders einfache und kompakte Gestaltung erzielt wird. Auch das Notfederelement kann grundsätzlich auf beliebige geeignete Weise gestaltet sein. Bei besonders einfachen und robusten Gestaltungen umfasst das Notfederelement wenigstens eine Gummifeder.
Zusätzlich oder alternativ kann auch das erste Kontaktelement und/oder das zweite
Kontaktelement ein passives Notfederelement umfassen. Auch dieses Notfederelement kann wiederum wenigstens eine Gummifeder umfassen.
Bei weiteren bevorzugten Varianten der Erfindung ist die Federeinheit als aktive, durch eine Steuereinrichtung angesteuerte Federeinheit ausgebildet, wobei die Steuereinrichtung dann insbesondere dazu ausgebildet ist, die Federeinheit zur Modifikation einer
Federcharakteristik der Federeinheit anzusteuern. Zusätzlich oder alternativ kann die Steuereinrichtung auch dazu ausgebildet sein, die Federeinheit zur Niveauregulierung der Federeinheit und damit auch des Wagenkastens anzusteuern.
Bei weiteren bevorzugten Varianten der Erfindung kann die Federeinheit wenigstens eine passive Dämpfereinrichtung und/oder wenigstens eine aktive Dämpfereinrichtung umfassen, wodurch der Grad der Funktionsintegration und damit die Bauraumersparnis noch weiter vorangetrieben werden kann. Insbesondere bei hydraulischen Federeinheiten lässt sich eine solche Dämpfereinrichtung einfach über ein oder mehrere passive und/oder aktive
Drosselventile oder dergleichen realisieren. Insbesondere kann die Steuereinrichtung dann dazu ausgebildet ist, die aktive Dämpfereinrichtung zur Modifikation einer
Dämpfungscharakteristik der Federeinheit anzusteuern.
Bei weiteren bevorzugten Varianten des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ist eine
Erfassungseinrichtung zur Erfassung wenigstens einer für den Zustand der Fahrwerkseinheit repräsentativen Erfassungsgröße vorgesehen. Hierzu kann die Federeinheit beispielsweise eine Messeinrichtung der Erfassungseinrichtung aufweisen, die insbesondere zur
Höhenmessung (mithin also zur Messung des Höhenniveaus des Wagenkastens) und/oder Druckmessung an der Federeinheit dienen kann. Hierbei kann eine mit der
Erfassungseinrichtung verbundene Steuereinrichtung vorgesehen sein, welche die Signale der Erfassungseinrichtung verarbeitet und die Federeinheit in Abhängigkeit von den Signalen der Erfassungseinrichtung. Hierüber kann eine Niveauregulierung und/oder eine
Wankkompensation, und/oder eine aktive Federung und/oder eine aktive Dämpfung ebenso realisiert werden wie eine aktive Erhöhung der Entgleisungssicherheit, insbesondere eine aktive Erhöhung der Entgleisungssicherheit durch Aufbringen eines Nickmomentes, das einer Radentlastung entgegenwirkt.
Bei weiteren Varianten der Erfindung ist eine Wankstützeinrichtung vorgesehen, die
Wankstützeinrichtung kinematisch parallel zu der Federeinheit angeordnet ist und in herkömmlicher und hinlänglich bekannter Weise Wankbewegungen des Wagenkastens um eine zur Fahrzeuglängsrichtung parallele Wankachse entgegenwirkt. Zusätzlich oder alternativ kann die die Wankstützeinrichtung zwei Pendelelemente umfassen, welche
(beispielsweise durch eine schräg gestellte Anordnung ihrer Längsachsen in deren
Schnittpunkt) einen Momentanpol einer Wankbewegung des Wagenkastens definieren. Die Querfedercharakteristik kann dann über die Gestaltung der Kontaktpunktkurve auf die Lage des Momentanpols abgestimmt sein, um ein bestimmtes Wankverhalten (insbesondere einen bestimmten Verlauf des Neige- bzw. Wankwinkels) des Wagenkastens bei einer
Querauslenkung des Wagenkastens zu erzielen.
Bei weiteren bevorzugten Varianten des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ist eine
Aktuatoreinrichtung vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, angesteuert durch eine
Steuereinrichtung eine Querauslenkung des Wagenkastens bezüglich des Fahrwerks in einer Fahrzeugquerrichtung zu erzeugen. Insbesondere bei solchen Gestaltungen kann die Querfedercharakteristik über die Gestaltung der Kontaktpunktkurve dann auf die Bauart und Leistungsfähigkeit der Aktuatoreinrichtung abgestimmt sein. Mithin kann der Widerstand gegen eine Querauslenkung des Wagenkastens so eingestellt werden, dass eine vergleichsweise kleine Aktuatoreinrichtung ausreicht, um eine gewünschte Querauslenkung
Die vorliegende Erfindung lässt sich in Verbindung mit beliebigen Fahrzeugen für beliebige Einsatzzwecke einsetzen. Vorzugsweise ist das Fahrzeug für einen
Hochgeschwindigkeitsverkehr mit einer Nennbetriebsgeschwindigkeit oberhalb von 250 km/h, insbesondere oberhalb von 350 km/h, ausgebildet.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Federeinrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere ein Schienenfahrzeug, welche die oben im Zusammenhang mit dem
erfindungsgemäßen Fahrzeug beschriebenen Merkmale und Eigenschaften aufweist.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen bzw. der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt. Es zeigen: eine schematische Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugs in Neutralstellung mit einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Federeinrichtung; eine schematische Schnittansicht eines Teils des Fahrzeugs aus Figur 1 im Bereich der Federeinrichtung; eine weitere schematische Schnittansicht eines Teils des Fahrzeugs aus Figur 1 im Bereich der Federeinrichtung (in der Schnittebene aus Figur 2 bzw. entlang Linie III-III aus Figur 4); eine schematische Schnittansicht entlang Linie IV-IV aus Figur 3; eine schematische Darstellung des Verlaufs der Kontaktflächen, der Kontaktpunktkurve sowie des Querauslenkungswiderstands der Federeinrichtung aus Figur 1 ;
Figur 6 eine schematische Schnittansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugs in Neutralstellung mit einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Federeinrichtung; Figur 7 eine schematische Darstellung des Verlaufs der Kontaktflächen, der
Kontaktpunktkurve sowie des Querauslenkungswiderstands der Federeinrichtung aus Figur 6;
Figur 8 eine schematische Darstellung des Verlaufs der Kontaktflächen, der
Kontaktpunktkurve sowie des Querauslenkungswiderstands einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Federeinrichtung.
Erstes Ausführunqsbeispiel
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 5 ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Fahrzeugs in Form eines Schienenfahrzeugs 101 beschrieben. Das Fahrzeug 101 ist für den Hochgeschwindigkeitsverkehr mit einer Nennbetriebsgeschwindigkeit oberhalb von 250 km/h, insbesondere oberhalb von 350 km/h, ausgelegt.
Die Figur 1 zeigt eine schematische Schnittansicht des Fahrzeugs 101 in einer Schnittebene senkrecht zu dessen Fahrzeuglängsachse. Das Fahrzeug 101 umfasst einen Wagenkasten 102, der im Bereich seines ersten Endes auf einer Fahrwerkseinheit in Form eines
Drehgestells 104 abgestützt ist und im Bereich seines zweiten Endes auf einem weiteren Fahrwerk in Form eines weiteren Drehgestells abgestützt ist. Das Drehgestell 104 und das weitere Drehgestell sind identisch gestaltet, sodass im Folgenden nur auf die Merkmale des Drehgestells 104 eingegangen wird. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung auch in Verbindung mit anderen Konfigurationen eingesetzt werden kann, bei denen andere Fahrwerksgestaltungen verwendet werden bzw. der Wagenkasten auf einer anderen Anzahl von Fahrwerken, beispielsweise auch nur einem Fahrwerk, abgestützt ist. Weiterhin können auch zwei Wagenkästen auf einer Fahrwerkseinheit abgestützt werden, wie dies
beispielsweise bei so genannten Jakobsdrehgestellen der Fall ist.
Zum einfacheren Verständnis der nachfolgenden Erläuterungen ist in den Figuren ein (durch die Radaufstandsebene des Drehgestells 104 vorgegebenes) Koordinatensystem x.,y,z angegeben, in dem die x-Koordinate die Längsrichtung des Schienenfahrzeugs 101 , die y- Koordinate die Querrichtung des Schienenfahrzeugs 101 und die z-Koordinate die
Höhenrichtung des Schienenfahrzeugs 101 bezeichnen.
Das Drehgestell 104, umfasst in herkömmlicher Weise zwei Radeinheiten in Form von Radsätzen 04. , auf denen sich jeweils über eine Primärfederung 103.1 ein Drehgestellrahmen 104.2 abstützt. Der Wagenkasten 102 ist wiederum über die Sekundärfederung 103.2 auf dem Drehgestellrahmen 104.2 abgestützt. Die Primärfederung 103.1 ist in Figur 1 vereinfachend durch Schraubenfedern dargestellt. Es versteht sich jedoch, dass es sich bei der Primärfederung 103.1 um eine beliebige geeignete
Federeinrichtung handeln kann.
Das Fahrzeug 101 umfasst weiterhin im Bereich des Drehgestells 104 eine
Wankkompensationseinrichtung 105. Die Wankkompensationseinrichtung 105 wirkt kinematisch parallel zu der Sekundärfederung 103.2 zwischen dem Drehgesteilrahmen 104.2 und dem Wagenkasten 102 in der nachfolgend noch näher beschriebenen Weise.
Wie insbesondere Figur 1 zu entnehmen ist umfasst die Wankkompensationseinrichtung 105 eine hinlänglich bekannte Wankstütze 106, die einerseits mit dem Drehgestellrahmen 104.2 und andererseits mit dem Wagenkasten 102 verbunden ist. Die Wankstütze 106 umfasst einen Torsionsarm in Form eines ersten Hebels 106.1 und einen zweiten Torsionsarm in Form eines zweiten Hebels 106.2. Die beiden Hebel 106.1 und 106.2 sitzen zu beiden Seiten der Längsmittenebene (xz-Ebene) des Fahrzeugs 101 jeweils drehfest auf den Enden einer Torsionswelle 106.3 der Wankstütze 106. Die Torsionswelle 106.3 erstreckt sich in
Querrichtung (y-Richtung) des Fahrzeugs und ist drehbar in Lagerblöcken 106.4 gelagert, die ihrerseits fest mit dem Drehgestellrahmen 104.2 verbunden sind. An dem freien Ende des ersten Hebels 106.1 ist ein erster Lenker 106.5 angelenkt, während an dem freien Ende des zweiten Hebels 106.2 ein zweiter Lenker 106.6 angelenkt ist. Über die beiden Lenker 106.5, 106.6 ist die Wankstütze 106 gelenkig mit dem Wagenkasten 102 verbunden.
In Figur 1 ist der Zustand in der Neutralstellung des Fahrzeugs 101 dargestellt, welche sich bei einer Fahrt in einem geraden und nicht verwundenen Gleis 108 ergibt. In dieser
Neutralstellung verlaufen die beiden Lenker 106.5, 106.6 in der Zeichnungsebene der Figur 1 (yz-Ebene) im vorliegenden Beispiel derart zur Hochachse (z-Achse) des Fahrzeugs 101 geneigt, dass ihre oberen (am Wagenkasten 102 angelenkten) Enden zur Fahrzeugmitte hin versetzt sind und sich ihre Längsachsen in einem Punkt MP schneiden, der in der
Längsmittenebene (xz-Ebene) des Fahrzeugs liegt. Durch die Lenker 106.5, 106.6 ist in hinlänglich bekannter Weise eine (in der Neutralstellung) zur Fahrzeuglängsachse 101.1 parallel verlaufende Wankachse definiert, welche durch den Punkt MP verläuft. Der
Schnittpunkt MP der Längsachsen der Lenker 106.5. 106.6 bildet mit anderen Worten den Momentanpol einer Wankbewegung des Wagenkastens 102 um diese Wankachse. Die Wankstütze 106 erlaubt in hinlänglich bekannter Weise ein auf beiden Seiten des Fahrzeugs synchrones Einfedern der Sekundärfederung 103.2, während sie eine reine Wankbewegung um die Wankachse bzw. den Momentanpol MP verhindert. Weiterhin ist aufgrund der Schrägstellung der Lenker 106.5, 106.6 durch die Wankstütze 106 eine
Kinematik mit einer kombinierten Bewegung aus einer Wankbewegung um die Wankachse bzw. den Momentanpol MP und einer Querbewegung in Richtung der Fahrzeugquerachse (y-Achse) vorgegeben. Hierbei versteht es sich, dass der Schnittpunkt MP und damit die Wankachse aufgrund der durch die Lenker 106.5, 106.6 vorgegebenen Kinematik bei einer Auslenkung des Wagenkastens 102 aus der Neutralstellung in der Regel ebenfalls seitlich auswandert.
Bei Bogenfahrt bewirkt die im Schwerpunkt SP des Wagenkastens 102 (aufgrund der vorherrschenden Beschleunigung in Fahrzeugquerrichtung) angreifende Zentrifugalkraft F am Drehgestellrahmen 104.2 eine Wankbewegung nach bogenaußen, die aus einem stärkeren Einfedern der Primärfederung 103.1 auf der Bogenaußenseite resultiert. Die beschriebene Gestaltung der Wankstütze 106 bewirkt bei einer Bogenfahrt des Fahrzeugs 101 im Bereich der Sekundärfederung 103.2 eine Kompensationsbewegung, welche der Wankbewegung des Wagenkastens 102 nach bogenaußen entgegenwirkt, wie dies in Figur 1 durch die gestrichelte Kontur 102.1 angedeutet ist.
Je nach dem Abstand zwischen dem Schwerpunkt SP und dem Momentanpol MP des Wagenkastens 102 (senkrecht zur Wirkebene der Zentrifugalkraft F) wird diese
Kompensationsbewegung zum Teil durch die Zentrifugalkraft F bewirkt bzw. unterstützt. Je nach Gestaltung des Fahrzeugs, insbesondere der Wankstütze 106, kann aber auch vorgesehen sein, dass der Momentanpol MP nahe an den Schwerpunkt SP gelegt wird, gegebenenfalls sogar mit diesem zusammenfällt. In diesem Fall liefert die Zentrifugalkraft F nur einen geringen Beitrag bzw. sogar keinen Beitrag mehr zur Auslenkung des
Wagenkastens 102. In diesem Fall muss die Kraft für die Kompensationsbewegung teilweise oder gegebenenfalls sogar vollständig durch einen Aktuator 107 der
Wankkompensationseinrichtung 105 aufgebracht werden, der zwischen dem
Drehgestellsrahmen 104.2 und dem Wagenkasten 102 wirkt.
Dank der durch die Kinematik der Wankstütze 106 vorgegebenen Kompensationsbewegung wird unter anderem der Neigungskomfort für die Passagiere des Fahrzeugs 101 erhöht, da die Passagiere (in ihrem durch den Wagenkasten 102 vorgegebenen Bezugssystem) einen Teil der im erdfesten Bezugssystem (x, y, z) tatsächlich wirkenden Querbeschleunigung ap bzw. Zentrifugalkraft Fp lediglich als erhöhte Beschleunigungskomponente azp bzw. Kraftwirkung Fzp in Richtung des Bodens des Wagenkastens 102 wahrnehmen, die in der Regel als weniger störend bzw. unangenehm empfunden wird. Die von den Passagieren in ihrem Bezugssystem (xp, yp, zp) als störend empfundene, in Querrichtung wirkende
Querbeschleunigungskomponente ayp bzw. Zentrifugalkraftkomponente Fyp wird somit in vorteilhafter Weise reduziert.
Die maximal zulässigen Werte für die im Bezugssystem (xp, yp, zp) der Passagiere wirkende Querbeschleunigung ayp max werden in der Regel von den Betreibern des Fahrzeugs 101 vorgegeben. Anhaltspunkte hierfür liefern auch nationale und internationale Normen (wie beispielsweise die EN 12299).
Querfedercharakteristik der Sekundärfederung, also der Verlauf des Widerstands der Sekundärfederung 103.2 gegen die bei der Kompensationsbewegung auftretende
Auslenkung in der Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung), stellt einen wichtigen Faktor für das Wankverhalten des Wagenkastens dar. So muss der Aktuator 107 für eine gewünschte Einstellung des Wankwinkels des Wagenkastens um den Momentanpol MP umso höhere Kräfte aufbringen je größer der Widerstand gegen diese Querauslenkung ist.
Bei herkömmlichen Fahrzeugen gibt die Sekundärfederung in der Regel eine
Querfedercharakteristik vor, die kaum bzw. nur mit vergleichsweise großem Aufwand an ein gewünschtes Wankverhalten anpassbar ist. Die vorliegende Erfindung ermöglicht jedoch durch die nachfolgend beschriebene Gestaltung der Sekundärfederung 103.2 auf einfache und Platz sparende Weise eine Anpassung der Querfedercharakteristik an einen
gewünschten Verlauf und damit letztlich auch an ein gewünschtes Wankverhalten des Wagenkastens 102.
Zu diesem Zweck umfasst die Sekundärfederung 103.2 zwei identisch gestaltete
Federeinrichtungen 108, die in Fahrzeuglängsrichtung fluchtend und in Fahrzeugquerrichtung mittig zu beiden Seiten eines (in Figur 1 nicht dargestellten) Drehgelenks (typischerweise einem Drehzapfen) angeordnet sind, welches Ausdrehbewegungen zwischen dem
Wagenkasten 102 und dem Drehgestell 104 um die Fahrzeughochachse definiert.
Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung (bevorzugt in
Fahrzeugquerrichtung und/oder Fahrzeuglängsrichtung mittig) auch lediglich eine einzige Federeinrichtung 108 vorgesehen ist, welche dann gegebenenfalls auch die Funktion des Drehgelenks integriert, wie nachfolgend noch näher ausgeführt werden wird. Wie insbesondere der Figur 2 zu entnehmen ist, umfasst jede Federeinrichtung 108 ein erstes Kontaktelement 109 mit einer ersten Kontaktfläche 109.1 , ein zweites Kontaktelement 1 10 mit einer zweiten Kontaktfläche 1 10.1 und eine Federeinheit 1 1 1 , die kinematisch in Serie zwischen dem Wagenkasten 102 und der Fahrwerkseinheit 104 angeordnet sind. Die Figur 2 zeigt dabei einen Schnitt durch eine Symmetrieebene der Federeinrichtung 108.
Die Federeinheit 1 1 1 sitzt mit einem Ende auf dem Drehgestellrahmen 104.2, während ihr anderes Ende einen im Wesentlichen U-förmigen Träger 1 12 abstützt. Der Träger 1 12 sitzt umgedreht auf der Federeinheit 1 1 1 , sodass sich eine verschachtelte Anordnung ergibt, bei der sich ein Teil der Federeinheit 1 1 1 zwischen den beiden Schenkeln 1 2.1 des Trägers 1 12 erstreckt und mit seiner Basis 1 12.2 verbunden ist. An den freien Enden der Schenkel 1 12.1 ist das erste Kontaktelement 109 über jeweils ein Schwenkgelenk 1 13 angelenkt. Die gemeinsame Schwenkachse 1 13.1 der beiden Schwenkgelenke 1 13 verläuft in der
Neutralstellung des Wagenkastens 102 (im geraden ebenen Gleis) im Wesentlichen parallel zur Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung).
Das erste Kontaktelement 109 ist ebenfalls im Wesentlichen U-förmig gestaltet, wobei jeweils ein Schwenkgelenk 1 13 an dem freien Ende des jeweiligen Schenkels 109.2 des ersten Kontaktelements 109 angreift. Das erste Kontaktelement 109 und der Träger 1 12 sind ebenfalls verschachtelt angeordnet, wobei das erste Kontaktelement 09 den Träger 108.4 in seinem Inneren (über den im Normalbetrieb vorgesehenen Schwenkbereich) frei um die Schwenkachse 1 13.1 schwenkbar aufnimmt, sodass sich insgesamt eine besonders kompakte Gestaltung ergibt.
Im Bereich seiner Basis 109.3 weist das erste Kontaktelement 109 (auf der dem Träger 1 12 abgewandten Seite) die erste Kontaktfläche 109.1 auf, über welche das erste Kontaktelement 109 eine zweite Kontaktfläche 1 10.1 des zweiten Kontaktelements 1 10 in wenigstens einem Kontaktpunkt 1 14.1 einer Kontaktpunktkurve 1 14 kontaktiert.
Im vorliegenden Beispiel sind sowohl die erste Kontaktfläche 109.1 als auch die zweite Kontaktfläche 1 10.1 als höchstens einfach gekrümmte Flächen mit parallelen
Hauptkrümmungsachsen ausgebildet. Insbesondere die erste Kontaktfläche ist als im
Wesentlichen zylindrische Fläche ausgebildet. Demgemäß ergibt sich theoretisch (bei unendlich steifen Kontaktelementen) ein Linienkontakt entlang einer (in Figur 2 senkrecht zur Schnittebene verlaufenen) Kontaktlinie, auf welcher der Kontaktpunkt 14.1 liegt. Es versteht sich jedoch, dass sich in der Realität, je nach Steifigkeit bzw. Deformation der
Kontaktelemente, ein gewisser flächiger Kontakt ergibt. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung zumindest eine der beiden Kontaktflächen als mehrfach gekrümmte Fläche ausgebildet sein kann. Hierdurch kann beispielsweise eine Nickbeweglichkeit in die Sekundärfederung 103.2 eingeführt werden, welche Nickbewegungen (um eine zur Fahrzeugquerrichtung parallele Nickachse)
ermöglichen. Allerdings versteht es sich, dass eine solche Nickbeweglichkeit gegebenenfalls auch an anderer Stelle in der Sekundärfederung 103.2 (beispielsweise im Bereich der Lager 1 13 und/oder der Anbindung des zweiten Kontaktelements 1 10 am Wagenkasten 102 und/oder der Anbindung der Federeinheit 1 1 1 am Drehgestellrahmen 104.2) realisiert sein kann. Ebenso kann die Nickbeweglichkeit auch über eine entsprechende Elastizität wenigstens eines der Kontaktelemente (beispielsweise im Bereich der Kontaktfläche) realisiert sein.
Das zweite Kontaktelement 1 10 ist an der Unterseite des Wagenkastens 102 befestigt, sodass die kinematische Kette bzw. der Kraftfluss beim Abstützen des Wagenkastens 102 von dem Wagenkasten 102 über das zweite Kontaktelement 1 10, anschließend das erste Kontaktelement, anschließend den Träger 112 und schließlich die Federeinheit 1 1 1 in den Drehgestellrahmen 104.2 verläuft.
Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung eine anderweitige Abfolge der Komponenten vorgesehen sein kann. So kann beispielsweise eine umgekehrte
Reihenfolge der Komponenten zwischen dem Wagenkasten 102 und dem Drehgestell 104 vorgesehen sein. Ebenso kann bei weiteren Varianten die Federeinheit 1 1 1 zwischen dem Wagenkasten 102 und den zweiten Kontaktelement 1 10 angeordnet sein, wobei dann der Träger 1 12 beispielsweise auf der Notfeder 1 1 1 .1 sitzt.
Im vorliegenden Beispiel sind die erste Kontaktfläche 109.1 und die zweite Kontaktfläche 1 10.1 mit einer (in Figur 2 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellten) Verzahnung 1 16 versehen, um Schlupf in der Fahrzeugquerrichtung zwischen dem ersten Kontaktelement 109 und dem zweiten Kontaktelement 1 10 zu vermeiden.
Hierbei kann, wie schematisiert in den Figuren 3 und 4 gezeigt ist, nur ein Teil der beiden Kontaktflächen 109.1 und 1 10.1 mit einer solchen Verzahnung 1 16 ausgestattet sein, um den Schlupf in der Fahrzeugquerrichtung zu vermeiden, während andere Teile der beiden Kontaktflächen 109.1 und 1 10.1 , welche primär die Übertragung der Stützkraft in der
Fahrzeughöhenrichtung übernehmen, einander ohne eine solche Verzahnung kontaktieren. Hiermit ist in vorteilhafter Weise eine Anpassung dieser Teilbereiche der beiden
Kontaktflächen 109.1 und 1 10.1 an die jeweilige primäre Kraftübertragungsrichtung bzw. Funktion (Vermeidung von Schlupf in Fahrzeugquerrichtung bzw. Stützkraftübertragung in Fahrzeughöhenrichtung) möglich.
Wie den Figuren 3 und 4 zu entnehmen ist, umfasst die Verzahnung eine parallel zu der Schwenkebene des ersten Kontaktelements 109 verlaufende erste Nut 1 16.1 , in welche ein erster Vorsprung 1 16.2 des zweiten Kontaktelements 109 eingreift. Der erste Vorsprung
1 16.2 greift mit (axialem) Spiel in Richtung der Schwenkachse 1 13.1 in die erste Nut 1 6.1 ein, sodass die erste Kontaktfläche 109 1 und die zweite Kontaktfläche 1 0.1 insoweit ungehindert aufeinander abrollen können.
In der ersten Nut 1 16.1 ist (in der Fahrzeugquerrichtung) mittig ein radialer zweiter Vorsprung
1 16.3 des ersten Kontaktelements 109 ausgebildet. Der zweite Vorsprung 1 16.3 greift seinerseits in eine (in der Fahrzeugquerrichtung verlaufende) axiale zweite Nut 16.4 in dem ersten Vorsprung 1 16.2 ein, wobei im vorliegenden Beispiel ein leichtes Spiel (in der
Fahrzeugquerrichtung vorliegt, sodass der zweite Vorsprung 1 16.3 den ersten Vorsprung 116.2 in einem Zustand mit im geraden ebenen Gleis stehenden Fahrzeug 101 idealer Weise zunächst nicht berührt. Demgemäß können die erste Kontaktfläche 109.1 und die zweite Kontaktfläche 1 10.1 auch insoweit ungehindert aufeinander abrollen.
Ergeben sich im Betrieb des Fahrzeugs 101 Querkräfte (also Kräfte in
Fahrzeugquerrichtung), bei denen es zu einem Schlupf in der Fahrzeugquerrichtung zwischen der ersten Kontaktfläche 109.1 und der zweiten Kontaktfläche 1 10.1 kommt bzw. kommen könnte, gelangt der zweite Vorsprung 16.3 mit der zugeordneten
Begrenzungswand der zweiten Nut 1 16.4 in Eingriff und verhindert durch den so in der Fahrzeugquerrichtung entstehenden Formschluss derartigen Schlupf.
Die Gestaltung des zweiten Vorsprungs 1 16.3 und der zugeordneten Begrenzungswände der zweiten Nut 1 16.4 sind derart aufeinander abgestimmt, dass die erste Kontaktfläche 109.1 und die zweite Kontaktfläche 1 10.1 ungehindert aufeinander abrollen können, wie dies in Figur 3 durch die gestrichelte Kontur 1 16.5 angedeutet ist.
Im vorliegenden Beispiel ist der zweite Vorsprung 1 16.3 in der Schwenkebene hierzu mit einer entsprechend gekrümmten Oberflächenkontur versehen, während die
Begrenzungswände der zweiten Nut 1 16.4 als einfache ebene Wände gestaltet sind. Die Schnittkonturen des zweiten Vorsprungs 1 16.3 und der Begrenzungswände der zweiten Nut
1 16.4 sind bevorzugt so aufeinander abgestimmt, dass in jeder Schwenkposition der zur Schlupfverhinderung dienende Formschluss in der Fahrzeugquerrichtung erreicht wird, während in der Fahrzeughöhenrichtung bevorzugt kein derartiger Formschluss entsteht, sodass der erste Vorsprung 1 16.2 und der zweite Vorsprung 1 16.3 im Wesentlichen nicht an der Übertragung der Stützkraft in der Fahrzeughöhenrichtung beteiligt sind.
Im vorliegenden Beispiel ist die Gestaltung des zweiten Vorsprungs 1 16.3 und der zugeordneten Begrenzungswände der zweiten Nut 1 16.4 weiterhin derart, dass der zweite Vorsprung 1 16.3 über den gesamten im Betrieb des Fahrzeugs zu erwartenden
Schwenkbereich des ersten Kontaktelements 109 nie so weit aus der zweiten Nut 1 16.4 heraustritt, dass die Funktion der Schlupfverhinderung nicht mehr erfüllt werden könnte, mithin also die Funktion der Schlupfverhinderung jederzeit gewährleistet ist.
Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch mehrere, in
Fahrzeugquerrichtung beabstandete Schlupfverhinderungspaarungen aus jeweils einem zweiten Vorsprung 1 16.3 und einer zugeordneten zweiten Nut 1 16.4 vorgesehen sein können. Diese Schlupfverhinderungspaarungen sind zumindest so angeordnet, dass zu jedem Zeitpunkt bzw. in jedem Betriebszustand des Fahrzeugs wenigstens eine der
Schlupfverhinderungspaarungen die Funktion der Schlupfverhinderung übernimmt.
Vorzugsweise liegt eine gewisse Überdeckung vor, in deren Bereich wenigstens zwei Schlupfverhinderungspaarungen wirksam sind bzw. wirksam sein können.
Es versteht sich jedoch zum einen, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch eine anderweitige Gestaltung der beiden Kontaktflächen vorgesehen sein kann, bei weicher über einen anderweitigen Formschluss in der Fahrzeugquerrichtung ein derartiger Schlupf verhindert werden kann. Insbesondere können die beiden Kontaktflächen im Wesentlichen vollständig mit einer entsprechenden Verzahnung versehen sein. Zum anderen versteht es sich, dass bei anderen Varianten der Erfindung ein solcher Formschluss in der
Fahrzeugquerrichtung zwischen den beiden Kontaktflächen auch fehlen kann, mithin also in der Fahrzeugquerrichtung reiner Reibschluss zwischen den beiden Kontaktflächen gegeben sein kann.
Die Federeinheit 1 1 1 umfasst einen hydraulischen Teil und einen mechanischen Teil. Der hydraulische Teil umfasst eine hydropneumatische Feder 1 15, während der mechanische Teil eine Notfeder 1 1 1.1 umfasst. Die Notfeder 1 1 1.1 ist im Kraftfluss zwischen dem
Wagenkasten 102 und dem Drehgestell 104 kinematisch seriell zur Feder 1 15 angeordnet und stellt auch bei Ausfall der Feder 1 15 gewisse Federungseigenschaften im Notbetrieb des Fahrzeugs 101 sicher. Die Notfeder 1 1 1 .1 ist im vorliegenden Beispiel in herkömmlicher Weise als
Gummischichtfeder ausgebildet. Dies hat besondere Vorteile hinsichtlich der Dämpfung von Körperschall. Es versteht jedoch, dass für die Notfeder grundsätzlich auch beliebige andere Arten von Federn verwendet werden können.
Die hydropneumatische Feder 1 15 umfasst einen in den Kraftfluss zwischen die Notfeder 1 1 1 .1 und den Drehgestellrahmen 104.2 geschalteten hydraulischen Kraftvermittlungsteil 1 15.1 und einen hydraulisch damit gekoppelten hydropneumatischen Federteil 1 15.2, der die eigentliche Federwirkung der hydropneumatischen Feder 115 zur Verfügung stellt.
Der Kraftvermittlungsteil 1 15.1 umfasst eine Kolben-Zylinder-Anordnung mit einem Zylinder 1 15.3, der mit der Basis 1 12.2 des Trägers 1 12 verbunden ist. In dem Zylinder 1 15.3 läuft dichtend ein auf der Notfeder 1 1 1 .1 abgestützter Kolben 115.4, sodass der Zylinder 1 15.3 und der Kolben 1 15.4 einen ersten Arbeitsraum 1 15.5 definieren. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch eine umgekehrte Anordnung vorgesehen sein kann, bei welcher der Kolben mit der Basis des Trägers 1 12 verbunden ist und der Zylinder auf der Notfeder 1 1 1 .1 abgestützt ist.
Im vorliegenden Beispiel ist die räumliche Anordnung von Zylinder 1 15.3 und Kolben 1 15.4 so gewählt, dass die Kraftvermittlung und damit die Hauptwirkungsrichtung der Federeinheit 108 parallel zu der Fahrzeughöhenrichtung verläuft. Es versteht jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch eine anderweitige Ausrichtung der Hauptwirkungsrichtung der Federeinheit vorgesehen sein kann.
Der Arbeitsraum 1 15.5 ist mit einem Hydraulikmedium gefüllt und über eine Hydraulikleitung 1 15.6 mit dem hydropneumatischen Federteil 1 15.2 verbunden, der im vorliegenden Beispiel am Drehgestellrahmen 104 angeordnet ist. Es versteht sich hierbei jedoch, dass der hydropneumatische Federteil 1 15.2 dank der einfachen Kopplung über die Hydraulikleitung 1 15.6 grundsätzlich auch an beliebiger anderer Stelle im Fahrzeug 101 angeordnet werden kann.
Weiterhin versteht es sich, dass in die Hydraulikleitung 1 15.6 ein gegebenenfalls steuerbares Drosselelement oder dergleichen geschaltet sein kann, um die Dämpfung des
hydropneumatischen Federteils 1 15.2 und damit letztlich der Federeinheit 1 1 1
(gegebenenfalls aktiv) einstellen zu können. Der hydropneumatische Federteil 1 15.2 umfasst in herkömmlicher Weise einen hydraulischen zweiten Arbeitsraum, in den die Hydraulikleitung 1 15.6 mündet. Der zweite Arbeitsraum steht über wenigstens ein abgedichtetes bewegliches Kraftvermittlungselement mit einem pneumatischen dritten Arbeitsraum in Wirkverbindung, der ein abgeschlossenes als Gasfeder wirkendes Gasvolumen aufnimmt. Die Kompressibilität des Gases stellt im vorliegenden Beispiel somit die eigentliche Federwirkung zur Verfügung. Es versteht sich jedoch, dass (einzeln oder in beliebiger Kombination) zusätzlich oder alternativ zur Gasfeder auch beliebige andere Federn zum Einsatz kommen können, insbesondere können rein mechanische Federn, aktive oder passive elektromechanische Federn, magnetische Federn oder dergleichen zum Einsatz kommen.
Die Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung des sich in der Schnittebene der Figur 2 ergebenden Verlaufs der Kontaktflächen 109.1 und 1 10.1. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die Kontaktflächen 109.1 und 1 10.1 in Figur 5 aus Gründen der
Übersichtlichkeit mit einer stärkeren Krümmung als in der Realität dargestellt sind.
Wie der Figur 5 zu entnehmen ist, weist die erste Kontaktfläche 109.1 eine zylindrische Gestalt auf, während die zweite Kontaktfläche 1 10.1 eine (in der Fahrzeuglängsrichtung prismatische) Gestalt mit abschnittsweise wechselnder Krümmung in der gezeigten
Schnittebene aufweist. So weist die zweite Kontaktfläche 1 10.1 in einem an die Mittenebene des Wagenkastens (y = 0) angrenzenden Quermittenbereich 1 17.1 eine konkave Gestaltung auf. An einem Wendepunkt 1 17.2 erfolgt ein Übergang in eine konvexe Gestaltung, welche dann in einem äußeren Bereich 1 17.3 vorherrscht.
Führt der Wagenkasten 102 (beispielsweise bei Bogenfahrt) die durch die
Wankstützeinrichtung 105 vorgegebene Kompensationsbewegung um den Momentanpol MP aus, so wird der Wagenkasten 102 unter anderem in der Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) bezüglich des Drehgestells 104 ausgelenkt.
Hierbei kommt es zu einer Verschiebung der zweiten Kontaktfläche 1 10.1 bezüglich der ersten Kontaktfläche 109.1 in der Fahrzeugquerrichtung. Wegen der Verzahnung der beiden Kontaktflächen 109.1 . 1 10.1 kommt es hierbei zu einer Schwenkbewegung des ersten Kontaktelements 109 um die Schwenkachse 1 13.1.
Die Gestaltung der beiden Kontaktflächen 109.1 , 1 10.1 bedingt dabei, dass der Schwerpunkt SP des Wagenkastens 102 über das zweite Kontaktelement 1 10 um einen Betrag dz verschoben wird, genauer gesagt nach oben angehoben wird (mithin also der Kontaktpunkt 1 14.1 auf der Kontaktpunktkurve 1 14 wandert).
Bei dieser Bewegung wandert zudem der Kontaktpunkt 1 14.1 zwischen den beiden
Kontaktflächen 109.1 , 10.1 in Fahrzeugquerrichtung aus. sodass sich die in Figur 5 dargestellte Zerlegung der Kontaktkraft K zwischen den beiden Kontaktelementen 109 und 1 10 in eine vertikale Stützkraft S und einen Querauslenkungswiderstand Wy (also einen Widerstand gegen die Querauslenkung des Wagenkastens 102) ergibt.
Über die Kontaktelemente 109, 1 10 ist somit eine Kopplungseinrichtung in der kinematischen Kette zwischen dem Wagenkasten 102, der Federeinrichtung 108 und dem Drehgestell 104 realisiert, welche eine Querbewegung des Wagenkastens 102 relativ zum Drehgestell 104 in eine Auslenkung des Wagenkastens 102 in der Fahrzeughöhenrichtung umsetzt.
Die Figur 5 zeigt weiterhin eine schematische Darstellung des sich in der Schnittebene der Figur 2 ergebenden Verlaufs der Auslenkung des Schwerpunkts SP des Wagenkastens 102 in der Fahrzeughöhenrichtung, d. h. der Funktion dz (y), in Abhängigkeit von der
Querauslenkung y (ausgehend von der Neutralstellung mit dz = 0, y = 0). Dieser entspricht im Wesentlichen dem Verlauf der Kontaktpunktkurve 1 14 in der Fahrzeughöhenrichtung.
Schließlich zeigt die Figur 5 den Verlauf des Querauslenkungswiderstands Wy der
Federeinrichtung 08 in Abhängigkeit von der Querauslenkung y.
Wie der Figur 5 zu entnehmen ist, ergibt sich bis zu einem Punkt mit einer maximalen Auslenkung dz1 des Wagenkastens 102 (wie durch die gestrichelte Kontur 1 18 angedeutet ist) in dem Querauslenkungsmittenbereich 1 17.1 ein zunächst progressiver, dann linearer und schließlich degressiver Anstieg des Querauslenkungswiderstands Wy.
Bei einer weiteren Querauslenkung des Wagenkastens 102 (wie in Figur 5 durch die strich- zweipunktierte Kontur 120 angedeutet ist) nimmt hierbei die Auslenkung dz des
Wagenkastens 102 weiter leicht zu. sodass sich ein abschnittsweise degressiver, dann nahezu linearer aber lediglich leichter Anstieg des Querauslenkungswiderstands Wy ergibt.
Durch einen solchen stetigen Anstieg des Querauslenkungswiderstands Wy mit der Querauslenkung kann eine Selbstzentrierung des Wagenkastens 102 bei Ausfall der Querauslenkungsaktuatorik realisiert werden. Hierbei versteht es sich, dass der Querauslenkungswiderstand Wy von der Auslenkung dz des Wagenkastens 102 sowie der Neigung der Kontaktkraft K zur Fahrzeughöhenrichtung abhängt. Je größer diese jeweils ausfällt, desto größer ist der Querauslenkungswiderstand Wy. Mithin ist es also über die Gestaltung der beiden Kontaktflächen 109.1 und 1 10.1 in einfacher Weise möglich, den Querauslenkungswiderstand Wy und damit die
Querfedercharakteristik der Federeinrichtung 108 nahezu beliebig einzustellen.
Mit anderen Worten kann über die Gestaltung der beiden Kontaktflächen 109.1 , 1 10.1 (und damit die Gestaltung der Kontaktpunktkurve 1 14) grundsätzlich ein beliebiger Verlauf der Querfederungscharakteristik der Federeinrichtung 108 realisiert werden, der an den speziellen Anwendungsfall, beispielsweise den Fahrzeugtyp und/oder die
Nennbetriebsgeschwindigkeit des Fahrzeugs 101 angepasst ist.
Die Anpassung der Querfedercharakteristik an einen gewünschten Verlauf kann bei einer (beliebig) vorgegebenen Federcharakteristik der Federeinrichtung 108 in der
Fahrzeughöhenrichtung bzw. einer (beliebig) vorgegebenen Federcharakteristik der
Federeinheit 1 1 1 in ihrer Hauptwirkungsrichtung einfach über die durch den Verlauf der Kontaktpunktkurve definierte Bewegungsübersetzung zwischen der Querbewegung des Wagenkastens 102 und der Auslenkung des Wagenkastens 102 in der
Fahrzeughöhenrichtung erfolgen. Mit anderen Worten ist es über die Anpassung der Kontaktpunktkurve 1 14 in einfacher Weise möglich, die Querfedercharakteristik einzustellen, ohne Abstriche bei der Optimierung der Federcharakteristik der Federeinrichtung 108 in der Fahrzeughöhenrichtung bzw. der Optimierung der Federcharakteristik der Federeinheit 1 1 1 in ihrer Hauptwirkungsrichtung hinnehmen zu müssen.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel eines Fahrzeugs 101 für den
Hochgeschwindigkeitsverkehr ist die Kontaktpunktkurve 1 14 zum einen in dem an die Neutralstellung angrenzenden Querauslenkungsmittenbereich 1 17.1 so ausgebildet, dass sich eine progressive Charakteristik des Querauslenkungswiderstands Wy ergibt. Diese ist so gewählt, dass die Federeinheit 108 allein durch die auf den Wagenkasten 102 wirkende Gewichtskraft einen Querauslenkungswiderstand Wy und damit eine in der
Fahrzeugquerrichtung wirkende Rückstellkraft auf den Wagenkasten 102 ausübt. Die Rückstellkraft auf den Wagenkasten 102 ist so groß bemessen, dass sie auch noch bei einer im Betrieb des Fahrzeug maximal zu erwartenden Gleisüberhöhung ausreicht, um den Wagenkasten zumindest in die Nähe der Neutralstellung, vorzugsweise im Wesentlichen in die Neutralstellung, zurückzustellen. Die hiermit erzielte Selbstzentrierungswirkung der Sekundärfederung 103.2 ist insoweit von Vorteil, als hiermit auch bei Ausfall des Aktuators 107 für den Fall, dass das Fahrzeug an einem Punkt der befahrenen Strecke mit einer solchen maximalen Gleisüberhöhung zum Stehen kommt, sichergestellt ist, dass das Begrenzungsprofil der Strecke nicht verletzt wird.
Durch den bei der weiteren Querauslenkung außerhalb des Querauslenkungsmittenbereichs 1 17.1 erzielten nur noch leichten Anstieg des Querauslenkungswiderstands Wy, also die zumindest zunächst degressive Charakteristik des Querauslenkungswiderstands Wy, wird erreicht, dass der Aktuator 107 immer weniger zusätzliche Kraft aufbringen muss, um einen gewünschten Wankwinkel des Wagenkastens 102 einzustellen. Der verwendete Aktuator 07 kann dann kleiner und leichter ausgelegt sein. Dies ist gerade für solche Fälle von Vorteil, bei denen der Momentanpol MP nahe an dem Schwerpunkt SP liegt, sodass die Zentrifugalkraft keinen nennenswerten Beitrag zur Einstellung des Wankwinkels liefern kann.
Solche Konfigurationen mit niedrig und damit nahe an dem Schwerpunkt SP liegenden Momentanpol MP können besonders dann gewünscht sein, wenn vergleichsweise große Wankwinkel (beispielsweise von bis zu 8° bis 10°) eingestellt werden sollen, ohne das Begrenzungsprofil der Strecke durch große Querauslenkungen zu verletzen.
Die Federeinheit 1 1 1 kann grundsätzlich als einfache passive Einheit ausgebildet sein. Bei besonders vorteilhaften Varianten der Erfindung mit hohem Funktionsintegrationsgrad ist die Federeinheit 1 1 1 insoweit aktiv ausgebildet, als eine Steuereinrichtung 122 vorgesehen ist, welche, gegebenenfalls in Abhängigkeit von den Signalen einer entsprechenden Sensorik
123 oder einer übergeordneten Fahrzeugsteuerung, die oben bereits erwähnte
Drosseleinrichtung (zur Einstellung der Dämpfung) und/oder eine Versorgungseinrichtung
124 ansteuert, die ihrerseits den hydropneumatischen Federteil 1 15.2 versorgt.
Dabei kann die Versorgungseinrichtung 124 zum einen so gestaltet sein, dass sie den Druck in der Gasfeder und damit deren Charakteristik modifiziert. Dies kann beispielsweise über eine unmittelbare Einstellung des Drucks in der Gasfeder erfolgen. Zusätzlich oder alternativ kann die Versorgungseinrichtung 124 die Befüllung des hydraulischen Teils des
hydropneumatischen Federteils 1 15.2 mit dem Hydraulikmedium variieren. Hierdurch ist es unter anderem möglich, den Wagenkasten 102 anzuheben bzw. abzusenken oder diesen beladungsunabhängig auf einem bestimmten Niveau zu halten.
Es versteht sich, dass bei bestimmten Varianten der Erfindung in die hydropneumatische Feder 1 15 entsprechende, mit der Steuereinrichtung 123 verbundene Sensoren für eine Höhenmessung und/oder Druckmessung oder dergleichen integriert sind. Hierdurch ist zum einen eine unmittelbare Selbstdiagnose des Systems (insbesondere hinsichtlich der
Dichtigkeit, der internen Reibung, der Leistung und Funktion etc.) möglich. Ebenso kann hiermit natürlich eine Ermittlung der Beladung des Fahrzeugs 101 und gegebenenfalls die oben beschriebene Niveauregulierung erfolgen.
Dank der um die Fahrzeughochachse drehbaren Verbindung zwischen dem Zylinder 1 15.3 und den Kolben 1 15.4 ist der Kraftvermittlungsteil 1 15.1 und damit die Federeinrichtung 108 in der Lage, Ausdrehbewegungen zwischen dem Wagenkasten 102 und dem Drehgestell 104 (um eine in der Fahrzeughöhenrichtung verlaufende Drehachse) aufzunehmen bzw. auszugleichen.
Je nachdem, wie weit die Federeinrichtung 108 von der Drehachse der Ausdrehbewegung entfernt ist, muss hierbei weiterhin eine gleitende Bewegung zwischen dem ersten
Kontaktelement 109 und dem zweiten Kontaktelement 1 10 entlang der Zähne der
Verzahnung erfolgen. Alternativ könnte beispielsweise das zweite Kontaktelement 1 10 in Längsrichtung des Wagenkastens entsprechend verschieblich gelagert sein. Auch dies ist problemlos möglich. Zusätzlich oder alternativ kann dieser Ausgleich in Längsrichtung des Wagenkastens aber gegebenenfalls auch über eine elastische Schubverformung wenigstens eines der Kontaktelemente 109, 1 0 erfolgen.
Ist jedoch, wie oben beschrieben, nur eine einzige Federeinrichtung 108 vorgesehen, deren Zylinder 1 15.3 und Kolben 1 15.4 die Drehachse der Ausdrehbewegung definieren, erübrigt sich eine solche gleitende Bewegung entlang der Verzahnung. In diesem Fall können am Wagenkasten 102 befestigte Längsanschläge 125 das erste Kontaktelement 109 in
Fahrzeuglängsrichtung zu beiden Seiten unmittelbar über Gleitelemente 126 kontaktieren und so die Längsmitnahme des Wagenkastens 102 realisieren. Der Grad der
Funktionsintegration kann hierdurch noch weiter erhöht werden. Gleiches gilt allerdings für Varianten mit zwei beabstandeten Federeinrichtungen 108, bei denen der Ausgleich in Längsrichtung des Wagenkastens über eine elastische Schubverformung wenigstens eines der Kontaktelemente 109, 1 10 erfolgt.
Aufgrund der oben beschriebenen Gestaltung der Federeinrichtung 108 ergibt sich bei einer solchen Ausdrehbewegung und der damit im Bereich der Federeinrichtung 108
einhergehenden Querauslenkung des Wagenkastens 102 bezüglich des Drehgestells 104 wiederum ein Widerstand Wy gegen die Querauslenkung und damit die Ausdrehbewegung. Es versteht sich, dass die beiden Kontaktelemente 109, 1 10 für Varianten mit zwei beabstandeten Federeinrichtungen 108 gegebenenfalls so gestaltet sein können, dass einer solchen Ausdrehbewegung zwischen dem Wagenkasten 102 und dem Drehgestell 104 ein Ausdrehwiderstand mit einem beliebigen gewünschten Verlauf (über den Ausdrehwinkel) entgegengesetzt wird. Hiermit ist es in vorteilhafter Weise möglich, die Funktion von herkömmlichen Schlingerdämpfern, Ausdrehendanschlägen oder dergleichen ebenfalls in der Federeinrichtung 108 zu integrieren.
Auch die Materialwahl für die beiden Kontaktelemente 109, 1 10 kann im Bereich der
Kontaktflächen 109.1 , 1 10.1 an den jeweiligen Anwendungsfall angepasst sein. Im
vorliegenden Beispiel sind die erste Kontaktfläche 109.1 und die zweite Kontaktfläche 1 10.1 aus einem Kunststoff hergestellt. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um ein Elastomer, wie beispielsweise Polyurethan. Hiermit wird eine im Hinblick auf den Verschleiß und die
Dämpfung von Körperschall in der Federeinrichtung 108 besonders günstige Gestaltung erzielt.
Im vorliegenden Beispiel ist eine separate Notfeder 1 1.1 vorgesehen, auf welcher der Kraftvermittlungsteil 1 5.1 der Federeinheit 1 1 1 sitzt. Es versteht sich jedoch, dass eine solche Notfeder bei anderen Varianten der Erfindung auch an anderer Stelle angeordnet sein kann. So kann die Notfeder beispielsweise zwischen dem zweiten Kontaktelement 1 10 und dem Wagenkasten 102 angeordnet sein. Ebenso ist es aber auch möglich, die Notfeder in der Federeinheit 1 1 1 zu integrieren. Beispielsweise kann ein entsprechend elastischer Teil des Trägers 1 12 und/oder der Lager 1 13 und/oder des ersten Kontaktelements 109 zumindest ein Teil einer solchen Notfeder ausbilden.
Zweites und drittes Ausführunqsbeispiel
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Figuren 6 und 7 eine weitere vorteilhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs 201 beschrieben. Das Fahrzeug 201 entspricht in seiner grundsätzlichen Gestaltung und Funktionsweise dem Fahrzeug 101 aus Figur 1 bis 5, sodass hier lediglich auf die Unterschiede eingegangen werden soll.
Insbesondere sind identische Komponenten mit den identischen Bezugszeichen versehen, während gleichartige Komponenten mit um den Wert 100 erhöhten Bezugszeichen versehen sind. Sofern nachfolgend nichts Anderweitiges ausgeführt wird, wird hinsichtlich der
Merkmale. Funktionen und Vorteile dieser Komponenten auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel verwiesen. Der wesentliche Unterschied zur Ausführung aus Figur 1 bis 5 besteht darin, dass es sich bei dem Fahrzeug 201 um ein Regionalfahrzeug oder U-Bahnfahrzeug handelt, welches eine Nennbetriebsgeschwindigkeit im unteren bzw. mittleren Geschwindigkeitsbereich zwischen 60 km/h und 160 km/h handelt. Dies schlägt sich in der Gestaltung der Wankstütze 206 und der Gestaltung des zweiten Kontaktelements 210 nieder.
So sind die Lenker 206.5 und 206.6 der Wankstütze 206 im vorliegenden Beispiel im
Wesentlichen parallel zur Fahrzeughöhenrichtung oder bestenfalls nur leicht zu dieser geneigt ausgerichtet, sodass der Momentanpol MP im Unendlichen bzw. weit oberhalb des Wagenkastens liegt.
Wie der Figur 7 zu entnehmen ist, ist bei dieser Gestaltung eine Querfedercharakteristik realisiert, wie sie typischerweise mittels so genannter Querpuffer erreicht wird. Die Figur 7 zeigt hierbei ähnlich wie Figur 5 eine schematische Darstellung des sich in der Schnittebene der Figur 6 ergebenden Verlaufs der Kontaktflächen 209.1 und 210.1 . Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die Kontaktflächen 209.1 und 210.1 in Figur 7 wiederum aus Gründen der Übersichtlichkeit mit einer stärkeren Krümmung als in der Realität dargestellt sind.
Wie der Figur 7 weiterhin zu entnehmen ist, weist die erste Kontaktfläche 209.1 eine zylindrische Gestalt auf, während die zweite Kontaktfläche 210.1 eine (in der
Fahrzeuglängsrichtung prismatische) Gestalt mit abschnittsweise wechselnder Krümmung in der gezeigten Schnittebene aufweist. So weist die zweite Kontaktfläche 210.1 in einem an die Mittenebene des Wagenkastens (y = 0) angrenzenden Quermittenbereich 217.1 eine geradlinige oder nur leicht konkave Gestaltung auf. An einem Punkt 217.2 erfolgt ein
Übergang in eine konkave Gestaltung, welche dann in einem äußeren Bereich 217 3 vorherrscht.
Wie der Figur 7 zu entnehmen ist. ergibt sich entlang der Kontaktpunktkurve 214 in dem Querauslenkungsmittenbereich 217.1 kein bzw. nur ein leicht ansteigender
Querauslenkungswiderstand Wy. Bei einer weiteren Querauslenkung des Wagenkastens 202 nimmt die Auslenkung dz des Wagenkastens 102 kontinuierlich zu, wobei sich ein abschnittsweise progressiver, dann linearer oder weiterhin progressiver Anstieg des
Querauslenkungswiderstands Wy ergibt, wie er auch bei einem herkömmlichen Querpuffer erzielt würde. Wie in der Figur 6 durch die strich-zweipunktierten Konturen 227 angedeutet ist, kann bei anderen Varianten der Erfindung vorgesehen sein, dass die beiden Federeinrichtungen in der Fahrzeugquerrichtung, insbesondere im Wesentlichen äquidistant, zu beiden Seiten eines Drehpunktes des Wagenkastens 102 bezüglich des Fahrwerks 104 um die
Fahrzeughöhenrichtung, insbesondere zu beiden Seiten eines (nicht dargestellten)
Drehzapfens, angeordnet sind. Hierdurch können die beiden Federeinrichtungen 227 ein Wankmoment um eine in Fahrzeuglängsrichtung verlaufende Wankachse aufnehmen.
In einem solchen Fall ist es insbesondere möglich, auf eine Wankstütze 206 zu verzichten. Zudem ist eine aktive Regelung der Wankbewegungen über die Federeinrichtungen 227 möglich.
Im Fall von zwei zu unterschiedlichen Seiten eines Drehpunktes des Wagenkastens 102 angeordneten Federeinrichtungen sind die Federeinrichtungen dann bevorzugt nicht unmittelbar an der Unterseite des Wagenkastens 102 abgestützt, sondern an einer Traverse 228, auf welcher sich über Gleitelemente 229 der Wagenkasten 102 abstützt. Hierdurch kann in einfacher Weise sichergestellt werden, dass eine Ausdrehbewegung zwischen
Wagenkasten 102 und Fahrwerk 104 einfach über eine Gleitbewegung im Bereich der Gleitelemente 229 aufgenommen werden kann, sodass die Federeinrichtungen hierzu keinen nennenswerten Beitrag liefern müssen und sich ihre Gestaltung insoweit vereinfacht.
Weiterhin versteht es sich, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch eine Anordnung von mehr als zwei Federeinrichtungen, insbesondere drei Federeinrichtungen, vorgesehen sein kann, welche insbesondere (beispielsweise durch eine nicht auf einer Linie liegende Anordnung der Federeinrichtungen) sowohl Nickmomente als auch Wankmomente aufnehmen kann.
Die Figur 8 zeigt schließlich ähnlich wie Figur 5 und 7 für ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Fahrzeugs 301 eine schematische Darstellung des sich in einer Schnittebene ähnlich der Figur 2 ergebenden Verlaufs der Kontaktflächen 109.1 und 310.1. Das Fahrzeug 301 entspricht in seiner grundsätzlichen Gestaltung und Funktionsweise dem Fahrzeug 101 aus Figur 1 bis 5, sodass hier lediglich auf die Unterschiede eingegangen werden soll. Insbesondere sind identische Komponenten mit den identischen Bezugszeichen versehen, während gleichartige Komponenten mit um den Wert 200 erhöhten Bezugszeichen versehen sind. Sofern nachfolgend nichts Anderweitiges ausgeführt wird, wird hinsichtlich der Merkmale, Funktionen und Vorteile dieser Komponenten auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel verwiesen. Das Fahrzeug 301 unterscheidet sich von dem Fahrzeug 101 lediglich in der Gestaltung der zweiten Kontaktfläche 310.1. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die
Kontaktflächen 309.1 und 310.1 in Figur 8 wiederum aus Gründen der Übersichtlichkeit mit einer stärkeren Krümmung als in der Realität dargestellt sind.
Wie der Figur 8 zu entnehmen ist, weist die zweite Kontaktfläche 310.1 eine (in der
Fahrzeuglängsrichtung prismatische) Gestalt mit abschnittsweise wechselnder Krümmung in der gezeigten Schnittebene auf. So weist die zweite Kontaktfläche 310.1 in einem an die Mittenebene des Wagenkastens (y = 0) angrenzenden Quermittenbereich 317.1 eine konkave Gestaltung auf. An einem Wendepunkt 317.2 erfolgt ein Übergang in eine konvexe Gestaltung, welche dann in einem äußeren Bereich 317.3 wieder in eine konkave Gestaltung übergeht.
Wie der Figur 8 weiterhin zu entnehmen ist, ergibt sich entlang der Kontaktpunktkurve 314 in dem Querauslenkungsmittenbereich 317.1 ein zunächst progressiver, dann linearer und schließlich degressiver Anstieg des Querauslenkungswiderstands Wy.
Bei einer weiteren Querauslenkung des Wagenkastens 102 bleibt die Auslenkung dz des Wagenkastens 102 konstant, sodass sich ein abschnittsweise konstanter
Querauslenkungswiderstand Wy ergibt.
Bei einer weiteren Querauslenkung des Wagenkastens 102 nimmt die Auslenkung dz des Wagenkastens 102 wieder zu, wobei sich wiederum ein zunächst progressiver, dann linearer oder weiterhin progressiver Anstieg des Querauslenkungswiderstands Wy ergibt.
Hiermit kann die im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebene Querfedercharakteristik mit der Selbstzentrierung im Quermittenbereich um eine äußere Bewegungsbegrenzung ergänzt werden, wie sie bei herkömmlichen Fahrzeugen
typischerweise von seitlichen Anschlägen oder Puffern zur Verfügung gestellt wird. Solche zusätzlichen Anschläge oder Puffern können dann vollständig fehlen, wodurch sich die Gestaltung des Fahrzeugs weiter vereinfacht.
Bei anderen Gestaltungen kann aber auch vorgesehen sein, dass sich entlang der
Kontaktpunktkurve bis zu einem Punkt mit einer maximalen Auslenkung dz1 des ersten Kontaktelements in dem Querauslenkungsmittenbereich ein zunächst progressiver, dann linearer und schließlich degressiver Anstieg des Querauslenkungswiderstands Wy ergibt. Bei einer weiteren Querauslenkung des Wagenkastens nimmt die Auslenkung dz des Wagenkastens bis zu einem weiteren Punkt mit einem Wert dz2 wieder ab, wobei sich ein abschnittsweise progressiver, dann linearer und schließlich degressiver Abfall des
Querauslenkungswiderstands Wy ergibt, wie dies in Figur 8 durch die strichzweipunktierte Kontur 319 angedeutet ist. Mit anderen Worten ist es also gegebenenfalls sogar möglich, abschnittsweise einen Abfall des Querauslenkungswiderstands Wy zu erzielen.
Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend ausschließlich anhand von Beispielen beschrieben, bei denen eine hydropneumatische Federeinrichtung zum Einsatz kommt. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch eine beliebige andere Federeinrichtung zum Einsatz kommen kann. Insbesondere können rein aktive Systeme zum Einsatz kommen, bei denen die Federwirkung über ein oder mehrere aktive
Federeinrichtungen, beispielsweise elektromechanische, elektromagnetische oder elektrohydraulische Elemente mit entsprechend hoher Regelbandbreite, zur Verfügung gestellt wird.
Weiterhin wurde die vorliegende Erfindung vorstehend ausschließlich anhand von Beispielen beschrieben, bei denen die hydropneumatischen Federeinrichtungen voneinander isoliert zum Einsatz kommen. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch eine gegebenenfalls aktiv steuerbare Kopplung zwischen den Federeinrichtungen vorgesehen sein kann, um beispielsweise Wank- und/oder Nicksteifigkeiten zu vermeiden bzw. an bestimmte Vorgaben oder Fahrsituationen anzupassen.
Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend ausschließlich anhand von Beispielen für Schienenfahrzeuge beschrieben. Es versteht sich weiterhin, dass die Erfindung auch in Verbindung mit beliebigen anderen Fahrzeugen zum Einsatz kommen kann.

Claims

Patentansprüche
1. Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug, mit
- einem Wagenkasten (102) und
- einer Fahrwerkseinheit (104), wobei
- der Wagenkasten (102) über wenigstens eine Federeinrichtung (108) in einer Fahrzeughöhenrichtung auf der Fahrwerkseinheit (104) abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Federeinrichtung (108; 208) ein erstes Kontaktelement (109), ein zweites
Kontaktelement (1 10; 210; 310) und wenigstens eine Federeinheit (1 1 1 ) umfasst, wobei
- das erste Kontaktelement (109), das zweite Kontaktelement (1 10; 210; 310) und die wenigstens eine Federeinheit (1 1 1 ) kinematisch in Serie zwischen dem Wagenkasten (102) und der Fahrwerkseinheit (104) angeordnet sind und
- das erste Kontaktelement (109) derart angeordnet ist, insbesondere um eine
Schwenkachse (1 13.1 ) schwenkbar gelagert ist, und dem zweiten Kontaktelement (1 10; 210; 310) derart zugeordnet ist, dass das erste Kontaktelement (109) bei einer Auslenkung des Wagenkastens (102) in einer Fahrzeugquerrichtung, insbesondere unter einer Schwenkbewegung um die Schwenkachse (1 13.1 ). das zweite Kontaktelement (1 10; 210; 310) an unterschiedlichen Kontaktpunkten (1 14.1 ; 214.1 ; 314.1 ) wenigstens einer Kontaktpunktkurve (1 14; 214; 314) kontaktiert.
2. Fahrzeug nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
- bei einer Querauslenkung des Wagenkastens (102) zu der Fahrwerkseinheit (104) in einer Fahrzeugquerrichtung ausgehend von einer Neutralstellung das erste Kontaktelement (109) bewegt wird, insbesondere um die Schwenkachse (1 13.1 ) verschwenkt wird, und die wenigstens eine Kontaktpunktkurve (1 14; 214; 314) eine Querfederungscharakteristik der Federeinrichtung (108; 208) definiert, wobei
- die wenigstens eine Kontaktpunktkurve (1 14; 214; 314) derart ausgebildet ist, dass die Federeinrichtung (108; 208) zumindest in einem an die Neutralstellung angrenzenden Querauslenkungsmittenbereich (1 17.1 ; 317.1 ) und/oder zumindest in einem von der Neutralstellung beabstandeten äußeren Querauslenkungsbereich (217.3; 317.3) einer fortschreitenden Querauslenkung einen Widerstand gegen die Querauslenkung mit zumindest abschnittsweise progressiver Charakteristik entgegensetzt,
und/oder
- die wenigstens eine Kontaktpunktkurve (1 14; 214; 314) derart ausgebildet ist, dass die Federeinheit (1 1 1 ) zumindest in einem an die Neutralstellung angrenzenden Querauslenkungsmittenbereich (1 17.1 ; 317.1 ) eine in der Fahrzeugquerrichtung wirkende Rückstellkraft auf den Wagenkasten (102) ausübt, welche durch die auf den Wagenkasten (102) wirkende Gewichtskraft bedingt ist und welche bis zu einer im Betrieb des Fahrzeug maximal zu erwartenden Gleisüberhöhung ausreicht, um den Wagenkasten (102) zumindest in die Nähe der Neutralstellung, vorzugsweise im Wesentlichen in die Neutralstellung, zurückzustellen, und/oder
- die wenigstens eine Kontaktpunktkurve (1 14; 214; 314) derart ausgebildet ist, dass die Federeinrichtung (108; 208) zumindest in einem von der Neutralstellung beabstandeten äußeren Querauslenkungsbereich (1 17.3) einer fortschreitenden Querauslenkung einen Widerstand gegen die Querauslenkung mit zumindest abschnittsweise degressiver Charakteristik entgegensetzt,
und/oder
- die wenigstens eine Kontaktpunktkurve (1 14; 214; 314) derart ausgebildet ist, dass die Federeinrichtung (108; 208) einer fortschreitenden Querauslenkung zumindest abschnittsweise einen im Wesentlichen konstanten Widerstand entgegensetzt, und/oder
- die wenigstens eine Kontaktpunktkurve (1 14; 214; 314) derart ausgebildet ist, dass die Federeinrichtung (108; 208) einer fortschreitenden Querauslenkung zumindest abschnittsweise einen im Wesentlichen linear verlaufenden Widerstand entgegensetzt.
3. Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, dass
- die wenigstens eine Federeinheit (1 1 1 ) in einer kinematischen Kette seriell zwischen das erste Kontaktelement (109) und den Wagenkasten (102) oder zwischen das erste Kontaktelement ( 09) und die Fahrwerkseinheit (104) geschaltet ist, wobei das erste Kontaktelement (109) entlang einer
Hauptwirkungsrichtung der Federeinheit (1 1 1 ), insbesondere in der
Fahrzeughöhenrichtung, verschieblich gelagert ist,
und/oder
- die wenigstens eine Federeinheit (1 1 1 ) in einer kinematischen Kette seriell zwischen das zweite Kontaktelement (1 10; 210; 310) und den Wagenkasten (102) oder zwischen das zweite Kontaktelement (1 10; 210; 310) und die
Fahrwerkseinheit (104) geschaltet ist, wobei das zweite Kontaktelement (1 10; 210; 310) entlang einer Hauptwirkungsrichtung der Federeinheit (1 1 1), insbesondere in der Fahrzeughöhenrichtung, verschieblich gelagert ist.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass
- der Wagenkasten (102) über wenigstens eine weitere Federeinrichtung (108; 208) in der Fahrzeughöhenrichtung auf der Fahrwerkseinheit (104) abgestützt ist, die insbesondere im Wesentlichen identisch zu der Federeinrichtung (108; 208) ausgebildet ist, wobei
- die beiden Federeinrichtungen (108; 208) in einer Fahrzeuglängsrichtung um einen Längsabstand zueinander versetzt angeordnet sind und/oder, insbesondere im Wesentlichen äquidistant, zu beiden Seiten eines Drehpunktes des
Wagenkastens (102) bezüglich der Fahrwerkseinheit ( 04) um die
Fahrzeughöhenrichtung, insbesondere eines Drehzapfens, angeordnet sind und/oder miteinander, insbesondere gegenläufig, gekoppelt sind und/oder eine voneinander abweichende Querfederungscharakteristik aufweisen.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass
- der Wagenkasten (102) über wenigstens eine weitere Federeinrichtung (108; 208) in der Fahrzeughöhenrichtung auf der Fahrwerkseinheit (104) abgestützt ist, die insbesondere im Wesentlichen identisch zu der Federeinrichtung (108; 208) ausgebildet ist, wobei
- die beiden Federeinrichtungen (108 208) in einer Fahrzeugquerrichtung um einen Querabstand zueinander versetzt angeordnet sind und/oder, insbesondere im Wesentlichen äquidistant, zu beiden Seiten eines Drehpunktes des Wagenkastens (102) bezüglich der Fahrwerkseinheit (104) um die Fahrzeughöhenrichtung, insbesondere eines Drehzapfens, angeordnet sind und/oder miteinander, insbesondere gegenläufig, gekoppelt sind. Fahrzeug nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Federeinheiten (1 1 1 ) der beiden Federeinrichtungen (108; 208) als aktive, durch eine Steuereinrichtung (122) angesteuerte Federeinheiten (1 1 1 ) ausgebildet sind, wobei die Steuereinrichtung (122) insbesondere dazu ausgebildet ist, die Federeinheiten (1 11 ) zur aktiven Wankstabilisation des Wagenkastens (102) anzusteuern
und/oder
- die beiden Federeinrichtungen (108; 208) jeweils eine hydraulische Federeinheit (1 1 1 ) umfassen.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass
- das erste Kontaktelement (109) zum zumindest teilweisen Ausgleich von
Ausdrehbewegungen zwischen dem Wagenkasten (102) und der Fahrwerkseinheit (104) um die Fahrzeughöhenrichtung schwenkbar gelagert ist
und/oder
- das zweite Kontaktelement (1 10; 210; 310) zum zumindest teilweisen Ausgleich von Ausdrehbewegungen zwischen dem Wagenkasten (102) und der
Fahrwerkseinheit (104) um die Fahrzeughöhenrichtung schwenkbar gelagert ist.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass
- das erste Kontaktelement (109) eine erste Kontaktfläche (109.1 ) aufweist und das zweite Kontaktelement (1 10; 210; 310) eine zweite Kontaktfläche (1 10.1 ; 210.1 ; 310.1 ) aufweist, welche die erste Kontaktfläche (109.1 ) in dem wenigstens einen Kontaktpunkt kontaktiert,
wobei
- die erste Kontaktfläche (109.1 ) und die zweite Kontaktfläche (1 10.1 ; 210.1 ; 310.1 ) derart ausgebildet und miteinander in Eingriff sind, dass eine Änderung des wenigstens einen Kontaktpunkts bei einer Schwenkbewegung des ersten
Kontaktelements (109) im Wesentlichen ohne Schlupf zwischen dem ersten Kontaktelement (109) und dem zweiten Kontaktelement (1 10: 210; 310) in einer Fahrzeugquerrichtung erfolgt,
und/oder - die erste Kontaktfläche (109.1 ) und die zweite Kontaktfläche (1 10.1 ; 210.1 ; 310.1 ) über zwei in einer Fahrzeugquerrichtung im Wesentlichen formschlüssig ineinandergreifende, insbesondere nach Art einer Verzahnung ausgebildete.
Oberflächen miteinander in Eingriff sind,
und/oder
- die erste Kontaktfläche (109.1 ) und/oder die zweite Kontaktfläche (1 10.1 ; 210.1 ;
310.1 ) aus einem Material ausgebildet ist, das einen Kunststoff, vorzugsweise ein Elastomer, weiter vorzugsweise Polyurethan, umfasst.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass
- zur Übertragung von Kräften in einer Fahrzeuglängsrichtung zwischen dem ersten Kontaktelement (109) und dem zweiten Kontaktelement (1 10; 210; 310) zwei in einer Fahrzeuglängsrichtung zu beiden Seiten des ersten Kontaktelements (109) und des zweiten Kontaktelements (1 10; 210; 310) angeordnete Anschlagelemente (125, 126) vorgesehen sind,
und/oder
- die Federeinheit (1 1 1 ) zur Übertragung von Kräften in einer Fahrzeuglängsrichtung wenigstens eine zur Mitnahme in der Fahrzeuglängsrichtung ausgebildete
Führungseinrichtung, insbesondere eine Kolbenführung, umfasst.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Federeinheit (1 1 1 ) ein hydraulisches, insbesondere hydropneumatisches, elektromagnetisches oder elektrohydraulisches, Federelement (1 15) umfasst, welches insbesondere durch eine aktive Hydraulikeinheit versorgt wird, die insbesondere an der Fahrwerkseinheit (104) angeordnet ist,
und/oder
- die Federeinheit (1 1 1 ) ein passives Notfederelement (1 1 1.1 ) umfasst, welches insbesondere kinematisch in Serie mit einem weiteren, insbesondere aktiven, Federelement der Federeinheit (1 1 1 ) angeordnet ist, wobei das Notfederelement (1 1 1.1) insbesondere wenigstens eine Gummifeder umfasst,
und/oder
- das erste Kontaktelement (109) und/oder das zweite Kontaktelement (1 10: 210;
310) ein passives Notfederelement (1 1 1.1 ) umfasst, welches insbesondere wenigstens eine Gummifeder umfasst. und/oder
- die Federeinheit (1 1 1 ) als aktive, durch eine Steuereinrichtung (122) angesteuerte Federeinheit (1 1 1) ausgebildet ist, wobei die Steuereinrichtung (122) insbesondere dazu ausgebildet ist, die Federeinheit (1 1 1 ) zur Modifikation einer
Federcharakteristik der Federeinheit (1 1 1) und/oder zur Niveauregulierung der Federeinheit (1 1 1 ) anzusteuern.
und/oder
- die Federeinheit (1 1 1 ) wenigstens eine passive Dämpfereinrichtung und/oder wenigstens eine aktive Dämpfereinrichtung umfasst.
1. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass
- eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung wenigstens einer für den Zustand der Fahrwerkseinheit (104) repräsentativen Erfassungsgröße vorgesehen ist, wobei
- die Federeinheit (1 1 1 ) eine Messeinrichtung der Erfassungseinrichtung,
insbesondere zur Höhenmessung und/oder Druckmessung an der Federeinheit (1 1 1 ), aufweist,
und/oder
- eine mit der Erfassungseinrichtung verbundene Steuereinrichtung (122)
vorgesehen ist, weiche Signale der Erfassungseinrichtung verarbeitet und die Federeinheit (1 1 1) in Abhängigkeit von den Signalen der Erfassungseinrichtung, insbesondere zur Niveauregulierung und/oder aktiven Federung und/oder aktiven Dämpfung und/oder Wankkompensation und/oder Erhöhung der
Entgleisungssicherheit, insbesondere Erhöhung der Entgleisungssicherheit durch Aufbringen eines Nickmomentes, ansteuert.
2. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
- eine Wankstützeinrichtung (106; 206) vorgesehen ist, wobei
- die Wankstützeinrichtung (106; 206) kinematisch parallel zu der Federeinheit (1 1 1 ) angeordnet ist
und/oder
- die Wankstützeinrichtung (106; 206) zwei Pendelelemente (106.5, 106.6: 206.5, 206.6) umfasst, welche einen Momentanpol einer Wankbewegung des
Wagenkastens (102) definieren.
13. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass
- eine Aktuatoreinrichtung (107) vorgesehen ist, wobei
- eine Aktuatoreinrichtung (107) dazu ausgebildet ist, angesteuert durch eine
Steuereinrichtung (122) eine Querauslenkung des Wagenkastens (102) bezüglich des Fahrwerks in einer Fahrzeugquerrichtung zu erzeugen.
14. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass es als Fahrzeug für einen Hochgeschwindigkeitsverkehr mit einer
Nennbetriebsgeschwindigkeit oberhalb von 250 km/h, insbesondere oberhalb von 350 km/h, ausgebildet ist.
Federeinrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere ein Schienenfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass sie als die Federeinrichtung (108; 208) eines Fahrzeugs (101 : 201 ; 301 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 ausgebildet ist.
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