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Die Erfindung betrifft ein Drehgestell eines Schienenfahrzeugs, insbesondere Schienenfahrzeug-Drehgestell, mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Schienenfahrzeug mit einem solchen Drehgestell.
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Ein solches Drehgestell weist üblicherweise einen Rahmen aus zwei Längsträgern und im Rahmen gelagerten Radsätzen und Motoren zum Antreiben jeweils eines der Radsätze auf. Dabei sind die in Fahrtrichtung verlaufenden Längsträger über einen oder zwei quer zur Fahrtrichtung verlaufende Querträger miteinander verbunden. Solche Querträger sind dabei als Kopfquerträger an den Endabschnitten der Längsträger angeordnet, d.h. in bzw. entgegen der Fahrtrichtung außenseitig der benachbarten Radsätze. Bekannt ist auch eine Ausgestaltung mit einem zentralen Querträger, der die Längsträger mittig im Bereich zwischen den Radsätzen verbindet. Zur elastischen Lagerung der Radsätze im Drehgestell und des Drehgestells im Fahrzeug dienen Primär- und Sekundärfedern.
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Zur Übertragung von Zug- und Bremskräften zwischen dem Rahmen des Drehgestells und einem Fahrzeugrahmen als Fahrzeughauptrahmen des Schienenfahrzeugs gibt es verschiedene Lösungen, bei denen eine Zug-Druck-Stange eingesetzt ist.
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Bekannt ist dafür eine Längsanlenkung zwischen dem Rahmen des Drehgestells und dem Fahrzeugrahmen, bei der die Zug-Druck-Stange zwischen einem zur Fahrzeugmitte zeigenden Kopfquerträger des Drehgestells und dem Fahrzeugrahmen angeordnet ist. Nachteilhaft ist dabei, dass ein Drehpunkt des Drehgestells beim Ausdrehen zur Fahrzeugmitte wandert, woraus eine zusätzliche Belastung der Sekundärfedern resultiert. Außerdem besteht ein großer Platzbedarf für die Längsanlenkung außerhalb des Drehgestells. Im Fahrbetrieb ist nachteilhaft, dass ein nachlaufendes Drehgestell in der Geraden unter Traktion zum Ausknicken neigt und unter Traktion im Bogen zu einer Vergrößerung von Anlaufwinkeln der jeweils führenden Radsätze im Drehgestell.
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Bekannt ist dafür auch eine Zug-Druck-Stange, die zwischen einem zum Fahrzeugende zeigenden Kopfquerträger des Drehgestells und dem Fahrzeugrahmen angeordnet ist. Nachteilhaft ist dabei, dass ein beengter Bauraum im Bereich der Zugeinrichtung zum Einsatz einer kurzen Ausführung der Bauform zwingt, was jedoch zu einem großen geometrischen Fehler beim Ausdrehen des Drehgestells führt. Nachteilhaft ist auch eine dabei ungünstige dynamische Ankopplung des Fahrzeugrahmens am Drehgestell wegen erhöhter Relativbewegungen im Bereich der Überhänge.
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Bekannt ist dafür auch eine Zug-Druck-Stange, die zwischen einem Drehgestell-Mittenquerträger und einem Anlenkturm als Strukturelement des Fahrzeugrahmens angeordnet ist, wobei der Anlenkturm zwischen den Radsätzen des Drehgestells von oben in das Drehgestell ragt. Nachteilhaft ist dabei ein großer Platzbedarf innerhalb des Drehgestells, wodurch mindestens einer der beiden elektrischen Fahrmotoren nicht zwischen einer Radsatzwelle und einer Drehgestellmitte angeordnet werden kann. Dies führt zu einer ungünstigen Massenverteilung zwischen den Radsätzen und erzeugt ein hohes Massenträgheitsmoment um eine vertikale Achse des Drehgestells.
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Bekannt ist dafür auch eine Zug-Druck-Stange, die zwischen dem Fahrzeugrahmen und einem bezüglich der Endradsätze des Drehgestells außermittig liegenden Mittenquerträger angeordnet ist. Nachteilhaft ist dabei, dass ein drehgestellseitiges Gelenk der Zug-Druck-Stange eine große Entfernung vom Zentrum der Ausdrehbewegung des Drehgestells um dessen Hochachse aufweist. Dadurch tritt beim Ausdrehen des Drehgestells relativ zum Fahrzeugrahmen statt einer reinen Drehbewegung stets zusätzlich eine Längs- und Querbewegung zu letzterem auf.
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Zur Anordnung der elektrischen Fahrmotoren gibt es drei übliche Lösungen.
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Eine unidirektionale Ausrichtung der Fahrmotoren ist nachteilhaft wegen einer ungünstigen Massenverteilung zwischen den Radsätzen. Dies hat außerdem eine nachteilige Auswirkung auf die Drehgestell-Baugröße. Dies erzeugt zudem ein erhöhtes Massenträgheitsmoment um eine Drehgestell-Hochachse mit negativen Auswirkungen auf die Fahrstabilität und Laufruhe im oberen Geschwind ig keitsbereich.
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Eine bidirektionale Ausrichtung der Fahrmotoren zu den Enden des Drehgestells hin erfordert einen noch höheren Platzbedarf als bei unidirektionaler Fahrmotoranordnung und demzufolge ein nochmals erhöhtes Massenträgheitsmoment um die Drehgestell-Hochachse. Daraus resultieren nachteilhaft große quasistatische Vertikalwege der Primärfedern infolge einer Zugkraft.
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Eine bidirektionale Ausrichtung der Fahrmotoren zur Mitte des Drehgestells hin hat bei angetriebenen Drehgestellen mit Längskraftübertragung zum Fahrzeugrahmen über eine Zug-Druck-Stange eine Kombination der Nachteile auf, wie sie vorstehend genannt sind.
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Übliche geschlossene Rahmen des Drehgestells ohne einen Mittenquerträger haben eine Vielzahl von Nachteilen. Ein fehlender Mittenquerträger ermöglicht keine drehgestellseitige Aufhängung der Antriebe, aus jeweils elektrischem Fahrmotor und Getriebe zur Fahrwerksmitte hin. Außerdem führen solche Rahmen zu einer konstruktiv ungünstigen Höhenentwicklung im Hinblick auf das Gesamtfahrzeug, wenn die Sekundärfedern auf dem Drehgestell-Längsträger angeordnet werden. Ein solcher Rahmen erfordert aus Bauraumgründen in der Regel eine zwischen den Radsätzen befindliche Kröpfung der Drehgestell-Längsträger mit negativem Einfluss auf die Festigkeit und den Herstellaufwand. Ein Torsionsmoment im Längsträger, das im Falle einer in Fahrzeugquerrichtung zum Drehgestell-Längsträger außermittigen Anordnung der Sekundärfedern entsteht, kann nur durch weit entfernte Kopfquerträger aufgenommen werden. Dies erfordert aus Festigkeitsgründen besondere konstruktive Maßnahmen, die einem angestrebten Leichtbau entgegenstehen.
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Allgemein bekannt sind weitere Rahmenformen des Drehgestells. Diese haben jedoch zumindest einen Teil der vorstehend beschriebenen Nachteile.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Drehgestell vorzuschlagen, welches eine alternative Ausgestaltung aufweist und damit vorteilhafte Eigenschaften insbesondere hinsichtlich des Einbaus in ein Schienenfahrzeug und des Fahrverhaltens im Betrieb bietet. Insbesondere soll der verfügbare Bauraum im Bereich des Drehgestells besser genutzt werden. Auch soll ein Schienenfahrzeug bereitgestellt werden, welches ein solches Drehgestell aufnimmt.
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Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 12 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
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Bevorzugt wird demgemäß ein Drehgestell eines Schienenfahrzeugs, insbesondere Schienenfahrzeug-Drehgestell, wobei das Drehgestell einen Rahmen und zumindest zwei im Rahmen gelagerte Radsätze und zumindest zwei Motoren zum Antreiben jeweils eines der Radsätze aufweist. Dabei weist der Rahmen einen zentralen Querträger auf, wobei der zentrale Querträger im Bereich zwischen den Radsätzen und parallel zu den Radsätzen verlaufend im Rahmen angeordnet ist. Die Motoren sind mit dem zentralen Querträger verbunden und erstrecken sich vom zentralen Querträger in einen Bereich zu dem jeweils zugeordneten der Radsätze hin. Eine Zug-Druck-Stange ist mit dem zentralen Querträger verbunden und erstreckt sich zur Kraftübertragung zwischen dem Querträger und einem Fahrzeugrahmen in zumindest überwiegend Drehgestelllängsrichtung.
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Dieser Rahmen des Drehgestells besteht gemäß einer ersten Ausgestaltung insbesondere aus zwei in Längsrichtung des Drehgestells verlaufenden Längsträgern, einem zwischen beiden Radsätzen angeordneten zentralen Querträger als insbesondere dessen Mitten- bzw. Hauptquerträger und ist so als ein beidseitig offener H-Rahmen mit keinem weiteren Querträger ausgeführt.
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Die Drehgestelllängsrichtung bzw. Längsrichtung des Rahmens ist dabei senkrecht zu den beiden Radsätzen, d.h. in bzw. entgegen der Fahrtrichtung eines Schienenfahrzeugs, das ein solches Drehgestell aufweist. Durch die Formulierung der Erstreckung in zumindest überwiegend Fahrzeug- bzw. Drehgestelllängsrichtung wird berücksichtigt, dass bei Kurvenfahrten keine exakte Längserstreckung des Fahrzeugs zur Drehgestelllängsachse erfolgt, sondern eine entsprechend geringe Auslenkung zu der Drehgestelllängsachse entsprechend eines momentan zu durchfahrenden Kurvenradius.
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Insbesondere erfolgt so eine Übertragung von Zug- bzw. Antriebskräften, worunter auch Bremskräfte zu verstehen sind, von dem Drehgestell auf einen Fahrzeugrahmen des Schienenfahrzeugs über diese Zug-Druck-Stange. Durch die Zug-Druck-Stange wird insbesondere auch bewirkt, dass der Drehpunkt des Drehgestells um dessen vertikale Achse bzw. Hochachse im Bereich "der geometrischen Mitte" zwischen den beiden Radsätzen verbleibt, während die Übertragung der Zug- und Druckkräfte auf den Fahrzeugrahmen in Fahrzeuglängsrichtung davon versetzt erfolgt.
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Die beiden insbesondere elektrischen Motoren zum Antreiben der diesen zugeordneten Radsätze sind von den zugeordneten Radsätzen aus entsprechend insbesondere bidirektional zum zentralen Querträger hin angeordnet. Die Verbindung der Motoren mit dem zentralen Querträger kann dabei als eine feste, insbesondere starre Verbindung bzw. Befestigung aneinander oder als eine relativ zueinander bewegliche Verbindung ausgebildet sein. Eine bewegliche Verbindung ist beispielsweise eine Lagerung des Motors um eine zur Motorwelle parallel verlaufenden Schwenkachse. Vorteilhaft liegt dadurch der Schwerpunkt beider Motoren zwischen der jeweils zugeordneten Radsatzwelle und dem zentralen Querträger.
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Unter dem Fahrzeugrahmen wird insbesondere ein Fahrzeughauptrahmen bzw. ein Strukturelement des Fahrzeughauptrahmens verstanden, welcher geeignet ist zur Kraftübertragung zwischen diesem und damit dem eigentlichen Schienenfahrzeug einerseits und andererseits dem zentralen Querträger und den damit verbundenen Motoren.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung ist, dass Motorwellen der Motoren parallel zu einer jeweils zugeordneten Radsatzwelle der Radsätze und parallel zu dem zentralen Querträger verlaufend angeordnet sind.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung ist, dass eines von den Motoren oder den Motoren und zwischen den Motoren und dem jeweils zugeordneten Radsatz angeordneten Getrieben zumindest teilweise an dem zentralen Querträger abgestützt ist.
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Insbesondere stützt sich so ein Teil des jeweiligen Motors und ggfs. Getriebes auf dem Querträger ab und ein anderer Teil des jeweiligen Motors auf der Radsatzwelle ab. Vorteilhaft trägt dadurch der zentrale Querträger und damit der zentrale Rahmenbereich des Drehgestells das Gewicht der Motoren und ggfs. das Gewicht der Getriebe zumindest teilweise. Dies bewirkt eine stabile Lagerung und im Betrieb eine stabile Führung des gesamten Drehgestells, da der Gesamtschwerpunkt zu dessen Mitte zwischen den Radsätzen verlagert wird. Optional können auch die Motoren oder Motoren und Getriebe vollständig an dem zentralen Querträger abgestützt sein.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung ist, dass die Zug-Druck-Stange mit dem zentralen Querträger des Rahmens über ein drehgestellseitiges Gelenk gelenkig verbunden ist, wobei das Gelenk insbesondere im Zentrum einer Ausdrehbewegung des Drehgestells um dessen Hochachse angeordnet ist.
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Insbesondere erstreckt sich die Zug-Druck-Stange, die zur Übertragung der Antriebs- bzw. Bremskraftkraft dient, aus Richtung des zentralen Querträgers bis zu einem fahrzeugseitigen Gelenkabschnitt jenseits einer Achse eines der Radsätze. Durch die Zug-Druck-Stange wird so insbesondere auch bewirkt, dass der Drehpunkt des Drehgestells um dessen Hochachse im Bereich zwischen den beiden Radsätzen verbleibt, während die Übertragung der Zug- und Druckkräfte auf den Fahrzeugrahmen davon in Fahrzeuglängsrichtung versetzt erfolgt.
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Die Zug-Druck-Stange ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung mit dem Hauptquerträger des Rahmens des Drehgestells so gelenkig verbunden, dass das Gelenk nahe beim Zentrum der Ausdrehbewegung des Drehgestells um dessen Hochachse angeordnet ist. Dadurch wird eine drehgestellseitige Anbindung der Zug-Druck-Stange nahe beim Zentrum der Ausdrehbewegung des Drehgestells um dessen Hochachse bewirkt.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung ist, dass die Zug-Druck-Stange unterhalb einer/der Radachse eines solchen Radsatzes entlang zu einem/dem Strukturelement eines Fahrzeugrahmens führt.
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Dies bewirkt vorteilhaft eine geringe Veränderung vertikaler Radaufstandskräfte innerhalb des Drehgestells infolge einer einwirkenden Zugkraft in der Weise, dass die Längsanlenkung als eine Tiefanlenkung ausgeführt ist.
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Die Zug-Druck-Stange verläuft in ihrer Nominallage in Fahrzeuglängsrichtung waagerecht. Gemäß einer Ausgestaltung verläuft die Zug-Druck-Stange mit einer Neigung in Fahrzeuglängsrichtung.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung ist, dass die Zug-Druck-Stange mittels einer Verbindungskomponente mit einem Strukturelement eines/des Fahrzeugrahmens gelenkig verbunden oder verbindbar ist, wobei die Verbindungskomponente aus vertikaler Sicht innerhalb des Rahmens des Drehgestells angeordnet ist.
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Die Verbindungskomponente ist insbesondere ein fahrzeugseitiger Gelenkkörper oder ein Gelenkabschnitt. Die Verbindungskomponente ist insbesondere als Bestandteil der Zug-Druck-Stange ausgebildet, z.B. als eine Gelenköse, kann aber konstruktiv auch eine eigenständige Komponente sein, die mit der Zug-Druck-Stange und/oder mit einem solchen Strukturelement verbunden oder verbindbar ist. Eine solche Verbindung ist bevorzugt als eine Gelenkverbindung, eine Kupplung oder optional auch eine starre Verbindung ausgebildet.
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Der Rahmen besteht insbesondere aus außenseitigen Längsträgern des Drehgestells, wobei die zumindest zwei Radsätze an und/oder zwischen den Längsträgern angeordnet sind. Aus vertikaler Sicht hebt hervor, dass die Verbindungskomponente nicht in einer gleichen Ebene angeordnet sein muss, wie einer Ebene der Längs- und Querträger, sondern dass die Verbindungskomponente insbesondere im endmontierten Zustand auch gegenüber einer solchen Ebene höher oder bevorzugt tiefer liegend angeordnet sein kann.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung davon ist, dass die Verbindungskomponente vertikal bzw. aus vertikaler Sicht in Längsrichtung des Rahmens bzw. in Drehgestelllängsrichtung innerhalb oder unterhalb des Rahmens angeordnet ist.
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Vertikal bedeutet dabei, dass die Verbindungskomponente in einer Ebene angeordnet sein, welche von dem Rahmen des Drehgestells aufgespannt wird oder aber auch in einer Ebene, welcher höher oder bevorzugt tiefer liegt, als die durch den Rahmen aufgespannte Ebene. Dabei erstreckt sich die Anordnung der Verbindungskomponente jedoch in Längsrichtung gesehen nicht über die Rahmenelemente - insbesondere die Längsträger des Rahmens - hinaus.
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Bei einer solchen Anordnung reicht das Strukturelement des Fahrzeugrahmens, welches das insbesondere fahrzeuginnere bzw. fahrzeugmittige Ende der Zug-Druck-Stange als Verbindungskomponente aufnimmt oder lagert, in Fahrzeuglängsrichtung in die Längsausdehnung des Drehgestells teilweise oder vollständig hinein. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Verbindungsstelle aus Sicht der Rahmenstruktur des Drehgestells innerhalb oder unterhalb einer von der Rahmenstruktur des Drehgestells aufgespannten Ebene angeordnet ist.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung davon ist auch, dass der Rahmen zusätzlich zu dem zentralen Querträger zumindest einen weiteren Querträger aufweist, der aus Sicht des zentralen Querträgers jenseits einer/der Achse eines der Radsätze zwischen zwei Längsträgern des Rahmens ausgebildet ist, wobei die Verbindungskomponente vertikal bzw. aus vertikaler Sicht in Drehgestelllängsrichtung zwischen dem zentralen Querträger und dem weiteren Querträger angeordnet ist.
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Insbesondere reicht das Strukturelement so weit in die Längsausdehnung des Drehgestells, dass ein weiterer Querträger Platz hat. Dabei ist das Strukturelement im endmontierten Zustand ggf. sogar teilweise zwischen den beiden Radscheiben des bevorzugt inneren oder optional auch des äußeren Radsatzes positioniert.
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Der Rahmen des Drehgestells besteht gemäß einer solchen Ausgestaltung aus zwei Längsträgern, einem zwischen beiden Radsätzen angeordneten Querträger als insbesondere dessen Hauptquerträger und zumindest einem weiteren außerhalb der Radsätze angeordneten Querträger als einem Kopfquerträger. Im Fall von zwei solchen weiteren Querträgern ist der Rahmen als ein geschlossener H-Rahmen ausgeführt. Der zur Fahrzeugmitte hin angeordnete Kopfquerträger kann dabei das Fahrzeugrahmenseitige Strukturelement, welches die Zug-Druck-Stange mit dem Fahrzeugrahmen verbindet, räumlich einschließen. Insbesondere sind solche weitere Querträger außerhalb der Radsätze insbesondere außerhalb des Radsatzes zum nächstgelegenen Fahrzeugende hin angeordnet.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung ist, dass die Zug-Druck-Stange mittels einer/der Verbindungskomponente mit einem/dem Strukturelement eines/des Fahrzeugrahmens gelenkig verbunden oder verbindbar ist, wobei die Verbindungskomponente aus Sicht des zentralen Querträgers in einer Ebene jenseits einer Radachse eines der Radsätze angeordnet oder anordbar ist. In Draufsicht auf das Drehgestell befindet sich somit die Radachse zwischen dem zentralen Strukturelement und der Verbindungskomponente.
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Je nach Ausgestaltung befindet sich der fahrzeugseitige Gelenkabschnitt zur Ankopplung an das Strukturelement des Fahrzeugrahmens innerhalb, teilweise innerhalb oder außerhalb des Drehgestells. Auch solche Ausgestaltungen bewirken, dass der Drehpunkt des Drehgestells um dessen Hochachse im Bereich zwischen den beiden Radsätzen verbleibt, während die Übertragung der Zug- und Druckkräfte auf den Fahrzeugrahmen davon in Fahrzeuglängsrichtung versetzt erfolgt. Insbesondere ist das Strukturelement dabei aus Sicht des zentralen Querträgers zur Mitte des Fahrzeugs hin an diesem angeordnet bzw. ausgebildet.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Zug-Druck-Stange am zum zentralen Querträger gegenüberliegenden Ende mit dem Strukturelement des Fahrzughauptrahmens gelenkig verbunden ist. Das Strukturelement ist gemäß einer Ausgestaltung in Fahrzeuglängsrichtung vollständig innerhalb des Bereiches des Drehgestells angeordnet.
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Das Strukturelement zur Verbindung der Zug-Druck-Stange mit dem Fahrzeugrahmen ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung in Fahrzeuglängsrichtung teilweise innerhalb des Drehgestells angeordnet. So wird eine teilweise drehgestellexterne Anordnung des Strukturelementes zur Verbindung der Zug-Druck-Stange mit dem Fahrzeugrahmen ausgebildet.
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Eine vollständig drehgestellexterne Anordnung des Strukturelementes zur Verbindung der Zug-Druck-Stange mit dem Fahrzeugrahmen wird gemäß einer noch weiteren Ausgestaltung dadurch bewirkt, dass das Strukturelement zur Verbindung der Zug-Druck-Stange mit dem Fahrzeugrahmen in Fahrzeuglängsrichtung vollständig außerhalb des Drehgestells angeordnet ist.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung ist, dass die Radsätze mit Primärfedern insbesondere zumindest überwiegend vertikal federnd angeordnet am Rahmen gelagert sind und der Rahmen mit Sekundärfedern zumindest überwiegend vertikal federnd gegenüber einem Schienenfahrzeug-Fahrzeugkasten angeordnet, gelagert oder lagerbar ist.
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Unter überwiegend vertikal federnd angeordnet wird verstanden, dass eine Längs- bzw. Federwirkungsachse der Federn sich um weniger als 45°, insbesondere um weniger als 5° geneigt von der Vertikalen erstreckt und somit überwiegend vertikale Kräfte durch die Primär- bzw. Sekundärfedern abgefedert werden.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung davon ist, dass Sekundärfedern an einem Sekundärfederansatz außenseitig von Längsträgern / der Längsträger des Rahmens angeordnet sind.
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Dies bewirkt, dass der Drehpunkt durch mehrere seitliche Aufhängungen gebildet wird, welche insbesondere von einer Mitte des Rahmens gesehen seitlich des zentralen Querträgers oder seitlich an diesem angeordnet sind. Solche Aufhängungen bzw. Sekundärfedern bilden von sich aus oder auch über eine zwischengeschaltete Wiege eine Abstützung gegenüber einem Wagenkasten des Schienenfahrzeugs.
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Bevorzugt wird demgemäß auch ein Schienenfahrzeug mit zumindest einem solchen Drehgestell mit zumindest zwei Radsätzen, wobei das Drehgestell über eine/die Zug-Druck-Stange mit einem Strukturelement eines Fahrzeugrahmens des Schienenfahrzeugs gelenkig verbunden ist.
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Insbesondere erfolgt bei dem Einsatz einer solchen Drehgestells am Schienenfahrzeug keine Längsverlagerung des Zentrums der Ausdrehbewegung des Drehgestells relativ zum Fahrzeugrahmen im Falle einer reinen, d. h. nicht mit einer Querverschiebung kombinierten, Ausdrehbewegung des Drehgestells um seine Hochachse.
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Ermöglicht wird durch solche Ausgestaltungen ein möglichst geringes bauliches Eintauchen einer oberen Gegenlage der Sekundärfedern in eine Struktur des Fahrzeugrahmens bei gleichzeitiger Minimierung der horizontalen Verformung der Sekundärfedern infolge der Ausdrehbewegung des Drehgestells.
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Bereitgestellt wird mit solchen Ausgestaltungen somit ein Drehgestell, welches viele Nachteile vermeidet und eine Vielzahl von noch weiteren Vorteilen bietet.
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Ermöglicht wird insbesondere eine verschleißfreie Ausführung von Stütz-, Zug- und Bremskraftübertragungselementen zwischen unabgefederten und primär abgefederten sowie primär und sekundär abgefederten Teilen.
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Ermöglicht wird insbesondere auch eine kurze Baulänge des Gesamtsystems, bestehend aus Drehgestell und dessen Längsanlenkung zum Fahrzeugrahmen.
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Vorteilhaft ist auch ein geringes Massenträgheitsmoment des Drehgestells insbesondere um seine Hochachse bei gleichzeitig möglichst kleinem Verhältnis aus dem Abstand der Fahrmotoren innerhalb des Drehgestells zum Radsatzstand des Drehgestells zwecks Erhöhung der Fahrstabilität und Reduktion dynamischer Querkraftspitzen zwischen Rad und Schiene insbesondere bei Bogeneinfahrten ohne Übergangsbogen.
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Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Soweit in den verschiedenen Figuren gleiche Bezugszeichen verwendet werden, wird damit auf gleiche oder gleich wirkende Komponenten verwiesen, so dass auch die entsprechenden Beschreibungen der jeweils anderen Figuren diesbezüglich heranziehbar sind. Im Einzelnen ist in schematisiert vereinfachter Darstellung folgendes dargestellt:
- Figur 1
- zeigt in schematisiert vereinfachter Darstellung den Grundaufbau eines Drehgestells eines Schienenfahrzeugs in teilweise geschnittener Ansicht;
- Figur 2
- zeigt in schematisiert vereinfachter Darstellung den Grundaufbau eines gegenüber Figur 1 modifizierten Drehgestells eines Schienenfahrzeugs in teilweise geschnittener Ansicht;
- Figur 3
- zeigt ein Drehgestell nach Figur 1 in perspektivischer Darstellung von schräg oben; und
- Figur 4
- das Drehgestell aus Figur 3 in perspektivischer Darstellung von schräg unten.
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Figur 1 zeigt ein Drehgestell 1 eines Schienenfahrzeugs. Dargestellt ist dabei in Figur 1 eine teilweise geschnittene Ansicht in Richtung einer Drehgestellquerrichtung y. In vertikaler Richtung führt insbesondere mittig durch das Drehgestell 2 eine vertikale Achse z des Drehgestells 1. In seitlicher Richtung, welche einer Drehgestelllängsrichtung x entspricht, befindet sich beispielsweise rechtsseitig die Mitte des Schienenfahrzeugs und linksseitig ein Ende des Schienenfahrzeugs. Figur 3 und Figur 4 zeigen die Ausgestaltung gemäß Figur 1 in unterschiedlichen perspektivischen Ansichten. Insbesondere sind in den Figuren 3 und 4 auch zusätzliche Komponenten eines realistischer dargestellten Drehgestells 1 skizziert, welche für die konkrete Ausgestaltung jedoch nicht zwingend wie dargestellt erforderlich sind.
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Ein solches Drehgestell 1 weist als tragende Konstruktion für weitere Komponenten des Drehgestells 1 und zum Ankoppeln des Drehgestells 1 an ein Schienenfahrzeug einen Rahmen 2 auf. Der Rahmen 2 weist zwei beabstandet und parallel zueinander verlaufende Längsträger 7 auf. Zwischen den Längsträgern 7 sind nahe deren Endabschnitten zwei Radsätze 3, 4 gelagert.
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Die beiden Längsträger 7 sind über einen zentralen Querträger 8 des Rahmens 2 fest miteinander verbunden. Der zentrale Querträger 8 erstreckt sich zwischen den beiden Längsträgern 7 insbesondere in einem Bereich mittig einer Längserstreckung I des Drehgestells 1 bzw. dessen Rahmens oder der Längsträger 7.
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Am Längsträger 7 sind zwei Motoren 5, 6 befestigt, insbesondere gelagert. Die Motoren 5, 6 sind dabei in Drehgestelllängsrichtung x vor bzw. hinter dem zentralen Querträger 8 angeordnet. Insbesondere sind die Motoren 5, 6 so am zentralen Querträger 8 gelagert, dass sie um eine Achse parallel zu deren Motorwellen herum verschwenkbar sind. Die Achsen der Motorwellen verlaufen bevorzugt parallel zu einer jeweils benachbarten Achse y1 bzw. y2 des dem Motor 5, 6 zugeordneten Radsatzes 3 bzw. 4. Zur Ankopplung der Motoren 5, 6 an deren jeweilige Radsätze 3 bzw. 4 sind Radachsen 17, 18 der Radsätze 3 bzw. 4 jeweils mit einem Getriebe 15 bzw. 16 mit deren Motor 5, 6 verbunden. Unter dem Begriff Radachse wird hier entsprechend auch eine antreibbare Radwelle verstanden. Ein Getriebegehäuse der Getriebe 15, 16 kann eigenständig ausgebildet oder fest mit einem Motorgehäuse des jeweils zugeordneten Motors 5 bzw. 6 ausgebildet sein. In Drehgestelllängsrichtung x sind somit jeweils parallel zueinander verlaufend ein erster Radsatz (3) bzw. dessen Radachse 17, das diesem zugeordnete Getriebe 15, der diesem zugeordnete Motor 5, der zentrale Querträger 8, der weitere Motor 6, das diesem zugeordnete Getriebe 16 und die mit dem Getriebe 16 zusammenwirkende Radachse 18 des weiteren Radsatzes 4 angeordnet.
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An einem Fahrzeugrahmen 10 eines Schienenfahrzeugs, welcher als Fahrzeughauptrahmen ausgebildet ist oder Bestandteil eines solchen Fahrzeughauptrahmens ist, ist das Drehgestell 1 mittels einer Zug-Druck-Stange 12 befestigt. Die Zug-Druck-Stange 12 dient zur Übertragung von Kräften in insbesondere Drehgestelllängsrichtung x zwischen dem Drehgestell 1 und dem Fahrzeugrahmen 10 bzw. einem Strukturelement 11 des Fahrzeugrahmens 10. Das Strukturelement 11 ist insbesondere starr mit dem Fahrzeugrahmen 10 verbunden, kann aber auch an dem Fahrzeugrahmen 10 angekoppelt sein.
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Die beispielhaft dargestellte Zug-Druck-Stange 12 weist bevorzugt ein drehgestellseitiges Gelenk 13 auf, mit dem die Zug-Druck-Stange 12 an dem zentralen Querträger 8 gelagert ist. Insbesondere sind durch die gelenkige Verbindung Bewegungen in einer Ebene quer zur Drehgestelllängsrichtung x, d.h. in einer Drehrichtung seitlich quer zur Drehgestelllängsrichtung x und auch in vertikaler Richtung möglich, um ausreichende Bewegungen des Drehgestells 1 relativ zu dem Fahrzeugrahmen 10 insbesondere bei Kurvenfahrten zu ermöglichen. Die Zug-Druck-Stange 12 weist an ihrem gegenüberliegenden Ende bevorzugt ein entsprechendes fahrzeugseitiges Gelenk 14 auf, mit welchem die Zug-Druck-Stange 12 an dem Strukturelement 11 des Fahrzeugrahmens 10 gelagert ist. Optional kann anstelle zumindest eines der beiden Gelenke 13, 14 auch eine starre Verbindung vorgesehen sein, wenn beispielsweise das Strukturelement 11 seinerseits gelenkig am Fahrzeugrahmen 10 angekoppelt ist.
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Das fahrzeugseitige Gelenk 14 bildet eine beispielhafte Verbindungskomponente des Strukturelements 11 und der Zug-Druck-Stange 12. Ein solches Gelenk 14 oder eine solche Verbindungskomponente befindet sich innerhalb eines von den Längsträgern 7 des Rahmens 2 aufgespannten Bereichs. Mit anderen Worten befindet sich in Drehgestelllängsrichtung x die Verbindungskomponente der Zug-Druck-Stange 12 und des Strukturelements 11 in einem Abstand a14 zu dem zentralen Querträger 8, wobei dieser Abstand a14 kleiner ist als ein Abstand a8 zwischen dem zentralen Querträger 8 und einem der Verbindungskomponente benachbarten Ende des Drehgestells 1 bzw. von dessen Längsträger 7. Insbesondere befindet sich die Verbindungskomponente der Zug-Druck-Stange 12 und dem Strukturelement 11 in vertikaler Richtung innerhalb der Längserstreckung des Rahmens 2 bzw. der Längsträger 7. Optional kann ein Abschnitt des Strukturelements 11 auch zumindest teilweise über diese Erstreckung aus dem durch den Rahmen 2 aufgespannten Bereich herausragen, wobei ein solcher Abschnitt dann insbesondere unterhalb oder oberhalb benachbarter Rahmenelemente des Rahmens 2 ausgebildet ist..
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Zur Erhöhung der Stabilität des Rahmens 2 weist der Rahmen 2 optional einseitig einen weiteren Querträger 9 auf, welcher auch als Kopfquerträger bezeichnet wird Dieser endseitige weitere Querträger 9 erstreckt sich zwischen denjenigen Endabschnitten der beiden Längsträger 7 des Rahmens 2, welche den Endabschnitten gegenüberliegend angeordnet sind, in deren Bereich das Strukturelement 11 angeordnet ist.
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Bei der modifizierten Ausgestaltung gemäß Figur 2 weist der Rahmen 2 noch einen endseitigen weiteren Querträger 19 auf. Bei dieser Ausgestaltung ist entsprechend die Verbindungskomponente der Zug-Druck-Stange 12 und des Strukturelements 11 im Vergleich zu Figur 1 weiter in mittiger Richtung des Drehgestells 1 verlagert. Dabei führt das Strukturelement 11 so weit vom entsprechenden endseitigen Abschnitt des Rahmens 2 in Richtung des zentralen Querträgers 8 versetzt in den durch den Rahmen 2 aufgespannten Bereich hinein oder durch diesen hindurch, dass eine Berührung des endseitigen weiteren Querträgers 19 und des Strukturelementes 11 auch bei Kurvenfahrten vermieden wird.
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Bevorzugt ist bei beiden Ausgestaltungen das Strukturelement 11 aus Sicht des zentralen Querträgers 8 jenseits der dem Strukturelement 11 benachbarten Radachse 18 des entsprechenden Radsatzes 3 angeordnet.
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Bevorzugt ragt das Strukturelement 11 in vertikaler Richtung bis zu der Verbindungskomponente bzw. dem Gelenk 14 bis unterhalb der benachbarten Radachse 18. Dabei befindet sich die Verbindungskomponente so weit unterhalb der benachbarten Radachse 18, dass im Fahrbetrieb im Fall von Unebenheiten und Stößen in vertikaler Richtung ausreichend Raum zwischen der Unterkante der Radachse und der Oberkante der Zug-Druck-Stange 12 verbleibt, so dass Berührungen vermieden werden.
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Bei diesen Ausgestaltungen sind die beiden Motoren 5, 6 in bzw. entgegen der Fahrtrichtung an dem zentralen Querträger 8 angeordnet und erstrecken sich mit den zugeordneten Getrieben 15 bzw. 16 in vorderseitiger bzw. rückseitiger Richtung zu dem jeweils zugeordneten der Radsätze 3 bzw. 4. Dadurch befindet sich ein Schwerpunkt des Drehgestells 1 vorteilhaft mittig im Bereich des zentralen Querträgers 8. Durch eine antisymmetrische Anordnung der beiden Motoren 5, 6 und Getriebe 15, 16 in Fahrtrichtung rechts bzw. links liegt der Schwerpunkt des Drehgestells 1 vorteilhaft auch in Richtung quer zur Drehgestelllängsrichtung x mittig im Bereich des Querträgers 8.
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Um bei einer solchen Ausgestaltung des Drehgestells 1 eine niedrige Bauhöhe zu ermöglichen, sind Sekundärfedern 20 auf Sekundärfederansätzen 21 angeordnet, welche außenseitig der Längsträger 7 am Rahmen 2, insbesondere an dessen Längsträgern 7 ausgebildet sind. Solche Sekundärfederansätze 21 können zusätzlich oder alternativ auch Bestandteil des zentralen Querträgers 8 sein, wenn von diesem ein Abschnitt unterhalb der Längsträger 7 bis außenseitig der Längsträger 7 hervor ragt.
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Primärfedern 22 dienen in üblicher Art und Weise zur insbesondere vertikalen elastischen Lagerung der Radsätze 3, 4 am Rahmen 2.
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Insbesondere ist das drehgestellseitige Gelenk 13 so unterhalb des zentralen Querträgers 8 angeordnet, dass es mittig des zentralen Querträgers 8 und im Bereich von dessen zentraler vertikaler Hochachse liegt, welche bevorzugt auch die zentrale Achse z des Drehgestells 1 ausbildet.
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Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen ist das Strukturelement 11 in Richtung zur Fahrzeugmitte bzw. Lokomotivmitte hin angeordnet. Prinzipiell ist aber auch eine Anordnung am gegenüberliegenden Ende des Drehgestells, also zum Ende des Schienenfahrzeugs hin möglich. Gemäß weiterer Ausgestaltung ist es prinzipiell auch möglich, dass die Zug-Druck-Stange oberhalb der Achse eines der Radsätze entlang geführt ist. Insbesondere in einem solchen Fall kann ein Lager des benachbarten Motors in einem unterseitigen Abschnitt des zentralen Querträgers 8 anstelle einem eher oberseitigen Abschnitt des zentralen Querträgers 8 angeordnet sein.
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Insbesondere führt das Strukturelement 11 somit benachbart zu der Achse y1 des entsprechenden Radsatzes 4, der zur Fahrzeugmitte angeordnet ist, innenseitig in das Drehgestell 1 hinein. Das Strukturelement 11 kann optional aber auch benachbart zu der fahrzeugaußenseitigen Achse y2 des anderen Radsatzes 3 in den Bereich des Drehgestells 1 bzw. von dessen Rahmen 2 hineinführen.
Bezugszeichenliste:
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- 1
- Drehgestell eines Schienenfahrzeugs
- 2
- Rahmen des Drehgestells
- 3
- Radsatz
- 4
- Radsatz
- 5
- Motor
- 6
- Motor
- 7
- Längsträger des Rahmens
- 8
- zentraler Querträger des Rahmens
- 9
- endseitiger weiterer Querträger des Rahmens
- 10
- Fahrzeugrahmen
- 11
- Strukturelement am Fahrzeugrahmen
- 12
- Zug-Druck-Stange
- 13
- drehgestellseitiges Gelenk der Zug-Druck-Stange
- 14
- fahrzeugseitiges Gelenk der Zug-Druck-Stange
- 15
- Getriebe
- 16
- Getriebe
- 17
- Radachse
- 18
- Radachse
- 19
- endseitiger weiterer Querträger des Rahmens
- 20
- Sekundärfeder
- 21
- Sekundärfederansatz
- 22
- Primärfeder
- a8
- Abstand zentraler Querträger zu Ende des Rahmens
- a14
- Abstand zentraler Querträger zu fahrzeugseitigem Gelenk
- l
- Längsabstand zwischen den beiden Radsätzen
- x
- Drehgestelllängsrichtung
- y
- Drehgestellquerrichtung
- y1
- Achse eines der Radsätze
- y2
- Achse eines weiteren Radsatzes
- z
- vertikale Achse bzw. Hochachse des Drehgestells
