Gelenkfahrzeug mit einem zweidrädrigen Laufwerk

Abstract

 Es wird ein Gelenkfahrzeug für den Schienenverkehr beschrieben, mit einem spurführenden zweirädrigen, unter einem Übergangsbereich angeordneten, durch Federkräfte (8, 11; 8'; 11') radial in Gleisbögen einstellbaren Laufwerk (4) und zwei im Übergangsbereich über ein Längs- und Querkräfte übertragendes Kugelgelenk (3) unmittelbar miteinander gekuppelten Fahrzeugteilen (1, 2), deren jeder sich in vertikaler Richtung nur über zwei außenliegende Sekundärfedern (8; 8') auf einen Rahmen (7) des Laufwerks (4) abstützt, der über eine Lenkeranordnung (9) mit zumindest einem der Fahrzeugteile verbunden und in Längsrichtung gegen Nickschwingungen stabilisiert geführt ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Gelenkfahrzeug mit einem zweirädrigen Laufwerk mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
Diese Merkmale sind bekannt aus DE 28 28 421 C2. In der dort beschriebenen Verbindung zwischen zwei Fahrzeugteilen eines Gelenkfahrzeugs sind die Fahrzeugteile über je einen Drehzapfen an dem Rahmen des beide Wagenenden tragenden zweirädrigen Laufwerks angelenkt. Zur seitlichen Abstützung der Fahrzeugteile sind beidseitig jedes Drehzapfens Sekundärfedern vorgesehen. Als direkte Verbindung zwischen den beiden Fahrzeugteilen dient lediglich ein kurzer Lenker, der sich horizontal in Querrichtung zwischen zwei fahrzeugfesten endseitigen Deichselarmen erstreckt.

[0002] Mit dieser Anordnung wird eine selbsttätige radiale Einstellung des zweirädrigen Laufwerks in Gleisbogen auf die Winkelhalbierende des Knickwinkels zwischen den beiden Fahrzeugteilen erreicht. Gerade bei Personenfahrzeugen muß aber mit erheblichen Lastunterschieden zwischen den gekuppelten Fahrzeugteilen gerechnet werden. Bei der vorstehend erwähnten Konstruktion wird in diesem ungünstigen Lastfall der Laufwerkrahmen durch die Drehzapfen unsymmetrisch einseitig belastet, da der erwähnte flachliegende Lenker keinen Lastausgleich schaffen kann.

[0003] Aus DE 24 31 422 A1 ist ein gelenkbeweglicher Güterzugwagen mit einer einzelnen Zwischenachse bekannt, bei dem sich zwei durch ein Kugelgelenk miteinander direkt gekuppelte Fahrzeug-Halbrahmen über Federböcke und Schakengehänge direkt auf die Primärfederung des einzelnen Radsatzes abstützen. Auch hier ist das Ziel eine radiale Einstellung der Zwschenachse in Gleisbögen. Bei Güterwagen-Laufwerken ist jedoch bekanntlich keine Sekundärfederung vorgesehen.

[0004] Ein in DE 37 18 254 C2 beschriebenes zweirädriges Laufwerk trägt über Sekundärfedern ein Fahrzeugende und ist durch eine kinematische Steuereinrichtung radial in Gleisbögen eingestellt. Diese Steuereinrichtung umfaßt diagonal angeordnete Koppelstangen oder -seile, die die Fahrgestelle eines Fahrzeugs gegensinnig miteinander koppeln und/oder eine Lenkeranordnung, mit der in Gleisbögen die Winkelstellung eines im Zugverband benachbarten Fahrzeugs eine Wendebewegung des Laufwerkrahmens erzwingt. Längskräfte zwischen dem Fahrzeuguntergestell und dem Laufwerk-Rahmen werden durch eine mittig angeordnete Lenkeranordnung übertragen, die Einfederbewegungen zwischen dem Wagenkasten und dem Laufwerkrahmen in vertikaler Richtung sowie Rotation um die Hochachse zuläßt.

[0005] Aus CH-A5 676 220 ist ein Laufwerk für ein Einschienen-Gliederfahrzeug bekannt, dessen beide spurkranzlosen (Gummi-)Tragräder von zwei Paaren seitlicher Führungsrollen entlang der Fahrbahn geführt werden, die die Achse der Tragräder radial in Bögen einstellen.
Die durch ein Kugelgelenk unmittelbar miteinander gekuppelten Wagenkästen sind durch unterhalb des Kugelgelenks angeordnete (Sekundär-)Federelemente auf dem Laufwerk abgestützt. Parallel zur Fahrwegebene ist das Laufwerk durch zwei übereinanderliegende dreieckförmige Lenker mit einem der Wagenkästen verbunden.
Durch diese Lenker und das Kugelgelenk ist eine vertikale Lagerachse räumlich definiert. Die Stellung der Wagenkästen zueinander hat keinen Einfluß auf die Bogeneinstellung des Laufwerks, weil die Federelemente nicht oder nur geringfügig in ihrer Querrichtung belastet werden.

[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Gelenkfahrzeug der eingangs erörterten Bauart die Führung und die Laufeigenschatten des zweirädrigen Laufwerks durch eine ausgeglichene Lasteinleitung in dessen Rahmen weiter zu verbessern.

[0007] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Merkmale der Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen dieses Gegenstands an.

[0008] Während die selbsttätige radiale Einstellung des Laufwerkrahmens in Gleisbögen nach wie vor allein durch Federkräfte herbeigeführt wird, bewirkt die -an sich bekannte- Gelenkkuplung eine gleichmäßige Verteilung der Last auf die Sekundärfedern zu beiden Seiten der Radachse bzw. des Radsatzes.
Die Lenkeranordnung stabilisiert den Rahmen des zweirädrigen Laufwerks gegen Nickschwingungen um die Radachse, läßt jedoch dessen Lenkbewegungen um die Hochachse und das Einfedern der Sekundärfedern unbehindert.

[0009] In Weiterbildung dieser Erfindung kann eine Federkraftkomponente, die zwischen beiden Fahrzeugteilen und dem Laufwerkrahmen in dessen Längsrichtung wirkt, weiter dazu beitragen, diesen an Drehschwingungen (Schlingern) um die Radsatz-Hochachse zu hindern bzw. dem Wellenlauf entgegenzuwirken. In vorteilhafter Weise kann diese Federkraftkomponente durch Schrägstellen der Sekundärfedern bereitgestellt werden. Bedarfsweise wird auch eine Schlingerdämpfung vorzusehen sein, deren Dämpfungsfaktor vorzugsweise in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit variabel sein sollte.

[0010] Weitere Vorteile des Gegenstands der Erfindung gehen aus der Zeichnung von Ausführungsbeispielen und deren sich im folgenden anschließender eingehender Beschreibung hervor.

[0011] Es zeigen in stark schematisierter Darstellung

Figur 1

eine Seitenansicht des Gelenkbereichs eines Gelenkfahrzeugs mit einem zweirädrigen Zwischenfahrwerk unter dem Gelenk,

Figur 2

eine Draufsicht auf denselben Bereich mit in Rollrichtung des Laufwerkrahmens wirksamen Feder- und Dämpferkomponenten,

Figur 3

eine Variante für eine Schlingerdämpfung des zweirädrigen Laufwerks,

Figur 4

eine Seitenansicht analog zu Fig. 1 einer Ausführungsform, in der die Sekundärfedern selbst eine in Rollrichtung des Laufwerkrahmens wirksamen Federkomponente haben.

[0012] Gemäß Figur 1 sind zwei Fahrzeugteile 1 und 2 eines spurgeführten Fahrzeugs über ein Kugelgelenk 3 fest miteinander verbunden, das als Kupplung die wesentlichen Längs- und Querkräfte zwischen den beiden Fahrzeugteilen zu übertragen hat. Das hier nur als Prinzipbild schematisch gezeigte Gelenk kann in jeder für den Zweck geeigneten Bauart ausgeführt werden. Ein in diesem Bereich über dem Gelenk vorgesehener Passagierübergang ist zur Vereinfachung weggelassen.

[0013] Mittig unter dem Gelenk 3 läuft ein zweirädriges Laufwerk 4 mit einem Radsatz 5 -es können grundsätzlich auch zwei Einzelräder vorgesehen werden-, auf dem sich über Primärfedern 6 ein Laufwerkrahmen 7 abstützt. Dieser hat zwei außenliegende Langträger 7L, die an ihren Enden nach unten abgekröpft sind und mit Aufnahmen für als Luftfedern ausgeführte Sekundärfedern 8 versehen sind. Die beiden Fahrzeugteile 1 und 2 stützen sich jeweils auf ein Paar von Sekundärfedern 8 beidseits des Gelenks 3 ab. Dieses hat insbesondere für einen Ausgleich von unterschiedlichen Beladungen der beiden Fahrzeugteile derart zu sorgen, daß die Sekundärfedern ausgeglichen belastet sind. Grundsätzlich soll es bei der Luftfederausführung möglich sein, die vier Luftfedern miteinander fluidisch kommunizieren zu lassen.

[0014] Der steife Laufwerkrahmen 7 wird durch wenigstens zwei die Langträger 7L miteinander verbindende Querträger 7Q vervollständigt. Diese dienen insbesondere auch als Träger für Bremseinrichtungen, z. B. Bremszangen für Radsatz-Wellenbremsscheiben, die hier jedoch ebenso wie Antriebseinrichtungen des Laufwerks 4 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt wurden.

[0015] Um das Prinzip der Lenkerführung des Laufwerks 4 anzudeuten, ist einer der Querträger 7Q an dem ihm zugewandten Fahrzeugteil in an sich bekannter Weise über eine in Fahrzeugquermitte bzw. in dessen Längsmittenebene montierte (Parallelogramm-)Lenkeranordnung 9 so angelenkt, daß die Fahrzeugteile 1 und 2 in den Sekundärfedern 8 einfedern können und sich der Laufwerkrahmen 7 um die Hochachse gegenüber den Fahrzeugteilen radial in Gleisbögen einstellen kann. Nickschwingungen des Laufwerkrahmens 7 um die Radsatzachse oder eine dazu parallele Achse werden jedoch verhindert. Die Lenkeranordnung 9 hat auch Bremsreaktionskräfte und ggf. Antriebsreaktionskräfte abzustützen. Die beiden parallelen Lenkerstangen sollten möglichst lang sein, um Längsbewegungen zwischen dem Laufwerkrahmen 7 und den Fahrzeugteilen zu minimieren.

[0016] Das Laufwerk 4 wird allein durch Federkräfte radial in Gleisbögen auf die Winkelhalbierende zwischen den Fahrzeugteilen 1 und 2 eingestellt und gleichzeitig sicher gegen Schlingerbewegungen um seine Hochachse geführt.

[0017] Die Sekundärfedern 8 sind als vertikal ausgerichtete Tragfedern in der horizontalen Ebene -auf Schub belastet- relativ weich. Bei Bedarf kann deshalb auch eine Federkraftkomponente in Längsrichtung des Laufwerkrahmens vorgesehen werden, wie aus Fig. 2 hervorgeht.
In dieser Draufsicht auf den Gelenkbereich sind die unter den Fahrzeugteilen 1 und 2 liegenden vier Sekundärfedern 8 nur als gestrichelte Kreise angedeutet. Die Lenkeranordnung liegt unterhalb des Kugelgelenks 3 in der Mittenlängsachse der Fahrzeugteile und ist nicht sichtbar.
An beiden Längsträgern 7L des Fahrwerkrahmens 7 sind abweichend von Fig. 1 mittig Federlager 10 befestigt, auf denen sich paarweise in Längsrichtung wirkende Druckfedern 11 abstützen, deren jeweils anderes Ende sich an einem der beiden Fahrzeugteile 1 und 2 abstützt.
Jeweils parallel zu den Druckfedern 11 sind Dämpfungselemente 12 vorgesehen, deren Dämpfungsfaktor abhängig von der momentanen Fahrgeschwindigkeit variabel -in Stufen oder kontinuierlich- einstellbar sein kann. Dies kann z. B. durch ein Proportionalventil mit steuerbarer Drosselwirkung geleistet werden, das von einem Regler aktivierbar ist.

[0018] Durch die Druckfedern 11 wird auf die Längsträger 7L des Fahrwerkrahmens ständig eine den Schlingeranregungen entgegenwirkende und die radiale Einstellung in Gleisbögen fördernde Kraft ausgeübt. Wenn das so ausgestattete Gelenkfahrzeug im Gleisbogen fährt, resultiert aus der Winkelstellung zwischen den Fahrzeugteilen 1 und 2 bzw. des Kugelgelenks 3 eine Belastung der Druckfedern 11 auf der Bogeninnenseite und eine Entlastung der Druckfedern auf der Bogenaußenseite. Die Sekundärfedern 8 unterliegen gleichzeitig einer Schubbelastung. Die insgesamt wirkenden Kräftepaare zentrieren den Fahrwerkrahmen zwanglos in die Gleichgewichtslage.

[0019] In einer Variante der Längsfederkomponente ist gemäß dem in Fig. 3 gezeigten Ausschnitt aus einer Draufsicht beidseitig des Gelenks eine Reihenschaltung von Federn 11' und Hydraulikzylindern 12' vorgesehen, wobei die Arbeitskammern der Zylinder 12' paarweise überkreuz miteinander durch Leitungen 13 und 14 verbunden sind. In den Verbindungen 13, 14 können bedarfsweise Drosseln 15 vorgesehen werden, um die Dämpfung durch die Verdrängerarbeit zu beeinflussen.

[0020] Diese Feder-Zylinder-Kombination ist im Hinblick auf Brems- und Antriebsreaktionskräfte so auszulegen, daß das Gelenk 3 bzw. die Fahrzeugteile 1/2 untereinander gegen Knicken in der Fahrwegebene bzw. Knickschwingungen stabilisiert werden. Gleichzeitig wird das zweirädrige Laufwerk gegen Schwingungen um seine Hochachse stabilisiert. Es wäre an dieser Stelle auch möglich, die Zylinder auf hydropneumatischen Federelementen abzustützen, wie es im Prinzip von Querfederungen zwischen Fahrwerk und Wagenkasten bekannt ist. Wiederum können parallel zu den Federn 11' Dämpfer vorgesehen werden, die hier nicht gezeigt sind.

[0021] Eine weitere Ausgestaltung, die in Fig. 4 in einer Seitenansicht analog zu Fig. 1 skizziert ist, zeigt, daß die Funktion der Sekundärfedern 8 und der Druckfedern 11 aus Fig. 2 auch durch schräggestellte Sekundärfedern 8' realisiert werden kann, denn diese haben neben ihrer primären Tragfunktion auch die erwünschte Kraftkomponente in Rollrichtung des Laufwerks 4. Es versteht sich, daß auch in dieser Anordnung eine geeignete Dämpfung gegen Schlingerbewegungen des Laufwerkrahmens 7 und Knickauslenkungen der Fahrzeugteile 1/2 vorzusehen ist. Die Hauptfederachsen der Sekundärfedern 8' auf einer Fahrzeugseite konvergieren nach oben hin.

[0022] Wenn sich die Ecken der Fahrzeugteile bogeninnen einander nähern, laufen sie entlang den schräggestellten Auflagen der Längsträger 7L leicht bergab, während die Sekundärfedern 8' auf Schub beansprucht und gleichzeitig geringfügig entlastet werden. Bogenaußen werden die Fahrzeugecken auseinandergezogen und laufen entsprechend bergauf, wobei dort die schräggestellten Sekundärfedern zusätzlich belastet werden.

[0023] Daraus resultiert ein primär von der Bogenkrümmung abhängiger passiver Neigeeffekt, der die Fahrzeugteile selbsttätig in den Bogen hinein neigt und damit bei höheren Geschwindigkeiten eine Teilkompensation von Fliehkräften leistet. Eine zusätzliche geschwindigkeitsabhängige Steuerung der Fahrzeug-Seitenneigung kann durch Druckänderung in den Sekundärfedern und/oder Zu- und Wegschalten von Zusatzvolumina erreicht werden.

[0024] Grundsätzlich haben alle Varianten der Federanordnungen gemeinsam, daß ein großer Abstand zwischen den Federkraft-Längskomponenten und der Gelenkachse und der Radachsenmitte vorgesehen ist, um die Hebel der Federn gegenüber dem Drehzentrum des Laufwerkrahmens groß zu halten.

Ansprüche

1. Gelenkfahrzeug für den Schienenverkehr mit

- einem spurführenden zweirädrigen, unter einem Übergangsbereich angeordneten, durch Federkräfte (8, 11; 8'; 11') radial in Gleisbögen einstellbaren Laufwerk (4),

- zwei im Übergangsbereich über ein Längs- und Querkräfte übertragendes Kugelgelenk (3) unmittelbar miteinander gekuppelten Fahrzeugteilen (1, 2),

- deren jeder sich in vertikaler Richtung nur über zwei außenliegende Sekundärfedern (8; 8') auf einen Rahmen (7) des Laufwerks (4) abstützt,

- der über eine Lenkeranordnung (9) mit zumindest einem der Fahrzeugteile verbunden und in Längsrichtung gegen Nickschwingungen stabilisiert geführt ist.

2. Gelenkfahrzeug nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem Laufwerkrahmen (7) und den beiden darauf abgestützten Fahrzeugteilen (1, 2) beidseits der Lenkeranordnung (9) eine Federkraftkomponente (Federn 11, 11'; 8') zur Unterstützung und/oder Erhöhung der Schubsteifigkeit der Sekundärfedern in Rollrichtung des Laufwerks (4) orientiert ist, welche einer Rotation des Laufwerkrahmens (7) gegenüber jedem der Fahrzeugteile (1, 2) um seine Hochachse entgegenwirkt.

3. Gelenkfahrzeug nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß neben den Sekundärfedern (8) separate Federn (11, 11') mit einer horizontalen Kraftkomponente vorgesehen sind.

4. Gelenkfahrzeug nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die die beiden Fahrzeugteile (1, 2) auf dem Laufwerkrahmen (7) abstützenden Sekundärfedern (8') paarweise gleichsinnig derart schräg angestellt sind, daß die beiden Sekundärfedern (8') auf einer Fahrzeugseite gegensinnig in Rollrichtung des Laufwerks (4) wirkende Kraftkomponenten aufbringen.

5. Gelenkfahrzeug nach Anspruch 2, 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß parallel zu der horizontalen Federkraftkomponente eine Einrichtung (12) zum Dämpfen von Knickbewegungen der Fahrzeugteile (1, 2) untereinander und von Schlingerbewegungen des Fahrwerkrahmens (7) vorgesehen ist.

6. Gelenkfahrzeug nach Anspruch 2, 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß in Reihe mit der horizontalen Federkraftkomponente eine Einrichtung (12') zum Stabilisieren der Fahrzeugteile (1, 2) gegen Knickbewegungen und des Fahrwerkrahmens (7) gegen Schlingerbewegungen vorgesehen ist.

7. Gelenkfahrzeug nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Dämpfungseigenschaften der Einrichtung zur Knick- und Schlingerdämpfung in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit variabel einstellbar sind.

8. Gelenkfahrzeug nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hauptfederachsen der Sekundärfedern (8') einer Fahrzeugseite nach oben konvergieren.

Zeichnung