EP4377181B1

EP4377181B1 - Schienenfahrzeug mit einer wagengelenkvorrichtung

Info

Publication number: EP4377181B1
Application number: EP22789226.2A
Authority: EP
Inventors: Martin Teichmann; Reinhard WILDING; Christian Brandstätter
Original assignee: Siemens Mobility Austria GmbH
Current assignee: Siemens Mobility Austria GmbH
Priority date: 2021-09-30
Filing date: 2022-09-26
Publication date: 2026-02-11
Anticipated expiration: 2042-09-26
Also published as: EP4377181A1; AT525097B1; US20240425092A1; AT525097A4; WO2023052311A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schienenfahrzeug mit zumindest einem ersten Wagen und einem zweiten Wagen, welche mittels einer Wagengelenksvorrichtung miteinander gekoppelt sind, wobei die Wagengelenksvorrichtung einen veränderlichen Widerstand gegen Verdrehung des zumindest ersten Wagens relativ zu dem zweiten Wagen aufweist.
An Schienenfahrzeuge werden häufig hohe Anforderungen an Fahrverhalten, Fahrsicherheit und Fahrkomfort gestellt. Verbindungen zwischen einzelnen Wagen eines Schienenfahrzeugs beeinflussen das Fahrverhalten des Schienenfahrzeugs. Beispielsweise weisen Multigelenk-Niederflurstraßenbahn mit langen Kopfwagenmodulen und mit aufgrund von breiten Türen in vorderen Bereichen der Kopfmodule in hinteren Bereichen der Kopfwagenmodule angeordneten Fahrwerken in den Kopfwagenmodulen Wagenschwerpunkte auf, welche in Fahrtrichtung vor Fahrwerksschwerpunkten angeordnet sind. Aufgrund derartiger Wagenschwerpunkte weisen Multigelenk-Niederflurstraßenbahnen häufig ein Kurvenfahrverhalten auf, bei dem die Kopfwagenmodule aufgrund von Fliehkräften bei Kurveneinfahrt zunächst in Richtung von Kurvenaußenseiten drängen und dann, wenn die Fahrwerke Kurvenverläufen zu folgen beginnen, ruckartig in die Kurvenverläufe gezwungen werden.
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die DE 10 2007 004 522 A1 bekannt, in welcher ein als Gliederzug ausgebildetes Schienenfahrzeug dargestellt ist. Zwischen einzelnen Wagen des Schienenfahrzeugs sind Gelenkeinrichtungen und Dämpfungseinrichtungen angeordnet. Die Dämpfungseinrichtungen bewirken eine geschwindigkeitsabhängige Dämpfung von Schwenkbewegungen einzelner Wagen relativ zueinander, wobei eine Widerstandskraft gegen die Schwenkbewegungen mit zunehmender Schwenkgeschwindigkeit linear ansteigt und die Gelenkeinrichtungen versteift. Dadurch soll insbesondere bei Kollisionen des Schienenfahrzeugs dessen Entgleisungsstabilität erhöht werden.
Der genannte Ansatz weist in seiner bekannten Form den Nachteil auf, dass dieser sich auf außerordentliche Szenarien (Kollisionen) bezieht, wobei eine mit steigender Geschwindigkeit zunehmende Steifigkeit von Wagengelenken beispielsweise nicht dazu geeignet ist, in Kurveneinfahrten die Fahrsicherheit und den Fahrkomfort des Schienenfahrzeugs zu erhöhen.
Weiterhin zeigt die DE 28 54 776 A1 ein Schienenfahrzeug mit gelenkig miteinander verbundenen Wagenkästen, Fahrwerken und einer Gelenksteuereinrichtung. Die Gelenksteuereinrichtung weist ein Steuergerät, als hydraulische Kolben-ZylinderEinheiten ausgebildete Aktuatoren sowie Weggeber auf. Mittels des Steuergeräts und auf Grundlage von Messungen der Weggeber werden die Aktuatoren derart angesteuert, dass Dreh- und Auslenkbewegungen der Wagenkästen und der Fahrwerke aufeinander abgestimmt sind.
Ferner ist in der US 4,421,339 A ein Gelenkbus offenbart, bei welchem ein führender Wagen gelenkig mit einem Anhänger verbunden ist. Der führende Wagen ist über ein Drehgelenk sowie zwei Paare gelenkig miteinander verbundener Arme, welchen das Drehgelenk zwischengeordnet ist, mit dem Anhänger verbunden. Mit dem führenden Wagen und jenen mit dem führenden Wagen verbundenen zwei Armen der zwei Paare gelenkig miteinander verbundener Arme ist je ein fluidischer Aktuator mit einem Zylinder und einem Kolben verbunden.
Die BRPI0804481A2 offenbart ein Schienenfahrzeug mit zumindest zwei Wagenkasten, welche mittels einer Wagengelenksvorrichtung miteinander gekoppelt sind, wobei die Wagengelenksvorrichtung eine beidseitige Dämpfung aufweist.
Die EP0774394A2 offenbart ein Schienenfahrzeug mit zumindest einem ersten Wagenkasten und einem zweiten Wagenkasten, welche mittels einer Wagengelenksvorrichtung miteinander gekoppelt sind, wobei das Gelenk bei Überschreiten einer Koppelgrenzkraft freigegeben wird. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik weiterentwickeltes Schienenfahrzeug anzugeben, dessen Wagengelenksvorrichtung insbesondere im Zusammenhang mit Einfahrten in Gleisbögen eine besonders hohe Fahrsicherheit und einen besonders großen Fahrkomfort ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst mit einem Schienenfahrzeug nach Anspruch 1, bei dem ein erster Widerstandsdrehmomentgradient der Wagengelenksvorrichtung bei einer ersten Winkellage des zumindest ersten Wagens relativ zu dem zweiten Wagen in einer Drehrichtung betragsmäßig größer ist als ein zweiter Widerstandsdrehmomentgradient der Wagengelenksvorrichtung bei einer zweiten Winkellage des zumindest ersten Wagens relativ zu dem zweiten Wagen in der gleichen Drehrichtung, wobei die erste Winkellage einer geringeren Verdrehung des zumindest ersten Wagens relativ zu dem zweiten Wagen zugeordnet ist als die zweite Winkellage. Diese Maßnahme bewirkt einen variablen Drehwiderstand der Wagengelenksvorrichtung, durch welchen einerseits Querkräfte von dem ersten Wagen nicht nur auf ein Fahrwerk des ersten Wagens, sondern zur Stabilisierung des Schienenfahrzeugs in einem gewissen Ausmaß auch auf den zweiten Wagen übertragen werden können und welcher andererseits bei einem Einfahren in eine Kurve mit zunehmender relativer Winkellage zwischen dem ersten Wagen und dem zweiten Wagen in seiner Zunahme abnimmt. Dadurch behindert dieser Drehwiderstand ein Einlenken des ersten Wagens in die Kurve nicht und führt nicht zu übermäßigen Führungskräften zwischen Radsätzen des Fahrwerks und Schienen eines Gleises.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Fahrdynamische Verbesserungen von Einfahrvorgängen des Schienenfahrzeugs in Gleisbögen werden beispielsweise gefördert, wenn ein erstes Widerstandsdrehmoment der Wagengelenksvorrichtung bei der ersten Winkellage betragsmäßig größer ist als ein zweites Widerstandsdrehmoment der Wagengelenksvorrichtung bei einer dritten Winkellage des zumindest ersten Wagens relativ zu dem zweiten Wagen in der gleichen Drehrichtung, wobei die erste Winkellage einer geringeren Verdrehung des zumindest ersten Wagens relativ zu dem zweiten Wagen zugeordnet ist als die dritte Winkellage.
Hilfreich kann es auch sein, wenn die Wagengelenksvorrichtung bei einer vierten Winkellage des zumindest ersten Wagens relativ zu dem zweiten Wagen zwischen der ersten Winkellage und der dritten Winkellage in der gleichen Drehrichtung ein betragsmäßig maximales drittes Widerstandsdrehmoment aufweist.
Ein Verlauf eines Widerstanddrehmoments über einer Winkellage kann beispielsweise durch eine nichtlineare Funktion höherer Ordnung abgebildet sein. Aufgrund des maximalen dritten Widerstandsdrehmoments zwischen der ersten Winkellage und der dritten Winkellage wird erreicht, dass die Wagengelenksvorrichtung bei kleinen Winkellagen zunächst versteifend bzw. stabilisierend wirkt und bei größeren Winkellagen, wie sie beispielsweise dann auftreten, wenn der erste Wagen bereits in eine Kurve einfährt, während der zweite Wagen noch eine Gerade befährt, nachgibt. Dadurch wird im Zusammenhang mit Einfahrvorgängen in Kurven eine fahrdynamische Verbesserung des Schienenfahrzeugs erzielt.
Eine besonders robuste und wartungsfreundliche Lösung erhält man, wenn die Wagengelenksvorrichtung einen Drehpunkt, eine erste Feder, welche mit dem zumindest ersten Wagen und dem zweiten Wagen verbunden ist, wobei ein erster Normalabstand zwischen einer ersten Federlängsachse der ersten Feder und dem Drehpunkt veränderlich ist, und eine zweite Feder, welche mit dem zumindest ersten Wagen und dem zweiten Wagen verbunden ist, wobei ein zweiter Normalabstand zwischen einer zweiten Federlängsachse der zweiten Feder und dem Drehpunkt veränderlich ist, aufweist.
Durch diese Maßnahme werden Widerstandsdrehmomente der Wagengelenksvorrichtung durch Federkräfte der ersten Feder und der zweiten Feder sowie durch den ersten Normalabstand und den zweiten Normalabstand, welche als Hebelarme fungieren, gebildet und eingestellt. Aufgrund einer Veränderlichkeit des ersten Normalabstands und des zweiten Normalabstands werden während einer Verdrehung des ersten Wagens relativ zu dem zweiten Wagen gebildete Widerstandsdrehmomente mit zunehmender relativer Winkellage zwischen dem ersten Wagen und dem zweiten Wagen in ihren Gradienten betragsmäßig reduziert. Ändern die Gradienten beispielsweise während der Verdrehung ihre Vorzeichen, so können auch die Widerstandsdrehmomente selbst betragsmäßig reduziert werden.
Es ist ferner hilfreich, wenn die erste Feder und die zweite Feder vorgespannt sind.
Dadurch weist die Wagengelenksvorrichtung einen Grundwiderstand in Translationsrichtung (z.B. in Richtung einer Fahrzeuglängsachse) auf.
Eine Dämpfung von Relativbewegungen zwischen dem ersten Wagen und dem zweiten Wagen wird darüber hinaus bewirkt, wenn die erste Feder mit einem ersten Dämpfer zu einer ersten Feder-Dämpfer-Einheit zusammengefasst ist und die zweite Feder mit einem zweiten Dämpfer zu einer zweiten Feder-Dämpfer-Einheit zusammengefasst ist.
Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn der erste Normalabstand in der ersten Winkellage größer ist als in der zweiten Winkellage.
Durch seine abnehmende Tendenz zwischen der ersten Winkellage und der zweiten Winkellage trägt der erste Normalabstand zu einer betragsmäßigen Reduktion von Widerstandsdrehmomentgradienten oder der Widerstandsdrehmomente selbst bei.
Eine alternative Lösung zur Bildung und Einstellung geeigneter Widerstandsdrehmomente der Wagengelenksvorrichtung basierend auf einer kinematischen Kopplung erhält man, wenn die Wagengelenksvorrichtung einen mehrfach gegenläufig gekrümmten Kurvenformkörper, einen ersten Führungsarm, eine erste Rolle, welche mit dem ersten Führungsarm drehbar verbunden ist, einen zweiten Führungsarm und eine zweite Rolle, welche mit dem zweiten Führungsarm drehbar verbunden ist, aufweist, wobei der erste Führungsarm und der zweite Führungsarm gelenkig mit dem zumindest ersten Wagen gekoppelt sind, wobei der Kurvenformkörper mit dem zweiten Wagen gekoppelt ist, und wobei die erste Rolle und die zweite Rolle einerseits und der Kurvenformkörper andererseits über Rollkontakte miteinander gekoppelt sind.
Durch diese Maßnahme können Verläufe der Widerstandsdrehmomente durch geometrische Formgebung des Kurvenformkörpers vordefiniert werden und sind nicht an nur begrenzt einstellbare Federparameter (Federsteifigkeit, Vorspannung etc.) gebunden.
Günstig in Bezug auf eine Einstellung der Verläufe der Widerstandsdrehmomente ist es, wenn der Kurvenformkörper eine wellenförmige erste Formkontur, welche die erste Rolle kontaktiert, und eine wellenförmige zweite Formkontur, welche die zweite Rolle kontaktiert, aufweist.
In diesem Zusammenhang ist es insbesondere hilfreich, wenn die erste Rolle ein erstes Wellental der ersten Formkontur kontaktiert und die zweite Rolle ein zweites Wellental der zweiten Formkontur kontaktiert, wenn der zumindest erste Wagen eine Neutralwinkellage von 0 ° relativ zu dem zweiten Wagen aufweist.
Durch das erste Wellental und das zweite Wellental sind die erste Rolle und die zweite Rolle eingekesselt. Um die erste Rolle und die zweite Rolle aus dem ersten Wellental und dem zweiten Wellental herauszuführen, müssen Widerstände überwunden werden. Erreichen die erste Rolle und die zweite Rolle jedoch mit zunehmender relativer Winkellage zwischen dem ersten Wagen und dem zweiten Wagen Wellenberge der ersten Formkontur und der zweiten Formkontur, so kann beispielsweise eine weitere Zunahme der Winkellage ein abnehmendes Widerstandsdrehmoment der Wagengelenksvorrichtung bewirken. Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen beispielhaft:

Fig. 1:: Einen schematischen Grundriss eines Ausschnitts aus einer beispielhaften ersten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs mit einem ersten Wagen und einem zweiten Wagen, dessen Wagengelenksvorrichtung ein Wagengelenk, eine erste Feder und eine zweite Feder umfasst,
Fig. 2:: Eine beispielhafte Ausführungsvariante eines Diagramms, welches einen Verlauf eines Widerstandsdrehmoments einer Wagengelenksvorrichtung über einer Winkellage zwischen zwei Wagen eines Schienenfahrzeugs darstellt,
Fig. 3:: Einen schematischen Grundriss eines Ausschnitts aus einer beispielhaften zweiten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs mit einem ersten Wagen und einem zweiten Wagen, dessen Wagengelenksvorrichtung ein Wagengelenk, eine erste Feder-Dämpfer-Einheit und eine zweite Feder-Dämpfer-Einheit umfasst, und
Fig. 4:: Einen schematischen Grundriss eines Ausschnitts aus einer beispielhaften dritten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs mit einem ersten Wagen und einem zweiten Wagen, dessen Wagengelenksvorrichtung ein Wagengelenk, einen Kurvenformkörper, einen ersten Führungsarm mit einer ersten Rolle sowie einen zweiten Führungsarm mit einer zweiten Rolle umfasst.

Fig. 1 zeigt einen schematischen Grundriss eines Ausschnitts aus einer beispielhaften ersten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs mit einem ersten Wagen 1 und einem zweiten Wagen 2.
Das Schienenfahrzeug ist als Niederflurstraßenbahn ausgebildet. Der erste Wagen 1 weist ein erstes Losradfahrwerk 3 auf, der zweite Wagen 2 ein zweites Losradfahrwerk 4. Das Schienenfahrzeug umfasst weitere Fahrwerke und weiter Wagen, die jedoch in Fig. 1 nicht dargestellt sind.
Der erste Wagen 1 und der zweite Wagen 2 sind mittels einer Wagengelenksvorrichtung 5 miteinander gekoppelt, wobei die Wagengelenksvorrichtung 5 einen veränderlichen Widerstand gegen Verdrehung des ersten Wagens 1 relativ zu dem zweiten Wagen 2 aufweist.
Diese Verdrehung erfolgt im Wesentlichen bezüglich einer Parallelen zu einer in Fig. 1 projizierend erscheinenden Fahrzeughochachse 42 des Schienenfahrzeugs. Diese Parallele fungiert als Drehachse und kann sich im Verlauf der Drehung bewegen bzw. ändern.
Die Wagengelenksvorrichtung 5 umfasst ein Wagengelenk 6, in dessen Mitte ein Drehpunkt 7 der Wagengelenksvorrichtung 5 angeordnet ist, eine erste Feder 8 und eine zweite Feder 9 Die erste Feder 8 und die zweite Feder 9 sind mit dem ersten Wagen 1 und dem zweiten Wagen 2 gelenkig bzw. drehbar verbunden und sind als vorgespannte, metallische SchraubenDruckfedern ausgeführt.
Eine erste Federlängsachse 10 der ersten Feder 8 und eine zweite Federlängsachse 11 der zweiten Feder 9 sind in einer relativen Neutralwinkellage 12 von 0 ° zwischen dem ersten Wagen 1 und dem zweiten Wagen 2, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, schräg bezüglich einer Fahrzeuglängsachse 13 ausgerichtet. Zwischen der ersten Federlängsachse 10 und dem Drehpunkt 7 ist ein erster Normalabstand 14 vorgesehen, zwischen der zweiten Federlängsachse 11 und dem Drehpunkt 7 ein zweiter Normalabstand 15.
Fährt der erste Wagen 1 in einen Gleisbogen ein, so vergrößert sich eine Winkellage zwischen dem ersten Wagen 1 und dem zweiten Wagen 2 ausgehend von der Neutralwinkellage 12 zunächst, da der zweite Wagen 2 noch einen geraden Gleisabschnitt befährt. Während eines Einfahrens des ersten Wagens 1 in den Gleisbogen wird allmählich eine erste Winkellage 16 zwischen dem ersten Wagen 1 und dem zweiten Wagen 2 und später, über eine in Fig. 2 gezeigte zweite Winkellage 17, eine dritte Winkellage 18 zwischen dem ersten Wagen 1 und dem zweiten Wagen 2, in gleicher Drehrichtung um den Drehpunkt 7 wie die erste Winkellage 16, erreicht. Es erfolgt also eine Verdrehung des ersten Wagens 1 relativ zu dem zweiten Wagen 2.
Eine erste Federkraft der ersten Feder 8 und eine zweite Federkraft der zweiten Feder 9 verändern sich während der Verdrehung zwischen der Neutralwinkellage 12, der ersten Winkellage 16, der zweiten Winkellage 17 und der dritten Winkellage 18, da die erste Feder 8 und die zweite Feder 9 aufgrund ihrer Verbindungen mit dem ersten Wagen 1 und mit dem zweiten Wagen 2 während der Verdrehung gestaucht bzw. gedehnt werden.
Der erste Normalabstand 14 und der zweite Normalabstand 15 verändern sich während der Verdrehung, da sich während der Verdrehung die erste Federlängsachse 10 und die zweite Federlängsachse 11 in ihren Orientierungen verändern.
Mittels der ersten Feder 8 und des ersten Normalabstands 14 sowie der zweiten Feder 9 und des zweiten Normalabstands 15 wird ein Widerstandsdrehmoment der Wagengelenksvorrichtung 5 verändert.
Während der genannten Verdrehung wird die erste Feder 8 gestaucht und die erste Federkraft vergrößert, wodurch sich das Widerstandsdrehmoment zwischen der Neutralwinkellage 12 und der ersten Winkellage 16 vergrößert. Zugleich verkleinert sich während der Verdrehung jedoch der erste Normalabstand 14. Bei Verdrehung über die erste Winkellage 16 hinaus beeinflusst der sich verkleinernde erste Normalabstand 14 das Widerstandsdrehmoment mehr als die erste Federkraft, welche während der Verdrehung ein Federkraftmaximum erreicht. Dadurch sinkt das Widerstandsdrehmoment betragsmäßig nach Erreichen eines Widerstandsdrehmomentmaximums, welches zwischen der ersten Winkellage 16 und der dritten Winkellage 18 angeordnet ist.
Die zweite Federkraft nimmt während der genannten Verdrehung zunächst ab und dreht sich ab einer entspannten Federlage um 180 °, wird also von einer Druckkraft zu einer Zugkraft. Der zweite Normalabstand 15 steigt zwar während der genannten Verdrehung, allerdings beeinflusst dies, aufgrund der während der Verdrehung zunächst abnehmenden und später um 180 ° gedrehten zweiten Federkraft, das Widerstandsdrehmoment nur unwesentlich bzw. nicht in einer unerwünschten Weise. Das Widerstandsdrehmoment ändert sich dadurch nicht in seiner zunächst zunehmenden und nach Erreichen des Widerstandsdrehmomentmaximums abnehmenden Tendenz.
In Fig. 2 ist eine beispielhafte Ausführungsvariante eines Diagramms offenbart, welches einen Verlauf eines Widerstandsdrehmoments einer Wagengelenksvorrichtung 5 eines Schienenfahrzeugs, wie es beispielhaft in Fig. 1 gezeigt ist, über einer Winkellage zwischen einem ersten Wagen 1 und einem zweiten Wagen 2 des Schienenfahrzeugs darstellt.
Dieser Verlauf wird durch Anordnung einer ersten Feder 8 und einer zweiten Feder 9 zwischen dem ersten Wagen 1 und dem zweiten Wagen 2 auf eine Weise, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, erreicht.
Das Diagramm weist eine Abszisse 20, auf welcher die die Winkellage aufgetragen ist, sowie eine Ordinate 21, auf welcher das Widerstandsdrehmoment aufgetragen ist.
Der Verlauf des Widerstandsdrehmoments ist nichtlinear.
In einer Neutralwinkellage 12 von 0 ° ist das Widerstandsdrehmoment ungleich null, da ein Wagengelenk 6 der Wagengelenksvorrichtung 5 einen Grunddrehwiderstand aufweist. Bei einer ersten Winkellage 16 zwischen dem ersten Wagen 1 und dem zweiten Wagen 2 in einer Drehrichtung, welche größer ist als die Neutralwinkellage 12, weist die Wagengelenksvorrichtung 5 ein erstes Widerstandsdrehmoment 22 gegen eine Verdrehung des ersten Wagens 1 relativ zu dem zweiten Wagen 2 auf, welches größer ist als das Widerstandsdrehmoment in der Neutralwinkellage 12. In der ersten Winkellage 16 weist die Wagengelenksvorrichtung 5 weiterhin einen ersten Widerstandsdrehmomentgradienten 25 auf.
Bei einer zweiten Winkellage 17 zwischen dem ersten Wagen 1 und dem zweiten Wagen 2 in derselben Drehrichtung weist die Wagengelenksvorrichtung 5 einen zweiten Widerstandsdrehmomentgradienten 26 auf. Der erste Widerstandsdrehmomentgradient 25 ist betragsmäßig größer als der zweite Widerstandsdrehmomentgradient 26. Eine Zunahme des Widerstandsdrehmoments verringert sich also, der Verlauf des Widerstandsdrehmoments wird flacher.
Bei einer dritten Winkellage 18 zwischen dem ersten Wagen 1 und dem zweiten Wagen 2 in derselben Drehrichtung weist die Wagengelenksvorrichtung 5 ein zweites Widerstandsdrehmoment 23 gegen die Verdrehung des ersten Wagens 1 relativ zu dem zweiten Wagen 2 auf.
In der dritten Winkellage 18 ist der erste Wagen 1 stärker relativ zu dem zweiten Wagen 2 verdreht als in der ersten Winkellage 16. Das erste Widerstandsdrehmoment 22 ist betragsmäßig größer als das zweite Widerstandsdrehmoment 23.
Weiterhin weist die Wagengelenksvorrichtung 5 bei einer vierten Winkellage 19 zwischen der ersten Winkellage 16 und der dritten Winkellage 18 ein betragsmäßig maximales drittes Widerstandsdrehmoment 24 auf. Das Widerstandsdrehmoment steigt also ausgehend von dem Widerstandsdrehmoment in der Neutralwinkellage 12 über das erste Widerstandsdrehmoment 22 in der ersten Winkellage 16 bis zu dem maximalen dritten Widerstandsdrehmoment 24 betragsmäßig an und sinkt dann bei weiterer Zunahme der Winkellage zwischen dem ersten Wagen 1 und dem zweiten Wagen 2 in derselben Drehrichtung über das zweite Widerstandsdrehmoment 23 in der dritten Winkellage 18 betragsmäßig ab.
Der Verlauf des Widerstandsdrehmoments zwischen dem ersten Widerstandsdrehmoment 22 und dem zweiten Widerstandsdrehmoment 23 ist dadurch beeinflusst, dass ein beispielhaft im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebener erster Normalabstand 14 zwischen einer ersten Federlängsachse 10 der ersten Feder 8 und einem Drehpunkt 7 der Wagengelenksvorrichtung 5 in der ersten Winkellage 16 größer ist als in der zweiten Winkellage 17 und in der dritten Winkellage 18.
Erfindungsgemäß ist es auch denkbar, das Widerstandsdrehmoment betragsmäßig nur so weit zunehmen zu lassen, bis der zweite Widerstandsdrehmomentgradient 26 erreicht ist, da bereits eine Abnahme eines Widerstandsdrehmomentgradienten Einfahrvorgänge des Schienenfahrzeugs in Gleisbögen fahrdynamisch verbessert.
Fig. 3 zeigt einen schematischen Grundriss eines Ausschnitts aus einer beispielhaften zweiten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs mit einem ersten Wagen 1 und einem zweiten Wagen 2, welche über eine Wagengelenksvorrichtung 5 mit einem Wagengelenk 6 gekoppelt sind.
Diese beispielhafte zweite Ausführungsvariante ähnelt konstruktiv und funktionell jener beispielhaften ersten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs, welche in Fig. 1 dargestellt ist. Es werden daher in Fig. 3 teilweise gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet.
Im Unterschied zu Fig. 1 weist die Wagengelenksvorrichtung 5 gemäß Fig. 3 eine erste Feder-Dämpfer-Einheit und eine zweite Feder-Dämpfer-Einheit auf, welche zwischen dem ersten Wagen 1 und dem zweiten Wagen 2 angeordnet und gelenkig mit dem ersten Wagen 1 und mit dem zweiten Wagen 2 verbunden sind.
Zu der ersten Feder-Dämpfer-Einheit sind eine erste Feder 8 und ein erster Dämpfer 27 zusammengefasst, zu der zweiten Feder-Dämpfer-Einheit eine zweite Feder 9 und ein zweiter Dämpfer 28. Die erste Feder 8 und die zweite Feder 9 sind als druckvorgespannte Schraubenfedern ausgebildet, wobei die erste Feder 8 den ersten Dämpfer 27 und die zweite Feder 9 den zweiten Dämpfer 28 ummantelt. Der erste Dämpfer 27 und der zweite Dämpfer 28 sind als hydraulische Teleskopdämpfer ausgebildet.
Eine erste Federlängsachse 10 der ersten Feder-Dämpfer-Einheit und eine zweite Federlängsachse 11 der zweiten Feder-Dämpfer-Einheit sind in jener in Fig. 3 gezeigten Neutralwinkellage 12 von 0 ° zwischen dem ersten Wagen 1 und dem zweiten Wagen 2 schräg zu einer Fahrzeuglängsachse 13 ausgerichtet.
In Fig. 4 ist ein schematischer Grundriss eines Ausschnitts aus einer beispielhaften dritten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs mit einem ersten Wagen 1 und einem zweiten Wagen 2 dargestellt, welche mittels einer Wagengelenksvorrichtung 5 mit einem Wagengelenk 6 miteinander verbunden sind.
Der erste Wagen 1 weist ein erstes Losradfahrwerk 3 auf, der zweite Wagen 2 ein zweites Losradfahrwerk 4. Das Schienenfahrzeug umfasst weitere Wagen und weitere Losradfahrwerke, die jedoch in Fig. 4 nicht gezeigt sind.
Die Wagengelenksvorrichtung 5 weist weiterhin einen mehrfach gegenläufig gekrümmten Kurvenformkörper 29, einen ersten Führungsarm 30, eine erste Rolle 32, welche mit dem ersten Führungsarm 30 drehbar verbunden ist, einen zweiten Führungsarm 31 und eine zweite Rolle 33, welche mit dem zweiten Führungsarm 31 drehbar verbunden ist, auf.
Der erste Führungsarm 30 und der zweite Führungsarm 31 sind gelenkig mit dem ersten Wagen 1 gekoppelt.
Der Kurvenformkörper 29 ist, relativ zu dem zweiten Wagen 2 unbeweglich, mit dem zweiten Wagen 2 verbunden.
Die erste Rolle 32 und die zweite Rolle 33 sind über Rollkontakte mit dem Kurvenformkörper 29 gekoppelt, d.h. können auf dem Kurvenformkörper 29 abrollen.
Der Kurvenformkörper 29 weist eine wellenförmige erste Formkontur 34, welche die erste Rolle 32 kontaktiert, und eine wellenförmige zweite Formkontur 35, welche die zweite Rolle 33 kontaktiert, auf.
Der Kurvenformkörper 29 ist in einer Neutralwinkellage 12 von 0 ° zwischen dem ersten Wagen 1 und dem zweiten Wagen 2, wie sie in Fig. 4 gezeigt ist, symmetrisch bezüglich einer Fahrzeuglängsachse 13 des Schienenfahrzeugs.
In dieser Neutralwinkellage 12 und bezogen auf jene Bildansicht von Fig. 4 sind der erste Führungsarm 30 mit der ersten Rolle 32 sowie die erste Formkontur 34 oberhalb der Fahrzeuglängsachse 13 angeordnet und der zweite Führungsarm 31 mit der zweiten Rolle 33 sowie die zweite Formkontur 35 unterhalb der Fahrzeuglängsachse 13.
In der genannten Neutralwinkellage 12 kontaktiert die erste Rolle 32 ein erstes Wellental 36 der ersten Formkontur 34 und die zweite Rolle 33 ein zweites Wellental 37 der zweiten Formkontur 35.
Lenkt der erste Wagen 1 während einer Verdrehung relativ zu dem zweiten Wagen 2 ausgehend von der Neutralwinkellage 12 in Drehrichtung einer ersten Winkellage 16 aus, so bewegt sich die erste Rolle 32 aus dem ersten Wellental 36 heraus auf einen ersten Wellenberg 38 der ersten Formkontur 34 und bewegt sich die zweite Rolle 33 aus dem zweiten Wellental 37 heraus auf einen zweiten Wellenberg 39 der zweiten Formkontur 35.
Dabei vergrößern sich Kontaktkräfte zwischen der ersten Rolle 32 und der ersten Formkontur 34 sowie zwischen der zweiten Rolle 33 und der zweiten Formkontur 35.
Ein Widerstandsdrehmoment der Wagengelenksvorrichtung 5, gebildet aus den Kontaktkräften und aus veränderlichen Normalabständen zwischen den Kontaktkräften und einem Drehpunkt 7 der Wagengelenksvorrichtung 5 steigt dadurch, wobei ein Widerstandsdrehmomentgradient zwischen der ersten Winkellage 16 und einer zweiten Winkellage 17 aufgrund einer abnehmenden Steigung zwischen Wellentälern und Wellenbergen des Kurvenformkörpers 29 betragsmäßig abnimmt.
Verdreht sich der erste Wagen 1 weiter relativ zu dem zweiten Wagen 2 in derselben Drehrichtung, d.h. in Richtung einer dritten Winkellage 18, so rollt die erste Rolle 32 von dem ersten Wellenberg 38 und die zweite Rolle 33 von dem zweiten Wellenberg 39 ab. Dadurch sinken die Kontaktkräfte und das Widerstandsdrehmoment.
Ein Verlauf des Widerstandsdrehmoments in Abhängigkeit einer Winkellage, ausgehend von der Neutralwinkellage 12 in Richtung der ersten Winkellage 16, der zweiten Winkellage 17 und der dritten Winkellage 18, ähnelt jenem Verlauf, welcher in Fig. 2 dargestellt ist.
Zwischen dem ersten Wagen 1 und dem ersten Führungsarm 30 ist eine druckvorgespannte erste Andrückfeder 40 angeordnet, zwischen dem ersten Wagen 1 und dem zweiten Führungsarm 31 eine druckvorgespannte zweite Andrückfeder 41. Die erste Andrückfeder 40 und drückt die erste Rolle 32 gegen die erste Formkontur 34, die zweite Andrückfeder 41 die zweite Rolle 33 gegen die zweite Formkontur 35. Erfindungsgemäß ist es auch denkbar, dass die erste Rolle 32 und die zweite Rolle 33 über eine Spange verbunden sind und so gegen die erste Formkontur 34 bzw. die zweite Formkontur 35 gedrückt werden. Erfindungsgemäß ist es weiterhin vorstellbar, dass der erste Führungsarm 30 und der zweite Führungsarm 31 selbst Andrückmittel aufweisen, beispielsweise Drehfedern in Gelenken des ersten Führungsarms 30 und des zweiten Führungsarms 31.

Liste der Bezeichnungen

1: Erster Wagen
2: Zweiter Wagen
3: Erstes Losradfahrwerk
4: Zweites Losradfahrwerk
5: Wagengelenksvorrichtung
6: Wagengelenk
7: Drehpunkt
8: Erste Feder
9: Zweite Feder
10: Erste Federlängsachse
11: Zweite Federlängsachse
12: Neutralwinkellage
13: Fahrzeuglängsachse
14: Erster Normalabstand
15: Zweiter Normalabstand
16: Erste Winkellage
17: Zweite Winkellage
18: Dritte Winkellage
19: Vierte Winkellage
20: Abszisse
21: Ordinate
22: Erstes Widerstandsdrehmoment
23: Zweites Widerstandsdrehmoment
24: Drittes Widerstandsdrehmoment
25: Erster Widerstandsdrehmomentgradient
26: Zweiter Widerstandsdrehmomentgradient
27: Erster Dämpfer
28: Zweiter Dämpfer
29: Kurvenformkörper
30: Erster Führungsarm
31: Zweiter Führungsarm
32: Erste Rolle
33: Zweite Rolle
34: Erste Formkontur
35: Zweite Formkontur
36: Erstes Wellental
37: Zweites Wellental
38: Erster Wellenberg
39: Zweiter Wellenberg
40: Erste Andrückfeder
41: Zweite Andrückfeder
42: Fahrzeughochachse

Claims

Schienenfahrzeug mit zumindest einem ersten Wagen (1) und einem zweiten Wagen (2), welche mittels einer Wagengelenksvorrichtung (5) miteinander gekoppelt sind, wobei die Wagengelenksvorrichtung (5) einen veränderlichen Widerstand gegen Verdrehung des zumindest ersten Wagens (1) relativ zu dem zweiten Wagen (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Widerstandsdrehmomentgradient (25) der Wagengelenksvorrichtung (5) bei einer ersten Winkellage (16) des zumindest ersten Wagens (1) relativ zu dem zweiten Wagen (2) in einer Drehrichtung betragsmäßig größer ist als ein zweiter Widerstandsdrehmomentgradient (26) der Wagengelenksvorrichtung (5) bei einer zweiten Winkellage (17) des zumindest ersten Wagens (1) relativ zu dem zweiten Wagen (2) in der gleichen Drehrichtung, wobei die erste Winkellage (16) einer geringeren Verdrehung des zumindest ersten Wagens (1) relativ zu dem zweiten Wagen (2) zugeordnet ist als die zweite Winkellage (17).
Schienenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Widerstandsdrehmoment (22) der Wagengelenksvorrichtung (5) bei der ersten Winkellage (16) betragsmäßig größer ist als ein zweites Widerstandsdrehmoment (23) der Wagengelenksvorrichtung (5) bei einer dritten Winkellage (18) des zumindest ersten Wagens (1) relativ zu dem zweiten Wagen (2) in der gleichen Drehrichtung, wobei die erste Winkellage (16) einer geringeren Verdrehung des zumindest ersten Wagens (1) relativ zu dem zweiten Wagen (2) zugeordnet ist als die dritte Winkellage (18).
Schienenfahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wagengelenksvorrichtung (5) bei einer vierten Winkellage (19) des zumindest ersten Wagens (1) relativ zu dem zweiten Wagen (2) zwischen der ersten Winkellage (16) und der dritten Winkellage (18) in der gleichen Drehrichtung ein betragsmäßig maximales drittes Widerstandsdrehmoment (24) aufweist.
Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wagengelenksvorrichtung (5) einen Drehpunkt (7), eine erste Feder (8), welche mit dem zumindest ersten Wagen (1) und dem zweiten Wagen (2) verbunden ist, wobei ein erster Normalabstand (14) zwischen einer ersten Federlängsachse (10) der ersten Feder (8) und dem Drehpunkt (7) veränderlich ist, und eine zweite Feder (9), welche mit dem zumindest ersten Wagen (1) und dem zweiten Wagen (2) verbunden ist, wobei ein zweiter Normalabstand (15) zwischen einer zweiten Federlängsachse (11) der zweiten Feder (9) und dem Drehpunkt (7) veränderlich ist, aufweist.
Schienenfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Feder (8) und die zweite Feder (9) vorgespannt sind.
Schienenfahrzeug nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Feder (8) und die zweite Feder (9) als Druckfedern ausgebildet sind.
Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Feder (8) und die zweite Feder (9) gelenkig mit dem zumindest ersten Wagen (1) und mit dem zweiten Wagen (2) verbunden sind.
Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Feder (8) mit einem ersten Dämpfer (27) zu einer ersten Feder-Dämpfer-Einheit zusammengefasst ist und die zweite Feder (9) mit einem zweiten Dämpfer (28) zu einer zweiten Feder-Dämpfer-Einheit zusammengefasst ist.
Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Normalabstand (14) in der ersten Winkellage (16) größer ist als in der zweiten Winkellage (17).
Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wagengelenksvorrichtung (5) einen mehrfach gegenläufig gekrümmten Kurvenformkörper (29), einen ersten Führungsarm (30), eine erste Rolle (32), welche mit dem ersten Führungsarm (30) drehbar verbunden ist, einen zweiten Führungsarm (31) und eine zweite Rolle (33), welche mit dem zweiten Führungsarm (31) drehbar verbunden ist, aufweist, wobei der erste Führungsarm (30) und der zweite Führungsarm (31) gelenkig mit dem zumindest ersten Wagen (1) gekoppelt sind, wobei der Kurvenformkörper (29) mit dem zweiten Wagen (2) gekoppelt ist, und wobei die erste Rolle (32) und die zweite Rolle (33) einerseits und der Kurvenformkörper (29) andererseits über Rollkontakte miteinander gekoppelt sind.
Schienenfahrzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurvenformkörper (29) eine wellenförmige erste Formkontur (34), welche die erste Rolle (32) kontaktiert, und eine wellenförmige zweite Formkontur (35), welche die zweite Rolle (33) kontaktiert, aufweist.
Schienenfahrzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Rolle (32) ein erstes Wellental (36) der ersten Formkontur (34) kontaktiert und die zweite Rolle (33) ein zweites Wellental (37) der zweiten Formkontur (35) kontaktiert, wenn der zumindest erste Wagen (1) eine Neutralwinkellage (12) von 0 ° relativ zu dem zweiten Wagen (2) aufweist.
Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurvenformkörper (29) relativ zu dem zweiten Wagen (2) unbeweglich mit dem zweiten Wagen (2) gekoppelt ist.
Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Wagengelenksvorrichtung (5) ein Wagengelenk (6) aufweist.
Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehung des zumindest ersten Wagens (1) relativ zu dem zweiten Wagen (2) im Wesentlichen eine Rotation bezüglich einer Parallelen zu einer Fahrzeughochachse (42) ist.