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Die Erfindung umfasst ein Fahrwerk für eine Schienenfahrzeug, Schienenfahrzeug sowie Verfahren zum Öffnen oder Schliessen einer Kupplung gemäss den unabhängigen Ansprüchen.
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Bei Niederflur-Schienenfahrzeugen, insbesondere Niederflur-Trams kommen häufig Portalachsen oder Einzelräder zum Einsatz. Portalachsen oder Einzelräder haben den Vorteil, dass ein ebener, tiefer Fussboden im Bereich der Drehgestelle erreicht werden kann. Dies, da keine Achse zwischen den Rädern vorhanden ist, welche als Folge eine Rampe und einen höher liegenden Fussboden erfordert.
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Nachteilig sind dabei die Losräder bzw. die fehlende Koppelung der gegenüberliegenden Räder. Dies ermöglicht keinen Sinuslauf in Geraden und Kurven mit grossen bis mittleren Radien, welches zu stetigem Anlaufen der Spurkränze führt. Losräder unterliegen deshalb erhöhtem Verschleiss. Bei kleinen Kurvenradien sind Losräder allerdings vorteilhaft, da ein klassischer Radsatz mit Koppelung der gegenüberliegenden Räder z.B. mittels der gemeinsamen Achse die Differenz des Rollweges bogeninnen zu -aussen nicht mehr ausgleichen kann und es somit zu Schlupfbewegungen und Quergleiten kommt. Dies ist bei Losrädern in engen Bogen durch die nicht vorhandene Koppelung geringer.
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Eine Möglichkeit besteht darin, zwischen die Räder eine Kupplung einzufügen, was es ermöglicht eine Kopplung der Räder ein- oder auszuschalten, wie es z.B. in
EP2692607 offenbart ist. Dazu werden nach dem Stand der Technik passive Überlast-Kupplungen eingesetzt, welche bei Überlastung durch die unterschiedlichen Kräfte an den gekoppelten Rädern öffnen.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und insbesondere ein Fahrwerk, ein Schienenfahrzeug und ein Verfahren zu schaffen, welches den Radverschleiss optimiert.
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Insbesondere wird die Aufgabe durch ein Fahrwerk, insbesondere ein Niederflurfahrwerk, für ein Schienenfahrzeug, insbesondere für eine Strassenbahn, umfassend mindestens vier Räder, welche je eine Radrotationsachse aufweisen gelöst. Je zwei gegenüberliegende Räder, die dieselbe Radrotationsachse aufweisen, sind über eine Kupplung, welche eine Kupplungsrotationsachse aufweist, verbindbar oder verbunden. Die Radrotationsachsen und die Kupplungsrotationsachse sind verschieden, insbesondere parallel. Die Kupplung ist eine aktive Kupplung.
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Zwischen je zwei gegenüberliegenden Rädern ist also eine aktive Kupplung vorgesehen. Eine aktive Kupplung bezeichnet eine Kupplung die nicht bauartbedingt bei Überschreitung einer vorbestimmten Belastung öffnet bzw. rutscht sondern die belastungsunabhängig von aussen angesteuert und so geöffnet oder geschlossen werden kann.
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Somit lässt sich die Kupplung der Räder aktiv steuern und so der Radverschleiss minimieren.
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Dabei liegt die Kupplung bevorzugt ausserhalb einer Projektionsfläche der Radscheiben. So ist weiterhin ein durchgängiger Niederflurboden im Fahrzeug möglich. Bevorzug befinden sich die Kupplung und auch eventuell vorhandene Motoren im zentralen Bereich des Drehgestells, innerhalb des von den Drehachsen der Rädern definierten Bereichs.
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Die aktive Kupplung kann belastungsunabhängig steuerbar sein.
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Durch eine belastungsunabhängige Kupplung können unterschiedliche Parameter zum Öffnen oder Schliessen der Kupplung vordefiniert werden und so auch proaktiv gekuppelt werden, so dass der Verschleiss optimiert wird.
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Im Kontext der Anmeldung bedeutet Öffnen der Kupplung ein Entkuppeln der Wellen und Schliessen der Kupplung ein Kuppeln der Wellen.
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Die Kupplung kann abhängig von mindestens einem Fahr- oder Streckenparameter, bevorzugt automatisch, ansteuerbar sein, insbesondere abhängig von einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs und/oder einer seitlichen Beschleunigung und/oder einem GPS-Signal und/oder von Spannungsänderungen im Drehgestell.
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Diese Parameter können einen hohen Einfluss auf den Radverschleiss haben und sind daher geeignete Steuerparameter.
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Die aktive Kupplung kann zwei Kupplungswellen verbinden, wobei mindestens eine der Kupplungswellen insbesondere eine Motorwellen ist.
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Kupplungswellen können nicht-angetriebene Wellen nur zum selektiven Verbinden der Räder sein oder auch Motorwellen, sofern die Achsen angetrieben sein sollen.
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Hierzu sind jeweils zwei Motoren derartig angeordnet, dass ihre Wellen zwischen den Motoren verbindbar sind und jeweils auf der der Verbindung gegenüberliegenden Seite an jeweils ein Rad über eine Schwinge angekoppelt sind. Bevorzugt sind je zwei einem Radpaar zugeordnete Motoren kuppelbar. Dazu sind die Motorachsen der zu kuppelnden Motoren fluchtend.
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Für nicht angetriebene Drehgestelle sind dezidierte Kupplungswellen vorzusehen, die über ein einfaches Getriebe mit den Rädern verbunden sind. Pro Rad ist eine Welle (Kupplungswelle oder Motorwelle) vorgesehen.
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Ist nur ein Motor pro Radpaar vorgesehen, so ist die Motorwelle mit einer dezidierten Kupplungswelle kuppelbar. Pro Radpaar ist dann also eine Kupplungswelle und eine Motorwelle vorgesehen.
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Die Kupplungswellen können im Wesentlichen fluchtend angeordnet sein. Somit ist eine optimale Kraftübertragung im geschlossenen Zustand möglich. Weiterhin kann auch ein gewisses Spiel oder ein Versatz zwischen den Wellen aufgenommen werden.
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Die Wellen der Kupplungen der zwei zu koppelnden Räder weisen im Wesentlichen fluchtende Drehachsen auf. «Im Wesentlichen fluchtend» soll hier bedeuten, dass die Wellen mittels der Kupplung, die ggf. ein vorhandenes Spiel oder einen Versatz aufnehmen kann, verbindbar sind, ohne die Spezifikation der Kupplung zu verlassen
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Die Kupplung kann durch eine Hydraulikvorrichtung öffenbar und/oder schliessbar sein.
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Die Hydraulikvorrichtung kann ein Hydraulikzylinder sein. Durch eine Hydraulikvorrichtung ist ein schnelles, und zuverlässiges Betätigen der Kupplung möglich.
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Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Schienenfahrzeug umfassend zumindest ein Fahrwerk wie vorhergehend beschreiben, gelöst.
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Eine Kupplungssteuerung kann ausgebildet sein, wobei durch die Kupplungssteuerung Fahrparameter empfangbar sind und die Kupplung öffenbar und schliessbar ist.
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Somit kann die Kupplung automatisch geöffnet oder geschlossen werden.
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Zur Aufnahme der Fahrparameter kann das Schienenfahrzeug über Mittel zur Bestimmung einer Geschwindigkeit, einer Beschleunigung oder einer Position verfügen, deren Signal als Basis für die Ansteuerung der Kupplung verwendet wird.
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Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren zum Öffnen oder Schliessen einer Kupplung zwischen zwei Rädern eines Fahrwerkes eines Schienenfahrzeuges wie vorhergehend beschrieben gelöst, wobei Kupplungssteuerung Fahrparameter empfängt und basierend auf diesen die Kupplung aktiv geöffnet oder geschlossen wird.
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Somit lässt sich der Radverschleiss optimieren.
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Die Kupplung ist dazu konfiguriert angesteuert, bevorzugt automatisch angesteuert, zu werden, z.B. basierend Fahrparametern, bevorzugt auf dynamischen Fahrparametern. Mögliche geeignete Parameter sind z.B. Geschwindigkeit bzw. Raddrehzahl oder Kurvenbeschleunigung. Aber auch die z.B. per GPS bestimmte absolute Position oder mit Kurvenfahrten in Drehgestell einhergehenden Spannungsänderungen können zur Steuerung der Kupplung herangezogen werden.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von einer Ausführungsform in einer Figur näher erläutert. Es zeigt:
- Fig .1
- eine Draufsicht auf das Fahrwerk.
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Figur 1 zeigt eine Draufsicht auf das Fahrwerk 100. Zu sehen sind die vier Torsionsstäbe 20 und die zwei Verbindungselemente 21 sowie ein als Drehkranzsegment ausgeführtes Lagerungselement 12. Gestrichelt dargestellt ist ein alternatives Lagerungselement 12' in der Ausführung als eine einzelne, im Fahrwerk gelagerte Rolle. Es können auch mehrere Rollen 12' pro Fahrwerksseite vorgesehen sein. Selbstverständlich ist das analoge Lagerungselement auch auf der gegenüberliegenden Fahrwerksseite ausgebildet, allerdings wird es hier nicht dargestellt.
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Jeweils zwei Torsionsstäbe 20 sind über ein Verbindungselement 21 so miteinander verbunden, dass die Drehmomente im Verbindungselement 21 gegenläufig sind. So wirken auf den Fahrwerksrahmen 1 hauptsächlich Vertikal-, Quer- und Längskräfte. Momente, welche bei der Einfederung der Torsionsstäbe 20 auftreten, werden nicht oder nur in geringem Umfang in den Fahrwerksrahmen 1 eingeleitet.
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Die Torsionsstäbe 20 und das Verbindungselement 21 sind Teil der Primärfederung. In einem Schnitt ist die Lagerung eines Torsionsstabes 20 zu sehen. Der Torsionsstab 20 ist über ein elastisches Lager 23 im Fahrwerksrahmen 1 gelagert. Das elastische Lager 23 erlaubt eine axiale und radiale Verschiebung der Torsionsstäbe 20 von +/- 5mm und erlaubt ebenfalls eine beschränkte Rotation der Torsionsstäbe 20. Die weiteren Torsionsstäbe 20 sind ebenfalls über ein solches elastisches Lager 23 gelagert (hier nicht dargestellt).
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Weiter ist in einem Teilschnitt eine Schwinge 22 gezeigt, in der ein Getriebe 30 angeordnet ist. Das Abtriebszahnrad des Getriebes 30 ist auf der Radachse 25 aufgebracht. Jede Radlagerung 24 ist zugleich ein Getriebelager (hier nicht dargestellt). Die Radachse 25 ist somit auch die Getriebeabtriebswelle und über das Radlagerung 24 gelagert.
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An jeder Radachse 25 sind zwei Bremsen 42 angeordnet und an der Schwinge 22 angebracht und wirken auf die Radachsen 25. Jeweils zwei gegenüberliegender Räder 7 weisen Drehachsen entlang der Radrotationsachse R auf.
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Das Abstützelement 12 ist am Fahrwerksrahmen 1 zwischen den Laufflächen 7 der in Fahrtrichtung hintereinander liegenden Räder 4 angeordnet und kann direkt mit dem Wagenkasten eines Schienenfahrzeugwagens verbunden werden. Ein Abstützelement 12 umfasst ein teilkreisförmiges, in Richtung des Aussenbereichs gebogenes Führungssegment.
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Weiter sind vier Motoren 10 gezeigt, die mit dem Fahrwerksrahmen 1 verbunden sind. Die Motoren 10 sind auf der Innenseite des Fahrwerks 100 angeordnet und an den in und entgegen der Fahrtrichtung weisenden Aussenflächen 2 des Fahrwerksrahmens 1 befestigt. Die geometrischen Motorachsen sind dabei im Wesentlichen parallel zu den Aussenflächen 2. Die Motoren 10 mit Motorgehäuse haben einen Querschnittsdurchmesser von weniger als 200mm und eine Leistung von 50kW, 10-12kU/min bei 80km/h. Die Übersetzung beträgt in etwa 14:1. Die Motoren 10 treiben über jeweils ein Getriebe 30 die Räder 4 des Fahrwerks 100 an. Die Motorwellen der Motoren 10 sind über die aktive Kupplung 11 miteinander verbunden und verbinden so die gegenüberliegenden Räder 7. Die Motorwellen sind entlang der Kupplungsrotationsachse K angeordnet, die parallel zu der Radrotationsachse R angeordnet ist.
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Das Verbindungselement 21 umfasst eine Brücke 30 und eine Verstellvorrichtung. Zu sehen sind ein Teilschnitt des Fahrwerksrahmens 1 und zwei Torsionsstäbe 20, die über die Brücke 30 verbunden sind. An den Torsionsstäben 20 ist die Verstellvorrichtung angeordnet. Die Torsionsstäbe 20 sind in der Brücke 30 drehbar gelagert. Die Verstellvorrichtung dient letztendlich zur Veränderung der Wagenkastenhöhe über der Schienenoberkante (SOK) Dadurch wird die Position der Schwingen 22 geändert und somit die Höhe der Wagenkastenauflage über der SOK.
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Die Räder 4 sind nicht über Radachsen gekoppelt, sondern mit Portalachsen verbunden. Jedes Rad wird über einen Motor 10 angetrieben, der parallel zur Radrotationsachse R und in Richtung zur Drehgestellmitte versetzt angeordnet ist. Die Kopplung mit dem anzutreibenden Rad erfolgt über Getriebe 30, die in der Schwinge 22 angeordnet sind. Je zwei Motoren 10, die zwei gegenüber liegende Räder 7 antreiben, weisen eine im Wesentlichen fluchtende Motordrehachse auf. Zwischen den Motoren 10 ist die aktive Kupplung 11 angeordnet