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Die
Erfindung betrifft ein schienengebundenes Fahrzeugsegment gemäß dem Obergriff
des Anspruches 1.
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Weiterhin
betrifft die Erfindung einen schienengebundenen Fahrzeugverband.
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Bei
einer Fahrt eines Schienenfahrzeuges durch einen Gleisbogen wirkt
auf das Fahrzeug eine Fliehkraft, die zentrifugal, das heißt in einer
vom Mittelpunkt des Gleisbogens radial nach außen weisenden Richtung wirkt.
Der Betrag der Fliehkraft ist proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit
des Fahrzeuges sowie zum Kehrwert des Radius des Gleisbogens. Sie
wirkt spürbar
auf die Passagiere ein, indem sie diese nach bogenaußen drückt. Durch die
Wirkung der Fliehkraft beim Durchfahren eines Gleisbogens wird daher
der Reisekomfort gemindert. Um dies zu vermeiden, werden Gleisbögen zum
einen mit einer Überhöhung der
Außenschiene
gebaut und zum anderen mit geringerer Geschwindigkeit durchfahren.
Die Überhöhung der
Außenschiene
bewirkt eine Neigung des Fahrzeuges zur Innenseite des Gleisbogens
hin. Dadurch wird unter Ausnutzung der Schwerkraft eine die Fliehkraft
teilweise kompensierende Kraftkomponente, die Hangabtriebskraft
erzeugt. Der Kompensation der Fliehkraft mit Hilfe der Gleisüberhöhung sind
jedoch enge Grenzen dadurch gesetzt, daß Fahrzeuge im Gleisbogen notfalls
auch zum Stehen kommen müssen.
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Bekannte
Fahrzeugsegmente sind zur weiteren Kompensation der Fliehkraft unter
Ausnutzung desselben physikalischen Grundprinzipes mit einer besonderen
Lagerung ihres Rumpfes ausgerüstet, die
es ermöglicht,
den Rumpf relativ zum Traggestell um eine in Längsrichtung des Fahrzeugsegmentes verlaufende
Achse zu verschwenken. Derartige Lagerungen des Rumpfes werden unter
dem allgemeinen Begriff "Neigetechnik" zusammengefaßt. Die Neigetechnik
dient in erster Linie dazu, die bei einer Fahrt durch einen Gleisbogen
wirkende Fliehkraft so weit zu kompensieren, daß die Kurvenfahrt auch bei hoher
Geschwindigkeit für
die Fahrzeuginsassen komfortabel ist. Durch den Einsatz der Neigetechnik wird
erreicht, daß Fahrzeugverbände mit
derart ausgerüsteten
Fahrzeugsegmenten Gleisbögen
mit- hoher Geschwindigkeit durchfahren und eine verringerte Reisezeit
zwischen Start- und Zielbahnhof erzielen können.
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Den
Rumpf der bekannten Fahrzeugsegmente mit Neigetechnik bildet ein
auf einem Traggestell gelagerter Wagenkasten.
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Aus
der gattungsgemäßen
US 2 859 711 ist bereits
ein Federungssystem für
Fahrzeuge allgemeiner Art, insbesondere auch für Schienenfahrzeuge, bekannt,
bei dem ein von Traggestell und Fahrzeugrumpf baulich getrenntes
Traggefäss
vertikale Stösse,
aber auch laterale Krafteinwirkungen die zu Verschiebungen führen können, auffangen
und in ihren Auswirkungen begrenzen soll. Dazu wird dieses Traggefäss pendelnd
um einen Drehpunkt oberhalb des gemeinsamen Schwerpunktes von leerer
Fahrzeugmasse und Zuladungsmasse aufgehängt, auf einer Auftriebskammer
gelagert und mit seitlichen Dämpfungskörpern versehen.
Es handelt sich hierbei jedoch nicht um eine Neigetechnik im oben
eingeführten
Sinne, sondern lediglich um ein passives Federungssystem, das nicht
der aktiven Fliehkraftkompensation dient. Es ist diesem Federungssystem nicht
möglich,
das Traggefäss
gesteuert oder geregelt so auszurichten, dass die Resultierende
aus Schwer- und Fliehkraft annähernd
senkrecht gegen den Boden des Traggefässes gerichtet ist.
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Im
Gegensatz dazu ist bei mit Neigetechnik ausgestatteten Fahrzeugsegmenten,
die von der Deutschen Bahn AG betrieben werden, ein Neigewinkel
des Rumpfes üblich,
der die Seitenbeschleunigung teilweise, und zwar bis auf einen Wert
von etwa 1.0 m/s2 kompensiert. Dieser Wert
der verbleibenden Seitenbeschleunigung wird von Fahrzeuginsassen
als erträglich
empfunden und ist physiologisch unbedenklich. Für eine Erhöhung des Komforts der Reisenden
ist jedoch selbstverständlich
eine möglichst
hohe Kompensation der Seitenbeschleunigung bis auf eine Restbeschleunigung
von weniger als 1 m/s2 günstig.
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Es
sind sowohl passive als auch aktive Neigetechniken bekannt.
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Die
Druckschrift
GB 1 508 173 offenbart
eine passive Neigetechnik nach Art eines Pendels. Die schwenkbare
Lagerung des Wagenkastens erfolgt mit Hilfe einer Sekundärfederung,
die unter der Decke des Wagenkastens angreift und seine Last über Säulen auf
das Fahrwerk überträgt. Da der
Schwerpunkt von Wagenkasten und darin transportierter Last unterhalb
der Aufhängung
liegt, erzeugt beim Durchfahren von Gleisbögen die radial nach außen gerichtete
Fliehkraft ein Drehmoment, das eine Schwenkbewegung des Wagenkastens
um eine in der Ebene der Aufhängung
verlaufende Fahrzeuglängsachse
bewirkt.
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Nachteilig
ist bei diesem bekannten Fahrzeugsegment, daß die Aufhängung unter der Schalendecke
mit Hilfe von Säulen
den für
Passagiere zur Verfügung
stehenden Innenraum einschränkt.
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Bekannte
Fahrzeugsegmente mit aktiver Neigetechnik erzeugen eine gesteuerte
Schwenkbewegung ihres Rumpfes durch eine Lagerung des Rumpfes auf
darunter angeordneten Fahrwerken. So ist aus der
EP 808 758 A1 ein Fahrzeugsegement
bekannt, bei dem der Rumpf an einem Querträger befestigt ist, der auf
einem darunter liegenden Fahrwerk schwenkbar gelagert ist.
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Nachteilig
ist bei den bislang bekannten Fahrzeugsegmenten mit aktiver Neigetechnik,
daß sie
aufwendige Fahrwerkskonstruktionen erforden. Weiterhin ist die Masse
solcher Fahrzeugsegmente, auch aufgrund der erforderlichen schwenkbaren Querträger, gegenüber Fahrzeugsegmenten
ohne Neigetechnik deutlich erhöht.
Dies bedeutet insbesondere bei den angestrebten hohen Kurvengeschwindigkeiten
eine hohe Belastung und einen entsprechend schnellen Verschleiß von Rädern und Schienen.
Weiterhin sind aufwendige, leistungsstarke Stellglieder erforderlich,
um neben den Insassen bzw. den im Inneren des Fahrzeugs gelagerten Transportgütern auch
Querträger
bzw. Traggestell, Schale, Boden und darin befestigte Einbauten zu schwenken.
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Die
bekannten Fahrzeugsegmente mit aktiven wie passiven Neigetechniksystemen
haben den zusätzlichen
Nachteil, daß sie
eine Energieaufnahme von der darüber
verlaufenden Oberleitung aufgrund der Neigebewegung des Rumpfes
in Gleisbögen
nur mit Hilfe aufwendiger, störanfälliger Stromabnehmer-Konstruktionen
ermöglichen.
Diese Stromabnehmer müssen
sich der jeweiligen Neigung des Rumpfes anpassen können, ohne
einerseits den Kontakt mit der oberhalb verlaufenden Fahrleitung
zu verlieren und ohne andererseits schädliche Kräfte auf die Fahrleitung auszuüben.
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Aus
der WO 99/58384 A1 ist ein Fahrzeugsegment bekannt. Dieses Fahrzeugsegment zeichnet
sich durch eine besonders für
den Leichtbau geeignete Bauweise aus. Die Funktion des Wagenkastens
der oben beschriebenen bekannten Fahrzeugsegmente übernimmt
bei dem Fahrzeugsegment nach der WO 99/5884 A1 eine – mit Ausnahmen
von Öffnungen
insbesondere für
die Räder – auch das
Traggestell umgebende und am Traggestell befestigte Schale. Innerhalb
der Schale sind auf einem Boden Einbauten wie Sitze angeordnet.
Die Last des Bodens wird bei dieser Konstruktion direkt auf das
Traggestell übertragen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Fahrzeugsegment der eingangs genannten
Art so weiterzubilden, daß bei
einer Bogenfahrt auf Insassen bzw. transportierte Güter einwirkende
Seitenkräfte
mit Hilfe einer einfachen, leichten und platzsparenden Konstruktion
zumindest teilweise kompensiert werden können. Dabei wird der tragende
Boden um eine Achse in Fahrzeuglängsrichtung
geschwenkt und zwangsweise nach vorgegebenen Stellwerten angehoben.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Fahrzeugverband
anzugeben, der das Durchfahren von Gleisbögen mit hoher Geschwindigkeit
bei geringem Verschleiß an
Gleis und Rädern
ermöglicht.
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Die
Aufgabe wird durch ein schienengebundenes Fahrzeugsegment mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch einen schienengebundenen
Fahrzeugverband mit den Merkmalen des Patentanspruchs 30 gelöst.
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Bei
dem erfindungsgemäßen schienengebundenen
Fahrzeugsegment ist der Boden um eine in Fahrtrichtung verlaufende
Fahrzeuglängsachse
relativ zur Schale und gesteuert nach vorgegebenen Stellwerten schwenkbar.
Auf diese Weise können, wie
bei den einleitend erwähnten
bekannten Fahrzeugsegmenten, bei der Fahrt durch einen Gleisbogen
auf Insassen oder transportierte Güter einwirkende, seitlich gerichtete
Kraftkomponenten je nach Schwenkwinkel zumindest teilweise kompensiert werden.
Bei den Stellwerten handelt es sich bevorzugt um die Vorgabe von
Neigungswinkeln.
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Diese
Wirkung wird jedoch mit einem im Gegensatz zu den bekannten Fahrzeugsegmenten
wesentlich geringeren konstruktiven Aufwand erzielt, da lediglich
der Boden mit den darauf befindlichen Fahrzeugeinbauten, Sitzen
relativ zur Schale verschwenkt wird und nicht ein ganzer Wagenkasten
mit der Last aller Wandungen und Einbauten. Die aktive Neigetechnik
ist damit erstmalig innerhalb des Wagenkastens untergebracht und
das aufwändige
Neigen des gesamten Wagenkastens kann entfallen.
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Schale,
Traggestell und Fahrwerk nehmen an der Schwenkbewegung des Bodens
nicht teil. Die Neigevorrichtung mit Lagermitteln trägt allein
den Boden mit den darauf befindlichen Einbauten und Transportlasten.
Sie kann daher weniger aufwendig und insbesondere leichter ausgebildet
werden. Dadurch werden auch die Räder des Fahrzeugsegments und
die Schienen geschont.
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Die
Außenkonturen
des Fahrzeugsegments können
im Gegensatz zu bekannten Lösungen
bei einer Fahrt durch einen Gleisbogen trotz der erzielten Fliehkraftkompensation
unverändert
bleiben, weil nur der innerhalb der Schale angeordnete Boden die hierfür erforderliche
Neigebewegung durchführt.
Die Fliehkraftkompensation ist in den Rumpf des Fahrzeugsegments
integriert und von außen
her nicht wahrnehmbar. Da im Vergleich zu bekannten Fahrzeugsegmenten
nicht der Fahrzeugrumpf als Ganzes verschwenkt wird, kann der nicht
in Anspruch genommene Lichtraum am Gleis zu einer Verbreiterung
des Fahrzeugrumpfes und damit zu einer Vergrößerung des zur Verfügung stehenden
Innenraums genutzt werden.
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Das
erfindungsgemäße Fahrzeugsegment kann
mit einer in herkömmlicher
Weise starr ausgebildeten, aber auch mit einer entlang ihrer Längserstreckung
abschnittsweise gelenkigen Schale realisiert werden. Einzelheiten
der Befestigung des Traggestells an der Schale sind in der
DE 199 52 733 A1 beschrieben.
Im Hinblick auf die erfindungsgemäße Fliehkraftkompensation ist
allein die Beweglichkeit des Bodens relativ zur Schale von Bedeutung.
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Das
Traggestell erstreckt sich innerhalb der umgebenden Schale über die
gesamte Länge
und Breite des Fahrzeugsegments und übernimmt die Kraftleitung in
vertikaler Richtung zum Fahrgestell sowie einen Teil der in Längsrichtung
wirkenden Beschleunigungs- und Bremskräfte. Die Schale muß keine
wesentlichen Tragfunktionen übernehmen,
leitet aber Beschleunigungs- und Bremskräfte und nimmt in einem Fahrzeugverband
die beim Fahren im Rumpf entstehende Längsdynamik auf.
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Boden
und Schale sind so weit beabstandet, daß zum einen die Beweglichkeit
des Bodens zur Fliehkraftkompensation und – gegebenenfalls – zum anderen
die Gelenkigkeit der Schale beim Durchfahren von Gleisbögen, -kuppen
oder -senken nicht eingeschränkt
ist.
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Der
Abstand zwischen Boden und Schale wird in einem Ausführungsbeispiel
durch elastische Abdichtungen überbrückt, so
daß auch
keine sichtbare Lücke
entsteht. Die Abdichtungen verhindern zusätzlich den Luftaustausch und
das Auftreten von Schallbrücken
zum Unterflurraum.
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Hinsichtlich
Lage und Verlauf der Fahrzeuglängsachse
oder -achsen, um die der Boden schwenkbar ist, sind bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeugsegment
ver schiedene konstruktive Lösungen
möglich.
Dies ist ein weiterer, wesentlicher Vorteil der Erfindung.
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So
sind bei einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung Stell- und Lagermittel zum Führen oder Lagern des Bodens
vorgesehen, die den Boden um mindestens eine im Boden oder unterhalb
des Bodens verlaufende Fahrzeuglängsachse
schwenkbar lagern. Alternativ können
die Stell- und Lagermittel jedoch auch so ausgebildet sein, daß der Boden
um mindestens eine oberhalb des Bodens verlaufende Fahrzeuglängsachse
schwenkbar ist. Bei Ausführungsformen,
in denen die Fahrzeuglängsachse,
um die der Boden schwenkbar ist, nicht im Boden selbst verläuft, bewegt
sich der Boden relativ zu Traggestell und Schale auch in Querrichtung,
nähert
sich also einer Innenseite der Schale an.
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Auch
bezüglich
einer Längsmittelebene,
welche die Achse des Radpaars mittig und senkrecht schneidet kann
die Fahrzeuglängsachse,
um die der Boden geschwenkt wird, in verschiedenen Ausführungsformen
unterschiedlich verlaufen. Ist nur eine derartige Schwenkachse vorgesehen,
lagern die Stell- und Lagermittel den Boden vorzugsweise um eine
Fahrzeuglängsachse
schwenkbar, die in der Längsmittelebene
verläuft.
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Alternativ
können
die Stell- und Lagermittel den Boden jedoch auch so lagern, daß er wahlweise entweder
um eine erste oder um eine zweite Fahrzeuglängsachse schwenkbar ist. Die
erste und die zweite Fahrzeuglängsachse
verlaufen parallel zueinander in einer Ebene, die senkrecht zu der
genannten Längsmittelebene
steht. Jeder der beiden, die Schwenkachsen bildenden Fahrzeuglängsachsen
ist je eine Schwenkrichtung zugeordnet ist. Das heißt, für eine Neigung
des Bodens nach bogenaußen
wird er um die eine Fahrzeuglängsachse,
für eine
Neigung nach bogeninnen um die andere Fahrzeuglängsachse geschwenkt.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
verlaufen die erste und die zweite Fahrzeuglängsachse vorzugsweise auf beiden
Seiten der Längsmittelebene mit
jeweils gleichem Abstand zur Längsmittelebene. Dies
hat den Vorteil, daß die
für ein
aktives Schwenken des Bodens erforderlichen Stellelemente beim Verschwenken
jeweils überwiegend
nur die Last jeweils der Seite des Bodens tragen müssen, die
die als Schwenkachse dienende Fahrzeuglängsachse nicht enthält.
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Vorzugsweise
stützen
die Stell- und Lagermittel den Boden auf dem Traggestell ab. Der
Boden erfüllt
mit dem Tragen von Teilen der Inneneinrichtung und der Transportlasten überwiegend
Aufgaben des vertikalen Kraftflusses innerhalb des Fahrzeugsegmentes.
Den Längskraftfluß übernehmen andere
Komponenten. Die Stell- und Lagermittel stützen den Boden auf dem Traggestell über seine
gesamte Erstreckung in Fahrzeuglängsrichtung
ab. Hierzu weisen sie eine entsprechende Längserstreckung auf oder sind
in Fahrzeuglängsrichtung
verteilt angeordnet. Der Boden selbst kann daher vergleichsweise
leicht gebaut werden. Die Schale ist bei dieser Ausführungsform
von vertikalen Lasten weitgehend befreit.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
stützen
die Stell- und Lagermittel den Boden in der Längsmittelebene auf dem Traggestell
ab. Zur besseren Lastverteilung stützen die Stell- und Lagermittel
den Boden zusätzlich
beiderseits der Längsmittelebene
auf dem Traggestell ab.
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Eine
Lagerung des Bodens auf dem Traggestell beiderseits der Längsmittelebene
eröffnet
verschiedene Konstruktionsmöglichkeiten,
was die Lage der Fahrzeuglängsachse
anbetrifft, um die der Boden schwenkbar ist. So können von
einer Grundkonstruktion ausgehend durch entsprechende Ausgestaltung der
Stell- und Lagermittel Varianten gebildet werden, bei denen der
Boden beispielsweise um eine, um zwei oder um eine in oder außerhalb
der Längsmittelebene
oberhalb oder unterhalb des Bodens verlaufende Achse schwenkbar
ist.
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In
einer speziellen Ausführungsform
der beidseitigen Lagerung sind Stell- und Lagermittel mit nur geringem
Abstand zur Längsmittelebene
vorgesehen. Die Lagerpunkte sind in der Mitte nahe zusammengerückt. Bei
dieser Ausführungsform
ist der Boden um zwei unterhalb des Bodens verlaufende Fahrzeuglängsachsen
schwenkbar. Durch die unterschiedlich langen Hebel beiderseits eines
Lagerpunktes entsteht beim Neigen ein stabilisierendes Rückstellmoment.
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Für die Realisierung
einer aktiven Neigetechnik sind die Stell- und Lagermittel vorzugsweise höhenverstellbar
ausgebildet. Dies ist insbesondere bei der Lagerung des Bodens auf
dem Traggestell beiderseits der Längsmittelebene vorteilhaft.
Die Stell- und Lagermittel sind in einem Ausführungsbeispiel pneumatisch
oder hydropneumatisch betrieben, können beispielsweise eine oder
mehrere Luftfedern, einfach oder doppelt wirkende Zylinder aufweisen. Zylinder
sind dabei vorteilhafterweise am Boden und am Traggestell gelenkig
befestigt, um die Schwenkbewegung des Bodens nicht zu behindern.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Fahrzeugsegments
weisen die Stell- und Lagermittel mindestens eine einerseits mit dem
Traggestell und andererseits mit dem Boden verbundene, elektrisch
angetriebene Stellvorrichtung zur Erzeugung der Schwenkbewegung
auf. Alternativ zur Befestigung der Stellelemente am Traggestell können sie
auch an der Schale befestigt werden. Der elektrische Antrieb hat
den Vorteil, daß die
Energieversorgung der Stellvorrichtung mit geringem Aufwand und
Raumbedarf bewerkstelligt werden kann. Die Energie wird dem sowieso
vorzusehenden elektrischen Energieversorgungssystem des Zuges entnommen.
Auch der Wartungsaufwand für
elektrische Stellvorrichtungen ist vergleichsweise gering. Elektrische
Kabel sind zudem im Gegensatz zu hydraulischen Leitungen leicht.
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Grundsätzlich können für die Stellvorrichtung die
verschiedensten bekannten Antriebsarten verwendet werden. Beispielsweise
hat die Stellvorrichtung einen Spindelantrieb oder ein Zahnstangenantrieb,
der elektrisch, etwa mit einem herkömmlichen Elektromotor oder
einem Schrittmotor betrieben wird.
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In
einer weiteren Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Fahrzeugsegments
sind die Stell- und Lagermittel als Rollenlager oder Gleitlager
zwischen dem Boden und dem Traggestell ausgebildet. Hierbei sind
die Funktionen Tragen und Stellen getrennt, die Stell- und Lagermittel übernehmen
lediglich die Funktion des Tragens. Zum Antrieb einer Schwenkbewegung
des Bodens sind einerseits mit der Schale oder Traggestell und andererseits
mit dem Boden verbundene Antriebsmittel vorzusehen, die im Betrieb
auf den Boden eine senkrecht zur Fahrtrichtung, insbesondere parallel
zu seiner Quererstreckung gerichtete Schub- oder Zugkraft ausüben. Die
Antriebsmittel sind doppeltwirkend, können also Zug oder Schub in
lateraler Richtung ausüben. In
einem Ausführungsbeispiel
weist der Boden an seiner Unterseite einen abwärts gerichteten Ansatz auf,
an dem die Antriebsmittel angreifen. Die angreifende Kraft wird
durch den Ansatz zum Antrieb der Schwenkbewegung des Bodens umgelenkt.
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Der
Ansatz kann sich durch eine Öffnung durch
das Traggestell hindurch erstrecken. Dies hat den Vorteil, daß die Hebelwirkung
vergrößert wird und
die Antriebsmittel eine geringere Kraft erzeugen müssen. Allerdings
ist entsprechender Raum im Traggestell und gegebenenfalls im Raum
unterhalb des Traggestells bis zur Schale erforderlich. Dies kann
beispielsweise durch Vorsehen eines sich längs erstreckenden wannenartigen
Raumes im oder unterhalb des Traggestells bewerkstelligt werden,
der in seiner Längserstreckung
lediglich den Bereich des Fahrwerks ausspart. Dieser kann zusätzliche
Aggregate aufnehmen.
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Der
Boden ist in einem weiteren Ausführungsbeispiel
bei einer Schwenkbewegung relativ zur Schale in einer senkrecht
zur Fahrtrichtung weisenden Richtung verschiebbar. Dies ergibt sich
zwangsläufig
bei solchen Ausführungsformen,
in denen die Schwenkachse nicht im Boden selbst verläuft sondern
darunter oder darüber.
Es sind aber auch andere Bewegungsformen realisierbar, auf die im
folgenden näher
eingegangen wird.
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Bei
einem anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung weisen die Stell- und Lagermittel Rollen oder Gleitelemente
auf, die auf mindestens einer Roll- oder Gleitbahn laufen, welche
quer zur Fahrzeugslängsachse
und relativ zum Traggestell gekrümmt
oder geneigt ist. Das Profil der Roll- oder Gleitbahn quer zur Fahrzeuglängsachse
bestimmt die Schwenkbewegung des Bodens. Bei kreisbogenförmiger Krümmung der
Roll- oder Gleitbahn wird durch den Bogenradius die Lage der Schwenkachse bestimmt.
Bei sonstigen Profilformen können
Art und Umfang einer zusätzlichen
Translationsbewegung des Bodens vorbestimmt werden. Weisen die Roll- oder
Gleitbahnen beispielsweise die Form einer zur Längsmittelebene hin geneigten
Ebene auf, so überlagern
sich Schwenk- und Translationsbewegung des Bodens in einer komplexen
Neigebewegung.
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In
einer weiteren, verwandten Ausführungsform
weisen die Stell- und Lagermittel Gelenkstützen (Stehpendel) auf, die
am Boden und am Traggestell gelenkig befestigt sind. Diese Ausführungsform
hat wie die Lagerung auf Roll- oder Gleitlagern den Vorteil, daß die Fliehkraft
zum Neigen des Bodens beiträgt.
Durch die Art der Abstützung
wird bewirkt, daß bei
seitlicher Verschiebung die eine Seite angehoben und die andere
abgesenkt wird. Ein weiterer Vorteil dieser Lagerart ist die Rückstellwirkung,
die die Bewegung des Bodens zurück
in seine Ruhelage unterstützt,
wenn die nach außen
wirkende Fliehkraft nachläßt.
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Durch
einerseits mit dem Traggestell oder den Stell- und Lagermitteln
sowie andererseits mit dem Boden verbundene Federungsmittel, die
Bewegungen des Bodens relativ zum Traggestell in Richtungen senkrecht
zur Gleisebene mit einer Federkraft entgegenwirken, wird bei einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung die Wirkung stoßartiger
Impulse, die im Bereich des Fahrwerks entstehen, nicht unmittelbar
auf den Boden übertragen
und folglich der Fahrkomfort erhöht.
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Vorteilhaft
ist es, wenn die Federung Teil der Lagerung des Bodens auf dem Traggestell
ist. Lagerung, Stellelement und Federung können hierbei in kompakter,
platzsparender Bauform hintereinander geschaltet werden. Daraus
entstehen keine grundsätzlichen
konstruktiven Schwierigkeiten, wenn die Abstützung durch die Stellelemente
gleichzeitig in die Lagerung integriert ist. Dies ist insbesondere
bei relativ zur Längsmittelebene
beidseitiger Lagerung des Bodens auf dem Traggestell realisierbar.
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Die
Schwenkposition des Bodens relativ zum Traggestell wird bei einem
weiteren Ausführungsbeispiel
mit Hilfe geeigneter Sensoren überwacht.
Die Sollposition des Innenbodens wird anhand aktuell ermittelter
oder abgerufener, voreingespeicherten Fahrwegsdaten (Gleisbogenradius,
Gleisüberhöhung, Überhöhungsrampe
etc.) sowie anhand des aktuellen Bewegungszustandes des Fahrzeugsegments
(Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung) ermittelt. Durch entsprechende
Steuermittel wird verhindert, daß der gefederte Boden durch
ungleichmäßige Beladung
in Schieflage gerät.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist vorgesehen, den Innenboden relativ zum Traggestell
nach bogenaußen
zu neigen, wenn das Fahrzeugsegment einen Gleisbogen mit überhöhter Außenschiene
unterhalb der Ausgleichsgeschwindigkeit durchfährt. Die Ausgleichsgeschwindigkeit
ist diejenige Geschwindigkeit, bei welcher sich die zentrifugale
Querbeschleunigung und die infolge der Gleisüberhöhung entstehende, nach bogeninnen
gerichtete Hangabtriebsbeschleunigung exakt kompensieren. Wird ein
Gleisbogen mit einer Geschwindigkeit unterhalb der Ausgleichsgeschwindigkeit
durchfahren oder muß das
Fahrzeug sogar im Gleisbogen anhalten, so werden die Passagiere
bei Fahrzeugen nach dem Stand der Technik durch die überwiegende Hangabtriebskraft
(Schwerkraft) nach Bogeninnen gezogen, was eine unbequeme Sitzhaltung
hervorruft und das Gehen innerhalb des Fahrzeugsegments erschwert.
Zudem können
auf Tischen liegende Gegenstände aufgrund
der unkompensierten Schräglage
verrutschen oder auf den Boden fallen. Diese Unanehmlichkeit wird
bei der vorliegenden Ausführungsform
vermieden. Hierfür
sind eine Sensorik und eine Auswertungseinheit vorgesehen, die unkompensierte
Hangabtriebskräfte
ermitteln. Dies kann in einfacher Form dadurch geschehen, daß die Gleisüberhöhung, die
Geschwindigkeit und die aktuelle Schwenkposition des Innenbodens
ermittelt werden. Aus diesen Meßdaten
läßt sich
ermitteln, wie weit die Hangabtriebsbeschleunigung durch die zentrifugale
Querbeschleunigung kompensiert ist. Daraus wird eine Soll-Schwenkposition
des Bodens berechnet, mit der volle Kompensation erzielt wird. Mit Hilfe
geeigneter, allgemein bekannter Steuermittel wird anschließend die
Bewegung des Innenbodens in die so berechnete Schwenkposition veranlaßt. Der Innenboden
wird bei dieser Ausführungsform
also in eine für
die Passagiere bequeme Position verschwenkt, während das Fahrzeugsegment im
Gleisbogen mit Traggestell und Schale nach bogeninnen geneigt fährt oder
steht.
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Schwingungen
des Innenbodens werden bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung unterdrückt, soweit
sie nicht in Form geradliniger Bewegungen in vertikaler Richtung
erfolgen. Die Schwingungsfähigkeit
des Bodens in vertikaler Richtung ist zusätzlich so eingeschränkt, daß die Schwingungen nicht
den Stellbewegungen zur Neigung des Bodens zuwiderlaufen. Hierfür sind einerseits
mit dem Traggestell oder den Stell- und Lagermitteln sowie andererseits
mit dem Boden verbundene Dämpfungsmittel
vorgesehen.
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Ein
aus mehreren erfindungsgemäßen Fahrzeugsegmenten
zusammengesetzter Fahrzeugverband zeichnet sich zunächst aufgrund
der vergleichsweise leichten Bauweise der Fahrzeugsegmente durch
einen geringen Verschleiß von
Schienen und Rädern
aus.
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Ein
solcher Fahrzeugverband hat gegenüber bekannten Fahrzeugverbänden mit
Neigetechnik den weiteren Vorteil, daß seine Außenkontur sich wie bei einem
Fahrzeug ohne Neigetechnik verhält.
Auf diese Weise kann der Lichtraum am Gleis für eine große Quererstreckung des Fahrzeugsegments
genutzt werden, da kein zusätzlicher
Spielraum für
die Neigung des Fahrzeugmantels in Gleisbögen erforderlich ist.
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Nicht
zuletzt erfordert der erfindungsgemäße Fahrzeugverband eine vergleichsweise
geringe Energieaufnahme, da ja nicht die Schalen als Ganzes, sondern
lediglich die Böden
innerhalb der Schalen mit den darin befestigten Fahrzeugeinbauten,
Sitzen etc. geschwenkt werden.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Fahrzeugverbandes,
der mit aktiver Neigetechnik ausgerüstet ist, sind zumindest im
in Fahrtrichtung vordersten Fahrzeugsegment Sensoren zur Messung
der Geschwindigkeit des Fahrzeugverbandes, des Krümmungsradius
des Gleises und der Gleisüberhöhung sowie
Mittel zur Steuerung oder Regelung des zeitlichen Verlaufs der Schwenkbewegung
der Böden
der einzelnen Fahrzeugsegmente unter Auswertung der aktuellen Meßsignale der
Sensoren vorgesehen. Bei der Wahl und Ausgestaltung der genannten
Sensoren sowie Regelungs- oder Steuerungsmittel können bekannte
Technologien herangezogen werden.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindungen sind in den Unteransprüchen genannt und werden anhand
der folgenden Beschreibung der Zeichnung erläutert. Darin zeigen:
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1 eine
Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels
des Fahrzeugsegments mit zentraler Lagerung des Bodens, der im nichtausgelenkten Zustand
dargestellt ist,
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2 eine
Querschnitts-Teilansicht des Fahrzeugsegments aus 1 mit
verschwenktem Boden,
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3a, 3b, 4 und 5a Querschnitts-Teilansichten
weiterer Ausführungsbeispiele jeweils
mit verschwenktem Boden,
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5b bis 5d Stellelemente
zur Verwendung bei dem Ausführungsbeispiel
nach 5a in schematischer Schnittdarstellung,
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6 eine
Querschnittsansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels des Fahrzeugsegments verschwenktem
Boden beim Durchfahren eines Gleisbogens,
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7 und 8 Querschnitts-Teilansichten zweier
weiterer Ausführungsbeispiele
sowie
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9a und 9b Querschnitts-Teilansichten
eines weiteren Ausführungsbeispiels
der Erfindung mit nicht verschwenktem bzw. verschwenktem Boden.
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1 zeigt
in einer Querschnittsansicht ein Fahrzeugsegment 10 zum
Betrieb auf einem Gleis 12. Das Fahrzeugsegment 10 weist
eine im wesentlichen röhrenförmigen Schale 14 mit
seitlichen Fensteröffnungen 16 und 18 auf.
Die Schale 14 ist an einem Traggestell 20 befestigt,
das sich über
ein lediglich durch gestrichelte Linien 22 bis 28 angedeutetes Einzelfahrwerk
mit zwei Rädern 30 und 32 auf
den Schienen 34 und 36 des Gleises 12 abstützt.
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Die
Schale 14 des Fahrzeugsegmentes 10 ist selbsttragend
konstruiert und stützt
sich über
hier nur angedeutete Befestigungselemente 38 und 40 auf
den querseitigen Enden des Traggestells 20 ab. Im vorliegenden
Ausführungsbeispiel
ist er zudem starr ausgebildet. Die Schale kann, wie oben erwähnt, in
allen hier beschriebenen Ausführungsbeispielen
aber auch längs
seiner Erstreckung in Fahrtrichtung gelenkige Längsabschnitte aufweisen.
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Oberhalb
des Traggestells 20 erstreckt sich zwischen den Querseiten
der Schale 14 ein Boden 42. Dieser stützt sich über eine
Lagervorrichtung 44 mittig auf dem Traggestell 20 ab.
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Die
Darstellung der Lagerung des Bodens 42 auf dem Traggestell 20 ist
in 1 zur Verdeutlichung des Prinzips nur äußerst schematisch
ausgeführt.
Die Lagervorrichtung 44 lagert den Boden 42 um
eine senkrecht zur Querschnittsebene verlaufende Fahrzeuglängsachse 46 schwenkbar.
Die Fahrzeuglängsachse 46 verläuft hier
in einer Längs-Mittelebene 48 des
Fahrzeugsegments 10, die die Achse 49 des Radpaars 30 und 32 mittig
und senkrecht schneidet. Unter der Achse 49 des Radpaars 30 und 32 ist
in diesem Zusammenhang die Gerade zu verstehen, welche die Mittelpunkte
der Räder 30 und 32 verbindet.
Das Radpaar kann, aber muß nicht
als Radsatz ausgebildet sein.
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An
beiden Querenden des Bodens 42 sind Dichtlippen 50 und 52 befestigt,
die sich zur Schale 14 hin nach oben hin krümmen und
an der Innenseite der Schale 14 anliegen. Die Dichtlippen 50 und 52 sind
aus gummielastischem Material gefertigt. Sie können, anders als in 1 dargestellt
ist, auch bis zur Höhe
der Unterkante der Fenster 16 und 18 entlang der
Innenseite der Schale 14 anliegen. Zusätzlich können sie mit ihrer Oberkante
auch an der Innenwand befestigt sein. Bei einer Neigung des Bodens 42 zur
Fliehkraftkompensation in Gleisbögen bewegen
sich die an der Schaleninnenseite anliegenden Dichtlippen bogeninnen
nach unten und bogenaußen
nach oben. Da es sich hierbei um relativ geringfügige Bewegungen handelt, wird
der Fahrgast die Neigung des Bodens relativ zur Schale bei dieser Variante
kaum wahrnehmen.
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Sind
die Oberkanten der Dichtlippen 50 und 52 an der
Schaleninnenseite befestigt, so werden die Dichtlippen bei einer
Schwenkbewegung des Bodens geringfügig gedehnt bzw. gestaucht.
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2 zeigt
eine Querschnittsteilansicht des Fahrzeugsegments aus 1.
Dargestellt ist hier lediglich der untere Bereich des Fahrzeugsegments 10 mit
dem Fahrwerk, dem Traggestell 20 und dem Boden 42.
Dieser ist hier in einer gegen das Traggestell und die Schale im
Uhrzeigersinn um die Fahrzeuglängsachse 46 verschwenkten
Stellung dargestellt. Die Schwenkachse 46 verläuft in diesem
Ausführungsbeispiel
knapp unterhalb des Bodens 42. Die Schwenkbewegung des
Bodens 42 wird durch hier nicht näher dargestellte, auf dem Traggestell 20 abgestützte Stellglieder
bewirkt, die beiderseits der Längs-Mittelebene 48 angeordnet
sind und an der Unterseite des Bodens an den hier durch gefüllte Kreise 54 und 56 markierten
Stellen angreifen. Selbstverständlich
können
die Angriffspunkte 54 und 56 relativ zur Längs-Mittelebene 48 auch
weiter innen oder weiter außen
liegen. Ausführungsbeispiele
für geeignete
Stellglieder werden unten anhand der 5b bis 5d näher beschrieben.
Die Richtung der an den Positionen 54 und 56 von
den Stellgliedern erzeugten Kräfte
ist jeweils durch einen Pfeil 58 bzw. 60 dargestellt.
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Die
Stellglieder bewirken nicht nur eine Schwenkbewegung des Bodens 42 beim
Durchfahren eines Gleisbogens zur Bogenmitte hin, sondern halten
auch auf gerader Strecke eine parallele Ausrichtung des Innenbodens 42 relativ
zum Traggestell 20 aufrecht. Eine bezüglich der Mittelebene 48 unsymmetrische
Beladung des Innenbodens 42 wird ausgeglichen.
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Die
elastischen Dichtlippen 50 und 52 schließen den
Raum oberhalb des Bodens 42 auch bei einer Schwenkbewegung
gegen den Zwischenraum zwischen Boden 42 und Traggestell 20 ab.
Beide Dichtlippen sind so vorgespannt, daß sie bei allen Schwenkbewegungen
des Bodens stets an der Innenwand der Schale 14 anliegen.
Bei der in 2 dargestellten Schwenkposition
des Bodens 42 ist die linke Dichtlippe 50 durch
Einbiegen zusätzlich
gespannt, während
die rechte Dichtlippe 52 durch Ausbiegen etwas gegenüber der
Normallage entspannt ist.
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3a zeigt,
wiederum in einer Querschnitts-Teilansicht, ein zweites Ausführungsbeispiel mit
einer alternativen Lagerung des Bodens. Wie in den vorangehenden
Figuren wird auch eine Darstellung der 3a die
Lagerung nur schematisch dargestellt. Im übrigen kennzeichnen in allen
Figuren gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile.
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Das
Traggestell 20 ist entlang der Längs-Mittelebene 48 in
einen linken Abschnitt 20.1 und einen rechten Abschnitt 20.2 geteilt.
Im mittleren Bereich der Quererstreckung des Traggestells 20 ist
eine Lagervorrichtung 44' vorgesehen,
die sich zumindest abschnittsweise über die Längserstreckung des Fahrzeugsegments
in Fahrtrichtung erstreckt. Der Längsabschnitt, in dem sich das
Fahrwerks befindet, ist davon ausgenommen. In den Längsabschnitten, in
denen keine Lagervorrichtung 46' vorgesehen ist, ist das Traggestell
in seiner Quererstreckung zusammenhängend ausgebildet, wie es vom
Ausführungsbeispiel
der 1 und 2 her bekannt ist.
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Die
Lagervorrichtung 46' weist
zwei an den zur Längs-Mittelebene 48 weisenden
Enden der Traggestellabschnitte 20.1 und 20.2 befestigte
Lagerhalbschalen 62.1 und 62.2 auf. Die beiden
Halbschalen bilden einen senkrecht zur Querschnittsebene in Fahrtrichtung
verlaufenden Hohlzylinder, der symmetrisch zur Längs-Mittelebene 48 unten
und oben, das heißt,
zur nach innen weisenden Bodenseite 64 der Schale sowie
zum Innenboden 42 hin geöffnet ist. Die Längsachse
dieses Hohlzylinders verläuft
in der Längs-Mittelebene 48 auf
der Höhe
des Traggestells 20.
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Die
beiden Lagerhalbschalen 62.1 und 62.2 nehmen zwischen
sich einen Lagerzylinder 66 auf, der an einem Ansatz oder
Schwenkhebel 68 ausgebildet ist. Auf diesem stützt sich
der Innenboden 42 ab. Der Schwenkhebel 68 ist
daher zur Aufnahme der Last nach oben hin flanschartig verbreitert
und an der Unterseite des Bodens 42 in der Mitte seiner
Quererstreckung befestigt. Nach unten erstreckt sich der Schwenkhebel 68 in
Richtung der Bodenseite 64 der Schale bis unterhalb des
Traggestells 20.
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An
der Unterseite des Traggestells 20 sind beiderseits der
Längs-Mittelebene 48 Träger 70 und 72 befestigt,
die sich in diesem Ausführungsbeispiel vom
Traggestell 20 bis zum Schalenboden 64 erstrecken
und die seitlichen Wandungen eines wannenförmigen Raums unterhalb des
Traggestells 20 bilden. Die Träger 70 und 72 können aber
auch oberhalb des Schalenbodens 64 enden. Sie dienen zur Befestigung
von Aggregaten etc., insbesondere von hier nicht dargestellten Stellelementen,
die im unteren Endbereich 74 des Stellhebels 68 mit
einer im wesentlichen parallel zur Quererstreckung des Traggestells 20 gerichteten
Kraft angreifen. Im vorliegenden Beispiel ist der Boden um die Längsachse
des Lagerzylinders 66 gegen den Uhrzeigersinn geschwenkt,
so daß die
Stellelemente zur Erzeugung dieser Schwenkposition eine nach rechts
gerichtete Kraft auf den Schwenkhebel 68 ausüben. Dies
ist durch einen Pfeil 76 verdeutlicht.
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Im
Unterschied zum Ausführungsbeispiel
der 1 und 2 greifen die Stellelemente
im vorliegenden Ausführungsbeispiel über einen
Hebelarm am Boden 42 an. Daher ist die von den Stellelementen
für eine
Verschwenkung des Bodens um einen bestimmten Winkel aufzubringende
Kraft geringer.
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Die
Lagervorrichtung 46' sowie
die Träger 70 und 72 sind
vorzugsweise nicht im Bereich der Längserstreckung des Fahrzeugsegments
angeordnet, in dem sich das Fahrwerk befindet.
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3b zeigt
eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels
nach 3a mit einer Lagervorrichtung 46'', die nicht in das Traggestell 20 eingebettet ist,
sondern sich auf diesem abstützt.
Dieses Ausführungsbeispiel
zeigt auch eine der vielen, dem Fachmann an sich bekannten Möglichkeiten,
den Boden gefedert auf dem Traggestell zu lagern, wie es für einen
Betrieb des Fahrzeugssegments im Personenverkehr selbstverständlich erforderlich
ist. Bei dem Ausführungsbeispiel
der 3b sind hierfür
pneumatisch oder hydropneumatisch betriebene Federelemente 78 vorgesehen.
Diese können
sich, wie in 3b dargestellt, als geschlossener
Ring um den Stellhebel 68 erstrecken. Diese Ausführungsform
mit beiderseits der Längs-Mittelebene 48 zusammenhängenden
Federelementen 78 hat den Vorteil, daß der Fluid(Gas-)austausch
zwischen den beiden Seiten bei einem Verschwenken des Bodens 42 unmittelbar
erfolgt. Es versteht sich, daß jedoch
auch beiderseits der Längs-Mittelebene 48 separate
Federelemente zwischen dem Boden 42 und dem Traggestell 20 vorgesehen
sein können.
Ein derartiges Ausführungsbeispiel
wird unten anhand von 6 näher erläutert. Wesentlich ist, daß die Federelemente 78 zum
einen die Schwenkbewegung des Bodens 42 gegen das Traggestell 20 nicht
behindern und zum anderen den Boden 42 gegen Schwingungen
und Stöße aus dem
Fahrwerksbereich isolieren.
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Führungsglocken 80,
die einerseits am Traggestell 20 und andererseits am Boden 42 befestigt sind,
fassen die Federbälge
ein und stabilisieren diese gegen seitlich gerichtete Kraftkomponenten.
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Die
Stellelemente 82.1 und 82.2 sind am Stellhebel 68 gelenkig
und mit Hilfe einer Gleitschale 83 längsverschieblich befestigt.
Weiterhin sind die Stellelemente an den Trägern 70 bzw. 72 befestigt. Sie
können
einfach oder doppeltwirkend ausgebildet sein und üben auf
den Stellhebel 68 eine der vorbestimmten Schwenkbewegung
des Bodens 42 entsprechend erforderliche laterale Kraft
aus. Die zum Betrieb der Stellelemente 82.1 und 82.2 erforderlichen
Steuervorrichtungen sind bekannt und werden hier nicht näher dargestellt.
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Eine
gefederte Lagerung des Bodens 42 auf dem Traggestell 20,
wie in 3b dargestellt, eröffnet neben
der erwünschten
translatorischen Beweglichkeit des Bodens in vertikaler Richtung
auch andere, unerwünschte
Freiheitsgrade. Möglich
sind beispielsweise translatorische Schwingungen in Längs- und
Querrichtung des Fahrzeugs. Diese können relativ einfach mit dem
Fachmann bekannten Mitteln unterdrückt werden. Hierzu dienen zum
einen die Führungsglocken 80,
zum anderen können
beispielsweise Anschläge
vorgesehen sein. Zur Vermeidung von rotatorischen Nickschwingungen
um eine Querachse oder rotatorischen Wankschwingungen um eine Längsachse
sind entsprechende Dämpfungs-
und Kompensationseinrichtungen vorgesehen.
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4 zeigt
in einer Querschnitts-Teilansicht ein viertes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Fahrzeugsegments.
Die zeichnerische Darstellung ist hier wieder stark vereinfacht,
um das hier realisierte Prinzip der schwenkbaren Lagerung des Bodens
zu verdeutlichen.
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Anders
als in den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen ist der Boden 42 bei
dem in 4 dargestellten Fahrzeugsegment um zwei Fahrzeuglängsachsen 46.1 und 46.2 schwenkbar
gelagert. Beide Fahrzeuglängsachsen 46.1 und 46.2 verlaufen
mit jeweils gleichem Abstand von der Längs-Mittelebene 48 unterhalb
der querseitigen Endbereiche des Fahrzeuginnenbodens 42.
Dabei ist jeder der beiden Achsen 46.1 und 46.2 genau
eine Schwenkrichtung – im
Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn – zugeordnet. Im vorliegenden
Ausführungsbeispiel
ist der Boden 42 um die Fahrzeuglängsachse 46.1 im Uhrzeigersinn
und um die Fahrzeuglängsachse 46.2 gegen
den Uhrzeigersinn schwenkbar. Die hierfür erforderlichen Lagervorrichtungen 44.1 und 44.2 sind
in 4 nur schematisch angedeutet. In einer bevorzugten
Ausführungsform sind
die Lagervorrichtungen 44.1 und 44.2 so gestaltet,
daß die
zugeordnete Schwenkrichtung geändert werden
kann. Dies hat den Vorteil, daß es
keine Rolle spielt, welches der längseitigen Enden des Fahrzeugsegmentes
in Fahrtrichtung weist, das heißt, daß das Fahrzeugsegment
sowohl "vorwärts" als auch "rückwärts" fahren kann. In beiden Fahrtrichtungen
ist der Boden 42 beim Durchfahren von Gleisbögen zum
Bogenmittelpunkt hin schwenkbar.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
nach 4 müssen
die an den Lagervorrichtungen 44.1 sowie 44.2 vorgesehenen
Stellvorrichtungen (nicht dargestellt) die Last des Bodens nur dann
tragen, wenn der Boden um die gegenüberliegende Fahrzeuglängsachse 46.2 bzw. 46.1 geschwenkt
werden soll. Es genügt,
einfach wirkende, das heißt
nur für
Schub (Druck) ausgelegte Stellelemente zu verwenden. Die Stellelemente
sind am Traggestell 20 wie am Boden 42 mit Gelenken
befestigt (Gelenklagerung).
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5a zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung in einer Querschnitts-Teilansicht. Ähnlich wie im Ausführungsbeispiel
der 2 sind hier beiderseits der Längs-Mittelebene 48 Stellelemente 84.1 und 84.1 vorgesehen,
die jeweils am Boden 42 und am Traggestell gelenkig befestigt
sind. Der im Vergleich mit den vorangehenden Figuren größere Abstand
zwischen dem Traggestell 20 und dem Boden 42 ist
allein zeichentechnisch bedingt und spiegelt nicht die tatsächlichen
Verhältnisse
wider.
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Im
Unterschied zum Ausführungsbeispiel
der 2 ist der Boden im vorliegenden Ausführungsbeispiel
nicht in der Mitte seiner Quererstreckung auf dem Traggestell abgestützt. Vielmehr
lagert er hier auf den Stellelementen 84.1 und 84.2,
die zur Schubentfaltung als einfachwirkende Druckzylinder ausgebildet
sind. Diese sind jeweils mit gleichem Abstand von der Längs-Mittelebene 48 angeordnet.
Die Stellelemente 84.1 und 84.2 sind als pneumatische oder
hydropneumatische Zylinder ausgebildet.
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Der
Boden 42 kann um eine in ihm und zugleich in der Längs-Mittelebene 48 verlaufende
Fahrzeuglängsachse 46 verschwenkt
werden. Wie in 5a beispielsweise gezeigt ist,
wird für
eine Schwenkbewegung im Uhrzeigersinn der Kolben des zweiten Stellelements 84.2 um
eine Strecke ausgefahren, wobei der Boden 42 am Angriffspunkt
gegen seine Gewichtskraft nach oben gedrückt wird. Zugleich übt der Boden 42 seine
nach unten gerichtete Gewichtskraft auf das Stellelement 84.1 aus,
das sich auf dem Traggestell 20 abstützt. Diese wird genutzt, um
den Kolben des ersten Stellelements 84.1 einfahren zu lassen.
Insgesamt entsteht ein Drehmoment, durch das der Boden 42 um
die Achse 46 verschwenkt wird. Dabei wird der Boden 42 relativ
zum Traggestell 20 nicht in Querrichtung verschoben.
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Bei
einer solchen Lagerung des Bodens 42, bei der die Schwenkbewegung
durch gegenseitiges Anheben und Absenken beider Seiten des Bodens bewirkt
wird, halten die Stellelemente 84.1 und 84.2 den
Boden 42 in der Normallage gewissermaßen in der Schwebe. Die Stellung
des Bodens 42 und der Kolben der Stellelemente 84.1 und 84.2 in
der Normallage ist in 5a durch strichpunktierte Linien angedeutet.
Die Stellelemente sind so ausgebildet, daß sie auch nach einem Abschalten
der Steuerung der Stellvorrichtung nicht nachgeben.
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Gegenüber dem
Ausführungsbeispiel
nach 4 hat die vorliegende Ausführungsform den Vorteil, daß die für das Einstellen
eines bestimmten Schwenkwinkels erforderliche Auslenkung der Stellelemente
aus der Normallage nur halb so groß ist.
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An
Stelle einfach wirkender Stellelemente können auch doppeltwirkende Stellelemente
verwendet werden. Auf die Konstruktion der Stellelemente wird nun
im einzelnen anhand verschiedener Ausführungsformen näher eingegangen,
die in den 5b bis 5d dargestellt
sind.
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Die 5b und 5c zeigen
zwei mögliche
Ausführungsformen
der Stellelemente 84.1 und 84.2 in einer jeweils
entlang der Längsachse
der Stellelemente geschnittenen Darstellung. Beide Stellelemente 86 bzw. 88 unterscheiden
sich im Stellmechanismus und in der Federung, sind aber ansonsten gleichartig
aufgebaut. Sie weisen einen Kolben 90 auf, der durch eine Öffnung 92 längsverschieblich
in einen Zylinder 94 eingreift. Der Kolben ist von einem Schutzmantel 96 umgeben,
der am oberen Ende des Kolbens befestigt ist und je nach Position
des Kolbens 90 auch den Zylinder 94 zumindest
teilweise umgibt. Der Kolben 90 lagert im Zylinder auf
einer Feder 98, beispielsweise einer Schraubenfeder aus Stahl.
Diese stützt
sich ihrerseits auf dem oberen Ende eines Kolbens 100 ab.
Der Kolben 100 weist ein Außengewinde 102 auf,
das mit dem Innengewinde einer nicht dargestellten Spindelmutter
im Eingriff steht. Die Spindelmutter ist in einen Antriebsblock 104 integriert,
der an den Innenwänden
des Zylinders 94 derart befestigt ist, daß er gegen
diesen weder drehbar noch längsverschieblich
ist. Im Inneren des Antriebsblocks 104 ist die Spindelmutter
um die Längsachse
des Zylinders drehbar gelagert. Eine Kupplung greift am Umfang der
Spindelmutter an und verbindet diese mit einem Antriebsmotor, beispielsweise
einem elektrischen Schrittmotor.
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Am
oberen Ende des Kolbens 90 sowie am unteren Ende des Zylinders 100 sind
Befestigungselemente 106 für die gelenkige Befestigung
des Stellelements 86 am Boden 42 bzw. am Traggestell 20 vorgesehen.
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Für die beidseitige,
gelenkige Lagerung des Bodens auf dem Traggestell integriert das
Stellelement 86 in sich die Gelenkfunktion sowie die Funktionen
Tragen, Stellen und Federn. Zur Höhenverstellung wird der Antriebsblock 104 zum
Antrieb einer Drehbewegung der Spindelmutter veranlaßt. Je nach Drehsinn
der Spindelmutter wird der Kolben 100 entlang der Zylinderachse
nach oben oder unten verschoben. Wird er nach oben verschoben, so übt er auf
die Feder 98 und den Kolben 90 eine Druckkraft aus,
die auf den Boden 42 übertragen
wird. Wird der Kolben 100 nach unten gefahren, so folgen
ihm die Feder 98, der Kolben 90 und der Boden 42 aufgrund der
Gewichtskraft nach.
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Wird
ein vertikal gerichteter Stoß von
den Rädern über das
Fahrwerk auf das Traggestell 20 übertragen, so wird auch der
Zylinder 94 diesen Stoß aufnehmen.
Die Feder 98 sorgt jedoch dafür, daß der Stoß nicht auch über den
Kolben 90 auf den Boden 42 übertragen wird.
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Das
in 5c gezeigte Ausführungsbeispiel eines Stellelementes 88 unterscheidet
sich von dem in 5b gezeigten lediglich darin,
daß anstelle
der mechanischen Feder 98 eine Gasfeder 98' verwendet wird.
Weiterhin ist anstelle des elektromechanischen Antriebs mit dem
Kolben 100 und dem Antriebsblock 104 bei dem Stellelement 88 ein
hydraulisch angetriebener Trennkolben 108 vorgesehen. Die
Höhenverstellung
des Trennkolbens 108 und damit auch des Kolbens 90 sowie
des Bodens 42 erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel durch Erhöhung oder
Erniedrigung des von einer Antriebsflüssigkeit 110 gefüllten Volumens.
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Selbstverständlich ist
es möglich,
den hydraulischen Antrieb mit einer mechanischen Federung oder den
elektromechanischen Antrieb mit einer Gasfederung zu kombinieren.
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Auch
wäre grundsätzlich eine
Höhenverstellung
allein durch Veränderung
der Federhärte
der Gasfeder zu bewirken. Diese Variante hätte jedoch den Nachteil, daß sie sich
ungünstig
auf das Schwingungsverhalten des Bodens 42 auswirken könnte. Bei
der Lagerung des Bodens 42 nach der in 5a dargestellten
Variante mit Hilfe von Stellelementen, wie sie 5b und 5c zeigen,
sind im Fahrzeugsegment zusätzliche
Einrichtungen zur Stabilisierung der Lage des Bodens 42 in
Längs-
und Querrichtung vorgesehen.
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5d zeigt
als Alternative zu den Stellelementen 86 und 88 in
stark vereinfachter Darstellung eine Stellvorrichtung 112 mit
einer Rollbalgfeder. Diese Stellvorrichtung weist einen Zylinder 114 mit
einem Kolben 116 auf, der im wesentlichen wie der Kolben 100 in 5b aufgebaut
ist und in gleicher Weise auch über
einen Antriebsblock 118 mit einer darin drehbar gelagerten
Spindelmutter vertikal verschoben wird.
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Der
Zylinder 114 ist auf dem Traggestell 20 ohne Gelenk
befestigt. Am oberen Ende des Zylinders 114 ist eine Rollbalgfeder 118 befestigt,
deren Innenvolumen mit dem Zylindervolumen oberhalb des Kolbens 116 verbunden
ist. Beide Teilvolumina sind mit einem Gas gefüllt. Der Innendruck des gesamten
Gasvolumens ist mit Hilfe hier nicht dargestellter Vorrichtungen
zur Einstellung einer bestimmten Gleichgewichtsposition des Bodens 42 an
dessen Last anpassbar.
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Die
Rollbalgfeder 118 wird von einer auf der Unterseite des
Bodens 42 befestigten Lagerschale 120 gehalten.
Die Wandung der Rollbalgfeder 118 besteht aus einem mit
Gewebelagen verstärkten Elastomerbalg.
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Eine
Höhenverstellung
des Bodens 42 zur Erzielung einer Schwenkbewegung erfolgt
mit diesem Stellelement durch eine Verschiebung des Kolbens 116 entlang
der Längsachse
des Zylinders 114. Wird der Kolben 116 bei konstantem
Innendruck des Gasvolumens nach oben ausgefahren, rollen die am Zylinder 114 anliegenden
Seitenabschnitte des Rollbalgs 118 zum Volumenausgleich
nach oben ab und drücken
dabei den Boden 42 nach oben. Durch Einfahren des Kolbens 116 in
Richtung des Traggestells 20 wird dagegen das vom Gas gefüllte Teilvolumen innerhalb
des Zylinders 114 erhöht.
Zum Volumenausgleich rollen die Seitenabschnitte des Rollbalgs 118 nach
unten ab, woraufhin der Boden 42 am Ort des Stellelements 112 nach
unten absinkt.
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Die
Rollbalgfeder 118 übernimmt
neben der Funktion des Tragens auch Gelenkfunktionen. Bei einer
Neigung des Bodens paßt
sich die Gummiwandung unter Aufrechterhaltung ihres Innendrucks
der veränderten
Lage an. Auch bei der Übertragung
von Stößen vom
Traggestell auf den Boden 42 bewirkt die Rollbalgfeder 118 eine
Abfederung.
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Es
versteht sich, daß auch
das Stellelement 112 anstelle eines elektromechanischen
Antriebs mit einem hydraulischen Antrieb, wie er in 5c dargestellt
ist, arbeiten kann.
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Die
in den 5b bis 5d beschriebenen Stellelemente
sind bei allen Ausführungsbeispielen mit
beidseitiger Lagerung des Bodens auf dem Traggestell verwendbar.
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6 zeigt
in einer Querschnittsansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fahrzeugsegments 10'. Das Gleis 12 ist
hier – wie
beim Bau von Gleisbögen üblich – relativ
zur Horizontalen um einen Winkel α zur
Mitte des Gleisbogens hin geneigt.
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Bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist
der Boden 42 über
Luftfedern 122 und 124 auf dem Traggestell 20 gelagert.
Die Luftfedern 122 und 124 sind beiderseits der
Längs-Mittelebene 48 angeordnet.
In Längsrichtung
des Fahrzeugsegments 10', also
senkrecht zur Schnittebene, sind mehrere derartige Luftfederpaare
hintereinander vorgesehen. Die Last des Bodens, darauf befestigter
Einbauten wie Sitzgruppen 126. und 128 sowie die
Last der Insassen des Fahrzeugsegments 10' werden auf diese Weise gleichmäßig auf
die Längs-
und Quererstreckung des Traggestells 20 verteilt. Die Luftfedern 122 und 124 sind,
wie ihre Lagerungen 130 und 132 in dieser Figur
nur schematisch dargestellt. Der Einfachheit der Darstellung halber
fehlen auch alle Einrichtungen, die zur Versorgung der Luftfedern
mit entsprechendem Luftdruck und zur Steuerung oder Regelung des
Luftdrucks in den Luftfedern vorgesehen sind. Eine Verbindung der
Gasräume
beider Luftfedern 122 und 124 ist zumindest während des
Stellvorgangs nicht vorgesehen. Eine Schwenkbewegung des Innenbodens
würde sonst
durch den Druckausgleich zwischen den Luftfedern verhindert.
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Es
versteht sich, daß anstelle
von Luftfedern in bekannter Weise auch hydropneumatische Federn verwendet
werden können.
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Durch
eine gesteuerte Druckerhöhung
in der bogenaußen
angeordneten Luftfeder 124 bei gleichzeitiger, gesteuerter
Druckminderung in der bogeninnen angeordneten Luftfeder 122 ist
der Boden 42 zur Bogenmitte hin verschwenkt. Dabei bildet
eine senkrecht zum Boden und zur Schnittebene stehende Ebene 134 einen
Winkel β mit
der Längs-Mittelebene 48 des
Fahrzeugsegments 10'.
Die Schwenkachse 46 verläuft senkrecht zur Zeichenebene
der 6 durch den Boden 42 etwa in der Mitte
seiner Quererstreckung.
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In
den 7 und 8 sind zwei weitere, einander ähnliche
Ausführungsbeispiele
erfindungsgemäßer Fahrzeugsegmente
in Querschnitts-Teilansichten dargestellt. In beiden Ausführungsbeispielen stützt sich
der Boden über
beiderseits der Längs-Mittelebene angeordnete
Rollen 136 und 138 bzw. 136' und 138' sowie Rollbahnen 140 und 142 auf
dem Traggestell 20 ab. Während sich der Boden 42 bei der
Ausführungsform
nach 7 unmittelbar auf den Rollen abstützt, sind
bei dem Ausführungsbeispiel nach 8 Stützen 144 und 146 unterhalb
des Traggestells 20 befestigt, die sich auf Drehachsen 148 und 150 der
Rollen 136' und 138' abstützen. Die
letztere Variante hat den Vorteil, daß in die Stützen 144 und 146 eine
Federung des Bodens 42 integriert werden kann.
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Charakteristisch
für die
in den 7 und 8 dargestellten Lösungen ist,
daß der
Boden 42 eine geführte
Schwenkbewegung ausführen
kann, deren Schwenkachse oberhalb des Bodens liegt. Diese Schwenkbewegung
ist eine vom Profil der Rollbahnen 140 und 142 abhängige Translationsbewegung
des Bodens 42 überlagert.
Die Rollbahnen können
selbstverständlich
auch so kreisbogenförmig
gestaltet werden, so daß die
Schwenkachse bei der Schwenkbewegung ortsfest ist.
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In 8 ist
der zusätzlich
zur Schwenkbewegung des Bodens 42 auftretende seitliche
Versatz d markiert. Die Mitte der Quererstreckung des Bodens 42 kennzeichnet
in beiden Figuren ein mit seiner Spitze zum Traggestell weisendes
Dreieck 152. Zum Antrieb der geführten Schwenk- und Translationsbewegung
des Bodens 42 sind auf dem Traggestell 20 befestigte
Stellelemente vorgesehen, die an einem beispielsweise mittig an
der Unterseite des Bodens 42 befestigtem Stellhebel angreifen
und über diesen
auf den Boden eine in Querrichtung wirkende Kraft ausüben.
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Bei
dem in 8 dargestellten Ausführungsbeispiel ist auch ein
gesteuerter Antrieb der Rollen 136' und 138' zur Drehbewegung denkbar.
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Die 9a und 9b zeigen
ein weiteres Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Fahrzeugsegments,
bei dem der Boden 42 über Stehpendel 154 und 156 auf
dem Traggestell 20 gelagert ist. Die Stehpendel 154 und 156 sind
gleich lang und mit gleichem Abstand beiderseits der Längs-Mittelebene 48 am
Traggestell 20 sowie am Boden 42 gelenkig befestigt,
derart, daß der
Boden 42 in Richtung parallel zur Querschnittsebene eine kombinierte
Schwenk- und Translationsbewegung ausführen kann. Hierfür sind die
Stehpendel 154 und 156 am Traggestell mit größerem Abstand
von der Längs-Mittelebene 48 befestigt
als am Boden 42, stehen also zur Längsmittelebene 48 hin
geneigt. Wie bei den in den 7 und 8 dargestellten
Ausführungsbeispielen
kann auch hier eine Auslenkung des Bodens 42 durch Angreifen
einer in Querrichtung wirkenden Kraft an einem Stellhebel 158 unterhalb
des Bodens 42 bewirkt werden. Wird, wie in 9b gezeigt,
eine in Querrichtung nach rechts gerichtete Kraft 160 ausgeübt, so führen beide
Stehpendel 154 und 156 eine Schwenkbewegung im
Uhrzeigersinn aus, jeweils um ihre dem Traggestell 20 nähere Schwenkachse 162 bzw. 164.