DE102004014903A1 - Vehicle, in particular lane-guided vehicle, with articulated vehicle bodies - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbesondere ein spurgeführtes Fahrzeug, bestehend aus mindestens drei gelenkig miteinander verbundenen Wagenkästen, von denen sich mindestens ein Wagenkasten MWK (Mittel-Wagenkasten) nicht auf ein oder mehrere Laufwerke abstützt sondern über Wagenkastengelenke auf die beiden ihm benachbarten Wagenkästen LWK (Laufwerk-Wagenkästen), die sich ihrerseits jeweils auf mindestens ein Laufwerk abstützen.The The invention relates to a vehicle, in particular a track-guided vehicle, consisting of at least three articulated car bodies, of which at least one car body MWK (mid-body) not supported on one or more drives but via car body joints on the two adjacent car bodies LWK (drive car bodies), which itself in turn each supported on at least one drive.
Bei derartigen Fahrzeugen sind mindestens zwischen zwei benachbarten Laufwerken zwei Wagenkastengelenke angeordnet. So ist es möglich, den Abstand zwischen diesen benachbarten Laufwerken relativ groß auszubilden, da sich das Fahrzeug durch seine Wagenkastengelenke in optimaler Weise einem vorgegebenen Hüllprofil anpassen kann. Dieser ansonsten vorteilhafte große Laufwerkabstand bringt jedoch auch einen Nachteil mit sich. Dieser tritt beim Befahren einer Fahrbahnverwindung auf, etwa beim Befahren einer Überhöhungsrampe am Anfang oder Ende eines überhöhten Streckenbogens. Einerseits entstehen größere Beanspruchungen der Wagenkästen hinsichtlich Torsion um die Längsachse (x-Achse) und andererseits entstehen größere Umverteilungen der Radaufstandskräfte. Letzteres kann insbesondere für spurgeführte Fahrzeuge dann kritisch sein, wenn die Tragräder gleichzeitig die Spurführungsfunktion haben, wie eben bei Schienenfahrzeugen. Bei zu großer Minderung der Radaufstandskraft kann dann eine sichere Spurführung nicht mehr gewährleistet werden. Bei Schienenfahrzeugen beispielsweise wird dann davon gesprochen, dass die Sicherheit gegen Verwindungsentgleisung nicht mehr gegeben ist.at such vehicles are at least between two adjacent Drives arranged two cart body joints. So it is possible the Distance between these neighboring drives relatively large, because the vehicle through his Wagenkastengelenke in an optimal way a predetermined envelope profile can adapt. However, this otherwise advantageous large drive distance brings also a disadvantage with it. This occurs when driving on a lane twist, for example, when driving over a ramp on the Beginning or end of an inflated course. On the one hand, greater stresses arise the car bodies in terms of torsion about the longitudinal axis (x-axis) and on the other hand Larger redistributions occur the wheelwright forces. The latter especially for track-guided Vehicles then be critical if the carrying wheels simultaneously the tracking function have, just as with rail vehicles. If too much reduction the wheel contact force can not secure tracking then more guaranteed become. Rail vehicles, for example, talk about it that the security against twisting derailment no longer exists is.
Weiter verschärft wird die zuvor beschriebene Situation dann, wenn zur Erzielung einer großen Fahrzeuglänge Laufwerk-Wagenkästen und Mittel-Wagenkästen mehrfach mittels Gelenken aneinandergereiht werden. Es entstehen so die oft als Multigelenk-Fahrzeug bezeichneten Fahrzeuge, wie man sie heute häufig als niederflurige Straßenbahnwagen antrifft. Die Torsionsbeanspruchung der Wagenkästen und die Umverteilung der Radaufstandskräfte und damit einhergehend Minderungen der Radaufstandskräfte bei Fahrbahnverwindung nehmen dann in starkem Maße zu.Further tightened becomes the situation described above, if to achieve a large vehicle length drive car bodies and Central car bodies repeatedly strung together by means of joints. It arises such as the often referred to as multi-articulated vehicle vehicles, how to they are common today as low-floor tram cars encounters. The torsional stress of the car bodies and the redistribution of the wheel contact and concomitant reductions in wheel-upforce Lane distortion then increase to a great extent.
Bei Fahrzeugen der gattungsgemäßen Art sind folgende vier prinzipiellen Gelenkausführungen hinsichtlich ihrer Wirkungsweise bekannt:
- 1. Die Gelenke zwischen
den Wagenkästen
ermöglichen
zunächst
folgende Drehbewegungen der benachbarten Wagenkästen zueinander:
• eine Schwenkbewegung
um eine Hochachse (z-Achse) und
• eine Nickbewegung um eine
Querachse (y-Achse).
Ein solches Wagenkastengelenk kann als Schwenk-Nick-Gelenk (SNG) bezeichnet
werden. Es verfügt über zwei
Freiheitsgrade und bindet vier Freiheitsgrade. Gebunden werden durch
das Schwenk-Nick-Gelenk Verschiebungen der Wagenkästen zueinander
in alle drei Koordinatenrichtungen und die Wankbewegung der Wagenkästen zueinander
um eine Längsachse
(x-Achse).
In
1 ist eine häufig anzutreffende Ausführungsform auch für ein solches Wagenkastengelenk (SNG) prinzipiell dargestellt. Hier ist im Bereich des Fußbodens der Wagenkästen ein sphärisches Lager1 angeordnet. Dieses in der Regel als axiales Kugelgelenk ausgebildete Lager bindet drei Freiheitsgrade. Es verhindert die Verschiebung der Wagenkästen zueinander in alle drei Koordinatenrichtungen. Jedoch werden Drehbewegungen der Wagenkästen zueinander gleich um welche Achse durch ein solches Lager nicht verhindert. Dazu bedarf es bei einer solchen Ausführungsform für ein Schwenk-Nick-Gelenk weiterer Konstruktionselemente. Um das Wanken der Wagenkästen zueinander zu unterbinden, kann hier beispielsweise im Dachbereich eine Querkoppelstange2 zwischen die Wagenkästen montiert werden. Es gibt weitere bekannte Ausführungsformen für Schwenk-Nick-Gelenke. Beispielsweise kann im Fußbodenbereich der Wagenkästen ein horizontal liegender Kugeldrehkranz vorgesehen sein, der allein fünf Freiheitsgrade bindet. Er lässt nur Schwenkbewegungen um seine vertikale Drehachse (z-Achse) zu. Um hier ein Schwenk-Nick-Gelenk zu realisieren, wird einer der mittels dieses Gelenkes verbundenen Wagenkästen gelenkig am Kugeldrehkranz abgestützt. Diese gelenkige Abstützung am Kugeldrehkranz erlaubt eine Drehbewegung um eine Querachse (y-Achse) und somit Nickbewegungen der Wagenkästen zueinander. Ein Mittel-Wagenkasten ohne Laufwerke ist bei Verwendung der beschriebenen Schwenk-Nick-Gelenke für seine beiden Enden mehr als hinreichend auf die benachbarten Laufwerk-Wagenkästen abgestützt. Bezüglich seiner Wankabstützung liegt eine statische Überbestimmtheit vor, da diese Abstützung gleichzeitig über zwei Wagenkastengelenke erfolgt. Hierin liegt auch der Grund dafür, dass beim Befahren von Fahrbahnverwindungen statische Umverteilungen der Radaufstandskräfte stattfinden und erhebliche Torsionsbeanspruchungen um die Längsachse im Wagenkasten aufgebaut werden. - 2. Eine weitere prinzipielle Gelenkausführung lässt nur eine Schwenkbewegung
um eine Hochachse (z-Achse) der Wagenkästen zueinander zu. Ein solches
Gelenk kann als Schwenk-Gelenk (SG) bezeichnet werden. Es ist stets
dann an einem Ende eines Laufwerk-Wagenkastens als Gelenkverbindung
zu einem Mittel-Wagenkasten erforderlich, wenn sich der Laufwerk-Wagenkasten nur
auf ein Laufwerk abstützt,
welches allein keine ausreichende Nickabstützung gewährleisten kann und auch keine
weitere Abstützung
des Laufwerk-Wagenkastens über
ein weiteres Gelenk unmittelbar auf einen direkt benachbarten Laufwerk-Wagenkasten
erfolgt.
Auch für
ein solches Wagenkastengelenk (SG) ist in
1 eine häufig anzutreffende Ausführungsform prinzipiell dargestellt. Auch hier ist im Bereich des Fußbodens der Wagenkästen ein sphärisches Lager1 angeordnet, welches allein wohl Verschiebungen der Wagenkästen zueinander verhindert, nicht aber Drehbewegungen um irgendeine Achse. Dazu wird in der Regel im Dachbereich des Fahrzeuges ein weiteres Lager3 vorgesehen. Für dieses Dachlager3 kommt vorzugsweise ebenfalls ein sphärisches Lager zum Einsatz. Ein derart ausgebildetes Wagenkastengelenk verfügt nun nur noch über einen Freiheitsgrad. Die mittels dieses Gelenkes gekoppelten Wagenkästen können nur noch Schwenkbewegungen um eine Hochachse (Schwenkachse4 ) ausführen, wobei diese Schwenkachse4 durch die Verbindungslinie zwischen den Drehmittelpunkten der beiden Lager1 und3 im Fußboden- bzw. im Dachbereich repräsentiert wird. Auch für ein Schwenk-Gelenk sind weitere Ausführungsformen bekannt. Beispielsweise stellt der schon erwähnte horizontal liegende Kugeldrehkranz im Fußbodenbereich der Wagenkästen allein eine mögliche Ausführungsform für ein Schwenk-Gelenk dar. Er bindet fünf Freiheitsgrade und lässt nur Schwenkbewegungen um eine senkrechte Achse (z-Achse) zu. Werden nun ein oder auch beide Schwenk-Nick-Gelenke am Mittel-Wagenkasten durch Schwenkgelenke ersetzt um benachbarte Laufwerk-Wagenkästen hinsichtlich Nicken abzustützen, ändert sich an der statischen Überbestimmtheit hinsichtlich der Wankabstützung des Mittel-Wagenkastens nichts. Umverteilung der Radaufstandskraft und Torsionsbeanspruchung der Wagenkästen beim Befahren von Fahrbahnverwindungen bleiben unverändert. Die Bindung zusätzlicher Freiheitsgrade in den Wagenkastengelenken ist nur für die Nickabstützung der Laufwerk-Wagenkästen von Bedeutung. - 3. Um die Umverteilung der Radaufstandskraft und Torsion des Wagenkastens als Folge der statischen Überbestimmtheit hinsichtlich Wankabstützung der Mittel-Wagenkästen zu reduzieren, ist es sinnvoll und bekannt, in einem der Gelenke, die den Mittel-Wagenkasten auf benachbarte Laufwerk-Wagenkästen abstützen, Wankbewegungen zwischen den Wagenkästen zuzulassen. Dieses eine Gelenk bindet also einen Freiheitsgrad weniger. Der Mittel-Wagenkasten stützt sich nun hinsichtlich Wanken nur auf einen der beiden benachbarten Wagenkästen über das jeweils andere Gelenk ab, also statisch bestimmt. Das zuvor genannte Schwenk-Nick-Gelenk wird nun in seiner Funktionsweise entsprechend verändert. Wankbewegungen der Wagenkästen zueinander werden jetzt zugelassen und ein solches Gelenk kann als Schwenk-Nick-Wank-Gelenk (SNWG) bezeichnet werden. Es bindet tatsächlich nur noch drei Freiheitsgrade, nämlich die drei möglichen Verschieberichtungen der Wagenkästen zueinander. Drehbewegungen der Wagenkästen zueinander um jede der drei möglichen Achsen sind im Schwenk-Nick-Wank-Gelenk ausführbar. Als mögliche Ausführungsform lässt sich ein solches Wagenkastengelenk (SNWG) aus einem Schwenk-Nick-Gelenk (SNG) mit sphärischem Lager im Fußbodenbereich leicht erstellen. Dazu wird die Querkoppelstange 2 im Dachbereich entfernt. Soll für das Schwenk-Nick-Wank-Gelenk als weitere Ausführungsform beispielsweise ein Kugeldrehkranz im Fußbodenbereich eingesetzt werden, so müsste dieser kardanisch gelagert zwischen den beiden Wagenkästen montiert sein.
- 4. Die vierte bekannte prinzipielle Gelenkausführung hinsichtlich
ihrer Wirkungsweise ist abgeleitet aus dem Schwenk-Gelenk. Dazu
wird auch zu dieser Gelenkausführung
ein Freiheitsgrad hinzugefügt.
Es ist nun möglich,
dass die über
ein solches Gelenk verbundenen Wagenkästen zueinander nicht nur Schwenkbewegungen
um eine senkrechte Achse (z-Achse) ausführen können sondern auch Wankbewegungen
um eine Längsachse
(x-Achse). Ein solches Gelenk kann als Schwenk-Wank-Gelenk (SWG)
bezeichnet werden.
Mögliche
und bekannte Ausführungsformen
für ein
Schwenk-Wank-Gelenk
sind in den
2 bis4 schematisch dargestellt, wobei hier nur die Lagerausführung im Dachbereich als Einzelheit gezeigt wird. Im Bereich des Fußbodens bleibt das sphärische Lager1 , wie es bei den Fahrzeuggelenken entsprechend1 zur Anwendung kommt, erhalten. Bei der Ausführungsform gemäß2 wird der Freiheitsgrad für das Wanken erzielt, indem das Dachlager3 in einer Lagerkonsole6 querverschiebbar angeordnet ist. Diese Querverschiebbarkeit des Dachlagers3 in einer Lagerkonsole6 wird hier durch die Aufnahme dieses Dachlagers3 in einem quer angeordnetem Langloch5 erreicht. Eine weitere Gestaltungsmöglichkeit bietet sich durch eine querverschiebbar am Wagenkasten angeordnete Lagerkonsole6 . Wie3 zeigt, ist die Lagerkonsole 6 zum Erzielen der gewünschten Querverschiebbarkeit am Wagenkasten mittels Schiebesitzen7 montiert.4 verdeutlicht eine weitere Ausführungsform für ein Schwenk-Wank-Gelenk. Das bisher übliche Dachlager3 ist hier praktisch auf zwei Lager mit einem Längsabstand aufgeteilt. Verbunden werden diese beiden Lager durch den Längslenker8 . Auch mittels Kugeldrehkranz im Fußbodenbereich lässt sich ein Schwenk-Wank-Gelenk darstellen. Einer der beiden durch das Gelenk verbundenen Wagenkästen müsste sich gelenkig zum Kugeldrehkranz hin abstützen, wobei die Drehachse dieser gelenkigen Abstützung in Längsrichtung verlaufen muss.
- 1. The joints between the car bodies initially allow the following rotational movements of the adjacent car bodies to each other: • a pivoting movement about a vertical axis (z-axis) and • a pitching motion about a transverse axis (y-axis). Such a body joint may be referred to as a swivel pitch joint (SNG). It has two degrees of freedom and binds four degrees of freedom. Are bound by the pivot-pitch joint displacements of the car bodies to each other in all three coordinate directions and the rolling motion of the car bodies to each other about a longitudinal axis (x-axis). In
1 is a common embodiment also shown for such a car body joint (SNG) in principle. Here is in the area of the floor of the car bodies a spherical bearing1 arranged. This usually designed as an axial ball joint bearing binds three degrees of freedom. It prevents the displacement of the car bodies to each other in all three coordinate directions. However, rotational movements of the car bodies are not prevented from each other equal to which axis by such a bearing. This requires in such an embodiment for a swivel-joint joint further construction elements. To prevent the rolling of the car bodies to each other, can here, for example, in the roof area a cross coupling rod2 be mounted between the car bodies. There are other known embodiments for swing pitch joints. For example, may be provided in the floor area of the car bodies a horizontally lying slewing ring, which binds five degrees of freedom alone. It allows only pivoting movements about its vertical axis of rotation (z-axis). In order to realize here a swivel-pitch joint, one of the car bodies connected by means of this joint is articulated on the slewing ring. This articulated support on the slewing ring allows a rotational movement about a transverse axis (y-axis) and thus pitching movements of the car bodies to each other. A center car body without drives is more than sufficiently supported on the adjacent drive car bodies when using the described pivot-pitch joints for its two ends. With regard to its roll support, there is a static overdetermination, since this support takes place simultaneously via two body joints. This is also the reason why static reversals of the wheel contact forces take place when driving on the road, and considerable torsional stresses are built up around the longitudinal axis in the car body. - 2. Another principal joint design allows only a pivoting movement about a high axis (z-axis) of the car bodies to each other. Such a joint may be referred to as a swivel joint (SG). It is always at one end of a drive car body as a hinge connection to a center car body required when the drive car body is supported only on a drive, which alone can not ensure sufficient pitch support and no further support of the drive car body via a another joint takes place directly on a directly adjacent drive car body. Also for such a carbody joint (SG) is in
1 a commonly encountered embodiment illustrated in principle. Again, in the area of the floor of the car bodies is a spherical bearing1 arranged, which alone probably displacements of the car bodies prevents each other, but not rotational movements about any axis. This is usually in the roof area of the vehicle another camp3 intended. For this roof storage3 preferably also a spherical bearing is used. Such trained Wagenboxgelenk now only has one degree of freedom. The coupled by means of this joint car bodies can only swing movements about a vertical axis (pivot axis4 ), this pivot axis4 through the connecting line between the centers of rotation of the two bearings1 and3 is represented in the floor or in the roof area. Also for a pivot joint further embodiments are known. For example, the already mentioned horizontal slewing ring in the floor area of the car body alone represents a possible embodiment for a pivot joint. It binds five degrees of freedom and allows only pivoting movements about a vertical axis (z-axis). Now, if one or both pivot-pivot joints on the center car body replaced by swivel joints to support adjacent drive car bodies in pitch, nothing changes in the static overdetermination with respect to the roll support of the mid-body. Redistribution of Radaufstandskraft and Torsionsbeanspruchung the car bodies when driving on Fahrleiverwindungen remain unchanged. The binding of additional degrees of freedom in the Wagenkastengelenken is only for the pitch support of the drive car bodies of importance. - 3. In order to reduce the redistribution of the wheel tread and torsion of the car body as a result of static overdetermination in terms of roll support of the center car bodies, it is useful and known in one of the joints that support the center car body on adjacent drive car bodies, rolling between to allow the car bodies. So one joint binds one less degree of freedom. The center car body is now supported with respect to rolling only on one of the two adjacent car bodies on the other joint from, so statically determined. The aforementioned pivot-pitch joint is now changed accordingly in its operation. Rolling movements of the car bodies relative to one another are now permitted and such a joint can be referred to as a swivel-pitch-roll joint (SNWG). It actually binds only three degrees of freedom, namely the three possible displacement directions of the car bodies to each other. Rotational movements of the car bodies relative to each other about each of the three possible axes can be executed in the swivel-pitch-roll joint. As a possible embodiment, such a car body joint (SNWG) from a pivot-pivot joint (SNG) with spherical bearing in the floor area easily create. For this purpose, the cross coupling rod 2 is removed in the roof area. If, for example, a ball slewing ring in the floor area is to be used for the swivel-pitch-roll joint as a further embodiment, then it would have to be mounted gimbally mounted between the two coach bodies.
- 4. The fourth known principle joint design with regard to their mode of action is derived from the pivot joint. For this purpose, a degree of freedom is also added to this joint design. It is now possible that the car bodies connected via such a joint can perform not only pivoting movements about a vertical axis (z-axis) but also rolling movements about a longitudinal axis (x-axis). Such a joint can be called a swivel-roll joint (SWG). Possible and known embodiments for a pivot-roll joint are in the
2 to4 shown schematically, only the bearing design in the roof area is shown as a detail here. In the area of the floor remains the spherical bearing1 , as is the case with the vehicle joints1 is used. In the embodiment according to2 the degree of freedom for rolling is achieved by the roof bearing3 in a warehouse console6 is arranged transversely. This Querverschiebbarkeit the roof warehouse3 in a warehouse console6 is here by the inclusion of this roof storage3 in a transverse slot5 reached. Another design option is provided by a transversely displaceable on the car body arranged bearing bracket6 , As3 shows is the bearing bracket 6 to achieve the desired Querverschiebbarkeit the car body by means of sliding seats7 assembled.4 illustrates a further embodiment of a swivel-roll joint. The usual roof storage3 here is practically divided into two bearings with a longitudinal distance. These two bearings are connected by the trailing arm8th , Also by means of ball slewing rings in the floor area, a swivel-roll joint can be displayed. One of the two car bodies connected by the joint would have to be articulated to the ball slew ring, wherein the axis of rotation of this articulated support must extend in the longitudinal direction.
Das Zulassen von Wankbewegungen der Wagenkästen zueinander in einem den Mittel-Wagenkasten stützendem Gelenk hat einige nicht unerhebliche Nachteile. Der Mittel-Wagenkasten kann sich hinsichtlich Wanken nur über das jeweils andere Gelenk auf einen Laufwerk-Wagenkasten abstützen. Dadurch sind die Reaktionskräfte aus Fliehkraft, Windlast und Wankdynamik an diesem Laufwerk-Wagenkasten deutlich höher, als wenn sich der Mittel-Wagenkasten auf beide benachbarten Laufwerk-Wagenkästen abstützen würde. Hinsichtlich Wankdynamik stellt der Einsatz eines Gelenkwankdämpfer im Wagenkastengelenk, welches Wankbewegungen der Wagenkästen zueinander ermöglicht, einen bekannten Lösungsansatz dar, um die Problematik besser zu beherrschen. Ein solcher Gelenkwankdämpfer kann als hydraulischer Dämpfer ausgeführt sein, der im Wagenkastengelenk die beiden benachbarten Wagenkästen im Dachbereich miteinander verbindet. Beim Befahren von Fahrbahnverwindungen baut ein solcher Dämpfer in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit und der Verwindungssteilheit der Fahrbahnverwindung aber wiederum Torsionsbeanspruchungen in der Wagenkastenstruktur auf und erzeugt eine Umverteilung von Radaufstandskräften.The Allowing rolling movements of the car bodies to each other in a Supporting Center Car Chassis Joint has some not inconsiderable disadvantages. The center car body may vary in terms of just about the other joint supported on a drive car body. As a result, the reaction forces are off Centrifugal force, wind load and roll dynamics on this drive car body significantly higher, as if the center carbody were supported on both adjacent drive car bodies. With regard to roll dynamics introduces the use of a swivel damper in the body joint, which Wankbewegungen the car bodies allows each other, a known approach to master the problem better. Such a joint steamer can as a hydraulic damper accomplished be in the Wagenkastengelenk the two adjacent car bodies in Connecting roof area with each other. When driving on Fahrleistverwindungen builds such a damper in dependence of the driving speed and the twisting tendency of the road twist but again torsional stresses in the car body structure and generates a redistribution of wheel contact forces.
Beim Befahren von Fahrbahnverwindungen müsste der gesamte Verwindungswinkel, der sich über den Längsabstand beider Stützbasen der den Mittel-Wagenkasten tragenden Laufwerk-Wagenkästen ergibt, in einem Gelenk aufgenommen werden, sollte aus der Fahrbahnverwindung keine Torsionsbeanspruchung der Wagenkastenstruktur und keine Umverteilung der Radaufstandskraft resultieren. Dieser Verwindungswinkel ist aber oft größer als der mögliche Wankwinkel der Wagenkästen in einem Gelenk zueinander. Begrenzend wirkt meist die Fähigkeit des im Wagenkastenübergang eingesetzten Faltenbalges, Schubbewegungen zu ermöglichen. Auch die möglichen Ausführungen der Fußbodengestaltung im Bereich des Wagenkastengelenkes setzen oft enge Grenzen hinsichtlich der Wankwinkel von Wagenkästen zueinander. Daher muss in aller Regel der Wankwinkel der benachbarten Wagenkästen zueinander im Wagenkastengelenk durch geeignete Maßnahmen begrenzt werden. Solche Maßnahmen können beispielsweise wankbegrenzende Puffer und/oder Anschläge im Wagenkastengelenk sein. Auch der zuvor genannte Gelenkwankdämpfer kann wankwinkelbegrenzend wirken, wenn sein Hub entsprechend dimensioniert wird. Wird der Gelenkwankwinkel begrenzt, tritt jedoch wieder Torsionsbeanspruchung der Wagenkastenstruktur und Radaufstandskraftumverteilung auf, sobald der Verwindungswinkel größer wird als der zugelassene Gelenkwankwinkel.At the Driving on the road, the total torsion angle, which is about the longitudinal distance both support bases which results in the center car body carrying drive car bodies, in a joint should be taken from the Fahrleiverwindung no torsional stress the car body structure and no redistribution of Radaufstandskraft result. This twist angle is often greater than the possible Roll angle of the car bodies in a joint to each other. Limiting usually affects the ability in the car body transition used bellows to allow thrusting movements. Also the possible ones versions the floor design in the area of the car body joint often set narrow limits the roll angle of car bodies to each other. Therefore, usually the roll angle of the adjacent car bodies each other in the car body joint by appropriate measures be limited. Such measures may be, for example roll limiting buffers and / or stops in the body joint. Also the aforesaid articulated damper can limit the roll angle if its stroke is dimensioned accordingly becomes. If the joint roll angle is limited, however, torsional stress occurs again the carbody structure and wheel rollover redistribution on, as soon as the twist angle becomes larger as the approved joint roll angle.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile zu beheben, die sich ergeben, wenn keines oder nur eines der beiden den Mittel-Wagenkasten stützenden Gelenke Wankbewegungen der benachbarten Wagenkästen zueinander zulässt. Es soll ein Fahrzeug der gattungsgemäßen Art so ausgebildet werden, dass es Fahrbahnverwindungen befahren kann, ohne Torsionsbeanspruchungen der Wagenkastenstruktur und Umverteilungen der Radlast über einen Mittel-Wagenkasten hin aufzubauen, und dass es die Abstützung des Mittel-Wagenkastens hinsichtlich Wanken über beide benachbarten Laufwerk-Wagenkästen in gewünschter Verteilung ermöglicht.Of the The invention is therefore based on the object, the disadvantages mentioned which arise when none or only one of the two Supporting Center Car Chassis Joints rolling movements of the adjacent car bodies allows each other. It If a vehicle of the generic type is to be designed in such a way that it can negotiate Fahrleiverwindungen, without torsional stresses the car body structure and redistributions of the wheel load over a Center car body, and that it is the support of the Central car body in terms of wavering over both adjacent drive car bodies in the desired Distribution allows.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass beide den Mittel-Wagenkasten stützenden Gelenke Wankbewegungen um eine Längsachse (x-Achse) der im jeweiligen Gelenk verbundenen Wagenkästen zueinander zulassen, dass die Wankbewegungen der Wagenkästen zueinander in den beiden Gelenken derart miteinander verkoppelt sind, dass der Wankwinkel φ1 der Wagenkästen zueinander in einem Gelenk und der Wankwinkel φ2 der Wagenkästen zueinander im anderen Gelenk in einem funktionellen Zusammenhang φ1 = fφ(φ2) stehen, und dass der Mittel-Wagenkasten sich hinsichtlich Wanken über beide Gelenke auf beide benachbarten Laufwerk-Wagenkästen abstützt, wobei das Wankstützmoment MW1 in einem Gelenk und das Wankstützmoment MW2 im anderen Gelenk in einem funktionellen Zusammenhang MW1 = fM(MW2) stehen.This object is achieved in that both the center car body supporting joints rolling movements about a longitudinal axis (x-axis) of each connected car bodies to each other that the rolling movements of the car bodies are coupled to each other in the two joints such that the Roll angle φ 1 of the car bodies to each other in a joint and the roll angle φ 2 of the car bodies to each other in the other joint in a functional relationship φ 1 = f φ (φ 2 ), and that the center car body is in terms of rolling over both joints on both adjacent Drive car bodies supported, wherein the roll support moment M W1 in a joint and the roll support torque M W2 in the other joint in a functional relationship M W1 = f M (M W2 ) are.
Durch die Verkopplung der Wankbewegungen in beiden Gelenken kann erreicht werden, dass der Mittelwagenkasten sich hinsichtlich Wanken auf beide benachbarten Laufwerk-Wagenkästen abstützt.By the coupling of the rolling movements in both joints can be achieved Be sure that the mid-car case will waver on both supporting adjacent drive car bodies.
In
den
Es ist nun ein funktioneller Zusammenhang φ1 = fφ(φ2) zwischen dem Wankwinkel φ1 der Wagenkästen zueinander in einem Gelenk und dem Wankwinkel im anderen Gelenk hergestellt. Da über die Struktur des Mittel-Wagenkastens keine Torsionsbeanspruchung um seine Längsachse von einem ihn stützenden Laufwerk-Wagenkasten zum anderen ihn stützenden Laufwerk-Wagenkasten mehr übertragen wird und somit der Mittel-Wagenkasten auch nicht um seine Längsachse verdreht wird, entspricht die Summe der beiden Wankwinkel φ1 und φ2 in den beiden den Mittel-Wagenkasten stützenden Gelenken dem Wankwinkel φ, der sich bedingt durch Verwindung der Fahrbahn zwischen den beiden stützenden Laufwerk-Wagenkästen LWK einstellt. Neben dem funktionellen Zusammenhang φ1 = fφ(φ2) ist also auch eine zweite Bedingung φ = φ1 + φ2 gegeben, so dass beide Winkel in ihrer Größe statisch bestimmt definiert sind.It is now a functional relationship φ 1 = f φ (φ 2 ) made between the roll angle φ 1 of the car bodies to each other in one joint and the roll angle in the other joint. Since there is no torsional stress about its longitudinal axis transmitted from a supporting drive car body to the other supporting him carriage body over the structure of the center car body and thus the center car body is not rotated about its longitudinal axis, the sum of the two roll angle corresponds φ 1 and φ 2 in the two the center car body supporting joints the roll angle φ, which adjusts due to distortion of the roadway between the two supporting drive car bodies LWK. In addition to the functional relationship φ 1 = f φ (φ 2 ), therefore, a second condition φ = φ 1 + φ 2 is given, so that both angles are statically determined in their size.
Auf
den Mittel-Wagenkasten wirken im Betrieb Querkräfte, die zum Beispiel aus Fliehkräften bei
Bogenfahrt und/oder aus Windlasten resultieren. Diese müssen von
den Gelenken, die den Mittel-Wagenkasten stützen, auf die Laufwerk-Wagenkästen übertragen
werden. Dies erfolgt zunächst über die
im Fußbodenbereich
angeordneten Lagerelemente (z. B. sphärisches Lager
Bei
der Auslegung der funktionellen Zusammenhänge für die Wankwinkel bzw. die Wankstützmomente
ist die Wahl eines stetigen Funktionsverlaufes von Vorteil. Unstetigkeiten
in Bewegungsabläufen
erzeugen Beschleunigungsspitzen, die ihrerseits zu einem hohen dynamischen
Kraftniveau führen.
Auch sollte sinnvoller Weise eine stetig steigende Funktion gewählt werden.
Ein fallender Funktionsverlauf würde
bedeuten, dass in einem Gelenk sich ein größerer Wankwinkel einstellen
würde,
als er sich aufgrund der Fahrbahnverwindung zwischen den beiden
den Mittel-Wagenkasten stützenden
Laufwerk-Wagenkästen
einstellt. Die beiden Wankstützmomente
in den beiden Gelenken würden
gegeneinander wirken. Ein stetig fallender Verlauf für den herzustellenden
funktionellen Zusammenhang wäre also
hinsichtlich Wankabstützung
des Mittel-Wagenkastens äußerst ungünstig. Auch
würde das
Hüllprofil des
Fahrzeuges zunehmen. Wenn im Extremfall ein solch ungünstiger
funktioneller Zusammenhang φ1 = –φ2 lauten würde, wäre eine Wankabstützung überhaupt
nicht mehr gewährleistet.
Der Mittel-Wagenkasten MWK würde
umkippen. Konstruktiv wäre
eine solche unsinnige Ausführungsform
beispielsweise vorstellbar, wenn die beiden in
Sind
in
In
Neben
mechanisch wirkenden Mitteln zur Erzeugung der funktionellen Zusammenhänge zwischen
den beiden Wankwinkeln φ⎕ und φ2 der
Wagenkästen
zueinander und zwischen den beiden Wankstützmomenten MW1 und
MW2 können
auch hydraulische Mittel eingesetzt werden. Eine solche Möglichkeit
ist in
Die
bisher beschriebenen Ausführungsformen
erlauben es dem Fahrzeug, jeder Fahrbahnverwindung vollständig zu
folgen. Torsionsbeanspruchungen um die Längsachse müssen daher vom Mittel-Wagenkasten
nicht von einem Laufwerk-Wagenkasten zum anderen übertragen
werden. Um für
bestimmte Fahrbahnzustände,
wie etwa für
einseitige Höhenfehler
der Fahrbahn, dafür
zu sorgen, dass das Fahrzeug nicht zu sehr der fehlerhaften Fahrbahn
mit Wankbewegungen folgt, kann es sinnvoll sein, die Wankbewegungen
der Wagenkästen
zueinander in den Gelenken mittels Gelenkwankdämpfern zu bedämpfen. Dynamisch
stützen
sich dann die Laufwerk-Wagenkästen
gegenseitig über
den dazwischen angeordneten Mittel-Wagenkasten. Allerdings wird
so wieder eine der Dämpfkraft
entsprechende Torsionsbeanspruchung der Wagenkastenstruktur sowie
eine entsprechende Umverteilung der Radaufstandskräfte verursacht.
Andererseits bietet sich auf diese Weise die Möglichkeit, das Wankverhalten
des Fahrzeuges zumindest bis zu einem bestimmten Grad zu bedämpfen, ohne
die Bedämpfung
der Vertikalfederung zu beeinflussen. Neben der in aller Regel üblichen
Anordnung eines hydraulischen Gelenkwankdämpfers im Dachbereich quer
zwischen den beiden im Gelenk miteinander verbundenen Wagenkästen (etwa
so, wie die Hydraulikzylinder
Die
für den Übergang
von einem Wagenkasten zum anderen im Bereich der Wagenkastengelenke
eingesetzten Faltenbälge
sind häufig
bezüglich der
Schubverformung nur relativ gering beanspruchbar. Auch ist oft die
Ausführung
des Fußbodens
im Gelenkbereich nur für
geringe Wankwinkel der im Gelenk verbundenen Wagenkästen zueinander
geeignet. Sollten daher oder aus anderen Gründen Einschränkungen
hinsichtlich der möglichen
Wankwinkel der Wagenkästen
zueinander in einem oder beiden den Mittelwagenkasten stützenden
Gelenken bestehen, kann es sinnvoll sein, eine Begrenzung der Wankwinkel
der im Gelenk verbundenen Wagenkästen
zueinander vorzunehmen. Dies kann ähnlich wie bei der Anordnung
von Gelenkwankdämpfern
auch dadurch erfolgen, dass Begrenzungselemente über ein beliebiges an der Wankkopplung
der Gelenke beteiligten Bauteile wirken. In
Eine
Wankwinkelbegrenzung der Wagenkästen
zueinander in den beiden Wagenkastengelenken des Mittel-Wagenkastens
kann bei einer hydraulischen Anordnung beispielsweise nach
- LWKLWK
- Wagenkasten, der sich auf mindestens ein LaufwerkCar body, which is on at least one drive
- abstützt (Laufwerk-Wagenkasten)supports (drive car body)
- MWKMWK
- Wagenkasten (Mittel-Wagenkasten), der sich selbstcar body (Mid-car body), itself
- nicht auf ein oder mehrere Laufwerke abstütztNot supported on one or more drives
- sondern über Wagenkastengelenke auf die beiden ihmbut about carbody joints to the two of him
- benachbarten Wagenkästen LWKneighboring car bodies LWK
- SGSG
- Wagenkastengelenk mit 1 Freiheitsgrad fürCar body joint with 1 degree of freedom for
- Schwenkbewegungen der benachbarten Wagenkästenpivoting movements the neighboring car bodies
- zueinander (Schwenk-Gelenk)to each other (Articulating)
- SNGSNG
- Wagenkastengelenk mit 2 Freiheitsgraden fürCar body joint with 2 degrees of freedom for
- Schwenk- und Nickbewegungen der benachbartenpan and pitching movements of the neighboring ones
- Wagenkästen zueinander (Schwenk-Nick-Gelenk)Car bodies to each other (swivel-pitch joint)
- SWGSWG
- Wagenkastengelenk mit 2 Freiheitsgraden fürCar body joint with 2 degrees of freedom for
- Schwenk- und Wankbewegungen der benachbartenpan and rolling movements of the neighboring ones
- Wagenkästen zueinander (Schwenk-Wank-Gelenk)Car bodies to each other (swivel-roll joint)
- SNWGSNWG
- Wagenkastengelenk mit 3 Freiheitsgraden fürCar body joint with 3 degrees of freedom for
- Schwenk-, Nick- und Wankbewegungen der benachbartenpan, Pitching and rolling movements of the neighboring ones
- Wagenkästen zueinander (Schwenk-Nick-Wank-Gelenk)Car bodies to each other (swivel-Nick-Wank-joint)
- SWG*SWG *
- Wagenkastengelenk mit 2 Freiheitsgraden fürCar body joint with 2 degrees of freedom for
- Schwenk- und Wankbewegungen der benachbartenpan and rolling movements of the neighboring ones
- Wagenkästen zueinander (Schwenk-Wank-Gelenk), wobeiCar bodies to each other (swivel-roll joint), in which
- die Wankbewegungen in einem funktionellenthe Rolling movements in a functional
- Zusammenhang stehen mit den Wankbewegungen einescontext stand with the rolling motions of a
- weiteren Wagenkastengelenkes (SWG* oder SNWG*)more Car body joint (SWG * or SNWG *)
- SNWG*SNWG *
- Wagenkastengelenk mit 3 Freiheitsgraden fürCar body joint with 3 degrees of freedom for
- Schwenk-, Nick- und Wankbewegungen der benachbartenpan, Pitching and rolling movements of the neighboring ones
- Wagenkästen zueinander (Schwenk-Nick-Wank-Gelenk),Car bodies to one another (swivel-pitch-roll joint),
- wobei die Wankbewegungen in einem funktionellenin which the rolling movements in a functional
- Zusammenhang stehen mit den Wankbewegungen einescontext stand with the rolling motions of a
- weiteren Wagenkastengelenkes (SWG* oder SNWG*)more Car body joint (SWG * or SNWG *)
- 11
- sphärisches Lager im Bereich des Wagenkastenbodensspherical Warehouse in the area of the car body floor
- 22
- Querkoppelstange im DachbereichCross coupling rod in the roof area
- 33
- Dachlagerroof storage
- 44
- Schwenkachseswivel axis
- 55
- LanglochLong hole
- 66
- Lagerkonsolebearing bracket
- 77
- Schiebesitzsliding seat
- 88th
- LängslenkerTrailing arm
- 99
- Winkelhebelbell crank
- 1010
- Winkelhebel-LagerAngle lever bearing
- 1111
- Koppelelementcoupling element
- 1212
- Seilrope
- 1313
- Führungsrolleleadership
- 1414
- Hydraulikzylinderhydraulic cylinders
- 1515
- Hydraulikleitunghydraulic line
- 1616
- GelenkwankdämpferGelenkwankdämpfer
- 1717
- Puffer, Anschlag und/oder FederelementBuffer, Stop and / or spring element
- xx
- Längskoordinatelongitudinal coordinate
- yy
- Querkoordinatetransverse coordinate
- zz
- Vertikalkoordinatevertical coordinate
- φ1 φ 1
- Wankwinkel um eine Längsachse (x-Achse) der Wagenkästenroll angle around a longitudinal axis (x-axis) the car bodies
- zueinander im ersten der beiden den Mittel-Wagenkastento each other in the first of the two mid-body cars
- stützenden Gelenkesupporting joints
- φ2 φ 2
- Wankwinkel um eine Längsachse (x-Achse) der Wagenkästenroll angle around a longitudinal axis (x-axis) the car bodies
- zueinander im zweiten der beiden den Mittel-Wagenkastento each other in the second of the two mid-body cars
- stützenden Gelenkesupporting joints
- φφ
- Wankwinkel um eine Längsachse (x-Achse) der beidenroll angle around a longitudinal axis (x-axis) of both
- Laufwerk-Wagenkästen zueinander, die gemeinsam einenDrive car bodies to each other, the one together
- Mittelwagenkasten stützenCentral car body support
- φ = φ1 + φ2φ = φ1 + φ2
- fφ()f φ ()
- funktioneller Zusammenhang zwischen den Wankwinkeln derfunctional Relationship between the roll angles of the
- Wagendare
- MW1 M W1
- Wankstützmoment im ersten der beiden den Mittel-Wankstützmoment in the first of the two, the middle
- Wagenkasten stützenden Gelenkecar body supporting joints
- MW2 M W2
- Wankstützmoment im zweiten der beiden den Mittel-Wankstützmoment in the second of the two,
- Wagenkasten stützenden Gelenkecar body supporting joints
- MW M W
- am Mittel-Wagenkasten wirkendes Wankmomentat the Center car body acting roll moment
- MW = MW1 + MW2 M W = M W1 + M W2
- fM()f M ()
- funktioneller Zusammenhang zwischen denfunctional Connection between the
- Wankstützmomenten MW1 und MW2 Roll support moments M W1 and M W2
- l1 1
- Länge des in Längsrichtung weisenden Schenkels desLength of the longitudinal pointing thigh of the
-
Winkelhebels
9 im ersten der beiden den Mittel-bell crank9 in the first of the two, the middle - Wagenkasten stützenden Gelenkecar body supporting joints
- l2 l 2
- Länge des in Längsrichtung weisenden Schenkels desLength of the longitudinal pointing thigh of the
-
Winkelhebels
9 im zweiten der beiden den Mittel-bell crank9 in the second of the two, - Wagenkasten stützenden Gelenkecar body supporting joints
- kk
- Proportionalitätsfaktorproportionality
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