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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbesondere ein Schienenfahrzeug,
mit einem ersten Wagenkasten und einem benachbarten zweiten Wagenkasten,
die über
wenigstens eine Gelenkeinrichtung und wenigstens eine Dämpfungseinrichtung
verbunden sind. Der erste Wagenkasten und der zweite Wagenkasten
sind über
die Gelenkeinrichtung um eine in Richtung der Hochachse des Fahrzeugs
verlaufende Schwenkachse schwenkbar verbunden. Die Dämpfungseinrichtung
setzt einer Schwenkbewegung zwischen dem ersten Wagenkasten und
dem zweiten Wagenkasten um die Schwenkachse über einen ersten Schwenkgeschwindigkeitsbereich
einen vorgebbaren Widerstand entgegen. Weiterhin betrifft die Erfindung
ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Fahrzeugs.
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Insbesondere
aus dem Leichtschienenfahrzeugbereich (z. B. Stadtbahnen) sind derartige
mehrgliedrige Fahrzeuge bekannt, bei denen aneinandergrenzende Wagenkästen z.
B. über
eine Knickgelenkanordnung miteinander verbunden sind. Häufig sind
die Wagenkästen
solcher Fahrzeuge vergleichsweise kurz ausgeführt, um mit akzeptablem Lichtraum
problemlos auch enge Kurven bewältigen
zu können,
wie sie im Stadtverkehr häufig
auftreten. Ergänzend
sind oft auch zumindest einzelne Wagenkästen bei solchen Fahrzeugen,
meist die Wagenkästen
an den Fahrzeugenden, lediglich mehr oder weniger zentral auf einem
einzigen Fahrgestell abgestützt.
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Ein
Problem bei diesen Fahrzeugen stellt das durch den unmittelbaren
Einsatz im Straßenverkehr
bedingte, im vergleichsweise hohe Risiko von Kollisionen mit Kraftfahrzeugen
dar. Insbesondere bei einem Seitenaufprall im Frontbereich des vorderen
Wagenkastens oder einem schrägen
bzw. versetzten Frontalaufprall eines Kraftfahrzeugs auf den vorderen
Wagenkasten werden erhebliche horizontale Drehmomente in den Wagenkasten
und damit in das Fahrwerk eingeleitet. Hierdurch bedingt können die
Kräfte
an der führenden
Spurkranzflanke so hoch werden, dass der Spurkranz an der Schiene
aufklettert und es damit zu einem Entgleisen des Fahrwerks kommt.
Dies führt
bekanntermaßen
zu gefährlichen, nicht
mehr durch Fahrzeugführer
kontrollierbaren Fahrzuständen.
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Der
Entgleisungsgefahr bei solchen Unfällen wird üblicherweise durch eine entsprechende
Gestaltung des Fahrzeugs entgegengewirkt. Insbesondere wird versucht,
durch eine Vergrößerung des
nutzbaren Drehgestellabstandes am vorderen Wagenkasten, eine Redukti on
der Entgleisungsgefahr zu erzielen. Allerdings ist es je nach den
unter anderem durch das Einsatzgebiet und den Einsatzzweck bedingten
Vorgaben für
das jeweilige Fahrzeug (z. B. Achslast, Hüllkurve bzw. Lichtraum) nicht
jedes Konzept realisierbar, das schon von sich aus eine hohe Entgleisungsstabilität bzw. ein
geringes Entgleisungsrisiko vorweist. Dies gilt insbesondere für Niederflurfahrzeuge.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Fahrzeug
bzw. ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs der eingangs genannten
Art zur Verfügung
zu stellen, welches die oben genannten Nachteile nicht oder zumindest
in geringerem Maße
aufweist und insbesondere auf einfache Weise eine hohe Flexibilität bei der
Gestaltung in Verbindung mit einer hohen Entgleisungsstabilität ermöglicht.
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Die
vorliegende Erfindung löst
diese Aufgabe ausgehend von einem Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1 durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen
Merkmale. Sie löst
diese Aufgabe weiterhin ausgehend von einem Verfahren zum Betreiben
eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 17 durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs
17 angegebenen Merkmale.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die technische Lehre zu Grunde, dass
man eine besonders hohe Flexibilität bei der Gestaltung eines
Fahrzeugs gepaart mit einer hohen Entgleisungsstabilität erzielt, wenn
bei Auftreten einer kritischen Unfallsituation die gelenkige Verbindung
zischen dem ersten Wagenkasten und dem zweiten Wagenkasten (und
gegebenenfalls weitere Verbindungen zu bzw. zwischen weiteren Wagenkästen) erheblich
versteift werden, sodass der Schwenkbewegung ein erheblich erhöhter Widerstand
entgegengesetzt wird. Die Versteifung kann dabei sogar bis zur im
Wesentlichen vollständigen
Hemmung der Schwenkbewegung gehen.
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Durch
diese bei einer kritischen Kollision wirksame Versteifung der Verbindung
zwischen den Wagenkästen
wird erreicht, dass die bei der Kollision wirksame Massenträgheit des
Fahrzeugs unabhängig
von dessen Gestaltung erheblich erhöht werden kann, wodurch sich
das Entgleisungsrisiko bei einer solchen kritischen Kollision deutlich
reduziert. Mit anderen Worten wird mit der vorliegenden Erfindung
bei hoher Entgleisungsstabilität
des Fahrzeugs erhebliche Gestaltungsfreiheit hinsichtlich der Länge und Gestaltung
der Wagenkästen,
der Anordnung der Fahrwerke sowie der Gestaltung der Gelenkverbindungen
erzielt.
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Ein
weiterer Vorteil der in kritischen Kollisionsfall erhöhten wirksamen
Massenträgheit
liegt darin, dass die Dauer und/oder die Höhe der maximalen Beschleunigungen,
welche auf die im von der Kollision betroffenen Fahrzeugteil befindlichen
Passagiere wirken, gegebenenfalls deutlich reduziert werden können. Hierdurch
reduziert sich das Verletzungsrisiko der Passagiere gegebenenfalls
erheblich.
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Die
Versteifung der Verbindung zwischen den Wagenkästen kann passiv oder aktiv
erfolgen. So kann beispielsweise die Dämpfung der Schwenkbewegung
im Bereich der Gelenkverbindung eine spezielle Charakteristik aufweisen,
welche im Normalbetrieb des Fahrzeugs mit vergleichsweise moderaten
Geschwindigkeiten der Relativbewegung der Wagenkästen (Normalbetriebsbereich)
eine übliche Bedämpfung dieser
Relativbewegung bewirkt. Hierbei versteht es sich, dass gegebenenfalls
auch vorgesehen sein kann, dass im Normalbetrieb die Bedämpfung deaktiviert
ist, der Schwenkbewegung also zumindest kein nennenswerter Widerstand
entgegengesetzt wird, und nur oberhalb des Normalbetriebsbereichs
eine entsprechende Versteifung erfolgt. Unter dem Begriff "Normalbetrieb" soll dabei im Sinne
der vorliegenden Erfindung ein Betrieb des Fahrzeugs verstanden
werden, wie er sich aus den Vorgaben des Lastenheftes für das jeweilige
Fahrzeug ergibt.
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Für einen
Geschwindigkeitsbereich der Relativbewegung oberhalb des Normalbetriebsbereichs,
wie er im Fall einer kritischen Kollision erreicht wird, weicht
die Charakteristik dann von dem Verlauf ab, wie er sich ansonsten
aus dem Verlauf im Normalbetriebsbereich ergäbe. Die Charakteristik der Dämpfung ist
dabei so eingestellt, dass die Dämpfung
mit der Geschwindigkeit der Relativbewegung stärker ansteigt als sich eigentlich
aus dem Verlauf der Dämpfung
im Normalbetrieb ergibt. Mit anderen Worten weist die Dämpfung oberhalb
des Normalbetriebsbereichs eine zusätzliche Progression auf. Bei einer
aktiven Versteifung der Verbindung kann über eine entsprechende Sensorik
das Verlassen des Normalbetriebsbereichs erfasst oder sogar vorhergesagt werden
und eine entsprechende aktive Einstellung der Charakteristik der
Dämpfung,
gegebenenfalls sogar präventiv,
erfolgen.
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Es
versteht sich hierbei, dass es sich bei der Bewegung zwischen dem
ersten Wagenkasten und dem zweiten Wagenkasten nicht zwingend um
eine reine Schwenkbewegung handeln muss. Vielmehr kann es sich auch
um eine kombinierte translatorische und rotatorische Bewegung handeln.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung betrifft diese folglich ein Fahrzeug, insbesondere
ein Leichtschienenfahrzeug, mit einem ersten Wagenkasten und einem
benachbarten zweiten Wagenkasten, die über wenigstens eine Gelenkeinrichtung
und wenigstens eine Dämpfungseinrichtung
verbunden sind. Der erste Wagenkasten und der zweite Wagenkasten sind über die
Gelenkeinrichtung um eine in Richtung der Hochachse des Fahrzeugs
ver laufende Schwenkachse schwenkbar verbunden. Die Dämpfungseinrichtung
setzt einer Schwenkbewegung zwischen dem ersten Wagenkasten und
dem zweiten Wagenkasten um die Schwenkachse über einen ersten Schwenkgeschwindigkeitsbereich
einen vorgebbaren Widerstand entgegen. Die Dämpfungseinrichtung ist derart
ausgebildet, dass sie die Gelenkeinrichtung in einem zweiten Schwenkgeschwindigkeitsbereich
oberhalb des ersten Schwenkgeschwindigkeitsbereichs versteift, indem
sie der Schwenkbewegung einen Widerstand entgegensetzt, der gegenüber dem
Widerstandsverlauf aus dem ersten Geschwindigkeitsbereich erhöht ist.
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Durch
diese Erhöhung
des Widerstandes gegenüber
demjenigen, der sich bei herkömmlicher
Gestaltung der Dämpfungseinrichtung
aus dem Widerstandverlauf in dem ersten Schwenkgeschwindigkeitsbereich
ergeben würde,
wird die oben beschriebene Versteifung der Gelenkeinrichtung mit
ihren vorteilhaften Wirkungen erzielt.
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Wie
bereits erwähnt,
kann bei einer aktivierbaren Dämpfungseinrichtung
auch vorgesehen sein, dass sie im Normalbetrieb deaktiviert ist,
also zumindest keine nennenswerte Bedämpfung der Schwenkbewegung
bewirkt wird bzw. der vorgebbare Widerstand entsprechend gering
(gegebenenfalls sogar im Wesentlichen gleich Null) eingestellt wird,
und die Dämpfungseinrichtung
nur oberhalb des Normalbetriebsbereichs aktiviert wird, wobei sie
dann eine entsprechend starke Versteifung bewirkt.
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Die
Erhöhung
des Widerstandes kann auf beliebige geeignete Weise erzielt werden.
So kann beispielsweise durch entsprechende Gestaltung der Dämpfungseinrichtung
ein sprunghafter Anstieg des Widerstands erzielt werden, beispielsweise
durch Zuschalten eines oder mehrerer im Normalbetrieb inaktiver
Dämpfungselemente.
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Ebenso
kann ein stetiger, aber gegenüber dem
sich aus dem Normalbetrieb ergebenden Verlauf stärker ansteigender Widerstandsverlauf
gewählt
werden. Dies kann passiv durch eine entsprechende Gestaltung der
verwendeten Dämpfungselemente
oder aktiv durch eine entsprechende Steuerung der Dämpfungselemente
erzielt werden.
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Der
Widerstand kann dabei einmalig oder in mehreren Stufen auf einen
jeweils entsprechend erhöhten
Wert eingestellt werden. Bei bevorzugten Varianten der vorliegenden
Erfindung mit einer stetigen Charakteristik ist die Dämpfungseinrichtung
derart ausgebildet, dass die Beziehung zwischen dem Widerstand und
der Schwenkgeschwindigkeit in einem zweiten Schwenkgeschwindigkeitsbereich
oberhalb des ersten Schwenkgeschwindigkeits bereichs einen höhere Steigung
aufweist als in dem ersten Schwenkgeschwindigkeitsbereich.
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Die
Erhöhung
des Widerstands kann gegebenenfalls schon im Normalbetrieb des Fahrzeugs einsetzen.
Vorzugsweise umfasst der erste Schwenkgeschwindigkeitsbereich aber
die im Normalbetrieb des Fahrzeugs auftretenden Schwenkgeschwindigkeiten.
Weiter vorzugsweise umfasst der zweite Schwenkgeschwindigkeitsbereich
dann die Schwenkgeschwindigkeiten, die oberhalb der im Normalbetrieb
des Fahrzeugs auftretenden Schwenkgeschwindigkeiten liegen. Insbesondere
umfasst der zweite Schwenkgeschwindigkeitsbereich vorzugsweise die
Schwenkgeschwindigkeiten, die bei einem ein Entgleisungsrisiko darstellenden
seitlichen Aufprall eines Unfallgegners auf den ersten Wagenkasten
auftreten.
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Die
Beziehung zwischen dem Widerstand und der Schwenkgeschwindigkeit
kann grundsätzlich einen
beliebigen geeigneten Verlauf aufweisen. Bei besonders einfach zu
realisieren Varianten der Erfindung mit jeweils linearem Widerstandsverlauf
in den beiden Schwenkgeschwindigkeitsbereichen ist vorgesehen, dass
die Beziehung zwischen dem Widerstand und der Schwenkgeschwindigkeit
in dem ersten Schwenkgeschwindigkeitsbereich im Wesentlichen eine
erste Steigung aufweist und in dem zweiten Schwenkgeschwindigkeitsbereich
im Wesentlichen eine zweite Steigung aufweist. bevorzugt beträgt die zweite
Steigung wenigstens das 2-fache der ersten Steigung, vorzugsweise
wenigstens das 5-fache der ersten Steigung, weiter vorzugsweise
wenigstens das 10- bis 20-fache der ersten Steigung. Hiermit ist
eine besonders wirksame Versteifung der Gelenkeinrichtung zu erzielen.
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Wie
bereits erwähnt,
lässt sich
eine vorteilhafte Dämpfung
auf einfache Weise erzielen, wenn die Beziehung zwischen dem Widerstand
und der Schwenkgeschwindigkeit über
den ersten Schwenkgeschwindigkeitsbereich und/oder den zweiten Schwenkgeschwindigkeitsbereich
einen zumindest annähernd
linearen Verlauf aufweist.
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Die
Dämpfungseinrichtung
kann auf beliebige geeignete Weise realisiert sein. Bei besonders einfach
gestalteten Varianten des erfindungsgemäßen Fahrzeugs umfasst die Dämpfungseinrichtung wenigstens
ein Dämpfungselement, über das
der erste Wagenkasten und der zweite Wagenkasten verbunden sind.
Vorzugsweise ist das Dämpfungselement
dabei von der Schwenkachse beabstandet und derart angeordnet ist,
dass es der Schwenkbewegung eine Widerstandskraft entgegensetzt,
die im Wesentlichen tangential zu der Schwenkbewegung gerichtet
ist. Hierdurch kann im Fall einer kritischen Kollision eine besonders
effektive Versteifung erzielt werden.
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Das
Dämpfungselement
kann auf beliebige geeignete Weise realisiert sein. So kann es sich
beispielsweise um ein elektromechanisches Dämpfungselement handeln, welches
entsprechend einer angelegten elektrischen Leistung der Schwenkbewegung
einen Widerstand entgegensetzt. Ebenso kann es sich um ein pneumatisches
Dämpfungselement, welches
beispielsweise über
ein Druckluftsystem des Fahrzeugs gespeist bzw. betrieben wird.
Eine besonders einfache und zuverlässige arbeitende Gestaltung
lässt sich
mit hydraulischen Dämpfern
erzielen. Vorzugsweise umfasst das Dämpfungselement daher einen
Hydraulikzylinder. Es versteht sich jedoch, dass gegebenenfalls
auch beliebige Kombinationen der vorgenannten Wirkprinzipien zum
Einsatz kommen können.
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Besonders
einfache, robuste Varianten des erfindungsgemäßen Fahrzeugs erhält man,
wenn die Dämpfungseinrichtung
ein passives Dämpfungselement
umfasst. Besonders flexibel und gegebenenfalls sogar präventiv betreibbare
Systeme erhält
man mit aktiven Dämpfungseinrichtungen.
Vorteilhafte Varianten des erfindungsgemäßen Fahrzeugs zeichnen sich
daher dadurch aus, dass die Dämpfungseinrichtung
eine Erfassungseinrichtung, eine Steuereinrichtung und wenigstens
ein aktives Dämpfungselement umfasst.
Die Erfassungseinrichtung ist dann dazu ausgebildet, die Schwenkgeschwindigkeit
und/oder ein kritisches Ereignis zu erfassen, welches als eine in
dem zweiten Schwenkgeschwindigkeitsbereich liegende Schwenkgeschwindigkeit
nach sich ziehend klassifiziert ist. Die Steuereinrichtung ist mit
der Erfassungseinrichtung verbunden und dazu ausgebildet, die Dämpfungswirkung
des aktiven Dämpfungselements
in Abhängigkeit
vom Zustand der Erfassungseinrichtung zu steuern.
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Mit
der Erfassung kritischer Ereignisse kann dabei die präventive
Versteifung realisiert werden. So können vorab (theoretisch oder
experimentell) bestimmte über
die Erfassungseinrichtung erfassbare Ereignisse als kritisch klassifiziert
werden. Ein Ereignis wird dabei dann als kritisch klassifiziert,
wenn es geeignet ist, eine Schwenkgeschwindigkeit nach sich zu ziehen,
die in dem zweiten Schwenkgeschwindigkeitsbereich liegt. Die Erfassung
kann beispielsweise über
einen oder mehrere Beschleunigungssensoren an oder nahe der Außenhaut
des Fahrzeugs erfolgen, welche bereits einen Aufprall registrieren,
bevor der Impuls in die tragende Struktur des Fahrzeugs eingeleitet
wird. Ebenso kann über
hinlänglich
bekannte Methoden der Abstandsmessung ein Aufprall vorhergesagt
und entsprechend verarbeitet werden.
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Bevorzugt
umfasst die Erfassungseinrichtung zur Erfassung eines kritischen
Ereignisses wenigstens einen Aufprallsensor aufweist, der dazu ausgebildet
ist, einen, insbesondere seitlichen, Aufprall eines Unfallgegners
auf den ersten Wagenkasten zu erfassen. der Aufprallsensor kann
an beliebiger geeignete Stelle angeordnet sein. Ist der erste Wagenkasten
hauptsächlich
auf einem Fahrwerk abgestützt,
so ist der Aufprallsensor bevorzugt bezüglich des Fahrwerks auf der
dem zweiten Wagenkasten abgewandten Seite des ersten Wagenkastens angeordnet.
Vorzugsweise ist der Aufprallsensor im Bereich des dem zweiten Wagenkasten
abgewandten Endes des ersten Wagenkastens angeordnet.
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Wie
bereits erwähnt,
beschränkt
sich die Versteifung bei einem Fahrzeug mit mehr als zwei Wagenkästen bevorzugt
nicht auf die Verbindung zweier Wagenkästen. Vielmehr ist die oben
beschriebene Versteifung auch noch zwischen weiteren Wagenkästen, gegebenenfalls
sogar allen Wagenkästen, vorgesehen.
Bei weiteren vorteilhaften Varianten des erfindungsgemäßen Fahrzeugs
ist daher der zweite Wagenkasten über eine weitere Gelenkeinrichtung und
die Dämpfungseinrichtung
mit einem dritten Wagenkasten verbunden, wobei der zweite Wagenkasten
und der dritte Wagenkasten über
die weitere Gelenkeinrichtung um eine in Richtung der Hochachse des
Fahrzeugs verlaufende weitere Schwenkachse schwenkbar verbunden
sind. Die Dämpfungseinrichtung
bedampft eine weitere Schwenkbewegung zwischen dem zweiten Wagenkasten
und dem dritten Wagenkasten um die weitere Schwenkachse, indem die
Dämpfungseinrichtung
der weiteren Schwenkbewegung über
einen dritten Schwenkgeschwindigkeitsbereich einen Widerstand entgegensetzt.
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Die
Dämpfungseinrichtung
ist insbesondere derart ausgebildet, dass die Beziehung zwischen dem
Widerstand und der weiteren Schwenkgeschwindigkeit in einem vierten
Schwenkgeschwindigkeitsbereich oberhalb des dritten Schwenkgeschwindigkeitsbereichs
einen höhere
Steigung aufweist als in dem dritten Schwenkgeschwindigkeitsbereich.
in der erste Schwenkgeschwindigkeitsbereich kann dabei wiederum
dem Normalbetriebsbereich für
die weitere Gelenkeinrichtung entsprechen. Hierbei ist es aber durchaus
möglich,
dass dieser Normalbetriebsbereich von dem Normalbetriebsbereich
für die
Gelenkeinrichtung zwischen dem ersten und zweiten Wagenkasten abweicht.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben
eines Fahrzeugs, insbesondere eines Schienenfahrzeugs, bei dem einer Schwenkbewegung
zwischen einem ersten Wagenkasten und einen zweiten Wagenkasten
des Fahrzeugs, die um eine in Richtung der Hochachse des Fahrzeugs
verlaufende Schwenkachse schwenkbar verbunden sind, über einen
ersten Schwenkgeschwindigkeitsbereich ein vorgebbarer Widerstand entgegensetzt
wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass der Schwenkbewegung in ei nem zweiten Schwenkgeschwindigkeitsbereich
oberhalb des ersten Schwenkgeschwindigkeitsbereichs einen Widerstand
entgegensetzt wird, der gegenüber
dem Widerstandsverlauf aus dem ersten Geschwindigkeitsbereich erhöht ist.
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Mit
diesem Verfahren lassen sich die oben beschriebenen Varianten und
Vorteile sind in demselben Maße
erzielen, sodass hier lediglich auf die obigen Ausführungen
Bezug genommen wird.
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Weitere
bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen bzw. der
nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche auf
die beigefügten
Zeichnungen Bezug nimmt. Es zeigen:
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1 eine
schematische Draufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugs,
welches gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
betrieben wird;
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2 eine
schematische Draufsicht auf einen Teil des Fahrzeugs aus 1;
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3 ein
Widerstands-Schwenkgeschwindigkeits-Diagramm der Dämpfungseinrichtung
des Fahrzeugs aus 1;
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4 eine
schematische Draufsicht auf eine weitere bevorzugte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Fahrzeugs;
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5 eine
schematische Draufsicht auf eine weitere bevorzugte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Fahrzeugs;
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6 eine
schematische Draufsicht auf eine weitere bevorzugte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Fahrzeugs.
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Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 eine
bevorzugte Ausführung
des erfindungsgemäßen Fahrzeugs
in Form einer mehrgliedrigen Straßenbahn 101 beschrieben.
Die 1 zeigt eine schematische Draufsicht von oben
auf das Fahrzeug 101, während 2 in
etwas größerem Maßstab schematisch
einen der Endbereiche 101.1 des Fahrzeugs zeigt.
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Das
Fahrzeug 101 umfasst ein erstes Fahrzeugmodul 102,
ein zweites Fahrzeugmodul 103 ein drittes Fahrzeugmodul 104,
ein viertes Fahrzeugmodul 105 und ein fünftes Fahrzeugmodul 106.
Benachbarte Fahrzeugmodule sind dabei jeweils über eine Gelenkeinrichtung 108 sowie
Dämpfer 109.1 einer Dämpfungseinrichtung 109 verbunden.
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Die
in den Endbereichen 101.1 und 101.2 des Fahrzeugs 101 angeordneten
Fahrzeugmodule 102 und 106 sowie das in der Fahrzeugmitte
angeordnete dritte Fahrzeugmodul 104 weisen jeweils einen
Wagenkasten 102.1, 104.1 bzw. 106.1 auf,
der auf einem Fahrwerk 102.2, 104.2 bzw. 106.2 abgestützt ist.
Das zweite Fahrzeugmodul 103 und das vierte Fahrzeugmodul 105 sind
als so genannte fahrwerkslose Brückenmodule
ausgebildet, deren Wagenkästen 103.1 bzw. 105.1 jeweils über die
Gelenkeinrichtungen 108 an dem benachbarten Wagenkästen 102.1 und 104.1 bzw. 104.1 und 106.1 aufgehängt sind.
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Wie 2 repräsentativ
für die
Verbindungen der Fahrzeugmodule 102 bis 106 zu
entnehmen ist, sind der erste Wagenkasten 102.1 des ersten Fahrzeugmoduls 102 und
der zweite Wagenkasten 103.1 des zweiten Fahrzeugmoduls 103 über die
Gelenkeinrichtung 108 derart verbunden, dass sie um eine
in der Richtung der Hochachse des Fahrzeugs 101 verlaufende
Schwenkachse in Richtung des Pfeils 110 relativ zueinander
verschwenkt werden können.
Die Hochachse des Fahrzeugs 101 verläuft dabei senkrecht zur Zeichnungsebene
der 1 und 2. Es versteht sich hierbei,
dass die Gelenkeinrichtung 108 in gewissen Grenzen auch
noch weitere Bewegungen (insbesondere Nick- und/oder Wankbewegungen)
zwischen dem ersten Wagenkasten 102.1 und dem zweiten Wagenkasten 103.1 zulassen
kann.
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Die
Dämpfungseinrichtung 109 kann
gegebenenfalls selektiv aktivierbar sein. Sofern sie aktiviert ist,
bedämpft
die Dämpfungseinrichtung 109 im Normalbetrieb
des Fahrzeugs 101 die Schwenkbewegungen zwischen den beiden
Wagenkästen 102.1 und 103.1 um
die Schwenkachse der Gelenkeinrichtung 108. Sie umfasst
zwei Dämpfungselemente
in Form von hydraulischen Dämpfern 109.1,
welche den ersten Wagenkasten 102.1 und den zweiten Wagenkasten 103.1 verbinden.
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Die
Dämpfer 109.1 stützen sich
jeweils an dem ersten Wagenkasten 102.1 und dem zweiten Wagenkasten 103.1 ab
und üben
zumindest im Falle ihrer Verkürzung
eine der Schwenkbewegung entgegenwirkende Dämpfungskraft bzw. Widerstandskraft F
auf die beiden Wagenkästen 102.1 und 103.1 aus.
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Die
Dämpfer 109.1 sind
einander bezüglich der
Schwenkachse der Gelenkeinrichtung 108 diametral gegenüberliegend
und derart angeordnet, dass die Widerstandskraft F im wesentlichen
tangential zur Schwenkbewegung verläuft. Weiterhin ist der Abstand
der Dämpfer 109.1 möglichst
groß gewählt. Beide
Maßnahmen
dienen dazu, ein möglichst
hohes Gegenmoment zur Schwenkbewegung und damit eine möglichst
hohe Dämpfungswirkung
zu erzielen.
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Es
versteht sich, dass die Bedämpfung
der Schwenkbewegung bei anderen Varianten der Erfindung auch auf
beliebige andere geeignete Weise erzielt werden kann. Insbesondere
kann vorgesehen sein, dass die Bedämpfung bereits in der Gelenkeinrichtung
integriert ist. Weiterhin versteht es sich, dass das jeweilige Dämpfungselement
auf beliebige andere geeignete Weise realisiert sein kann, beispielsweise
als mechanische Reibungsbremse oder dergleichen. Ebenso kann es
sich beispielsweise um ein elektromechanisches Dämpfungselement handeln, welches
entsprechend einer angelegten elektrischen Leistung der Schwenkbewegung
einen Widerstand entgegensetzt. Ebenso kann es sich um ein pneumatisches
Dämpfungselement,
welches beispielsweise über
ein Druckluftsystem des Fahrzeugs gespeist bzw. betrieben wird.
Schließlich
versteht es sich, dass gegebenenfalls auch beliebige Kombinationen der
vorgenannten Wirkprinzipien zum Einsatz kommen können.
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Um
die Entgleisungsstabilität
des Fahrzeugs 101 in kritischen Unfallsituationen zu erhöhen, wird bei
Auftreten einer solchen kritischen Unfallsituation unter anderem
die gelenkige Verbindung zischen dem ersten Wagenkasten 102.1 und
dem zweiten Wagenkasten 103.1 erheblich versteift, sodass
der Schwenkbewegung zwischen den beiden Wagenkästen 102.1 und 103.1 ein
gegenüber
dem Normalbetrieb erheblich erhöhter
Widerstand entgegengesetzt wird. Die Versteifung kann dabei sogar
bis zur im Wesentlichen vollständigen
Hemmung der Schwenkbewegung gehen.
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Eine
kritische Unfallsituation tritt beispielsweise auf, wenn – wie dies
in 2 durch die gestrichelte Kontur 112 angedeutet
ist – ein
Personenkraftwagen 111 seitlich mit dem vorderen Überhang 102.3 des
ersten Wagenkastens 102.1 kollidiert, also mit dem ausgehend
von der Gelenkeinrichtung 108 jenseits des Fahrwerks 102.2 liegenden
Teil des ersten Wagenkastens 102.1. Als kritisch wird eine
Unfallsituation bzw. Kollision angesehen, wenn sie eine Schwenkgeschwindigkeit ω (Winkelgeschwindigkeit der
Schwenkbewegung) in der Gelenkeinrichtung 108 nach sich
zieht, die oberhalb des Normalbetriebsbereichs des Fahrzeugs 101 liegen,
also oberhalb der Schwenkgeschwindigkeiten ω liegen, die in der Gelenkeinrichtung 108 im
normalen Betrieb des Fahrzeugs 101 auftreten. Bei diesen
kriti schen Schwenkgeschwindigkeiten ergibt sich für herkömmliche
Fahrzeuge, wie eingangs erläutert
wurde, ein erhöhtes
Entgleisungsrisiko
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Durch
die erfindungsgemäße, bei
einer kritischen Kollision wirksame Versteifung der Verbindung zwischen
den beiden Wagenkästen 102.1 und 103.1 wird
erreicht, dass die bei einer kritischen Kollision wirksame Massenträgheit des
Fahrzeugs 101 erheblich erhöht wird, wodurch sich das Entgleisungsrisiko bei
einer solchen Kollision deutlich reduziert. Ein weiterer Vorteil
der im kritischen Kollisionsfall erhöhten wirksamen Massenträgheit liegt
darin, dass die Dauer und/oder die Höhe der maximalen Beschleunigungen,
welche auf die im ersten Wagenkasten 102.1 befindlichen
Passagiere wirken, deutlich reduziert werden können. Hierdurch reduziert sich
das Verletzungsrisiko dieser Passagiere erheblich.
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Die
Aktivierung der Dämpfungseinrichtung 109 sowie
die Versteifung der Verbindung zwischen den beiden Wagenkästen 102.1 und 103.1 erfolgt
im vorliegenden Beispiel über
eine aktive Einstellung der Charakteristik C (Beziehung zwischen
der Widerstandskraft F und der Schwenkgeschwindigkeit ω) der Dämpfer 109.1,
wie sie in 3 angedeutet ist und nachfolgend
näher erläutert wird.
Die hinsichtlich ihrer Charakteristik einstellbaren Dämpfer 109.1 werden
hierzu über
eine Steuereinrichtung 109.2 der Dämpfungseinrichtung 109 angesteuert.
Die Steuereinrichtung 109.2 ist wiederum mit einer Erfassungseinrichtung 109.3 der
Dämpfungseinrichtung 109 verbunden,
welche das Eintreten einer kritischen Kollision erfasst.
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Die
Charakteristik der Dämpfer 109.1 wird
im vorliegenden Beispiel so eingestellt, dass die Dämpfer 109.1 im
Normalbetrieb des Fahrzeugs mit vergleichsweise moderaten Geschwindigkeiten ω der Schwenkbewegung
zwischen den beiden Wagenkästen 102.1 und 103.1 (erster
Schwenkgeschwindigkeitsbereich bzw. Normalbetriebsbereich N in 3)
eine übliche
Bedämpfung
dieser Relativbewegung bewirken.
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Wie
oben bereits angedeutet, kann jedoch auch vorgesehen sein, dass
die Charakteristik der Dämpfer 109.1 im
Normalbetrieb so eingestellt ist, dass im Wesentlichen keine Bedämpfung der
Relativbewegung erfolgt, die Dämpfungseinrichtung 109 mithin
also im Normalbetrieb deaktiviert ist. Ebenso ist es natürlich auch
möglich,
eine beliebig variable Einstellung der Charakteristik der Dämpfer 109.1 und damit
der Bedämpfung
der Relativbewegung in Abhängigkeit
von beliebigen Zustandsparametern des Fahrzeugs 101, insbesondere
in Abhängigkeit
von der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 101, vorzusehen
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Für einen
zweiten, kritischen Schwenkgeschwindigkeitsbereich K der Schwenkbewegung
zwischen den beiden Wagenkästen 102.1 und 103.1, der
oberhalb des Normalbetriebsbereichs N liegt und im Fall einer kritischen
Kollision erreicht wird, wird die Charakteristik C der Dämpfer 109.1 dann
so eingestellt, dass sie von dem Verlauf abweicht, wie er sich mit
herkömmlichen
Dämpfern
ohne diese Verstellung dem Verlauf im Normalbetriebsbereich fortsetzen würde (in
der Regel mit im Wesentlichen unveränderter Steigung, siehe gestrichelte
Kontur C' in 3).
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Die
Charakteristik C der Dämpfer 109.1 wird dabei
so eingestellt, dass der Widerstand F und damit die Dämpfung der
Schwenkbewegung stärker
ansteigt als mit herkömmlichen
Dämpfern,
bei denen sich der Verlauf der Charakteristik C im Normalbetriebsbereich
N lediglich fortsetzt (siehe Kontur C' in 3). Mit
anderen Worten weist die Dämpfung oberhalb
des Normalbetriebsbereichs N gegenüber herkömmlichen Dämpfern eine zusätzliche
Progression auf.
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Im
vorliegenden Beispiel weist die Charakteristik C hierzu im Normalbetriebsbereich
N und im kritischen Bereich K jeweils einen linearen Verlauf auf, wobei
die Steigung (dF/dω)
der Charakteristik C im kritischen Bereich K etwa das 18fache der
Steigung im Normalbetriebsbereich N beträgt. Hierdurch wird eine besonders
wirksame Versteifung im Bereich der Gelenkeinrichtung 108 erzielt.
Es versteht sich jedoch, dass die Steigung (dF/dω) der Charakteristik C bei
anderen Varianten der Erfindung im kritischen Bereich K das x-fache
der Steigung im Normalbetriebsbereich N betragen kann, wobei der
Faktor x bevorzugt etwa den Wert 10 bis 20 beträgt. Weiterhin versteht es sich,
dass die Charakteristik C bei anderen Varianten der Erfindung auch
einen beliebigen anderen, zumindest teilweise nichtlinearen Verlauf
aufweisen kann.
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Es
versteht sich, dass die Erhöhung
des Widerstandes F auf beliebige geeignete Weise erzielt werden
kann. So kann der Widerstand F bei den hydraulischen Dämpfern 109.1 beispielsweise über ein durch
die Steuereinrichtung 109.2 steuerbares Drosselventil (gegebenenfalls
sogar stufenlos) eingestellt werden. Hierbei kann ein beliebiger
(gegebenenfalls von dem in 3 dargestellten
Verlauf abweichender) gewünschter
Verlauf der Charakteristik C erzielt werden.
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An
Stelle des stetigen Verlaufs der Charakteristik C kann durch entsprechende
Gestaltung der Dämpfungseinrichtung
(in einer oder mehreren Stufen) ein sprunghafter Anstieg des Widerstands
erzielt werden, beispielsweise durch Zuschalten eines oder mehrerer
im Normalbetrieb inaktiver Dämpfungselemente,
wie dies in 3 durch die strichzweipunktierte
Kontur C'' angedeutet ist.
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Es
versteht sich, dass der oben beschriebene Verlauf der Charakteristik
C auch durch eine entsprechende Gestaltung passiver Dämpfungselemente
erzielt werden kann, wobei dann natürlich eine Variation der Charakteristik
C im Betrieb nicht ohne weiteres möglich ist. Ebenso kann natürlich auch
eine Kombination aus aktiven und passiven Dämpfungselementen vorgesehen
sein.
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Bei
der aktiven Versteifung der Verbindung zwischen den beiden Wagenkästen 102.1 und 103.1 gemäß dem vorliegenden
Beispiel kann über
den Zustand der Erfassungseinrichtung 109.3, mithin also über die
von der Erfassungseinrichtung 109.3 an die Steuereinrichtung 109.2 weitergegebenen
Signale, das Verlassen des Normalbetriebsbereichs N erfasst oder
sogar vorhergesagt werden und eine entsprechende aktive Einstellung
der Charakteristik C der Dämpfer 109.1 durch
die Steuereinrichtung 109.2, gegebenenfalls sogar präventiv,
erfolgen.
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So
können
vorab (theoretisch oder experimentell) bestimmte über die
Erfassungseinrichtung 109.3 erfassbare Ereignisse als kritisch
klassifiziert werden. Ein Ereignis wird dabei dann als kritisch klassifiziert,
wenn es geeignet ist, eine Schwenkgeschwindigkeit ω nach sich
zu ziehen, die in dem zweiten Schwenkgeschwindigkeitsbereich K liegt.
Die Erfassung kann beispielsweise über an den beiden Fahrzeugseiten
im vorderen Überhang 102.3 angeordnete
sensitive Bereiche 109.4 der Erfassungseinrichtung 109.3 erfolgen.
Diese sensitive Bereiche 109.4 können als Aufprallsensoren beispielsweise
einen oder mehrere Beschleunigungssensoren 109.5 an oder
nahe der Außenhaut
des Fahrzeugs 101 umfassen, welche bereits einen Aufprall
und dessen Schwere registrieren, bevor der Impuls vollständig in die
tragende Struktur des Fahrzeugs eingeleitet wird. Ebenso kann über Aufprallsensoren,
die mit hinlänglich
bekannten Methoden der Abstandsmessung arbeiten, ein Aufprall vorhergesagt
und entsprechend verarbeitet werden.
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Es
versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung mit
aktiver Steuerung der Versteifung im Gelenkbereich auch einfach
eine Messung der Schwenkgeschwindigkeit ω vorgesehen sein kann, welche
dann an die Steuereinrichtung weitergegeben und von dieser entsprechend
verarbeitet bzw. genutzt wird.
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Die
Versteifung der gelenkigen Verbindungen zwischen den Fahrzeugmodulen 102 bis 106 kann
sich auf die beiden Fahrzeugmodule 102 und 103 bzw. 105 und 106 beschränken, die an
einem oder beiden Enden des Fahrzeugs 101 angeordnet sind.
Bevorzugt beschränkt
sich die Versteifung jedoch nicht nur auf die Verbindung zweier
Fahrzeugmodule. Vielmehr ist die oben beschriebene Versteifung auch
noch zwischen weiteren Fahrzeugmodulen 102 bis 106,
gegebenenfalls sogar allen Fahrzeugmodulen 102 bis 106,
vorgesehen.
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Im
vorliegenden Beispiel ist die Steuereinrichtung 109.2 daher
zusätzlich
mit allen übrigen Dämpfern 109.1 zwischen
den Fahrzeugmodulen 103 bis 106 verbunden, wobei
auch diese Dämpfer 109.1 in
der oben beschriebenen Weise durch die Steuereinrichtung 109.2 gesteuert
werden, mithin also eine Einstellung ihrer Charakteristik in Abhängigkeit
von den tatsächlichen
oder zu erwartenden Schwenkgeschwindigkeiten an dem betreffenden Gelenk
vorgenommen wird.
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Dabei
versteht es sich, dass die Einstellung der Charakteristik C für alle Dämpfer 109.1 identisch gewählt werden
kann. Ebenso ist es jedoch möglich, eine
von der Entfernung des betreffenden Dämpfers 109.1 zum Ort
des Aufpralls abhängige
Einstellung der Charakteristik C vorzunehmen. Dabei können insbesondere
auch in Abhängigkeit
von der Lage des Dampfers 109.1 bezüglich des Ortes des Aufpralls unterschiedliche
Grenzgeschwindigkeiten für
den Übergang
vom Normalbetriebsbereich zum kritischen Bereich vorgesehen sein.
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Weiterhin
umfasst auch das am anderen Ende des Fahrzeugs 101 angeordnete
fünfte
Fahrzeugmodul 106 eine Erfassungseinrichtung 109.3, die
analog zur Erfassungseinrichtung 109.3 des ersten Fahrzeugmoduls 102 ausgebildet
und angeordnet ist sowie ebenfalls mit der Steuereinrichtung 109.2 verbunden
ist. Mit Hilfe dieser Erfassungseinrichtung 109.3 am fünften Fahrzeugmodul 106 können kritische
Unfallsituationen am Heck des Fahrzeugs 101 erfassen erfasst
oder vorhergesagt werden, wobei gegebenenfalls für eine kritische Unfallsituation
am Heck eine andere Einstellung der Charakteristik C der Dämpfer 109.1 gewählt werden
kann.
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Die
vorliegende Erfindung wurde vorstehend anhand eines Beispiels eines
Leichtschienenfahrzeugs mit einer speziellen Gestaltung hinsichtlich
der Aufteilung des Fahrzeugs in Fahrzeugmodule beschrieben. Es versteht
sich jedoch, dass die Erfindung zum einen natürlich auch in Verbindung mit
beliebigen anderen Schienenfahrzeugen zum Einsatz kommen kann, bei
denen eine anderweitige Aufteilung in zwei oder mehr Fahrzeugmodule
vorliegt. Die vorliegende Erfindung liefert hier gerade die Gestaltungsfreiheit
bei erhöhter
Entgleisungsstabilität.
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So
ist es beispielsweise möglich,
die Erfindung bei Leichtschienenfahrzeugen mit einer so genannten
Jacobs-Bauweise ebenso einzusetzen wie bei einer so genannten Sattelauflieger-Bauweise oder
bei einer so genannten Gelenkssteuer-Bauweise.
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Die 4 zeigt
ein weiteres erfindungsgemäßes Leichtschienenfahrzeug 201,
das in der so genannten Jacobs-Bauweise ausgeführt ist. Bei diesem Fahrzeug 201 sind
zwei Fahrzeugmodule 202 und 203, die über eine
Gelenkeinrichtung 208 verbunden sind, jeweils auf einem
Drehgestell 202.2 bzw. 203.2 sowie einem gemeinsamen
Jacobs-Drehgestell 213 abgestützt sind. Die beiden Fahrzeugmodule 202 und 203 sind über eine
Dämpfungseinrichtung 209 verbunden,
die in ihrem Aufbau und ihrer Funktion der oben beschriebenen Dämpfungseinrichtung 109 gleicht,
sodass hier lediglich auf die obigen Ausführungen Bezug genommen wird.
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Die 5 zeigt
ein weiteres erfindungsgemäßes Leichtschienenfahrzeug 201,
das in der so genannten Sattelauflieger-Bauweise ausgeführt ist. Bei
diesem Fahrzeug 201 sind drei Fahrzeugmodule, nämlich ein
langes Fahrzeugmodul 202, ein zentrales kurzes Fahrzeugmodul 203 und
wiederum ein langes Fahrzeugmodul 204 vorgesehen, wobei
benachbarte Fahrzeugmodule jeweils über eine Gelenkeinrichtung 208 verbunden
sind. Jedes Fahrzeugmodul ist jeweils auf einem Drehgestell 202.2 bzw. 203.2 bzw. 204.2 abgestützt. Jeweils
benachbarte Fahrzeugmodule 202 und 203 sowie 203 und 204 sind über eine
Dämpfungseinrichtung 209 verbunden,
die in ihrem Aufbau und ihrer Funktion der oben beschriebenen Dämpfungseinrichtung 109 gleicht, sodass
hier lediglich auf die obigen Ausführungen Bezug genommen wird.
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Die 6 zeigt
schließlich
ein weiteres erfindungsgemäßes Leichtschienenfahrzeug 201,
das in der so genannten Gelenksteuer-Bauweise ausgeführt ist.
Bei diesem Fahrzeug 201 sind drei lange Fahrzeugmodule 202, 203 und 204 vorgesehen,
wobei benachbarte Fahrzeugmodule jeweils über eine Gelenkeinrichtung 208 verbunden
sind. Jedes Fahrzeugmodul ist jeweils mittig auf einem Drehgestell 202.2 bzw. 203.2 bzw. 204.2 abgestützt. Jeweils
benachbarte Fahrzeugmodule 202 und 203 sowie 203 und 204 sind über eine
Dämpfungseinrichtung 209 verbunden,
die in ihrem Aufbau und ihrer Funktion der oben beschriebenen Dämpfungseinrichtung 109 gleicht,
sodass hier lediglich auf die obigen Ausführungen Bezug genommen wird.
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Schließlich versteht
es sich, dass die Erfindung auch in Verbindung mit mehrgliedrigen
Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen kann. Bei solchen mehrgliedrigen
Kraftfahrzeugen besteht zwar nicht das Problem einer Entgleisung,
die mit der Erfindung erzielbare Erhö hung der im kritischen Kollisionsfall wirksamen
Massenträgheit
des Fahrzeugs wirkt sich jedoch auch hier positiv aus. Insbesondere
reduzieren sich auch hier durch die erhöhte wirksame Massenträgheit in
vorteilhafter Weise Dauer und/oder Höhe der maximalen Beschleunigungen,
welche auf die im von der Kollision betroffenen Fahrzeugteil befindlichen
Passagiere wirken.