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TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs
des unabhängigen Patentanspruchs
1.
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Ein
solches Schienenfahrzeug kann als vorderer und/oder hinterer Triebkopf
bei einem Zug, insbesondere einem Hochgeschwindigkeitszug, eingesetzt
werden. In diesem Fall weist das Schienenfahrzeug einen Antrieb
für die
Räder zumindest
eines der Drehgestelle auf. Bekanntermaßen können auch mehr als zwei Triebköpfe bei
einem Zug vorgesehen sein, wenn beispielsweise zwei Teilzüge aneinander gekuppelt
werden. Auch für
dann innerhalb der Länge
eines Zugs angeordnete Triebköpfe
ist die vorliegende Erfindung anwendbar. Sie kann aber auch bei nicht
selbst angetriebenen vordersten oder hintersten Wagen eines Zugs
zur Anwendung kommen. In jedem Fall sorgt die sich von dem Drehgestell
weg verjüngende
vertikale Querschnittsfläche
des überstehenden
Zugkopfs für
eine Reduzierung des Strömungswiderstands
des Zugs und der von dem Zug induzierten Druckwelle. Mit der Reduzierung
des Strömungswiderstands
ist ein verringerter Energiebedarf verbunden. Die Reduktion der
Druckwelle resultiert in eine erhöhte Betriebssicherheit. Diese
Aspekte gelten insbesondere für
Hochgeschwindigkeitszüge
und dabei weiter insbesondere für
besonders hoch über
den Schienen aufbauende Züge
z. B. mit doppelstöckigen
Waggons.
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STAND DER TECHNIK
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Es
ist grundsätzlich
bekannt, dass schlankere, d. h. sich über ein größere Länge verjüngende Zugköpfe bei Schienenfahrzeugen
zu stärkeren
Reduktionen des Strömungswiderstands
und der Druckwelle führen.
Da die sich in ihrer vertikalen Querschnittsfläche verjüngenden Zugköpfe jedoch
vor dem jeweiligen Drehgestell angeordnet sind, schwenken sie bei
einer Kurvenfahrt zu größeren Kurvenradien
hin aus. Insbesondere schwenken sie bei einer Kurvenfahrt auf dem
inneren Gleis einer zweigleisigen Schienenstrecke zu dem äußeren Gleis
hin aus. Daher besteht eine Gefahr einer Kollision mit Zügen, die
zur gleichen Zeit auf dem äußeren Gleis
fahren. Diese Gefahr ist besonders groß bei Nebenstrecken mit kleinem
Kurvenradius, die zwar von Hochgeschwindigkeitszügen nicht regelmäßig befahren
werden, die aber als Ausweichstrecken auch von Hochgeschwindigkeitszügen befahrbar sein
müssen.
So ist die zulässige
Länge der
Zugköpfe,
d. h. der Überstand über das
jeweilige Drehgestell häufig
so gering, dass die durch schlanke Zugköpfe grundsätzlich möglichen Reduzierungen des Strömungswiderstands
und der Druckwelle nicht realisiert werden können.
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schienenfahrzeug mit den
Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 aufzuzeigen,
dass einen sehr schlanken Zugkopf aufweisen kann, ohne dass hierdurch
Sicherheitsprobleme, insbesondere bei der Kurvenfahrt auf Nebenstrecken mit
engen Kurvenradien, auftreten.
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LÖSUNG
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Schienenfahrzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen
des neuen Schienenfahrzeugs sind in den abhängigen Patentansprüchen 2 bis
11 beschrieben.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Bei
dem neuen Schienenfahrzeug ist der Zugkopf, der endseitig über eines
der Drehgestelle übersteht
und dessen vertikale Querschnittsfläche sich von dem Drehgestell
weg verjüngt,
um eine vertikale Schwenkachse verschwenkbar an der tragenden Struktur
des Schienenfahrzeugs gelagert. Er kann damit bei der Kurvenfahrt
zum Kurvenmittelpunkt hin eingeschwenkt werden, so dass er mit seinem
freien Ende den Schienen stärker
folgt und nicht zu größeren Kurvenradien
hin über
die Schienen des Gleises übersteht.
Dabei wird ein Vorteil bereits dann erzielt, wenn der Zugkopf jeweils
nur wenig in Richtung des Kurvenzentrums eingeschwenkt wird. Das freie
Ende des Schienenkopfs kann aber auch gezielt so weit eingeschwenkt
werden, dass es sich immer mittig über den Schienen des befahrenen
Gleises befindet. Auf diese Weise wird nicht nur jegliches Ausschwenken
des Schienenkopfs über
den Kurvenradius des Gleises hinaus verhindert, sondern es wird auch
eine Schräganströmung des
Zugkopfes minimiert. Eine Schräganströmung des
Zugkopfes führt zu
seitlichen Kräften
auf das angrenzende Drehgestell, die als solche unerwünscht sind
und sowohl zu einem höheren
Rollwiderstand der Räder
des Drehgestells aufgrund der seitlichen Kräfte als auch zu einem höheren Strömungswiderstand
des Zugkopfes führen.
Die Minimierung der Schräganströmung des Zugkopfes
ist bei dem neuen Schienenfahrzeug auch dann von Vorteil, wenn keine
Nebenstrecken mit engen Kurvenradien sondern nur leicht gekrümmte Hochgeschwindigkeitsstrecken
mit hoher Geschwindigkeit befahren werden.
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Die
sinnvolle Verschwenkbarkeit des Zugkopfes verläuft gleichsinnig zu derjenigen
des angrenzenden Drehgestells. Dieses Drehgestell richtet sich automatisch
in der Richtung relativ zu der tragenden Struktur des Schienenfahrzeugs
an den Schienen aus, in die der Zugkopf zu verschwenken ist. Auch
das Maß der
sinnvollen Verschwenkung des Zugkopfs kann aus dem Maß der Schwenkbewegung des
Drehgestells abgeleitet werden, obwohl diese Maße keinesfalls gleich sein
müssen.
So ist es möglich,
eine Zwangssteuerung zwischen der Schwenkbewegung des Drehgestells
und der Schwenkbewegung des Zugkopfs vorzusehen.
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Allerdings
ist eine einfache mechanische Kopplung zwischen dem Drehgestell
und dem Zugkopf nicht besonders günstig, weil diese implizieren würde, dass
sich auch seitliche Windkräfte
auf den Zugkopf direkt auf das Drehgestell auswirken würden. Außerdem ist
es nicht unbedingt günstig,
auch kleinere Bewegungen des Drehgestells auf den Zugkopf zu übertragen.
So ist es besonders bevorzugt, wenn eine Zwangssteuerung für die Schwenkbewegung
des Drehgestells Sensoren für
die Schwenkstellung des Drehgestells und Aktuatoren für die Schwenkbewegung
des Zugkopfs aufweist, wobei ein Steuerungsprogramm die Aktuatoren
in Abhängigkeit
von dem Signal der Sensoren ansteuert, um den Zugkopf in jeweils
idealer Weise gegenüber
der tragenden Struktur des Schienefahrzeugs auszurichten.
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Bei
dem neuen Schienenfahrzeug kann der verschwenkbare Zugkopf auf eine
geschlossene tragende Struktur aufgesetzt sein. Dies ist insbesondere
eine günstige
Möglichkeit
für die
Nachrüstung
von vorhandenen Schienenfahrzeugen mit einem verschwenkbaren Zugkopf.
In diesem Fall wird der verschwenkbare Zugkopf üblicherweise eine geringere maximale
Höhe über den
Schienen aufweisen als die tragende Struktur, wobei sich der verschwenkbare Zugkopf
beispielsweise von der Unterkante einer Frontscheibe an der tragenden
Struktur nach unten vorne erstreckt.
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Bei
neuen erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugen
ist es aber sinnvoll, dass der veschwenkbare Zugkopf zusammen mit
der tragenden Struktur den Innenraum des jeweiligen Schienenfahrzeugs begrenzt.
In diesem Fall umfasst der verschwenkbare Zugkopf z. B. die Frontscheibe
des Schienenfahrzeugs und bildet einen Teil der druckdichten Wand
für den
Innenraum des Schienenfahrzeugs aus. Entsprechend ist für den Zugkopf
ein hohles Gelenk an der tragenden Struktur auszubilden.
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Wie
bereits eingangs angedeutet wurde, ist es bei doppelstöckigen Hochgeschwindigkeitszügen besonders
interessant, einen langgestreckten schlanken Zugkopf vorzusehen,
um den Strömungswiderstand
und die Druckwelle zu reduzieren. Gerade für doppelstöckige Züge bietet sich daher das neue
Schienenfahrzeug an, das beispielsweise direkt einen doppelstöckigen Triebwagen
oder Waggon ausbilden kann.
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Die
vertikale Schwenkachse des Zugkopfs, um die dieser verschwenkbar
ist, kann mit der vertikalen Schwenkachse des angrenzenden Drehgestells
zusammenfallen. Häufig
wird sie bei dem neuen Schienenfahrzeug jedoch etwas davor liegen,
um größere Freiheiten
bei der Lagerung des Zugkopfs an der tragenden Struktur des Schienenfahrzeugs
zu haben. Sie sollte jedoch nicht weiter vor der vertikalen Schwenkachse
des Drehgestells liegen, als bei dem jeweiligen Zug andere Überhänge über die Drehsgestelle überstehen,
um auch das maximale Ausschwenken des Schienenfahrzeugs bei der
Kurvenfahrt im Bereich der vertikalen Schwenkachse des Drehgestells
zu begrenzen.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der
Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung
genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer
Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ
zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen
erzielt werden müssen.
Weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten
Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander
sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen.
Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen
der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls
abweichend von den gewählten
Rückbeziehungen
der Patentansprüche
möglich
und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in
separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung
genannt werden. Diese Merkmale können
auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso
können in
den Patentansprüchen
aufgeführte
Merkmale für weitere
Ausführungsformen
der Erfindung entfallen.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter
bevorzugter Ausführungsbeispiele
weiter erläutert
und beschrieben.
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1 zeigt
ein erfindungsgemäßes Schienenfahrzeug
in Form eines Triebkopfes für
einen Hochgeschwindigkeitszug in einer Seitenansicht.
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2 zeigt
das Schienenfahrzeug gemäß 1 in
einer Ansicht von oben.
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3 zeigt
eine Kurve einer Schienenstrecke mit zwei parallel zueinander verlaufenden
Gleisen, wobei auf dem äußeren Gleis
ein Zug mit dem Triebkopf gemäß den 1 und 2 und
auf dem inneren Gleis ein Zug mit einem herkömmlichen Triebkopf fährt.
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4 zeigt
eine Seitenansicht des herkömmlichen
Triebkopfs gemäß 3;
und
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5 zeigt
eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs.
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FIGURENBESCHREIBUNG
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Das
in 1 und 2 dargestellte Schienenfahrzeug 1 ist
ein sogenannter Triebkopf 2 eines hier nicht weiter dargestellten
Hochgeschwindigkeitszugs. Ein solcher Triebkopf 2 kann
sowohl am vorderen als auch am hinteren Ende eines Hochgeschwindigkeitszugs
vorgesehen sein, wobei üblicherweise sowohl
am vorderen als auch am hinteren Ende ein solcher Triebkopf 2 eingesetzt
wird. Das Schienenfahrzeug 1 weist eine tragende Struktur 3 auf,
an der zwei Drehgestelle 4 und 5 gelagert sind,
die die tragende Struktur 3 auf Schienen 6 führen. Bei
dem Triebwagen 2 sind die Räder 7 der Drehgestelle 5 angetrieben,
wobei die weitere Antriebstechnik in der tragenden Struktur angeordnet
ist und von dieser getragen wird. Über das vordere Drehgestell 4 steht
ein Zugkopf 8 über,
dessen vertikale Querschnittsfläche sich
von dem Drehgestell 7 weg verjüngt, um den Strömungswiderstand
des Schienenfahrzeugs 1 und eine von diesem ausgehende
Druckwelle zu reduzieren. Dabei ist der Überstand des Zugkopfs 8 über das Drehgestell 7 bzw.
dessen vertikale Schwenkachse 9 bei dem Schienenfahrzeug 1 vergleichsweise
groß. Konkret
kann der Überstand über die
Schwenkachse 9 bis zu dem freien Ende 10 des Zugkopfs 8 mehr
als 5 m oder sogar mehr als 8 m, konkret beispielsweise 10 m betragen.
Um dabei ein gefährliches
Ausschwenken des Zugkopfs 8 bei der Kurvenfahrt zu größeren Kurvenradien
hin zu vermeiden, ist der Zugkopf 8 um eine vertikale Achse 11 verschwenkbar in
der tragenden Struktur 3 des Schienenfahrzeugs 1 gelagert.
Diese Schwenkachse 11 liegt hier etwas vor der Schwenkachse 9 des
Drehgestells 7, und die Schwenkbewegung des Zugkopfs 8 um
die Schwenkachse 11 wird aus der Schwenkbewegung des Drehgestells 7 um
die Schwenkachse 9 abgeleitet, wobei der Zugkopf 8 immer
gleichsinnig zu dem Drehgestell 7 verschwenkt wird.
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3 zeigt
eine Kurve einer Schienenstrecke mit zwei parallel zueinander verlaufenden
Gleisen 12 und 13. Auf dem äußeren Gleis 12 der
Kurve fährt
ein Hochgeschwindigkeitszug 14 mit dem Triebwagen 2 gemäß den 1 und 2,
wobei der Zugkopf 8 gegenüber der tragenden Struktur 3 dieses
Schienenfahrzeugs 1 um seine Schwenkachse 11 hin
zum Kurvenmittelpunkt eingeschwenkt ist. Er steht so beispielsweise
nicht weiter über
die Schienen 6 zu größeren Kurvenradien
hin über
als andere Überhänge des
Schienenfahrzeugs 1 oder daran angehängter Waggons 15 über deren
jeweilige Drehgestelle. Auf dem inneren Gleis 13 in 3 fährt ein Nahverkehrszug 16 mit
einem herkömmlichen
Triebwagen 17. Der Zugkopf 18 des Triebwagens 17 ist nicht
verschwenkbar. Er schwenkt vielmehr um eine vertikale Achse 19 des
vorderen Drehgestells des Triebwagens 17 bei der Kurvenfahrt
zu größeren Kurvenradien
hin über
die Schienen 6 aus, wie aus 3 unmittelbar
hervorgeht. Er steht dabei noch weiter über diese Schienen über als
der viel längere, aber
verschwenkbare Zugkopf 8 des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs 1.
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4 zeigt
den Triebwagen 17 mit dem kurzen, aber nicht verschwenkbaren
Zugkopf 18 von der Seite. Hier sind seine Drehgestelle 20 und 21 zu
sehen, von denen das vordere um die vertikale Schwenkachse 19 verschwenkbar
an der tragenden Struktur 22 des Triebwagens 17 gelagert
ist.
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5 skizziert
hingegen wieder eine Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs 1,
bei dem es sich wieder um einen Triebkopf 2 für einen
Hochgeschwindigkeitszug handelt. Während sich der Zugkopf 8 bei
dem Triebkopf 2 gemäß den 1 und 2 über die
vollen Höhe
des Schienenfahrzeugs 1 erstreckte und so auch eine Frontscheibe 23 des
Schienenfahrzeugs 1 umfasste, beginnt der verschwenkbare
Zugkopf 8 gemäß 5 erst
unterhalb der Frontscheibe 23. Entsprechend liegt die Schwenkachse 11 des
Zugkopfs 8 weiter vor der Schwenkachse 9 des angrenzenden
Drehgestells 7. Die Ausführungsform des Schienenfahrzeugs 1 gemäß 5 ist
insbesondere für
die Nachrüstung
vorhandener Triebköpfe
geeignet. Diesen wird ohne Einfluss auf den druckdicht umschlossenen
Innenraum des Schienenfahrzeugs 1 der strömungswiderstand-
und druckwellenreduzierende Zugkopf 8 in verschwenkbarer
Weise vorgebaut, wobei er sich unterhalb der Frontscheibe 23 nach
vorne unten erstreckt oder jedenfalls keine wesentlichen Teile der
Frontscheibe 23 verdeckt. Ansonsten sind die Funktion und
die Ansteuerung des verschwenkbaren Zugkopfes 8 gemäß 5 identisch
zu denjenigen des Zugkopfs 8 gemäß den 1 und 2.
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- 1
- Schienenfahrzeug
- 2
- Triebkopf
- 3
- tragende
Struktur
- 4
- Drehgestell
- 5
- Drehgestell
- 6
- Schiene
- 7
- Rad
- 8
- Zugkopf
- 9
- Schwenkachse
- 10
- vorderes
Ende
- 11
- Schwenkachse
- 12
- äußeres Gleis
- 13
- inneres
Gleis
- 14
- Hochgeschwindigkeitszug
- 15
- Waggon
- 16
- Nahverkehrszug
- 17
- Triebwagen
- 18
- Zugkopf
- 19
- Schwenkachse
- 20
- Drehgestell
- 21
- Drehgestell
- 22
- tragende
Struktur
- 23
- Frontscheibe