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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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Aus der
FR 2472996 A1 ist ein Schienenfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 bekannt. Dabei handelt es sich um einen Triebkopf, an dem mittig zwischen seinen beiden Drehgestellen eine vertikale Schwenkachse ausgebildet ist, um die eine den Zugkopf, das Ende des Triebkopfs und die gesamte obere Partie des Triebkopfs mit den Stromabnehmern umfassende Einheit um 180° verschwenkbar ist, um den Zugkopf immer in der Fahrtrichtung nach vorne ausrichten zu können. Nach dieser Ausrichtung wird diese Einheit für die Fahrt starr mit der tragenden Struktur des Triebkopfs verbunden.
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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 9 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 Zugkopfs 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, die 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 die 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 fegt 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 werter 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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Bezugszeichenliste
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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
