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TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Schienenfahrzeug mit einem an die
Hochgeschwindigkeitsfahrt angepassten Unterboden nach dem Oberbegriff des
unabhängigen Patentanspruchs 1.
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STAND DER TECHNIK
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Bei
der Fahrt eines Schienenfahrzeugs auf einem Gleis mit Schotterbett
besteht ab einer gewissen Geschwindigkeit die Gefahr, dass selbst
größere Schotteranteile aufgewirbelt werden. Dies
ist eine Folge des Reibungswiderstands des Unterbodens, durch den
in Folge der mitgeschleppten Grenzschicht des Unterbodens des Schienenfahrzeugs
in Nähe des Schotterbetts Geschwindigkeiten im Bereich
der Zuggeschwindigkeit induziert werden. Dieses Schotterflug genannte
Phänomen kann erhebliche Schäden an dem Schienenfahrzeug
hervorrufen. Viele Hochgeschwindigkeitszüge, insbesondere
Niederflurzüge, bei denen der Unterboden besonders niedrig über
den Gleisen liegt, dürfen wegen ihrer Neigung Schotterflug
hervorzurufen nicht schneller als ca. 250 km/h auf Gleisen mit Schotterbett
fahren. Das Schotterflugproblem könnte minimiert werden, indem
die Bodenfreiheit der jeweiligen Schienenfahrzeuge vergrößert
wird. Dies ist jedoch insbesondere bei Niederflurzügen
nicht erwünscht, da hierdurch der Vorteil des besseren
Einstiegs an Bahnhöfen gegenüber Hochflurzügen
verschwindet. Zudem ist bei den zu den Niederflurzügen
gehörenden Doppelstockzügen der Raum für
die Ausbildung der beiden Stöcke zwischen den Gleisen und
der Oberleitung des jeweiligen Schienenwegs begrenzt. Um die Gefahr
des Schotterflugs bei der Fahrt auf Gleisen mit Schotterbett zumindest
zu begrenzen, wird bei bekannten Schienenfahrzeugen der Unterboden
dadurch an die Hochgeschwindigkeitsfahrt angepasst, dass er glatt
geschlossen, d. h. ohne Versprünge ausgebildet ist und
die Unterseite des Schienenfahrzeugs außerhalb des Bereichs
der Drehgestelle des Schienenfahrzeugs durchgängig überspannt.
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schienenfahrzeug nach
dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1, insbesondere
ein Niederflurfahrzeug aufzuzeigen, das auch bei höheren
Geschwindigkeiten auf Gleisen mit Schotterbett keinen Schotterflug
hervorruft.
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LÖSUNG
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Die
Aufgabe der Erfindung wird durch ein Schienenfahrzeug mit den Merkmalen
des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte
Ausführungsformen des neuen Schienenfahrzeugs sind in den
abhängigen Patentansprüchen dargelegt.
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WEITERER STAND DER TECHNIK
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Es
ist grundsätzlich bereits seit langem bekannt, dass der
Reibungswiderstand einer Oberfläche durch Einbuchtungen
in der Oberfläche reduziert werden kann. Dieses Prinzip
wird beispielsweise bei Golfbällen angewandt, wo die Einbuchtungen
in Form randgeschlosser Vertiefungen mit sphärischen Begrenzungsflächen
vorgesehen sind. Aus der
US 3,741,285 sind
Einbuchtungen in Form von Querwellen zur Reduzierung des Reibungswiderstands
von überströmten Oberflächen bekannt.
Die grundsätzlich bekannte Möglichkeit, den Reibungswiderstand überströmter
Oberflächen durch Einbuchtungen zu senken, hat bislang
keine Auswirkungen auf den Bau von Schienenfahrzeugen gehabt.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Bei
dem neuen Schienenfahrzeug ist der an die Hochgeschwindigkeitsfahrt
angepasste glatt geschlossene Unterboden mit einer Vielzahl von
in Längsrichtung des Schienenfahrzeugs aufeinander folgenden
Einbuchtungen versehen. Diese Einbuchtungen reduzieren den Reibungswiderstand
des Unterbodens deutlich, so dass die Gefahr des Schotterflugs bei
den vernünftiger Weise gefahrenen Geschwindigkeiten auch
eines Hochgeschwindigkeitsfahrzeugs nicht mehr relevant ist, selbst
wenn das Schienenfahrzeug ein Niederflurfahrzeug ist. So sind auch
mit Niederflurfahrzeugen Geschwindigkeiten auf Gleisen mit Schotterbett
von deutlich über 250 km/h risikolos möglich.
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Bei
dem neuen Schienenfahrzeug können die Einbuchtungen die
Form von Querwellen oder randgeschlossenen lokalen Einbuchtungen
aufweisen. Dabei können die Einbuchtungen jeweils eine Länge
aufweisen, die fünf bis fünfzig mal größer
als ihre Tiefe ist. Konkret können die Einbuchtungen eine Länge
von 25 bis 30 mm und eine Tiefe von 2,5 bis 250 mm aufweisen. Die
Tiefe der Einbuchtungen weist dieselbe Größenordnung
wie die Dicke der Grenzschicht an dem Unterboden des Schienenfahrzeugs
auf. An den Einbuchtungen erfolgen dabei gezielte Wirbelbildungen,
die verhindern, dass die Geschwindigkeitsverteilung in der Grenzschicht
bis hinab zu dem Schotterbett die Größenordnung
der Zuggeschwindigkeit erreichen kann.
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Die
Einbuchtungen weisen in Längsrichtung vorzugsweise einen
Abstand kleiner als das Zehnfache, vorzugsweise kleiner als das
Fünffache, am meisten bevorzugt von nicht mehr als dem
Zweifachen ihrer Länge auf. D. h., zwischen den Einbuchtungen
gibt es keine größeren Lücken, in denen
die Geschwindigkeitsverteilung über der Grenzschicht an
dem Unterboden bis an das Schotterbett hinab hohe Geschwindigkeiten
ausbilden kann, die in der Lage wären, den Schotter des
Schotterbetts aufzuwirbeln.
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Wenn
bei dem neuen Schienenfahrzeug randgeschlossene lokale Vertiefungen
in dem Unterboden vorgesehen sind, sind diese vorzugsweise in aufeinanderfolgenden
Reihen in zueinander lateral versetzten Positionen angeordnet. Auch
dies sorgt für eine möglichst gleichmäßige
Verteilung des Effekts der Einbuchtungen über einen Unterboden.
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Dabei
können sowohl gleiche Einbuchtungen in Längsrichtung
des Schienenfahrzeugs aufeinanderfolgen als auch ungleiche Einbuchtungen.
Insbesondere können die Einbuchtungen auch in einer nicht
periodischen Anordnung in Längsrichtung vorgesehen seien.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn die Einbuchtungen, zumindest überall
außerhalb der Drehgestelle des Schienenfahrzeugs, über
den gesamten Unterboden verteilt sind und keine Bereiche des Unterbodens
auslassen. So kann die Geschwindigkeitsverteilung über
der Grenz schicht an dem Unterboden nirgendwo bis zu dem Schotterbett
hinab hohe Geschwindigkeiten ausbilden.
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Besonders
bevorzugt ist das neue Schienenfahrzeug doppelstöckig oder
aus anderem Grund ein Niederflurfahrzeug mit besonders geringem
Abstand des Unterbodens zu den Gleisen.
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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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Die
Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten
Figuren anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen der
Erfindung näher erläutert und beschrieben.
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1 zeigt
einen Triebkopf eines Hochgeschwindigkeitszugs als Beispiel für
ein Schienenfahrzeug mit an die Hochgeschwindigkeitsfahrt angepasstem
Unterboden auf einem Gleis mit Schotterbett in einer Seitenansicht.
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2 zeigt
eine Ansicht von unten auf eine Ausführungsform des Unterbodens
des Schienenfahrzeugs gemäß 1.
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3 zeigt
in einer perspektivischen Darstellung das Prinzip einer Konturierung
des Unterbodens gemäß 2 mit Querwellen.
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4 zeigt
eine Ansicht von unten auf eine andere Ausführungsform
des Unterbodens des Schienenfahrzeugs gemäß 1;
und
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5 zeigt
in einer perspektivischen Ansicht das Prinzip einer Konturierung
des Unterbodens gemäß 4 mit lokalen
randgeschlossenen Vertiefungen.
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FIGURENBESCHREIBUNG
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In 1 ist
als Beispiel für ein Schienenfahrzeug 1 mit einem
an die Hochgeschwindigkeitsfahrt angepassten Unterboden 2 ein
Triebkopf 3 eines Hochgeschwindigkeitszugs dargestellt.
Das Schienenfahrzeug 1 weist ein vorderes Drehgestell 4 und ein
hinteres Drehgestell 5 auf. Mit Rädern 6 der
Drehgestelle steht das Schienenfahrzeug 1 auf einem Gleis 7,
das in einem Schotterbett 8 verlegt ist. Zur Vermeidung
von Schotterflug bei der Hochgeschwindigkeitsfahrt des Schienenfahrzeugs 1 trotz
niedrig über dem Gleis 7 verlaufenden Unterboden 2 ist
der Unterboden 2 mit einer Vielzahl von in Längsrichtung des
Schienenfahrzeugs 1, d. h. in Richtung der Gleise 7,
aufeinanderfolgenden Einbuchtungen versehen, für die zwei
konkrete Beispiele in Zusammenhang mit den nachfolgenden 2 bis 5 erläutert
werden.
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2 zeigt
den Unterboden 2 in einer ersten Ausführungsform,
in der er überall außerhalb der unmittelbaren
Bereiche der Drehgestelle 4 und 5 mit Einbuchtungen 9 in
Form von Querwellen 10 versehen ist. Dabei gibt 3 die
prinzipielle Gestaltung der direkt aufeinander folgenden Querwellen
in einer perspektivischen Ansicht wieder.
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4 zeigt
eine Ausführungsform des Unterbodens 2, bei der
die Einbuchtungen 9 randgeschlossene lokale Vertiefungen 11 in
der Oberfläche sind, die hier sphärisch begrenzt
sind, aber auch andere Begrenzungen aufweisen können, beispielsweise
mit Streckung in Längsrichtung oder anderen Deformationen
gegenüber der sphärischen Gestalt, wie sie perspektivisch
in 5 skizziert ist. Die 4 und 5 lassen
auch erkennen, dass die Vertiefungen 11 in aufeinanderfolgenden
Reihen 12 und 13 vorgesehen sind, zwischen denen
die Vertiefungen 11 lateral versetzt sind. Wie bei der
Ausführungsform gemäß 2 decken
die Einbuchtungen 9 auch bei der Ausführungsform
gemäß 4 den gesamten Unterboden 2 außerhalb
der unmittelbaren Bereiche der Drehgestelle 4 und 5 ab. Über
die Vertiefungen 9 hinweg, ist der Unterboden 2 bei
beiden Ausführungen glatt geschlossen ausgebildet.
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- 1
- Schienenfahrzeug
- 2
- Unterboden
- 3
- Triebkopf
- 4
- Drehgestell
- 5
- Drehgestell
- 6
- Rad
- 7
- Gleis
- 8
- Schotterbett
- 9
- Einbuchtung
- 10
- Querwelle
- 11
- Vertiefung
- 12
- Reihe
- 13
- Reihe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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