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Die Erfindung betrifft eine Fahrwerksanordnung für Schienenfahrzeuge, mit mindestens einer Kupplungseinheit und zwei in Richtung einer Fahrzeuglängsachse beabstandeten Fahrzeugendbereichen, denen jeweils mindestens ein Radsatz zugeordnet ist, wobei mindestens einer dieser Radsätze dadurch schienenfolgend ausgebildet ist, dass eine Ausrichtung der Laufräder dieses Radsatzes um eine vertikale Ausrichtachse ausführbar ist.
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Fahrwerksanordnungen dieser Art sind aus dem Stand der Technik, beispielsweise der
DE 10 2010 035 902 A1 oder der
EP 2 371 656 A1 , bekannt. Bei diesen werden die Radsätze in sogenannten Drehgestellen gelagert. Die Drehgestelle ermöglichen die Ausrichtung der Laufräder, so dass die Räder den Schienen folgen. Die Achse des Drehgestells liegt dabei in einem der Fahrzeugendbereiche.
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Ein Teil des Schienenfahrzeugs ragt über die Drehachse des Drehgestells hinaus, was bei Kurvenfahrten dazu führt, dass ein Fahrzeugende zum Kurvenäußeren ausschwenkt.
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Das Ausschwenken eines dieser Fahrzeugenden bestimmt sich im Wesentlichen dadurch, in welchem Winkel zu den Schienen das andere Ende des Schienenfahrzeugs liegt. Das führt dazu, dass die Fahrzeugenden zweier aneinander gekoppelter Schienenfahrzeuge gegeneinander ausschwenken.
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Dies hat den Nachteil, dass die Kupplungen der Schienenfahrzeuge relativ große Querbewegungen zulassen müssen. Dadurch muss der Abstand zwischen den Schienenfahrzeugen verhältnismäßig groß gewählt werden.
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Diese Bedingungen führen dazu, dass es für Fahrgäste, die von einem Schienenfahrzeug zu einem daran gekoppelten Schienenfahrzeug gehen möchten, unkomfortabel ist, da sich aus Sicht des Fahrgasts das eine Schienenfahrzeug vor seinen Augen seitlich hin- und herbewegt.
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Weiter sind sogenannte Jakobsdrehgestelle bekannt, bei denen zwei benachbarte Schienenfahrzeuge auf demselben Drehgestell befestigt sind. Das führt zu einer Unterdrückung der oben genannten Probleme, aber die Schienenfahrzeuge sind nicht ohne weiteres trennbar, da sich die einzelnen Schienenfahrzeuge die Drehgestelle teilen müssen.
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Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Fahrwerksanordnung zur Verfügung zu stellen, welche die Vorteile von Jakobsdrehgestellen ohne den Nachteil der Nichttrennbarkeit der Züge aufweist.
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Diese Aufgabe wird bei einer Fahrwerksanordnung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass jeder Radsatz in einem Laufradträger gelagert ist und dass mit dem mindestens einen schienenfolgenden Radsatz eine Querverschiebung quer zur Fahrzeuglängsachse ausführbar ist, wobei mindestens ein Laufradträger zur Ausführung der Querverschiebung in einer Querverschiebeeinrichtung quer zu der Fahrzeuglängsachse bewegbar gelagert ist.
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Der Vorteil dieser Lösung ist darin zu sehen, dass die Querverschiebung des Radsatzes quer zur Fahrzeuglängsachse das Ausschwenken eines Endes des Schienenfahrzeuges kompensieren kann.
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Dadurch, dass jeder Radsatz in einem Laufradträger gelagert ist, kann die Spurweite des Radsatzes konstant gehalten werden.
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Der Vorteil, dass mindestens ein Laufradträger zur Ausführung der Querverschiebung in einer Querverschiebeeinrichtung quer zu der Fahrzeuglängsachse bewegbar gelagert ist, liegt darin, dass mit dem Laufradträger ein mechanisch greifbares Bauteil vorliegt, und das in der Querverschiebeeinrichtung gelagert werden kann.
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Eine besonders vorteilhafte Lösung sieht jedoch vor, dass mit den Radsätzen beider Fahrzeugendbereiche eine Querverschiebung ausführbar ist, wobei mindestens ein Laufradträger zur Ausführung der Querverschiebung in einer Querverschiebeeinrichtung quer zu der Fahrzeuglängsachse bewegbar gelagert ist.
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Diese Lösung ist besonders günstig, da das Ausschwenken beider Fahrzeugenden kompensiert oder angepasst werden kann. Dadurch ist eine noch bessere Unterdrückung der Bewegung zweier zueinander gerichteter Fahrzeugendbereiche zweier aneinandergekoppelter Schienenfahrzeuge möglich.
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Besonders günstig ist es, wenn die Ausrichtung der Laufräder und die Querverschiebung des Radsatzes unabhängig voneinander sind. Dadurch ist es möglich, die Laufräder so auszurichten, dass sie den Schienen folgen, und gleichzeitig unabhängig davon das Ausschwenken des Fahrzeugendbereichs anzupassen.
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Eine weitere vorteilhafte Lösung sieht vor, dass jedes Laufrad in einem Laufradrahmen gelagert ist.
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Der Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass die Möglichkeit geschaffen wird, durch konstruktive Maßnahmen jedes Laufrad einzeln zu beeinflussen. Somit kann dadurch die Dämpfungswirkung und damit der Fahrkomfort verbessert werden.
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Eine ebenfalls günstige Lösung sieht vor, dass jeder Laufradrahmen in dem Laufradträger um die für das Laufrad vorgesehene vertikale Ausrichtachse drehbar gelagert ist.
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Somit ist die Ausrichtung der einzelnen Laufräder durch die Ausrichtung der Laufradrahmen in dem Laufradträger ausführbar.
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Vorteilhaft ist diese Lösung, da mit dem Laufradrahmen ein sich nicht rotierendes Bauteil vorliegt, das leicht zu beeinflussen, also ausrichtbar ist.
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Ebenfalls eine günstige Lösung sieht vor, dass jeder der Laufradträger zur Ausführung der Querverschiebung in jeweils einer Querverschiebeeinrichtung quer zur Fahrzeuglängsachse bewegbar gelagert ist.
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Der Vorteil dieser Lösung liegt darin, dass die Laufradträger beider Fahrzeugendbereiche in einer Querverschiebeeinrichtung bewegbar gelagert sind und somit quer zu der Fahrzeuglängsachse verschiebbar sind.
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Das Fahrverhalten des Schienenfahrzeugs lässt sich besonders günstig beeinflussen, wenn mindestens eine der Querverschiebeeinrichtung mit mindestens einer Querverschiebesteuerungseinrichtung gekoppelt ist.
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Die Kopplung der Querverschiebeeinrichtung mit einer Querverschiebesteuerungseinrichtung ermöglicht die gezielte Querverschiebung des Radsatzes und damit die gezielte Unterdrückung des Ausschwenkens eines Fahrzeugendbereiches.
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Besonders günstig ist es, wenn jede Querverschiebeeinrichtung mit einer Querverschiebesteuerungseinrichtung gekoppelt ist.
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Auf diese Weise kann das Ausschwenken beider Fahrzeugendbereiche gezielt beeinflusst werden.
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Vorteilhaft ist es, wenn die Querverschiebung durch die Querverschiebesteuerungseinrichtung steuerbar ist.
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Weiter ist es vorteilhaft, wenn mindestens eine der Querverschiebeeinrichtungen mindestens einen Aktuator umfasst.
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Der Vorteil dieser Lösung liegt darin, dass die Querverschiebeeinrichtung die Querverschiebung des Radsatzes aktiv einstellen kann. Somit kann auch die Querverschiebesteuerungseinrichtung aktiv Einfluss auf das Ausschwenken des Fahrzeugendbereiches nehmen.
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Eine besonders günstige Lösung sieht vor, dass die Querverschiebung auf der Basis von Querverschiebeparametern steuerbar ist.
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Die Querverschiebeparameter stellen eine Grundlage bereit, anhand derer die Querverschiebung gesteuert wird. Die Querverschiebeparameter beeinflussen somit das Fahrverhalten des Schienenfahrzeuges und bieten damit die Möglichkeit der Optimierung des Fahrverhaltens.
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Besonders günstig ist es, wenn die Querverschiebeparameter variabel sind.
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Die Variabilität der Querverschiebeparameter bietet die Möglichkeit, das Fahrverhalten des Schienenfahrzeugs an gegebene Umstände anzupassen, wie zum Beispiel der Unterschied zwischen Bogenfahrt und Geradeausfahrt.
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Weiter ist es besonders vorteilhaft, wenn die Querverschiebeparameter von der Fahrzeugposition relativ zum Fahrweg abhängen.
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Die Fahrzeugposition relativ zum Fahrweg bestimmt das Ausschwenken der Fahrzeugendbereiche, somit ist es sinnvoll, die Querverschiebeparameter ebenfalls von der Fahrzeugposition relativ zum Fahrweg abhängig zu machen. Da auf diese Weise die Querverschiebung bedarfsgemäß eingestellt werden kann.
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Besonders günstig ist es, wenn die Querverschiebeparameter aufgrund der Fahrzeugposition relativ quer zum Fahrweg regelbar sind.
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Ist ein Fahrzeugendbereich ausgeschwenkt, so kann durch die Anpassung oder Regelung der Querverschiebeparameter die Querverschiebung entsprechend eingestellt werden, so dass der Fahrzeugendbereich wieder zur Schienenmitte geschoben wird und somit das Ausschwenken des Fahrzeugendbereichs unterdrückt wird.
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Besonders günstig ist es, wenn die Querverschiebeparameter von der Fahrzeugposition relativ längs des Streckenverlaufs des Fahrwegs abhängen.
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Ist der Streckenverlauf bekannt und damit die benötigten Querverschiebeparameter, die zu einer Unterdrückung des Ausschwenkens der Fahrzeugendbereiche führen, bekannt, kann abhängig von der Fahrzeugposition relativ längs des Streckenverlaufs des Fahrwegs die Querverschiebung so eingestellt werden, dass ein Ausschwenken der Fahrzeugendbereiche nicht auftritt.
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Besonders günstig ist es, wenn die Querverschiebesteuerungseinrichtung mit Lagesensoren zur Erfassung der Lage eines oder beider Fahrzeugendbereiche relativ quer zum Fahrweg gekoppelt ist.
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Dadurch ist ein Ausschwenken eines oder beider Fahrzeugendbereiche feststellbar, was wiederum eine gezielte Regelung der Querverschiebeparameter ermöglicht, so dass das Ausschwenken eines oder beider Fahrzeugendbereiche in einen gewünschten Bereich zurückführbar ist.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Querverschiebesteuerungseinrichtung mit einer Positionserfassungseinheit zum Erfassen der Fahrzeugposition längs des Streckenverlaufs des Fahrwegs gekoppelt ist.
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Somit kann die Querverschiebesteuerungseinrichtung die für die Fahrzeugposition längs des Streckenverlaufs optimalen Querverschiebeparameter bestimmen und dadurch die gewünschte Querverschiebung zur Unterdrückung des Ausschwenkens der Fahrzeugendbereiche erreichen.
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Eine weitere vorteilhafte Lösung sieht vor, dass sich ein definierter Punkt eines Fahrzeugendbereichs innerhalb eines virtuellen Bewegungsstreifens bewegt.
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Dies ermöglicht es, einen Bereich zu definieren innerhalb dessen sich das Ausschwenken des Fahrzeugendbereichs abspielt.
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Besonders günstig ist das Fahrverhalten des Schienenfahrzeugs, wenn der virtuelle Bewegungsstreifen sich entlang des Fahrwegs erstreckt, eine Breite von 10%, noch günstiger von 5% oder am besten von 3% der Fahrwegbreite aufweist und nahe der Fahrwegmittellinie liegt.
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Dadurch ist die Bewegung des Fahrzeugendbereichs relativ quer zum Fahrweg auf einen minimalen Bereich eingeschränkt, womit sich der Fahrkomfort für die Passagiere deutlich erhöht.
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Eine weitere vorteilhafte Lösung sieht vor, dass die mindestens eine Kupplungseinheit in dem mindestens einen Fahrzeugendbereich am Schienenfahrzeug angreift, dem ein schienenfolgender Radsatz zugeordnet ist.
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Somit kann sich die Wirkung des querverschiebbaren schienenfolgenden Radsatzes voll entfalten.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die mindestens eine Kupplungseinheit um eine vertikale Kupplungsgelenkachse schwenkbar ist, die in einer Vertikallängsmittelebene des Schienenfahrzeugs liegt.
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Der Vorteil dieser Lösung ist, dass die Kupplungseinheiten nur für eine starre lösbare Verbindung ausgelegt sein müssen, eine schwenkbare und lösbare Verbindung ist somit nicht notwendig.
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Eine weitere günstige Lösung sieht vor, dass der definierte Punkt eines Fahrzeugendbereichs eine in dem Fahrzeugendbereich angeordnete Kupplungsgelenkachse ist.
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Die Kupplungen zweier aneinander gekoppelter Schienenfahrzeuge müssen zueinander kompatibel sein. Das heißt die Bauweise der Kupplung eines Schienenfahrzeugs bedingt die Bauweise der Kupplung des anderen Schienenfahrzeugs. Dadurch sind die Lagen der Kupplungsgelenkachsen zweier aneinander gekoppelter Schienenfahrzeuge relativ zueinander festgelegt. Somit ist die Wahl der Kupplungsgelenkachse als definierter Punkt des Fahrzeugendbereichs eindeutig.
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Eine weitere vorteilhafte Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ist ein Schienenfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Fahrwerksanordnung.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Fahrwerksanordnung übertragen sich auf das Schienenfahrzeug.
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Eine weitere Ausführungsform hat einen Zug zum Gegenstand der mindestens zwei Schienenfahrzeuge mit einer erfindungsgemäßen Fahrwerksanordnung umfasst.
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Bei der Kopplung von mindestens zwei Schienenfahrzeugen mit einer erfindungsgemäßen Fahrwerksanordnung können sich die Vorteile der Erfindung voll entfalten.
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Eine weitere vorteilhafte Lösung sieht vor, dass die Schienenfahrzeuge über die Kupplungseinheiten gekoppelt sind.
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Der Vorteil dieser Lösung ist, dass sich die Schienenfahrzeuge wieder entkoppeln lassen. Dabei können die Schienenfahrzeuge auf ihren eigenen Radsätzen abgestützt entlang des Fahrwegs fahren.
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Somit kann bei einem technischen Defekt eines Schienenfahrzeugs dieser einfach ausgetauscht oder aus dem Zug entfernt werden ohne dass der Zug dafür in eine Werkstatthalle gefahren werden müsste.
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Besonders günstig ist es, wenn sich die definierten Punkte der zugewandten Fahrzeugendbereiche zweier aneinandergekoppelter Schienenfahrzeuge innerhalb desselbigen virtuellen Bewegungsstreifens bewegen.
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Diese Lösung führt dazu, dass die Fahrzeugendbereiche keine Bewegung relativ quer zum Fahrweg zueinander ausführen. Dadurch erhöht sich der Fahrtkomfort für die Fahrgäste. Darüber hinaus können die Schienenfahrzeuge enger gekoppelt werden, als das mit herkömmlichen Drehgestellen möglich wäre.
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Günstigerweise drehen sich zwei aneinander gekoppelte Schienenfahrzeuge relativ zueinander jeweils um einen virtuellen Drehpunkt.
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Noch günstiger drehen sich zwei aneinander gekoppelte Schienenfahrzeuge relativ zueinander um denselben virtuellen Drehpunkt. Dadurch wird das Verhalten von Gliederzügen mit Jakobsdrehgestellen nachgestellt.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsformen der Erfindung.
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In der Zeichnung zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Zugs mit Schienenfahrzeugen, die erfindungsgemäße Fahrwerksanordnungen aufweisen;
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2 eine schematische Darstellung eines Streckenverlaufs, wie er in vorhandenen Schienenverkehrssystemen vorkommen kann;
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3 perspektivische Darstellung eines Schienenfahrzeugs mit erfindungsgemäßer Fahrwerksanordnung;
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4 Unteransicht des Schienenfahrzeugs;
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5 Prinzipskizze zur Erläuterung der Querverschiebeparameter;
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6 Prinzipskizze zweier Schienenfahrzeuge mit herkömmlichen Fahrwerken, die sich auf einem gebogenen Fahrwegabschnitt befinden;
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7 Prinzipskizze zweier Schienenfahrzeuge mit herkömmlichen Fahrwerken, bei denen sich eines der Schienenfahrzeuge auf einem gebogenen Fahrwegabschnitt befindet und das andere Schienenfahrzeug auf einem geraden Fahrwegabschnitt;
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8 Prinzipskizze zweier Schienenfahrzeuge mit erfindungsgemäßen Fahrwerksanordnung, wobei sich beide Schienenfahrzeuge auf einem gebogenen Fahrwegabschnitt befinden;
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9 Prinzipskizze zweier Schienenfahrzeuge mit erfindungsgemäßen Fahrwerksanordnungen, wobei sich eines der Schienenfahrzeuge auf einem gebogenen Streckenabschnitt befindet, und das andere Schienenfahrzeug auf einem geraden Streckenabschnitt und
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10 Prinzipskizze eines Streckenabschnitts mit Darstellung des virtuellen Bewegungsstreifens.
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Ein Schienenverkehrssystem 20 umfasst Strecken 22, die unterschiedliche Ziele 24 miteinander verbinden. Eine Strecke 22 umfasst mindestens einen Fahrweg 26, dessen Fahrwegverlauf 28 zwei bestimmte Ziele 24 miteinander verbindet. Ein Zug 14 kann auf dem Fahrweg 26 zwischen den Zielen 24 verkehren.
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Die unterschiedlichen Ziele 24 können zum Beispiel Haltestellen 24f und 24g, an denen Personen ein- und aussteigen und Bahnhöfe 24a, 24b, 24c und 24d, an denen ebenfalls Passagiere ein- und aussteigen können und Züge beginnen, enden, ausweichen oder wenden dürfen, sein. Weiter gibt es Werkstätten 24e, in denen die Züge 14 gewartet und repariert werden. Dies ist keine vollständige Auflistung aller möglichen Ziele 24.
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Der Fahrweg 26 umfasst zwei Schienen 18, die ungefähr parallel zueinander liegen und beispielsweise auf Schwellen 30 montiert sind.
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Der Abstand zwischen den Schienen 18 wird Spurweite 32 genannt. Eine Fahrwegmittellinie 34 verläuft mittig zwischen den Schienen 18.
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Für den Transport von Personen oder Gütern werden die Schienenfahrzeuge 12 eingesetzt, welche einen Fahrzeugrahmen 11 und einen Wagenkasten 36, der auf dem Fahrzeugrahmen 11 aufgebaut ist, aufweisen.
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Der Zug 14 und die Schienen 18 sind Teil des Schienenverkehrssystems 20, das den Transport von Personen oder Gütern zwischen verschiedenen Punkten ermöglicht.
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Ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Fahrwerksanordnung 10, wird für Schienenfahrzeuge 12 verwendet, die Teil eines Zuges 14 sind, wie er zum Beispiel in 1 dargestellt ist.
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Der Zug 14 umfasst mehrere Schienenfahrzeuge 12 wobei mindestens eines als Triebwagen oder Triebfahrzeug 16 ausgebildet ist, und fährt auf den Schienen 18.
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Eine Fahrzeuglängsachse 38 verläuft mittig durch den Fahrzeugrahmen 11 in Richtung einer Haupterstreckungsrichtung 40 des Fahrzeugrahmens 11. Weiter verläuft die Fahrzeuglängsachse 38 in einer Vertikallängsmittelebene 42, welche durch die Haupterstreckungsrichtung 40 des Fahrzeugrahmens 11 und eine vertikale Richtung aufgespannt wird und den Fahrzeugrahmen mittig schneidet.
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Weiter umfasst das Schienenfahrzeug 12 zwei Fahrzeugendbereiche 44, die in Richtung der Fahrzeuglängsachse 38 beabstandet sind und zu in Richtung der Fahrzeuglängsachse 38 liegenden Fahrzeugenden 46 benachbart liegen.
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Zwischen den Fahrzeugendbereichen 44 liegt ein Fahrzeugmittelbereich 48, der einen größeren Teil der Fahrzeuglänge in Anspruch nimmt als die beiden Fahrzeugendbereiche 44.
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Um das Schienenfahrzeug 12 an andere Schienenfahrzeuge 12 koppeln zu können, umfasst das Schienenfahrzeug 12 mindestens eine Kupplungseinheit 50. Soll eine Kette von Schienenfahrzeugen 12 in Form eines Zuges 14 gebildet werden, umfasst das Schienenfahrzeug 12 zwei Kupplungseinheiten 50.
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Die Kupplungseinheit 50 greift im Fahrzeugendbereich 44 mittig an und umfasst einen Kupplungskopf 52, einen Kupplungsarm 54 und ist um eine Kupplungsgelenkachse 56 schwenkbar, welche in der Vertikallängsmittelebene 42 liegt und im Wesentlichen vertikal verläuft.
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Dabei erstreckt sich der Kupplungsarm 54 zwischen der Kupplungsgelenkachse 56 und dem Kupplungskopf 52.
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In einem Zug ist der Kupplungskopf 52 eines Schienenfahrzeugs 12 an einen weiteren Kupplungskopf 52 eines anderen Schienenfahrzeugs 12 gekoppelt und kann wieder gelöst werden. Im gekoppelten Zustand sind die Kupplungsköpfe 52 starr miteinander verbunden. Das Schwenken der Kupplungseinheit 50 um die Kupplungsgelenkachse 56 ermöglicht das Kurvenfahren zweier aneinandergekoppelter Schienenfahrzeuge 12.
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Für eine Kompatibilität mit bestehenden Zügen 14, ist es zweckmäßig, dass die Kupplungsköpfe 52 für eine starre Verbindung, beispielsweise als Scharfenbergs Kupplungsköpfe, ausgebildet sind.
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Um das Schienenfahrzeug 12 entlang des Fahrwegs 26 bewegen zu können, umfasst die Fahrwerksanordnung mindestens vier Laufräder 58, mit denen das Schienenfahrzeug 12 auf den Schienen 18 abgestützt ist und die auf den Schienen 18 geführt rollen können, wobei jeweils zwei der Laufräder 58 zu einem Radsatz 60 zusammengefasst sind.
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Die Laufräder 58 sind jeweils um eine Laufradachse 62 drehbar gelagert, die quer zur Fahrzeuglängsachse 38 verläuft und um eine im Wesentlichen vertikale Ausrichtachse 64 ausrichtbar ist.
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Dabei ist die Laufradachse 62 um die Ausrichtachse 64 im Wesentlichen vertikal drehbar, wodurch eine Laufrichtung 66 der Laufräder 58 relativ zum Fahrzeugrahmen 11 einstellbar ist, so dass die Laufräder 58 entlang der Schienen 18 rollen.
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Jedes Laufrad
58 ist in einem eigenen Laufradrahmen
70, der die Laufradachse
62 führt, gelagert. Jeweils zwei der Laufradrahmen
70 sind in einem Laufradträger
72 angeordnet. Die Laufradträger
72 und Laufradrahmen
70 können beispielsweise gemäß der
DE 10 2010 029 804 A1 ausgebildet sein.
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Die beiden in einem Laufradträger 72 gelagerten Laufradrahmen 70 sind um eine gemeinsame virtuelle Ausrichtachse 74 ausrichtbar.
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Es ist aber auch möglich, dass die Laufräder 58 oder die Laufradrahmen 70 jeweils um eine eigene virtuelle Ausrichtachse 74 oder um jeweils eine eigene reale Ausrichtachse 64 oder um eine gemeinsame reale Ausrichtachse 64 ausrichtbar sind.
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Die beiden Laufräder 58, die zum selben Radsatz gehören, sind im selben Laufradträger 72 angeordnet. Erfindungsgemäß sind die Laufradträger 72 in einer Querverschiebeeinrichtung 76 quer zur Fahrzeuglängsachse 38 verschiebbar gelagert, womit auch die Laufradrahmen 70 und die Laufräder 58 und folglich auch der Radsatz 60 quer zur Fahrzeuglängsachse 38 verschiebbar sind.
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In der Querverschiebeeinrichtung 76 können die Laufradträger 72 und damit die Radsätze 60 in Form einer Querverschiebung 78 von einer Ausgangsposition 77, in der die Radsätze symmetrisch zur Vertikallängsmittelebene 42 liegen in eine Radsatzsollposition 79, in der die Radsätze asymmetrisch zur Vertikallängsmitteleben 42 liegen, verschoben werden.
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Die Querverschiebung 78 der Laufradträger 72 erfolgt dabei in einer Querverschieberichtung 80 die horizontal und im Wesentlichen quer zur Fahrzeuglängsachse 38 verläuft, das heißt zu dieser in einem Winkelbereich zwischen 70° und 110° verläuft.
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Zweckmäßig ist die Querverschieberichtung 80 senkrecht zur Vertikallängsmittelebene 42. Die Querverschiebung 78 des Laufradträgers 72 kann aber auch auf einer gebogenen Bahn verlaufen, wenn jede Tangente an diese Bahn horizontal und im Wesentlichen quer zur Fahrzeuglängsachse 38 verläuft, das heißt zu dieser in einem Winkelbereich zwischen 70° und 110° verläuft.
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Die Querverschiebeeinrichtungen 76 weisen Aktuatoren 82 auf, welche es ermöglichen die Querverschiebung 78 des jeweiligen Laufradträgers 72 motorisch einzustellen.
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Weiter umfassen die Querverschiebeeinrichtungen 76 einen Querverschiebesensor 84, der die Querverschiebung 78 der Laufradträger 72 bestimmen kann.
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Zur situationsangepassten automatischen Steuerung der Querverschiebung 78 sind die Querverschiebeeinrichtungen 76 mit einer Querverschiebesteuerungseinrichtung 86 gekoppelt. Die Querverschiebesteuerungseinrichtung 86 wiederum ist mit Lagesensoren 88 und einer Positionserfassungseinheit 90 gekoppelt und steuert die Querverschiebung 78 auf der Basis von Querverschiebeparametern 92.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist jedem Fahrzeugendbereich 44 mindestens ein Lagesensor 88, welcher eine Lage 94 des Fahrzeugendbereichs 44 relativ quer zum Fahrweg 26 erfasst, zugeordnet.
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Für die Erfassung der Lage 94 des Fahrzeugendbereichs 44 ist vorgesehen, dass die Lagesensoren 88 in den Fahrzeugendbereichen 44 in der Nähe des Fahrzeugendes 46 ungefähr auf Höhe der Kupplungsgelenkachse 56 liegen, und dass quer zur Fahrzeuglängsachse 38 gesehen die Lagesensoren 88 oberhalb der Schienen 18 liegen.
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In besonders vorteilhafter Weise arbeiten die Lagesensoren 88 mit optischer Bilderfassung, mit der sich die Lage der Schienen 18 relativ zu den Lagesensoren 88 erfassen lässt.
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Durch eine einfache Transformation in das Bezugssystem des Fahrwegs 26 kann somit die Lage 94 des Fahrzeugendbereichs 44 relativ quer zum Fahrweg 26 ermittelt werden.
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Andere Verfahren zur Bestimmung der Lage 94 des Fahrzeugendbereichs 44 relativ quer zum Fahrweg 26 sind ebenfalls möglich.
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Weiter umfasst die Fahrwerksanordnung 10 die Positionserfassungseinheit 90, welche eine Fahrzeugposition 98 relativ längs des Fahrwegs 26 erfasst.
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Dazu umfasst die Positionserfassungseinheit 90 eine GPS-Einheit 100 eine Positionsmarkenerfassungseinheit 104 und ist mit einem Rotationssensor 102 zur Erfassung der Laufradrotation gekoppelt.
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Die GPS-Einheit 100 kann zur Bestimmung der Strecke 22, auf der sich das Schienenfahrzeug 12 befindet verwendet werden.
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Mit Hilfe des Rotationssensors 102 erfasst die Positionserfassungseinheit 90 die Rotation der Laufräder 58 und damit die zurückgelegte Strecke. Die Genauigkeit der Erfassung der zurückgelegten Strecke liegt dabei im Bereich einiger 10 cm.
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In Kombination mit Positionsmarken 106, die in regelmäßigen Abständen auf dem Fahrweg 26 angebracht sind und von der Positionsmarkenerfassungseinheit 104 registriert werden, wird eine präzise Messung der Fahrzeugposition 98 relativ längs des Fahrwegs 26 möglich.
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Die Positionsmarkenerfassungseinheit 104 registriert, wenn das Schienenfahrzeug 12 eine Positionsmarke 106 passiert und erfasst dabei eine Kennung der Positionsmarke 106 aus der sich die genaue Fahrzeugposition 98 relativ längs des Fahrwegs 26 bestimmen lässt.
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Die Erfassung der zurückgelegten Strecke entlang des Fahrwegs 26 ermöglicht dann eine präzise Bestimmung der Fahrzeugposition 98 auch zwischen den Positionsmarken 106.
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Eine Fahrzeugposition 108 relativ zum Fahrweg 26 ist ein Oberbegriff, der die Lagen 94 der Fahrzeugendbereiche 44 relativ quer zum Fahrweg 26 und die Fahrzeugposition 98 relativ längs des Fahrwegs 26 umfasst.
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Die Querverschiebeparameter 92 sind variabel und hängen dabei von der Fahrzeugposition 108 relativ zum Fahrweg 26 ab. Die Querverschiebeparameter 92 umfassen dabei beispielsweise die Radsatzsollposition 79 und Steuerungsparameter 110, die beispielsweise nach einem PID-Mechanismus dafür sorgen, dass die Radsätze 60 möglichst schnell und präzise in die Radsatzsollposition 79 quer verschoben werden können.
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Erfindungsgemäß ist eine Solllage 112 des Schienenfahrzeugs 12 relativ zum Fahrweg 26 vorgegeben. Durch die richtige Wahl der Radsatzsollposition 79 kann die Solllage 112 des Schienenfahrzeugs 12 relativ zum Fahrweg 26 eingehalten werden.
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Zur Bestimmung der Radsatzsollposition 79 sind unter anderem zwei Methoden möglich. Bei der ersten werden die Lagesensoren 88 verwendet, um die Lage 94 des Fahrzeugendbereichs 44 relativ zum Fahrweg zu bestimmen, diese werden dann mit der Solllage 112 des Schienenfahrzeugs 12 verglichen. Aus der Differenz kann eine neue Radsatzsollposition 79 bestimmt und entsprechend in den Querverschiebeparametern 92 angepasst werden.
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Ein alternatives Verfahren sieht vor, dass die Radsatzsollpositionen 79, die zur Einhaltung der Solllage 112 des Schienenfahrzeugs 12 relativ zum Fahrweg 26 nötig sind anhand des Fahrwegverlaufs 28 berechnet werden und in den Querverschiebeparametern 92 gespeichert werden. Die Auswahl der benötigten Radsatzsollposition 79 erfolgt mit Hilfe der Fahrzeugposition 98 relativ längs des Fahrwegs 26, die von der Positionserfassungseinheit 90 erfasst wird.
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Zur Erläuterung der Solllage 112 des Schienenfahrzeugs 12 relativ zum Fahrweg 26 wird im Folgenden zuerst das Verhalten von Schienenfahrzeugen 116 mit herkömmlichen Drehgestellen erläutert, das verbessert werden soll.
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Bei einem Schienenfahrzeug 116 mit herkömmlichen Drehgestellen 118 ist das Drehgestell 118 um eine Ausrichtachse 64 relativ zum Schienenfahrzeug 116 drehbar gelagert, die mittig durch das Drehgestell 118 verläuft und in der Vertikallängsmittelebene 42 des Schienenfahrzeugs 116 liegt.
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Somit liegt der Drehpunkt 120 des Schienenfahrzeugs 116 relativ zum Fahrweg 26 zum einen mittig im Fahrweg 26 und zum anderen mittig im Schienenfahrzeug 116 in einem der Fahrzeugendbereiche 44.
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Ein Überhangbereich 122 liegt zwischen dem Fahrzeugende 46 und dem Drehpunkt 120, der in einem Bogen 124 in Richtung Bogenäußeren 126 ausschwenkt. Dieses Verhalten wird Ausschwenken 128 genannt. Die Stärke des Ausschwenkens 128 ist abhängig von einem Bogenradius 130 des Bogens 124, bei kleinerem Bogenradius 130 ist das Ausschwenken 128 stärker.
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In einem langgezogenen gleichmäßigen Bogen 132 ist das Ausschwenken 128 zweier baugleicher aneinandergekoppelter Schienenfahrzeuge 116 gleich groß.
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Befinden sich die beiden baugleichen Schienenfahrzeuge 116 auf Bogenabschnitten 134 mit unterschiedlichen Bogenradien 130, wie es beispielsweise bei der Einfahrt in einen Bogen 124 der Fall ist, ist das Ausschwenken 128 bei beiden Schienenfahrzeugen 116 unterschiedlich. Dadurch ergibt sich ein Querversatz 135 der Fahrzeugenden 46 quer zum Fahrweg 26, der zum einen von der Kupplungseinheit 50 kompensiert werden muss und zum anderen für Fahrgäste die während der Fahrt durch den Zug 14 laufen unangenehm ist.
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Bei einem Schienenfahrzeug 12 mit erfindungsgemäßer Fahrwerksanordnung 10 kann das Ausschwenken 128 durch die Querverschiebung 78 der Radsätze 60 kompensiert werden. Das Schienenfahrzeug 12 dreht sich dann um einen virtuellen Drehpunkt 140 relativ zum Fahrweg 26. Günstig für die Unterdrückung des Ausschwenkens 128 ist es, wenn der virtuelle Drehpunkt 140 außerhalb des Schienenfahrzeugs 12 zwischen zwei aneinandergekoppelten Schienenfahrzeugen 12 liegt, da in diesem Fall kein Überhangbereich 122 existiert, der Ausschwenken könnte.
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Die Solllage 112 des Schienenfahrzeugs 12 relativ zum Fahrweg 26 wird so definiert, dass ein definierter Punkt 142 des Fahrzeugendbereichs 44 innerhalb eines virtuellen Bewegungsstreifens 144 verläuft. Dadurch wird der definierte Punkt 142 des Fahrzeugendbereichs 44 zum virtuellen Drehpunkt 140 des Schienenfahrzeugs 12 relativ zum Fahrweg 26.
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Günstig für das Fahrverhalten ist es, dass der definierte Punkt 142 des Fahrzeugendbereichs 44 nahe am Fahrzeugende 46 gelegen ist.
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Es ist aber auch möglich, dass der definierte Punkt 142 des Fahrzeugendbereichs 44 außerhalb des Schienenfahrzeugs 12 liegt nämlich mittig zwischen zwei aneinandergekoppelten Schienenfahrzeugen 12.
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Der virtuelle Bewegungsstreifen 144 erstreckt sich längs des Fahrwegs 26 nahe der Fahrwegmittellinie 34, wobei er eine Breite von 10% der Spurweite 32 oder vorteilhafter 5% der Spurweite 32 oder noch günstiger von 3% der Spurweite 32 aufweist.
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Der virtuelle Bewegungsstreifen 144 liegt in einer Höhe, so dass der definierte Punkt 142 des Fahrzeugendbereichs 44 innerhalb des virtuellen Bewegungsstreifens 144 liegt, wenn das Schienenfahrzeug 12 auf seinen eigenen Laufrädern 58 auf den Schienen 18 abgestützt steht und/oder fährt.
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Die vertikale Breite des Bewegungsstreifens 144 ist so, dass die vertikalen Bewegungen des definierten Punktes 142 des Fahrzeugendbereichs 44, die aufgrund der Dämpfung der Laufräder 58 stattfindet, den definierten Punkt 142 des Fahrzeugendbereichs 44 nicht aus dem virtuellen Bewegungsstreifen 144 hinausführen können.
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Ein verbessertes Fahrverhalten des Zuges 14 wird dadurch erreicht, dass der virtuelle Bewegungsstreifen 144 nicht immer direkt über der Fahrwegmittellinie 34 verläuft, er kann beispielsweise in Bögen 124 radial nach außen verschoben oder radial nach innen versetzt sein.
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Schienenfahrzeuge 12, die eine erfindungsgemäße Fahrwerksanordnung 10 umfassen, verhalten sich verbunden mit anderen Schienenfahrzeugen 12, wie ein Gliederzug. Das heißt die Fahrzeugenden 46 zweier aneinandergekoppelter Schienenfahrzeuge 12 führen keine oder nur eine sehr kleine Relativbewegung zueinander aus.
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Das Schienenfahrzeug 12, das eine erfindungsgemäße Fahrwerksanordnung 10 umfasst, kann ohne zusätzliche Hilfsmittel auf den Schienen 18 auf den eigenen Laufrädern 58 abgestützt fahren.
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In Verbindung mit den lösbaren Kupplungseinheiten 50 kann somit der Zug 14, der aus mehreren aneinandergekoppelten Schienenfahrzeugen 12 besteht, getrennt werden.
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Beide getrennten Teilzüge sind einzeln auf den Schienen 18 einsetzbar. Weiter können beliebige Schienenfahrzeuge 12 aus dem Zug 14 ausgetauscht, hinzugefügt oder entfernt werden, ohne dabei die Einsatzfähigkeit des Zuges 14 zu beeinträchtigen.
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Da jedes Schienenfahrzeug 12 eine eigene vollständige Fahrwerksanordnung 10 aufweist, müssen bei der Trennung des Zuges 14 keine zusätzlichen Stützen bereitgestellt oder Stützmaßnahmen getroffen werden.
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Dies erleichtert erheblich Notfallmaßnahmen, die getroffen werden müssen, falls ein einzelnes Schienenfahrzeug 12 durch einen Defekt ausgetauscht werden muss.
