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Die Erfindung betrifft einen Wagenkasten für ein Schienenfahrzeug umfassend ein Wagenkastengehäuse und eine Verbindungseinrichtung, die im oder am Wagenkastengehäuse in Längsrichtung angeordnet ist und die dazu eingerichtet ist, den Wagenkasten mit zwei angrenzenden Wagenkästen zu verbinden. Die Erfindung betrifft außerdem eine Wagenanordnung umfassend einen derartigen Wagenkasten.
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Wagenkästen aus Aluminium, insbesondere in der üblichen Integralbauweise aus Strangpressprofilen, sind für konzentrierte Lasteinleitungen schlecht geeignet. Daher ist die Anbindung von Kupplungseinrichtungen zum Verbinden der einzelnen Wagenkästen eines mehrgliedrigen Schienenfahrzeugs mit vergleichsweise hohem Aufwand verbunden. Dieser hohe Aufwand an den Verbindungen macht die Herstellung vielgliedriger Schienenfahrzeuge gegenüber Konzepten mit weniger, aber längeren Wagenkästen unwirtschaftlicher.
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Im Stand der Technik wurden die gelenkigen Verbindungselemente bevorzugt mit quer zu Fahrtrichtung orientierten Flanschverbindungen an den Enden der Wagenkästen befestig. Hinter der Flanschfläche sind bei Aluminium-Wagenkästen aufwändige Übergangskonstruktionen nötig, um den Kraftfluss gleichmäßig auf die bevorzugt aus dünnwandigen Hohlkammerprofilen bestehende Röhre zu verteilen.
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Ebenfalls bekannt sind Verbindungseinrichtungen, bei denen sich Teile der Übergangsbrücken und des den Übergang umschließenden Wellenbalgs über Gleitstücke auf der die beiden angrenzenden Wagenkästen verbindenden Kuppelstange abstützen. Die Übergänge haben hier abgesehen von der ggf. als Steh- oder Abstellplatz nutzbaren Grundfläche keine über die Verbindung der angrenzenden Wagen hinausgehende Funktionalität.
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Die Aufgabe besteht darin, einen Wagenkasten der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, der Wagenanordnungen mit einer höheren Anzahl kurzer Wagenkästen ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird ein Wagenkasten zur Verfügung gestellt, wobei die Verbindungseinrichtung umfasst:
- - eine Kuppelstange,
- - ein erstes Außengelenk zur Verbindung mit einem angrenzenden Wagenkasten, und
- - ein zweites Außengelenk zur Verbindung mit einem angrenzenden Wagenkasten,
wobei die Kuppelstange sowohl auf Zug als auch auf Druck belastbar ist und Längskräfte zwischen den angrenzenden Wagenkästen direkt überträgt, ohne das Wagenkastengehäuse(4) in Längsrichtung zu belasten.
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Eine derartige Lösung hat den Vorteil, dass die hohen Längskräfte innerhalb von mehrgliedrigen Schienenfahrzeugen zwischen den Außengelenken ohne Kraftfluss in Längsrichtung über das Wagenkastengehäuse, sondern direkt über eine auf Zug und Druck belastbare Kuppelstange übertragen werden. Die Verbindungseinrichtung stellt also einen vom Wagenkastengehäuse separaten Lastpfad bereit. Die Kuppelstange kann in oder am Wagenkastengehäuse, also beispielsweise unterhalb des Wagenkastengehäuses oder in einem Längskanal des Wagenkastengehäuses angeordnet sein.
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Als Längsrichtung ist im Rahmen dieser Anmeldung die Richtung entlang des Schienenfahrzeugs, also von und zu den angrenzenden Wagenkästen, bezeichnet. Als Querrichtung ist die horizontale Richtung senkrecht zur Längsrichtung und zur Vertikalrichtung bezeichnet.
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Die Verbindungseinrichtung stellt also im Gegensatz zum Stand der Technik eine durchgehende Verbindung mit den angrenzenden Wagenkästen bereit, die das Wagenkastengehäuse entlastet. Die im Stand der Technik verbreiteten Flanschverbindungen können entfallen. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei Wagenkästen aus Aluminium, in denen diese Flansche nur aufwändig zu realisieren sind. Die Verbindungseinrichtung kann hingegen im Wesentlichen aus Stahl hergestellt sein, der sich auch für die mit relativ kompakten Abmessungen zu realisierende Kuppelstange mit Ihren Verbindungen zu den Gelenkarmen gut eignet.
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Die Erfindung erlaubt die sehr einfache und damit leichte und kostengünstige Fertigung kurzer Wagenkästen, bei denen der Vorteil des Entfalls der voll belastbaren Flanschverbindungen den prinzipiellen Nachteil einer parallelen Führung der Lastpfade überwiegt. Damit werden vielgliedrige Bauweisen von Wagenanordnungen in Schienenfahrzeugen im Vergleich wirtschaftlicher.
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In einer Ausführungsform umfasst die Kuppelstange weiterhin:
- - eine zentrale Stange,
- - einen ersten Gelenkarm, der über eine erste Verbindung mit der zentralen Stange verbunden ist, wobei der erste Gelenkarm an einem der zentralen Stange abgewandten Ende das erste Außengelenk aufweist, und
- - einen zweiten Gelenkarm, der über eine zweite Verbindung mit der zentralen Stange verbunden ist, wobei der zweite Gelenkarm an einem der zentralen Stange abgewandten Ende das zweite Außengelenk aufweist. Die Verbindungen unterstützen die Belastbarkeit der Verbindungseinrichtung auf Druck und Zug. Weiterhin ermöglicht dieser Aufbau eine gewisse Flexibilität der Verbindungseinrichtung in Querrichtung und Vertikalrichtung.
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Es ist bevorzugt, wenn das Wagenkastengehäuse einen Führungskanal in Längsrichtung aufweist, in der die Verbindungseinrichtung in Vertikalrichtung und in Querrichtung geführt ist. Der Führungskanal ist vorteilhafterweise in einen Unterboden des Wagenkastens integriert. Der Wagenkasten kann also einen durchgehenden Führungskanal enthalten, in dem die zentrale Stange und die Gelenkarme in Vertikalrichtung und in Querrichtung geführt sind.
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In einer Ausführungsform umfasst der Wagenkasten ein Mitnahmeelement, das eine formschlüssige Verbindung zwischen der Verbindungseinrichtung und dem Wagenkastengehäuse bildet. Das Mitnahmeelement kann als eine formschlüssige Verbindung zur Übertragung von Zugkräften zwischen Teilen der Kuppelstange und zur Anbindung an das Wagenkastengehäuse vorgesehen sein. Das Mitnahmeelement kann als rotationssymmetrische Hülse ausgebildet sein, die vorzugsweise in Vertikalrichtung (senkrecht zur Lastrichtung) verläuft. Das Mitnahmeelement kann einen zylindrischen Bolzen umfassen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst mindestens eine Verbindung zwischen einem der Gelenkarme und der zentralen Stange ein Innengelenk und/oder ein elastisches Element. Das oder die Innengelenke können damit eine gewisse Flexibilität der Verbindungseinrichtung (z. B. bei einer Kurvenfahrt) zulassen. Die Verbindung erlaubt mit einem elastischen Element eine reversible Energieaufnahme in Längsrichtung. Eine oder beide Verbindungen können mehrere elastische Elemente umfassen. Das oder die elastischen Elemente können Federplatten und/oder Federringe sein, die vorzugsweise in Längsrichtung gestapelt angeordnet sind.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Wagenkasten mindestens eine mit dem Wagenkastengehäuse verbundene Abstützungsanordnung, die die Verbindungsanordnung in Vertikalrichtung und in Querrichtung abstützt. Vorzugsweise ist je eine Abstützungsanordnung unter jedem der Gelenkarme angeordnet. Zur Abstützung der Verbindungsanordnung kann die Abstützungsanordnung Gleitstücke umfassen. Damit wird eine reibungsverschleißarme Feder-Bewegung der (elastischen) Innengelenke ermöglicht. Es können auch pro Gelenkarm zwei oder mehr Abstützungsanordnungen vorgesehen sein, z. B. pro Gelenkarm jeweils eine oberhalb und eine unterhalb des Gelenkarms. Die Abstützungsanordnung(en) ist/sind vorzugsweise im Führungskanal angeordnet.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Abstützungsanordnung Gleitstücke mit einem keilförmigen Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung. Je ein Paar von Gleitstücken kann in Querrichtung unter oder über der Verbindungsanordnung angeordnet sein und keilförmig zulaufen. Damit wird die Verbindungseinrichtung bzw. werden die Gelenkarme spielfrei zentriert.
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Es ist bevorzugt, wenn der Wagenkasten fahrwerklos ist. Mit dem erfindungsgemäßen Wagenkasten ist es deutlich unkomplizierter und wirtschaftlicher, kurze und damit insgesamt leichtere Wagenkästen herzustellen. Der Wagenkasten kann also als Übergangsmodul ohne eigenes Fahrwerk zwischen zwei Trägerwagen ausgeführt sein. Die Außengelenke zur Verbindung mit den Trägerwagen können zur Aufnahme von Vertikal- und Querkräften ausgebildet sein.
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In einer Ausführungsform enthält das Wagenkastengehäuse auch funktionale Elemente, die nicht der mechanischen Verbindung mit angrenzenden Wagenkästen dienen. Der Wagenkasten ist in diesem Fall also beispielsweise ein Passagierwagon oder ein Güterwagon, vorzugsweise ohne Fahrwerk.
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In einer weiteren Ausführungsform enthält das Wagenkastengehäuse mindestens eines der folgenden funktionalen Elemente:
- - seitliche Außentüren,
- - Sitzplätze,
- - Toiletten,
- - technische Ausrüstungen zur Energieumwandlung oder Informationsverarbeitung. Der Wagenkasten kann also wie ein Passagierwagon oder ein Güterwagon ausgestattet sein, wobei er vorzugsweise fahrwerklos ist und eine geringere Länge als die angrenzenden, tragenden Wagenkästen aufweist.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird weiterhin durch eine Wagenanordnung für ein Schienenfahrzeug gelöst, umfassend einen Wagenkasten nach einer der vorstehenden Ausführungsformen sowie einen mit einer Vorderseite der Verbindungseinrichtung verbundenen ersten Trägerwagen und einen mit einer Hinterseite der Verbindungseinrichtung verbundenen zweiten Trägerwagen.
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Es ist bevorzugt, wenn der erste Trägerwagen und der zweite Trägerwagen jeweils ein Fahrwerk umfassen, wobei der Wagenkasten fahrwerklos ist. Erfindungsgemäße Wagenkästen können somit auch durch die angrenzenden Wagen (Trägerwagen) getragen werden, wodurch die Gesamtkosten des Schienenfahrzeugs weiter sinken.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
- 1 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Wagenanordnung in Längsrichtung mit einem erfindungsgemäßen Wagenkasten,
- 2 einen Abschnitt einer erfindungsgemäßen Verbindungseinrichtung, und
- 3 eine Schnittansicht eines Abschnitts einer erfindungsgemäßen Wagenanordnung.
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In 1 ist eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Wagenanordnung in Längsrichtung dargestellt, umfassend einen erfindungsgemäßen Wagenkasten 1 sowie einen ersten Trägerwagen 2 und einen zweiten Trägerwagen 3. Der Wagenkasten 1 ist in dieser Ausführungsform fahrwerklos, es ist aber auch möglich, dass der Wagenkasten 1 ein eigenes Fahrwerk umfasst.
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Der Wagenkasten 1 umfasst ein Wagenkastengehäuse 4 und eine Verbindungseinrichtung 5. Die Verbindungseinrichtung 5 ist im Wagenkastengehäuse 4 in Längsrichtung angeordnet und dazu eingerichtet, den Wagenkasten 1 mit zwei angrenzenden Wagenkästen (erster Trägerwagen 2 und zweiter Trägerwagen 3) zu verbinden.
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Die Verbindungseinrichtung 5 (siehe 1 bis 3) umfasst eine Kuppelstange. Die Kuppelstange umfasst eine zentrale Stange 6 und einen ersten Gelenkarm 7, der über eine erste Verbindung 8 mit der zentralen Stange 6 verbunden ist. Der erste Gelenkarm 7 weist ein an einem der zentralen Stange 6 abgewandten Ende ein erstes Außengelenk 9 zur Verbindung mit einem angrenzenden Wagenkasten (des zweiten Trägerwagens 3) auf.
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Die Verbindungseinrichtung 5 umfasst außerdem einen zweiten Gelenkarm 10, der über eine zweite Verbindung 11 mit der zentralen Stange 6 verbunden ist. Der zweite Gelenkarm 10 weist an einem der zentralen Stange 6 abgewandten Ende ein zweites Außengelenk 12 zur Verbindung mit einem angrenzenden Wagenkasten (des ersten Trägerwagens 2) auf.
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Die Verbindungseinrichtung 5 stellt also im Gegensatz zum Stand der Technik eine durchgehende Verbindung mit den angrenzenden Wagenkästen der Trägerwagen 2, 3 bereit, die das Wagenkastengehäuse 4 entlastet. Die im Stand der Technik verbreiteten Flanschverbindungen können entfallen. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei Wagenkästen aus Aluminium, in denen diese Flansche nur aufwändig zu realisieren sind. Die Verbindungseinrichtung 5 kann hingegen im Wesentlichen aus Stahl hergestellt sein, der sich auch für die mit relativ kompakten Abmessungen zu realisierende zentrale Stange 6 mit Ihren Verbindungen zu den Gelenkarmen gut eignet.
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Die Trägerwagen 2, 3 weisen hier beispielsweise die im Stand der Technik bekannten Flanschverbindungen 13, 14 zur Verbindung mit je einem der Außengelenke 12, 9 auf.
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Die Erfindung erlaubt die sehr einfache und damit leichte und kostengünstige Fertigung kurzer Wagenkästen 1. Damit werden vielgliedrige Bauweisen von Wagenanordnungen in Schienenfahrzeugen im Vergleich wirtschaftlicher.
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Das Wagenkastengehäuse 4 umfasst einen Führungskanal 15 in Längsrichtung, in der die Verbindungseinrichtung 5 in Vertikalrichtung und in Querrichtung geführt ist. Der Führungskanal 15 ist in einen Unterboden des Wagenkastens 4 integriert. Der Wagenkasten 4 enthält also einen in Längsrichtung durchgehenden Führungskanal 15, in dem die zentrale Stange 6 und die Gelenkarme 7, 10 in Vertikalrichtung und in Querrichtung geführt sind.
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Der Wagenkasten 1 umfasst ein Mitnahmeelement 16, das eine formschlüssige Verbindung zwischen der Verbindungseinrichtung 5 und dem Wagenkastengehäuse 4 bildet. Das Mitnahmeelement 16 kann als eine formschlüssige Verbindung zur Übertragung von Zugkräften zwischen Teilen der Kuppelstange und zur Anbindung an das Wagenkastengehäuse 4 vorgesehen sein. Das Mitnahmeelement 16 kann als rotationssymmetrische Hülse ausgebildet sein, die vorzugsweise in Vertikalrichtung (senkrecht zur Lastrichtung) verläuft. Das Mitnahmeelement 16 kann einen zylindrischen Bolzen umfassen.
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Die Verbindungen 8, 11 zwischen den Gelenkarmen 7, 10 und der zentralen Stange 6 umfassen jeweils ein Innengelenk.
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Die Verbindungen 8, 11 umfassen zwischen den Gelenkarmen 7, 10 und der zentralen Stange 6 mindestens ein elastisches Element (hier jeweils drei). Damit erlaubt die Verbindung eine reversible Energieaufnahme in Längsrichtung, z. B. bei einer normalen Abbremsung des Schienenfahrzeugs. Die elastischen Elemente sind hier Federringe, die in Längsrichtung gestapelt angeordnet sind. Es sind aber auch andere elastische Elemente vorstellbar.
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Der Wagenkasten 1 umfasst je Gelenkarm 7, 10 zwei mit dem Wagenkastengehäuse 4 verbundene Abstützungsanordnungen 17, 18 die die Verbindungsanordnung in Vertikalrichtung und in Querrichtung abstützen (siehe insbesondere 2 und 3). Jeweils eine Abstützungsanordnung 17 ist in Vertikalrichtung unter jedem der Gelenkarme 7, 10 angeordnet. Jeweils eine Abstützungsanordnung 18 ist in Vertikalrichtung über jedem der Gelenkarme 7, 10 angeordnet. Zur Abstützung der Verbindungsanordnung umfasst die Abstützungsanordnung Gleitstücke 19. Damit wird eine reibungsverschleißarme Feder-Bewegung der (elastischen) Innengelenke ermöglicht. Es können auch pro Gelenkarm 7, 10 mehr als zwei Abstützungsanordnungen 17, 18 oder nur eine Abstützungsanordnung 17, 18 vorgesehen sein. Die Abstützungsanordnungen 17, 18 sind im Führungskanal 15 angeordnet.
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Die Gleitstücke 19 weisen einen keilförmigen Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung (wie in 1 dargestellt von links nach rechts) auf. Je ein Paar von Gleitstücken 19 kann in Querrichtung unter oder über der Verbindungsanordnung 5 angeordnet sein und keilförmig zulaufen. Damit wird die Verbindungseinrichtung 5 bzw. werden die Gelenkarme 7, 10 spielfrei zentriert.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wagenkasten
- 2
- erster Trägerwagen
- 3
- zweiter Trägerwagen
- 4
- Wagenkastengehäuse
- 5
- Verbindungseinrichtung
- 6
- zentrale Stange
- 7
- erster Gelenkarm
- 8
- erste Verbindung
- 9
- erstes Außengelenk
- 10
- zweiter Gelenkarm
- 11
- zweite Verbindung
- 12
- zweites Außengelenk
- 13
- Flanschverbindung
- 14
- Flanschverbindung
- 15
- Führungskanal
- 16
- Mitnahmeelement
- 17
- Abstützungsanordnung
- 18
- Abstützungsanordnung
- 19
- Gleitstück
