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Die Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug für eine Einschienenbahn, wobei die Einschienenbahn einen Fahrwegbalken mit einer Oberseite aufweist, von der ein Führungssteg mit zwei einander abgewandten Führungsaußenseiten orthogonal aufragt und auf der sich beidseitig des Führungsstegs jeweils eine Lauffläche für Tragräder des Schienenfahrzeugs befindet.
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Einschienenbahnen (auch Monorail genannt) gehören zur Gattung geführter Verkehrsmittel und werden als Transportmittel vornehmlich für den Passagierbetrieb mitunter auch für den Frachtverkehr eingesetzt. Einschienenbahnsysteme weisen einen vergleichsweise schmalen Fahrweg auf, auf dem sich einerseits Tragräder eines Einschienenfahrzeugs abstützen (Vertikalbelastung) und an dem andererseits Führungsräder anliegen.
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Einschienenbahnen benötigen eine Sicherung gegen ein Umkippen. Diese Sicherung wird typischerweise von den seitlichen Führungsrollen übernommen, die hierfür mitunter in doppelter Anordnung übereinander sowie in zweireihiger Bauweise ausgeführt sind. Durch die Krafteinleitung in Querrichtung über diese Führungsräder ergibt sich eine komplexe und massive Bauart der Drehgestelle bzw. der Anlenkungssysteme, die große Querkräfte aufnehmen müssen. Durch dieses Prinzip sind dem minimal möglichen Kurvenradius Grenzen gesetzt, so dass sich nur relativ große Kurvenradien verwirklichen lassen, die typischerweise größer als 45 m sind.
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Außerdem ragen bei Einschienenbahnen der zuvor genannten Art die Fahrwerkskomponenten oftmals in den Fahrgastraum der Einschienenbahnfahrzeuge hinein und nehmen somit einen Teil dieses Raumes ein, so dass Einschränkungen hinsichtlich der Beförderungskapazität bestehen. Einschienenfahrzeuge, die kein Eindringen des Fahrwerks in den Fahrgastraum aufweisen, haben entsprechend eine unvorteilhaft große Höhe und einen hohen Schwerpunkt. Die Oberfläche und Bautoleranz der Einschienenbahnen beeinflussen sehr stark den Fahrkomfort und müssen entsprechend genau gefertigt sein, was wiederum hohe Gestehungskosten verursacht.
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Aus
WO 98/ 15 444 A1 ist ein Einschienen-Fahrzeug mit einem Fahrwerk gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 gezeigt. Ein weiteres Fahrwerk eines Einschienen-Fahrzeugs ist in
US 6 129 028 A beschrieben.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein hinsichtlich der oben genannten Nachteile des Standes der Technik verbessertes Schienenfahrzeug für eine Einschienenbahn zu schaffen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung ein Schienenfahrzeug für eine Einschienenbahn vorgeschlagen, die einen Fahrwegbalken mit einer Oberseite aufweist, von der ein Führungssteg mit zwei einander abgewandten Führungsaußenseiten orthogonal aufragt und auf der sich beidseitig des Führungsstegs jeweils eine Lauffläche für Tragräder des Schienenfahrzeugs befindet, das aufweist
- - einen Wagenkasten mit einem Fahrwerk, das versehen ist mit
- - mindestens zwei Paaren von Drehachsen aufweisenden Tragrädern, wobei die beiden Tragräder jedes Paares unterschiedlichen Laufflächen des Fahrwegbalkens zugeordnet sind und jeweils eine dem Führungssteg zugewandte Innenseite und eine dem Führungssteg abgewandte Außenseite aufweisen,
- - einer zwischen den beiden Tragrädern jedes Paares angeordneten, an dem Wagenkasten beweglich gelagerten Führungseinheit mit zwei Paaren von Führungsrollen zur Anlage an den jeweiligen Führungsaußenseiten des Führungsstegs und mit einem Halterahmen, an dem die Führungsrollen um jeweils eine orthogonal zu den Drehachsen der Tragräder verlaufende Drehachse drehbar gelagert sind,
- - einer für jedes Tragrad vorhandenen Tragrad-Lageranordnung, die an dem Wagenkasten angeordnet ist und an der das betreffende Tragrad um eine zur Drehachse des Tragrades orthogonal verlaufende Lenkachse lenkbar gelagert ist, und
- - einem für jedes Paar von Tragrädern vorhandenen Lenkgestänge, durch das die Tragräder zur Nachführung ihrer Ausrichtung entsprechend der von der Führungseinheit während der Fahrt eingenommenen aktuellen Ausrichtung mit der Führungseinheit gekoppelt sind,
- - wobei das Lenkgestänge eines Paares von Tragrädern pro Tragrad eine Lenkstange aufweist,
- - wobei die Lenkstange für das eine Tragrad zwischen diesem und dem in Längserstreckung des Halterahmens liegenden einen Ende des Halterahmens und die Lenkstange für das andere Tragrad zwischen diesem und dem in Längserstreckung des Halterahmens liegenden anderen Ende des Halterahmens angeordnet ist und
- - wobei beide Lenkstangen mit den Tragrädern zum Lenken derselben deren Drehachsen durch Einwirken an den Außenseiten der Tragräder verschwenken.
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Vorzugsweise handelt es sich bei den Paaren von Drehachsen des Fahrwerks um Paare von Antriebsachsen des Fahrwerks.
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Mit der Erfindung wird sinngemäß der Gedanke verfolgt, die Führungs- und Antriebs- sowie Tragkräfte, die sowohl auf das Schienenfahrzeug als auch auf die Einschienenbahn wirken, zu entkoppeln. Hierbei werden dann erfindungsgemäß gleichzeitig Vertikal- und Querkräfte der Antriebs-/Tragräder aufgenommen, und zwar von dem Fahrwegbalken, ohne dass der Führungssteg diesen Kräften ausgesetzt ist. Hierdurch kann der Führungssteg konstruktiv vergleichsweise einfach ausgeführt sein.
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Der Führungssteg ragt im Wesentlichen orthogonal von einem Fahrwegbalken auf, der auf Stützen sozusagen als Hochbahn oder aber auch auf dem Erdboden liegend oder in Tunnelbauweise oder als Strecken durch Gebäude ausgeführt sein kann. Beidseitig des Führungsstegs weist die Oberseite des Fahrwegbalkens jeweils eine Lauffläche für die Tragräder des Schienenfahrzeugs auf.
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Das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug weist einen Wagenkasten mit einem Fahrwerk auf. Das Fahrwerk wiederum weist mindestens ein Paar von Tragrädern auf, die jeweils ihre eigene Achsenanordnung am Wagenkasten und am Fahrwerk aufweisen. Das Fahrwerk des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs kann mit Einzelradaufhängungen für die Tragräder versehen sein. Die Tragräder liegen auf den Laufflächen des Fahrwegbalkens auf und übertragen auf sie wirkende Quer-, Vertikal- und Längskräfte auf den Fahrwegbalken, ohne diesbezüglich den Führungssteg zu belasten.
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Zur Lenkung der Tragräder jedes Paares dient ein Lenkgestänge, das die Tragräder paarweise mit einer Führungseinheit koppelt, die ihrerseits längs des Führungsstegs geführt ist. Hierzu weist die Führungseinheit einen Halterahmen für zwei Paare von drehbar gelagerten Führungsrollen auf, so dass beidseitig des Führungsstegs an dessen Führungsaußenseiten jeweils mindestens zwei Führungsrollen anliegen und auf den Führungsaußenseiten abrollen. Bei einer Geradeausfahrt sind die Tragräder durch das Lenkgestänge im Geradeauslauf gehalten. Sobald eine Kurvenfahrt beginnt, wird die Führungseinheit verschwenkt, um dabei über das Lenkgestänge die Tragräder entsprechend der Kurvenfahrt und dem Radius der Kurve zu lenken. Die Führungseinheit bzw. der Halterahmen der Führungseinheit sind am Wagenkasten gehalten, und zwar vorzugsweise dergestalt, dass auf die Tragräder wirkende Querkräfte kompensiert sind bzw. die Lagerung gegenüber derartigen Querkräften nachgiebig ausgeführt ist.
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Erfindungsgemäß weist das Lenkgestänge für ein Paar von Tragrädern eine Lenkstange pro Tragrad auf, wobei die Lenkstange für das eine Tragrad zwischen diesem und dem in Längserstreckung des Halterahmens liegenden einen Ende des Halterahmens und die Lenkstange für das andere Tragrad zwischen diesem und dem in Längserstreckung des Halterahmens liegenden anderen Ende des Halterahmens angeordnet ist und wobei beide Lenkstangen mit den Tragrädern zum Lenken derselben deren Antriebsachsen durch Einwirken an den Außenseiten der Tragräder verschwenken.
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Vorteilhafterweise erfolgt der Antrieb der Tragräder mindestens eines Paares des Fahrwerks, sofern die Tragräder mit einem Antrieb zu versehen sind, vorzugsweise mittels eines elektrischen Radnabenmotors pro Tragrad, der vorzugsweise an der Außenseite des betreffenden Tragrades angeordnet ist. Hierdurch kann der Fahrweg möglichst schmal ausgeführt werden, da die Innenseiten der Tragräder vergleichsweise nahe am Führungssteg positioniert sein können. Die gesamte Einzelradaufhängung der Tragräder befindet sich mitsamt den Motoren an der Außenseite der Tragräder. Oberhalb der Tragräder und des Führungsstegs kann dann der durchgehend ebene Boden des Wagenkastens verlaufen, in den keinerlei Antriebs- oder Fahrwerkskomponenten hineinragen, was der Größe der Beförderungskapazität förderlich ist.
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Damit eine vergleichsweise schmale Bauform des Fahrwerks trotz zwischen den Tragrädern jedes Paares angeordneter Führungseinheit möglich ist, sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass der Halterahmen der Führungseinheit in Fahrtrichtung betrachtet ein vorderes Ende mit zwei Führungsrollen und ein hinteres Ende mit zwei Führungsrollen aufweist und dass sich die Tragräder zwischen diesen beiden Enden befinden. Der Halterahmen muss dem Führungssteg mit seinen Führungsrollen von außen umgreifen. Diesbezüglich ist es zweckmäßig, wenn diese Führungsrollen in Fahrtrichtung betrachtet vor bzw. hinter den Tragrädern angeordnet sind, so dass der Halterahmen zwischen den Tragrädern vergleichsweise schmal ausgeführt sein kann, um sich zu seinen Enden hin zu verbreitern und beidseitig des Führungsstegs überzustehen, was den Bauraum für die Führungsrollen außerhalb der Tragräder bereitstellt. Führungsrollen können auch in kleinerer Form ausgeführt und entsprechend zwischen den Tragrädern angeordnet sein.
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Insoweit von Vorteil ist es, wenn der Halterahmen der Führungseinheit einen im Wesentlichen rechteckigen Rahmen mit vier Eckbereichen aufweist, an denen die Führungsrollen angeordnet sind, wobei zwei Eckbereiche ein in Fahrtrichtung betrachtet vorderes Ende und die anderen zwei Eckbereiche ein in Fahrtrichtung betrachtet hinteres Ende des Halterahmens der Führungseinheit bilden. Hierbei kann ferner mit Vorteil vorgesehen sein, dass die Eckbereiche des Halterahmens nach außen abstehende Vorsprünge aufweisen, an denen die Führungsrollen gelagert sind.
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Die Vorteile der Erfindung sind in einer Vereinfachung der Bauart des Fahrwerks als drehgestellloses System für Einschienenbahnen mit Einzelradaufhängung zu sehen. Dies ermöglicht geringstmöglichen Bauraum mit einer niedrigstmöglichen Einstiegshöhe, ohne im Fahrgastraum Platz für Fahrwerkskomponenten bereitstellen zu müssen.
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Bauteiltoleranzen des Fahrwerks können durch die einfachere Gestaltung des Führungssteges wesentlich einfacher und damit kostengünstiger eingehalten werden, da nur ein schmaler Führungssteg auf dem Fahrwegbalken angeordnet werden muss. Von der Führungsschiene werden keinerlei vom Fahrzeug einwirkende Querkräfte aufgenommen, so dass diese nicht sehr massiv und mit einfachen Toleranzen ausgeführt sein kann. Es werden nur Lenkkräfte als Querkräfte aufgenommen. Ein Abfedern der Führungsrollen kann sehr weich und einfach gestaltet werden.
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Des Weiteren sind wesentlich größere Lenkwinkel als bei Schienenfahrzeugen nach dem Stand der Technik und damit kleinere zu befahrende Kurvenradien möglich. Dies hat den Vorteil des geringeren Platzbedarfs des Fahrweges und der Optimierung der Streckenführung, was neue oder erweiterte Anwendungsfälle ermöglicht (z.B. städteplanerische Gebäude und Gelände Modellierung, in Bahnhöfen, bei Brückenüberführungen, bei Gebäudedurchfahrten oder Gebäudeumfahrten insbesondere bei vorhandener dichter Bebauung).
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im Einzelnen zeigen dabei:
- 1 eine Draufsicht auf ein Fahrwerk gemäß einem nicht erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel,
- 2 eine Seitenansicht in Richtung des Pfeils II der 1 mit über dem, Fahrwerk angedeutetem Wagenkasten und
- 3 ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Fahrwerks.
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In den 1 und 2 ist ein Beispiel für ein Fahrwerk eines Schienenfahrzeugs 10 für eine Einschienenbahn gezeigt. Gemäß 2 weist die Einschienenbahn einen Fahrweg 12 auf, der mittels eines Fahrwegbalkens 14 realisiert ist, welcher eine Oberseite 16 mit von dieser mittig aufragendem Führungssteg 18 aufweist. Die beiden Außenseiten des Führungsstegs 18 bilden Führungsaußenseiten 20 für eine Führungseinheit 22 des Fahrwerks 24, auf die später noch eingegangen werden wird. Beidseitig des Führungsstegs 18 befinden sich auf der Oberseite 16 des Fahrwegbalkens 14 die Laufflächen 26 der Tragräder 28.
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Die Führungseinheit 22 weist einen im Wesentlichen rechteckigen Halterahmen 30 als Halteelement 32 für insgesamt vier Führungsrollen 34 auf, die den Führungssteg 18 des Fahrwegbalken 14 von außen umgreifen und auf den Führungsaußenseiten 20 abrollen. Die Führungseinheit 22 ist um die Schwenkachse 36 an der Unterseite des Wagenkastens 38 drehbar gelagert. Die Tragräder 28 werden durch Radnabenmotoren 40 angetrieben, die an Einzelrad-Lageranordnungen 42 angeordnet sind und die Tragräder 28, die um Achsen 43 lenkbar sind, um Antriebsachsen 44 antreiben. Stoßdämpfer sowie die eigentliche Radaufhängung mit der Möglichkeit der Federung sind ebenfalls in 2 angedeutet.
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In 1 ist die Führungseinheit 22 und das Halteelement 32 in Draufsicht gezeigt. Das Halteelement 32 weist den im Wesentlichen rechteckigen Halterahmen 30 auf, in dessen vier Eckenbereichen die Führungsrollen 34 jeweils um Drehachsen 46 drehbar gelagert sind. Eine Lenkstange 48 bildet das Lenkgestänge 49 zwischen den beiden Tragrädern 28 und wirkt auf die Achsschenkel 50 der Tragräder 28 ein. Etwa in der Mitte der Lenkstange 48 ist ein Winkelhebel 52 angelenkt. Dieser Winkelhebel 52 ist in seinem Eckenbereich um die Schwenkachse 36 schwenkbar am Wagenkasten 38 gelagert. Sein erster Arm 54 erstreckt sich von der Schwenkachse 36 bis zur Lenkstange 48, während sein zweiter Arm 56 an seinem Ende mit einem weiteren Hebel 58 verbunden ist, der sich in Fahrtrichtung bzw. in Längserstreckung des Halteelements 32 erstreckt und an dem Halteelement 32 über ein Gelenk 60 drehbar gelagert ist.
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Anhand der Doppelpfeile ist in 1 angedeutet, wie sich Querkräfte, die über den Wagenkasten auf die Tragräder 28 wirken, durch die Führungseinheit 22 kompensieren, ohne den Führungssteg 18 diesen Querkräften auszusetzen.
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In 3 ist in Draufsicht ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Fahrwerks 24' gezeigt. Soweit die Komponenten des Fahrwerks 24' gemäß 3 denjenigen des Fahrwerks nach den 1 und 2 entsprechen (funktional oder konstruktiv) sind sie in 3 mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in den 1 und 2.
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Der Unterschied der beiden Fahrwerke 24, 24' betrifft das Lenkgestänge 49', das sich im erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel von der Führungseinheit 22 an den vorderen und hinteren Enden 62, 64 des Halterahmens 30 ausgehend jeweils zu den Außenseiten der Tragräder 28 erstreckt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Schienenfahrzeug
- 12
- Fahrweg
- 14
- Fahrwegbalken
- 16
- Oberseite des Fahrwegbalkens
- 18
- Führungssteg
- 20
- Führungsaußenseiten
- 22
- Führungseinheit
- 24
- Fahrwerk
- 24'
- Fahrwerk
- 26
- Lauffläche
- 28
- Tragräder
- 30
- Halterahmen
- 32
- Halteelement
- 34
- Führungsrolle
- 36
- Schwenkachse
- 38
- Wagenkasten
- 40
- Radnabenmotor
- 42
- Einzelrad-Lageranordnung
- 43
- Lenkachse eines Tragrades
- 44
- Antriebsachse
- 46
- Drehachse
- 48
- Lenkstange
- 49
- Lenkgestänge
- 49'
- Lenkgestänge
- 50
- Achsschenkel
- 52
- Winkelhebel
- 54
- erster Arm des Winkelhebels
- 56
- zweiter Arm des Winkelhebels
- 58
- Hebel
- 60
- Gelenk
- 62
- vorderes Ende des Halterahmens der Führungseinheit
- 64
- hinteres Ende des Halterahmens der Führungseinheit
