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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Übertragung von Längskräften von einem Drehgestell an eine Tragstruktur eines Schienenfahrzeugs.
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Bei Schienenfahrzeugen muss der Übertragung von Längskräften, beispielsweise von Zug- und Bremskräften, von einem Drehgestell zu einer Tragstruktur eine hohe Bedeutung zugemessen werden. Als Tragstruktur kann beispielswiese ein Lokkasten oder Wagenkasten verwendet werden.
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Zur genannten Übertragung von Längskräften existieren mehrere Konzepte, von denen stellvertretend einige genannt und beschrieben werden:
- Längskraftübertragung mittels Drehzapfen: Ein Drehzapfen verbindet das Drehgestell mit dem Wagenkasten. Im Bezug zum Wagenkasten bewegt sich das Drehgestell um eine vom Drehzapfen gebildete vertikale Achse. Durch den Drehzapfen erfolgt eine Übertragung der Längskräfte zwischen Wagenkasten und Drehgestell.
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Längskraftübertragung mittels Zug-/Druckstange: Bei dieser Ausgestaltung erfolgt eine Übertragung von Längskräften vom Drehgestell zum Fahrzeugkasten über eine Zug-/Druckstange, die verschleißfrei gelagert an einem Kopfträger des Drehgestell-Rahmens angreift. Die Zug-/Druckstange besteht aus zwei Lagern, die mit einem Rohr verbunden sind. Die Zug-/Druckstange ist aufgrund der geforderten Kraftübertragung sehr massiv ausgeführt und weist eine große Masse auf.
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Dadurch wird im Bereich des Drehgestells ein großes Einbauvolumen beansprucht.
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Längskraftübertragung mittels zweier Zugstangen: Bei dieser Ausgestaltung erfolgt eine Übertragung von Längskräften vom Drehgestell zum Fahrzeugkasten über zwei Zugstangen. Diese sind im Bereich von einander gegenüberliegenden Enden des Drehgestells befestigt. Durch die Verwendung zweier Zugstangen wird eine Aufteilung der Längskräfte realisiert, so dass diese im Vergleich zu einer Zug-/Druckstange weniger massiv ausgeführt werden müssen. Aufgrund der Verwendung zweier Zugstangen wird im Vergleich zu einer Zug-/Druckstange jedoch ein entsprechend größeres Einbauvolumen benötigt.
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Die Wahl des Konzepts der Längskraftübertragung wird von konstruktiven Randbedingungen und Zwängen bestimmt. Dies gilt insbesondere bei einer Längskraftübertragung bei angetrieben Drehgestellen, bei denen aufgrund des Antriebs hohe Längskräfte (Antriebskräfte bzw. Bremskräfte) zur übertragen sind.
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Bei angetriebenen Drehgestellen werden die Achsen der Laufräder beispielswiese durch elektrische Fahrmotoren angetrieben, die im Drehgestell untergebracht sind.
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3 zeigt ein derartiges Drehgestell DG mit zwei Zugstangen ZST1, ZST2 gemäß dem Stand der Technik.
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Die beiden Zugstangen ZST1, ZST2 sind über Verbindungspunkte am Drehgestell bzw. am Lok-/Wagenkasten mit Elastomere-Lagern ELL versehen, die eine Relativbewegung verbundener Teile zueinander ermöglichen.
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Die genannten Elastomere-Lager ELL beanspruchen an den Verbindungspunkten zusätzlich ein relativ großes Einbauvolumen, so dass deren Integration nicht ohne weiteres möglich ist.
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Das beschriebene Konstruktionsprinzip mit zwei Zugstangen bedingt, dass am Lok-/Wagenkasten entsprechende Anschlusskonsolen vorgesehen sind. Die Anschlusskonsolen sind bevorzugt in Querrichtung zum Lok-/Wagenkastens gesehen im mittleren Bereich eines Querträgers des Lok-/Wagenkastens angeordnet.
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Eine gebräuchliche Konstruktion des Lok-/Wagenkastens weist zwei außermittig laufende Längsträger auf, welche über den Querträger die Längskraft aufnehmen bzw. im Lok-/Wagenkasten übertragen (hier nicht gezeigt).
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Der Querträger wird durch die eingeleitete Längskraft auf Biegung belastet und muss entsprechend massiv ausgeführt sein.
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Sowohl Einbauvolumen als auch Gewicht müssen im Design und in der Dimensionierung des Schienenfahrzeugs berücksichtigt werden.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung zur Übertragung von Längskräften von einem Drehgestell an eine Tragstruktur eines Schienenfahrzeugs anzugeben, die mit Blick auf Gewicht und Bauraum optimiert ist.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Übertragung von Längskräften von einem Drehgestell an eine Tragstruktur eines Schienenfahrzeugs.
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Das Drehgestell ist mit der Tragstruktur über zwei Zugelemente verbunden, die Längskräfte, die durch zwei Bewegungsrichtungen des Schienenfahrzeugs gebildet werden, als Zugkräfte vom Drehgestell an die Tragstruktur übertragen. In Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs gesehen sind die beiden Zugelemente einander gegenüberliegend angeordnet.
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Erfindungsgemäß sind die Zugelemente als Faserelemente ausgebildet. Dabei sind die Faserelemente aus hochbelastbaren Fasern gefertigt und zur ausschließlichen Übertragung von Zugkräften ausgebildet.
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Erfindungsgemäß werden also die beiden in 3 beschriebenen und aus Metall gefertigten Zugstangen durch Faserelemente bzw. Seile ersetzt.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung weist das Drehgestell zwei sich gegenüberliegende Enden auf, wobei jedes Ende über ein Zugelement mit der Tragstruktur verbunden ist.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Tragstruktur zwei parallel verlaufende Längsträger auf, die mit Hilfe von Querträgern in Abständen miteinander verbunden sind.
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In einer alternativen Weiterbildung weist die Tragstruktur lediglich einen Längsträger auf.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Drehgestell (DG) als angetriebenes Drehgestell (DG) ausgebildet. Das Faserelement ist derart ausgebildet, dass Brems- bzw. Zugkräfte, die vom Antrieb des Drehgestells generiert werden, als Längskräfte vom Drehgestell über das Faserelement zur Tragstruktur übertragen werden.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist ein erstes Ende des Faserelements über einen Anschlusspunkt mit dem Drehgestell bzw. mit dem Ende des Drehgestells verbunden. Ein zweites Ende des Faserelements ist über einen Anschlusspunkt mit der Mitte eines Querträgers der Tragstruktur oder mit der Tragstruktur verbunden.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist ein erstes Ende des Faserelements über einen Anschlusspunkt mit dem Ende des Drehgestells verbunden. Das Faserelement beinhaltet weitere Faserelemente und weist zusätzlich ein Verteilelement auf, das beispielsweise als Ring realisiert ist. Beginnend am Verteilelement bzw. Ring ist eine Aufteilung des Faserelements in weitere Faserelemente realisiert.
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Als weiteres Faserelement ist ein erstes Faserelement sowohl mit einem ersten Längsträger als auch mit dem Querträger der Tragstruktur verbunden, während als weiteres Faserelement ein zweites Faserelement sowohl mit einem zweiten Längsträger als auch mit dem Querträger der Tragstruktur verbunden ist. Dabei ist bevorzugt der erste Längsträger parallel zum zweiten Längsträger angeordnet und die beiden Längsträger sind über den Querträger miteinander verbunden.
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In einer bevorzugten Weiterbildung ist das erste Faserelement an einem ersten Punkt mit der Tragstruktur verbunden, an dem der Querträger mit dem ersten Längsträger verbunden ist, bzw. ist das erste Faserelement in der Nähe des ersten Punktes angeschlossen. Damit wird eine unmittelbare Einleitung der Längskräfte in die Tragstruktur bzw. in deren ersten Längsträger realisiert.
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In einer bevorzugten Weiterbildung ist das zweite Faserelement an einem zweiten Punkt mit der Tragstruktur verbunden, an dem der Querträger mit dem zweiten Längsträger verbunden ist, bzw. ist das zweite Faserelement in der Nähe des zweiten Punktes angeschlossen. Damit wird eine unmittelbare Einleitung der Längskräfte in die Tragstruktur bzw. in deren zweiten Längsträger realisiert.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist ein zweites Ende des Faserelements mittig mit dem Querträger verbunden.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Faserelement bzw. sind die weiteren Faserelemente aus hochbelastbaren Fasern gefertigt, bevorzugt aus Kevlar-Fasern und/oder aus Carbon-Fasern.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist eine weitere Aufteilung der weiteren Faserelemente durch zusätzliche Verteilelemente bzw. Ringe durchgeführt, die nach erfolgter weiterer Aufteilung mit der Tragstruktur über verteilte Anschlusspunkte verbunden sind.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Tragestruktur Teil eines Rahmens oder eines Lokkastens oder eines Wagenkastens.
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Durch die vorliegende Erfindung wird Gewicht eingespart. Die Faserelemente übertragen als Zugelemente die jeweiligen Zugkräfte mit einem deutlich geringeren Gewicht im Vergleich zu den massiven Zugstangen des in 3 beschriebenen Stands der Technik.
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Zusätzlich erlauben die Faserelemente eine durch Verteilung optimierte und leicht anpassbare Anschlusssituation an der Tragstruktur.
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Durch die vorliegende Erfindung werden die Elastomere-Lager der Zugstangen eingespart und damit Bauraum gewonnen.
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Die erzielbare beträchtliche Einsparung an Bauraum ist insbesondere bei komprimierten Drehgestell-Lösungen, beispielsweise bei angetriebenen Drehgestellen, vorteilhaft.
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Durch die vorliegende Erfindung werden Wartungs- bzw. Revisionsarbeiten vereinfacht, da die Faserelemente senkrecht zur Faserrichtung elastisch verformbar sind. Damit sind diese leichter entfernbar als die Metall-Zugstangen gemäß dem in 3 beschriebenen Stand der Technik.
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung beispielhaft anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 eine erste Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung,
- 2 eine zweite Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, und
- 3 den in der Einleitung beschriebenen Stand der Technik.
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1 zeigt eine erste Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung an einem angetriebenen Drehgestell DG.
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Das Drehgestell DG weist in Fahrtrichtung gesehen zwei Enden auf, die sich gegenüberliegen.
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An beiden Enden ist, wie nachfolgend beschrieben, eine Verbindung mit einer Tragstruktur TS des Schienenfahrzeugs realisiert.
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Die Tragstruktur TS weist hier beispielhaft zwei parallel verlaufende Längsträger LT1, LT2 auf, die mit Hilfe von Querträgern QUT in Abständen miteinander verbunden sind.
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Im hier dargestellten Drehgestell DG ist dessen rechtes Ende mit Hilfe eines Faserelements FE1 mit der Tragstruktur TS verbunden.
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Ein erstes Ende des Faserelements FE1 ist über einen Anschlusspunkt ASP-DG mit dem Drehgestell DG verbunden. Ein zweites Ende des Faserelements FE1 ist über einen Anschlusspunkt ASP-QUT mit der Mitte des gezeigten Querträgers QUT verbunden.
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In einer bevorzugten Weiterbildung ist das Faserelement FE1 aus mehreren Teil-Fasern bzw. Teil-Faserelementen aufgebaut, so dass das Faserelement FE1 weitere Faserelemente FE11, FE12 beinhaltet und sich das Faserelement FE1 an einem Ring RNG in weitere Faserelemente FE11, FE12 aufteilt.
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Ein erstes Ende eines ersten Faserelements FE11 ist über einen Anschlusspunkt ASP-LT1 sowohl mit einem ersten Längsträger LT1 als auch mit dem Querträger QUT verbunden.
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In einer bevorzugten Weiterbildung (hier nicht im Detail dargestellt) ist das erste Faserelement FE1 in näheren Bereich des gezeigten Anschlusspunkts ASP-LT1 angeschlossen.
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Ein zweites Ende des ersten Teil-Faserelements FE11 ist am Ring RNG mit dem Faserelement FE1 verbunden bzw. beginnt oder entspringt am Ring RNG.
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Ein erstes Ende eines zweiten Faserelements FE12 ist über einen Anschlusspunkt ASP-LT2 sowohl mit einem zweiten Längsträger LT2 als auch mit dem Querträger QUT verbunden.
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In einer bevorzugten Weiterbildung (hier nicht im Detail dargestellt) ist das zweite Faserelement FE2 in näheren Bereich des gezeigten Anschlusspunkts ASP-LT2 angeschlossen.
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Ein zweites Ende des zweiten Faserelements FE12 ist am Ring RNG mit dem Faserelement FE1 verbunden bzw. beginnt oder entspringt am Ring RNG.
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Das Faserelement FE1 bzw. die Faserelemente FE11, FE12 bestehen aus hochbelastbaren Fasern, die bevorzugt Kevlar-Fasern und/oder Carbon-Fasern beinhalten bzw. die vollständig aus Kevlar-Fasern und/oder Carbon-Fasern aufgebaut sind.
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Bevorzugt sind die Fasern bzw. die Faserelemente FE1, FE11, FE12 für einen zusätzlichen Schutz mit einer Matrix ummantelt.
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Das Faserelemente FE1, FE11, FE12 sind zur ausschließlichen Übertragung von Zugkräften ausgebildet.
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Im Vergleich zu der in 3 gezeigten Lösung wird durch die Faserelemente FE11 und FE12 eine vorteilhafte Einleitung der Längskräfte direkt bzw. nahe an den Längsträgern LT1, LT2 realisiert.
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Durch eine Kraftumlenkung durch die Faserelemente FE11 und FE12 muss der Querträger QUT die über diese Faserelemente abgeleitete Längskraft nicht mehr aufnehmen.
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Der Querträger nimmt, bedingt durch die Geometrie der Krafteinleitung dieser Faserelemente, eine resultierende Druckkraft auf. Damit wird eine Biegebelastung des Querträgers QUT reduziert. Trotz der zusätzlichen Druckbelastung kann der Querträger QUT im Vergleich zum Stand der Technik nach 3 weniger massiv dimensioniert werden.
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2 zeigt mit Bezug auf 1 eine zweite Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.
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Hier sind weitere Ringe RNG zu sehen, ab denen das erste Faserelement FE11 und das zweite Faserelement FE12 weiter aufgeteilt werden.
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Entsprechend ist eine Vielzahl an Anschlusspunkten an der Tragstruktur TS vorgesehen.
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Über diese weitere Aufteilung erfolgt eine optimierte Einleitung von Zugkräften in die Tragstruktur TS bzw. in deren Elemente LT1, LT2 und QUT.
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Bei der vorliegenden Erfindung können Element mit definierten Steifigkeiten zur Verbindung der Faserelemente mit der Tragstruktur verwendet werden. Des Weiteren können Elemente mit definierter Steifigkeit zwischen die einzelnen Faserelemente eingefügt werden. Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass an Anschlusspunkten Elastomere-Lager einsetzbar sind, die geringere Abmessungen aufweisen, im Vergleich zum Stand der Technik.
