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Die
Erfindung betrifft ein Fahrwerk mit Eigenantrieb für gleisgebundene
Zweischienenfahrzeuge, welches vier Radeinheiten aufweist, wobei
jeweils zwei der Radeinheiten parallel zur Fahrtrichtung und mit
radialem Abstand hintereinander auf jeder Seite des Fahrwerkes zum
Befahren jeweils einer Schiene vorgesehen sind, und bei welchem
die Radeinheiten zumindest in axialer Richtung relativ zueinander
verstellbar sind.
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Aus
der deutschen Offenlegungsschrift
DE 196 19 439 A1 ist ein gattungsgemäßes Fahrwerk
mit Eigenantrieb bekannt, welches vier Radeinheiten umfasst und
als sogenanntes Drehgestell ausgebildet ist. Bei den bekannten Drehgestellen
sind jeweils zwei Radeinheiten parallel zur Fahrtrichtung und mit radialem
Abstand hintereinander auf jeder Seite des Fahrwerkes zum Befahren
jeweils einer Schiene eines Zweischienengleises angeordnet, und
das gesamte Fahrwerk ist am Fahrzeugbodenrahmen um eine zentrale
senkrechte Achse schwenkbar gelagert. Bei dem aus der
DE 196 19 439 A1 bekannten Fahrwerk
ist jede Radeinheit auf am Fahrwerk befestigten Achsstummeln axial
verschiebbar, wodurch die Spurweite des Fahrwerkes an veränderte Spurweiten der
Gleise angepasst werden kann.
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Diese
bekannte Lösung
hat den Nachteil, dass die axiale Verstellung der Räder in einer
Schiebeführung
erfolgt, was unter der Last des Fahrzeuges große Kräfte erfordert, einem beachtlichen
Verschleiß unterliegt
und damit relativ störanfällig ist. Weiterhin
erfordert die Drehmomentübertragung
vom Antriebsaggregat auf die einzelnen Radeinheiten infolge ihrer
axialen Verschiebbarkeit einen erheblichen getriebetechnischen Aufwand.
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Außerdem ist
es nachteilig, dass eine relative Verstellbarkeit der Radeinheiten
in Bezug zum Wagenkasten lediglich in axialer Richtung und nur zum
Zwecke der Anpassung an veränderte
Spurweiten der Schienen möglich
ist. Im Interesse eines erhöhten
Fahrkomforts sollte bei modernen gleisgebundenen Zweischienenfahrzeugen
durch die Verstellbarkeit der Radeinheiten in Bezug zum Wagenkasten
auch eine relative axiale und möglichst
auch eine relative radiale Verschiebung des Wagenkastens möglich sein,
um dadurch z. B. unterschiedliche Seiten- und Höhenabstände des Wagenkastens zur Umgebung,
z. B. zu einer Bahnsteigkante einstellen zu können.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Fahrwerk mit Eigenantrieb
für gleisgebundene
Zweischienenfahrzeuge zu schaffen, bei welchem sowohl eine axiale
als auch eine radiale Verschiebung der Radeinheiten relativ zueinander und
zum Wagenkasten zwecks Anpassung an veränderliche Spurweiten der Schienen
sowie an unterschiedliche Seiten- und Höhenabstände des Wagenkastens zur Umgebung
mit relativ geringen Kräften, und
mit geringem Verschleiß und
somit bei stabiler Langzeitfunktion des Fahrwerkes durchgeführt werden
kann.
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Die
Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches
1 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
der Erfindung bilden die Unteransprüche 2 bis 6.
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Die
Erfindung soll nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform
in Verbindung mit den 1 bis 5 näher erläutert werden,
wobei:
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die 1A bis 1C ein
erfindungsgemäßes Fahrwerk
in Vorderansicht, Seitenansicht und Draufsicht zeigen;
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sdie 2A bis 2C in
Draufsicht den Ablauf des Spurwechsels mit einem erfindungsgemäßem Fahrwerk
im Spurwechselbereich zwischen zwei Gleisnetzen in drei Phasen zeigen;
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die 3A die
Auslenkung der Fahrwerke und die Position des Wagenkastens beim
Durchfahren eines Gleisbogens mit verriegelten Fahrwerkselementen
zeigt;
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die 3B die
Möglichkeit
zeigt, beim Durchfahren eines Gleisbogens durch koordiniertes Schwenken
der Winkelhebel der Fahrwerkselemente während des Fahrens, den Wagenkasten
relativ zum Fahrwerk zur Bogeninnen- oder -außenseite zu verlagern;
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die 4A und 4B die
Möglichkeit
zur radialen Verstellung der Fahrwerkselemente relativ zum Wagenkasten
sowie die Funktion einer pneumatischen oder hydraulischen Federung
zeigen; und
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die 5 schematisch
einen Querschnitt durch ein gleisgebundenes Zweischienenfahrzeug mit
einem erfindungsgemäßen Fahrwerk
in Vorderansicht sowie die Möglichkeiten
zeigt, die Fahrwerkselemente des Fahrwerks relativ zum Wagenkasten sowohl
axial als auch radial zu verstellen und dadurch die Position des
Wagenkastens an unterschiedliche Seiten- und Höhenabstände zur Umgebung anpassen zu
können;
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Die 1A bis 1C zeigen
ein erfindungsgemäßes Fahrwerk 1 in
Vorder- und Seitenansicht sowie in Draufsicht. Das Fahrwerk 1 umfasst vier
Radeinheiten 2', 2''; 3', 3'',
von denen erfindungsgemäß jeweils
zwei parallel zur Fahrtrichtung und mit radialem Abstand hintereinander
ein (in Fahrtrichtung gesehen) linkes Fahrwerkselement 2 und
ein rechtes Fahrwerkselement 3 auf jeder Seite des Fahrwerkes 1 zum
Befahren jeweils einer Schiene 5, 6 eines Zweischienengleises
bilden. Jedes Fahrwerkselement 2, 3 ist in einem
Gestell 7 gelagert, und das Gestell 7 ist in der
Mitte zwischen den Radeinheiten 2', 2''; 3', 3'' um einen senkrecht angeordneten
Drehzapfen 8 schwenkbar gelagert. Der Drehzapfen 8 ist
fest mit dem einen Ende 9 eines Winkelhebels 10 verbunden,
und der Eckpunkt 11 des Winkelhebels 10 ist mit
dem Fahrzeugbodenrahmen und dadurch mit der Unterseite des Wagen kastens 12 um
einen mit dem Fahrzeugbodenrahmen fest verbundenen Gelenkbolzen 13 schwenkbar
gelagert. Das andere Ende des Winkelhebels 10 ist an einem
Ende 14 eines Hubkolbenzylinders 15 angelenkt,
während
das andere Ende 16 des Hubkolbenzylinders 15 um
einen mit dem Fahrzeugbodenrahmen fest verbundenen Gelenkbolzen 17 schwenkbar gelagert
ist.
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Im
normalen Fahrbetrieb ist der Winkelhebel 10 durch ein in
eine Verriegelungsöffnung 18 des Winkelhebels 10 einbringbares
Verriegelungselement, z. B. einen Verriegelungsbolzen 19 (siehe 2A und 2C)
mechanisch fixierbar, so dass die beiden Fahrwerkselemente 2, 3 ein
auf eine bestimmte Gleisspurweite eingestelltes Fahrwerk 1 bilden,
und beim Durchfahren von Gleisbögen
schwenken die Gestelle 7 der Fahrwerkselemente 2, 3 um
einen fest am langen Hebelende des Winkelhebels 10 angeordneten
Drehzapfen 8.
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Im
Falle der Veränderung
der Spurweite des Gleises sind die Fahrwerkselemente 2, 3 und
damit die Radeinheiten 2', 2''; 3', 3'' axial
zueinander verschiebbar. Der Vorgang des Spurwechsels zwischen zwei
Gleisnetzen mit dem erfindungsgemäßen Fahrwerk soll nunmehr in
drei Phasen anhand der 2A bis 2C erläutert werden.
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2A zeigt
zwei an der Unterseite eines Wagenkastens befestigte Fahrwerke 1 in
Draufsicht.
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Das
auf der linken Seite der 2A dargestellte
Fahrwerk 1 befindet sich auf einem Zweischienengleis mit
der Ausgangsspurweite A. Die Fahrwerkselemente 2, 3 sind
um die mit den langen Hebelenden der Winkelhebel 10 verbundenen
Drehzapfen 8 beim Durchfahren von Gleisbögen schwenkbar, sie
sind jedoch in axialer Richtung relativ zueinander und zum Wagenkasten
nicht verschiebbar, weil die Verriegelungsbolzen 19 in
die Verriegelungsöffnungen 18 der
Winkelhebel 10 eingeführt
sind, wodurch die Winkelhebel 10 nicht um die mit dem Wagenkasten 12 verbundenen
Gelenkbolzen 13 schwenken können. Dieser Zustand des Fahrwerks 1 ist
in der linken Darstellung von 2A erkennbar.
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In
der rechten Darstellung von 2A befindet
sich das Fahrwerk 1 im Eingangsbereich S1 einer Spurwechseleinrichtung.
Der Verriegelungsbolzen 19 wurde aus der Ver riegelungsöffnung 18 herausgeführt, und
dadurch ist ein Schwenken des Winkelhebels 10 um den Gelenkbolzen 13 und
damit eine axiale Verschiebung der Fahrwerkselemente 2, 3 relativ zueinander
und zum Wagenkasten 12 möglich.
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Diese
axiale Verschiebung wird im Spurwechselbereich S2 der Spurwechseleinrichtung
vorgenommen und ist in 2B dargestellt. In diesem Spurwechselbereich
werden die Fahrwerkselemente 2, 3 über die
Radeinheiten 2' und 3' sowie 2'' und 3'' von
den Schienen der sich in der Spurwechseleinrichtung verringernden
Spurweite des Zweischienengleises aufeinander zu gedrückt, wodurch
die Gestelle 7 der Fahrwerkselemente 2, 3,
welche mit den an den langen Hebelenden der Winkelhebel 10 fest
angeordneten Drehzapfen 8 gelenkig verbunden sind, die
Winkelhebel 10 um die mit dem Fahrzeugbodenrahmen und damit
mit dem Wagenkasten 12 fest verbundenen Gelenkbolzen 13 schwenken
können.
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Im
Ausgangsbereich S2 der Spurwechseleinrichtung, der in der linken
Darstellung von 2C erkennbar ist, haben die
Winkelhebel 10 ihre für
die neue Spurweite A 2 maßgebliche
Stellung erreicht, und die Winkelhebel 10 werden vor Verlassen
des Ausgangsbereiches S2 der Spurwechseleinrichtung durch Wiedereinbringen
der Verriegelungsbolzen 19 in die Verriegelungsöffnungen 18 der
Winkelhebel 10 in der für
die neue Spurweite A 2 maßgeblichen
Stellung verriegelt. Nunmehr können
die Fahrwerkselemente 2, 3 sich auf den Zweischienengleisen
der neuen Spurweite A 2 wieder frei bewegen und beim Durchfahren
von Gleisbögen
um die Drehzapfen 8 schwenken. Die verriegelte Stellung
der Fahrwerkselemente für
die neue Spurweite A 2 ist auf beiden Seiten der 2C dargestellt.
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3B zeigt
die Möglichkeit,
mit Hilfe des erfindungsgemäßen Fahrwerkes 1 beim
Durchfahren von Gleisbögen
den Wagenkasten 12 relativ zum Fahrwerk 1 in axialer
Richtung verschieben zu können,
um z. B. in engen Wendeschleifen angrenzenden Gebäudewänden oder
dergleichen in begrenztem Umfang ausweichen zu können. Die linke Ansicht von 3B zeigt
eine mögliche
Verschiebung des Wagenkastens 12 zur Gleisbogen-Innenseite, und die
rechte Ansicht zeigt die mögliche
Verschiebung zur Gleisbogen-Außenseite.
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Für eine derartige
axiale Verschiebung des Wagenkastens 12 relativ zum Fahrwerk 1 ist
eine (nicht dargestellte) koordinierende Steuerung erforderlich,
welche die Bewegung der Antriebe für die Gelenkmechanismen zur
axialen Verstellung der Fahrwerkselemente 2, 3,
z. B. durch die Hubkolbenzylinder 15, aufeinander abstimmt.
Diese Steuerung sorgt bei entriegelten Gelenkmechanismen der Fahrwerkselemente 2, 3 dafür, dass
die Antriebe der Gelenkmechanismen, d. h. die Hubkolbenzylinder 15, beide
Fahrwerkselemente 2, 3 gleichzeitig und mit gleicher
Bewegungsgeschwindigkeit in die gleiche axiale Richtung bewegen,
d. h. es ergibt sich nur eine relative Bewegung des Wagenkastens 12 zum
Fahrwerk 1, während
der relative axiale Abstand der beiden Fahrwerkselemente 2, 3 zueinander
unverändert bleibt.
In der linken Darstellung von 3B ist
erkennbar, dass zur Verschiebung des Wagenkastens 12 zur
Gleisbogen-Innenseite eine weite Auslenkung des (in Fahrtrichtung
F gesehen) linken Winkelhebels 10 um den Gelenkbolzen 13 durch
Ausfahren des zugehörigen
Hubkolbenzylinders 15 bei gleichzeitiger gegenläufiger Einlenkung
des rechten Winkelhebels 10 durch bewegungsgleiches Einziehen
des zugehörigen
Hubkolbenzylinders 15 erfolgt.
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Die
rechte Darstellung von 3B zeigt die relative axiale
Verschiebung des Wagenkastens 12 zum Fahrwerk 1 in
Richtung zur Gleisbogen-Außenseite.
Hierzu ist ein koordiniertes Einziehen des linken Hubkolbenzylinders 15 bei
bewegungsgleichem Ausfahren des rechten Hubkolbenzylinders 15 erforderlich.
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Die 4A und 4B sind
Seitenansichten des erfindungsgemäßen Fahrwerkes 1,
welche die Möglichkeit
einer relativen radialen Verstellung der Fahrwerkselemente 2, 3 zum
Wagenkasten 12 zeigen. Jede Radeinheit 2', 2''; 3', 3'' umfasst
ein um ein Radlager 21 drehbares Rad 22 sowie
ein mit dem Radlager 21 starr verbundenes Gehäuse 23 für den Antriebsmotor,
z. B. einen Radnabenmotor. Das Radlager 21 und das mit
diesem starr verbundene Motorgehäuse 23 sind
um eine waagerechte Achse 24 des Gestells 7 des
Fahrwerkselementes 2, 3 vertikal verschwenkbar
gelagert. Der für
die Schwenkbewegung erforderliche Antrieb erfolgt über einen
Hubkolbenzylinder 25, dessen Ende an einem Lagerbock 26 angelenkt
ist, welcher starr mit dem Gestell 7 verbunden ist. Das
Ende der aus dem Hubkolbenzylinder 25 vorstehenden Hubkolbenstange
ist an einem Lagerbock 27 angelenkt, der mit dem Radlager 21 starr
verbunden ist. Wie die 4A und 4B zeigen,
führen die
Radeinheiten 2', 2''; 3', 3'' durch
Ausfahren bzw. Einziehen der Hubkolbenstangen der Hubkolbenzylinder 25 eine
vertikale Schwenkbewegung um die Achsen 24 des Gestells 7 aus,
wodurch der Wagenkasten 12 relativ zum Fahrwerk 1 radial
nach oben oder unten bewegt wird.
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Schließlich kann,
wie 4B zeigt, der vertikale Gelenkmechanismus mit
den Hubkolbenzylinder 15 auch als Federung für den Wagenkasten 12 genutzt
werden, wenn ein hydraulischer oder pneumatischer Hubkolbenantrieb
verwendet wird und das im Hubkolbenzylinder enthaltene Medium kompressibel ist.
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5 zeigt
in einer schematischen Querschnittsansicht durch ein Zweischienenfahrzeug
mit einem erfindungsgemäßen Fahrwerk,
in welchem Umfang durch Kombination der relativen axialen und radialen
Verschiebungen zwischen dem Fahrwerk 1 und dem Wagenkasten 12 z.
B. der Wageneinstieg hinsichtlich seines Niveaus und seines Abstandes
einer Bahnsteigkante K angeglichen werden kann, um einen bequemen
und gefahrlosen Ein- und Ausstieg der Fahrgäste auch mit Kinderwagen, Rollstühlen usw.
zu ermöglichen.
Mit der fetten Volllinie ist die Stellung des Wagenkastens 12 im
Normalzustand dargestellt, während
die gestrichelte Linie eine Stellung des Wagenkastens 12 andeutet,
welche relativ zum Fahrwerk 1 nach unten und von der Bahnsteigkante
K weg verschoben ist, während
die dünne
Volllinie eine Stellung des Wagenkastens 12 andeutet, welche
relativ zum Fahrwerk 1 nach oben und zur Bahnsteigkante
hin verschoben ist.
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Auch
eine Schrägstellung
des Wagenkkastens 12 ist möglich, wenn nur die Fahrwerkselemente 2 oder 3 jeweils
ein und derselben Seite der erfindungsgemäßen Fahrwerke 1 eines
Zweischienenfahrzeuges angehoben werden. Eine solche Schrägstellung
kann z. B. an Straßenbahnhaltestellen
ohne Haltestelleninseln von Vorteil sein, um die Wageneinstiegskante
näher an
das Straßenniveau
heranzubringen und so das Ein- und Aussteigen zu erleichtern.
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Gegenüber den
bekannten Fahrwerken mit verstellbaren Radeinheiten, bei welchen
nur eine relative axiale Verstellung der Radeinheiten zueinander vorgesehen
war, besitzen die erfindungsgemäßen Fahrwerke
wesentliche Vorteile: Während
die axiale Verstellung der Räder
bei den bekannten Fahrwerken in einer Schiebeführung erfolgte, und unter der Last
der Fahrzeuge die axiale Verschiebung der Räder auf den Achsen große Kräfte erforderte,
was zu einem beachtlichen Verschleiß und zu einer beträchtlichen
Störanfälligkeit
führte,
erfolgt die erfindungsgemäß axiale
Verstellung der Fahrwerkselemente und damit der Radeinheiten um
Drehführungen
und dadurch mit wesentlich geringeren Kräften und geringerem Verschleiß. Außerdem war
die axiale Verschiebung in einer Schiebeführung in den Fahrwerken des
Standes der Technik ausschließlich
zur Spurweitenverstellung vorgesehen und geeignet. Für häufige Verstellungen,
wie sie bei den erfindungsgemäßen Fahrwerken
vorgesehen sind, z. B. zum Heranfahren an Bahnsteigkanten usw.,
waren die bekannten Fahrwerke mit axialer Verstellmöglichkeit der
Radeinheiten völlig
ungeeignet.
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Ein
weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Fahrwerke ist in der Möglichkeit
zur relativen und koordinierten Verschiebung des Wagenkastens gegenüber den
Fahrwerken während
des Durchfahrens von Gleisbögen
zu sehen, um z. B. in engen Wendeschleifen nahestehenden Hindernissen
ausweichen zu können.
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Schließlich besteht
ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Fahrwerke darin, dass bei
hydraulischem oder pneumatischem Antrieb zur radialen Verstellung
der Fahrwerkselemente gegenüber dem
Wagenkasten die Hubzylinder auch zur Federung des Wagenkastens genutzt
werden können.