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Schienenfahrzeug oder Schienenzug, vorzugsweise für Schnellbahnen
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Schienenfahrzeug oder einen Schienenzug, vorzugsweise
für Schnellbahnen,' mit für beide Fahrtrichtungen stromungsgünstig gestaltetem Bug
und Heck.
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Um den Luftwiderstand bei Schienenfahrzeugen, besonders bei Schnellbahnen,
möglichst gering zu halten, wird dem Schienenfahrzeug oder Schienenzug eine optimal
strömungsgünstige Form gegeben. Da jedoch, besonders bei Hochleistungsschnellbahnen,
das Schienenfahrzeug oder' der Schienenzug für beide Fahrtrichtungen auszulegen
ist, müssen beide Fahrzeug- oder Zugenden die gleiche strömungsgsnstige Gestaltung
erhalten. Das wiederum hat zur Folge, daß sich in jeder Fahrtrichtung ein Heckwiderstand
einstellt, der in Abhängigkeit von der Fahrzeug-oder Zuglänge und der gefahrenen
Geschwindigkeit einen oft recht beträchtlichen Teil des Gesamtluftwiderstandes ausmacht.
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Die Erfindung hat die Aufgabe, bei Schienenfahrzeugen oder Schienenzügen,
vorzugsweise bei, Schnellbahnen, mit für beide Fahrtrichtungen ströungsgünstig gestaltetem
Bug und Heck den Heokuriderstand zu mindern und erreicht das dadurch, daß der Bug
und das Heck an ihren Außenkonturen, vorzugsweise in zur Fahrzeuglangsachse senkrechten
Ebenen,
mit Wirbelerzeugern ausgestattet sind, die am jeweiligen Fahrzeug- oder Zugende
in Tätigkeit gesetzt werden.
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Damit wird am Heck des fahrenden Schienenfahrzeuges oder Schienenzuges
die Grenzschicht der an der Außenkontur des Fahrzeuges anliegenden Luftströmung
aufgefrischt und der Ablösungsbeginn der Luft strömung zum Fahrzeug- bzw. Zugende
hin verlagert, so daß der durch die Heckablösung der Luftströmung auftretende Widerstand
beachtlich verringert wird. Der Gesaitluftwiderstand des Schienenfahrzeuges oder
Schienenzuges wird somit vorteilhaft herabgesetzt.
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Ändert das Schienenfahrzeug oder der Schienenzug seine Fahrtrichtung,
so werden die Wirbelerzeuger des jeweiligen Bugs außer Tätigkeit und die Wirbelerzeuger
des Hecks in Tätigkeit gesetzt.
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Die Verlagerung des Ablösungsbeginns der Luftströmung zum Fahrzeug-bzw.
Zugende hin wird gegebenenfalls erfindungsgemäß dadurch verbessert, daß die Wirbelerzeuger
Im strömungsgünstig gekril-uten Teil des Bugs und des Hecks angeordnet sind. Die
Wirbelerzeuger können auch in mehreren Reihen hintereinander angeordnet werden.
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Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß an der Fahrzeugaußenfläche
in Fahrzeugumfangsrichtung in Abständen angeordnete, aus der Außenkontur ausstellbare
und in diese einschwenkbare Klappen vorgesehen sind und daß die Schwenkachsen der
Klappen in einem spitzen Winkel zur Fahrzeuglängsachse angeordnet sind. Die Wirbelerzeugung
kann hiermit durch Ausstellen nur eines Teils der Klappen verändert und den jeweiligen
Betriebsverhältnissen angepaßt werden.
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Die Erfindung kann auch so gestaltet sein, daß an der Fahrzeugaußen
fläche in der Fahrzeugumfangsrichtung sich erstreckende, aus der Außenkontur ausstellbare
und in diese einfahrbare Umlenkbleche oder bügel vorgesehen sind. Es werden hier
wenige Einzelbauteile benötigt.
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Die Grenzschichtbeeinflussung kann ebenfalls durch Ausstellen nur,
eines Teils der Umlenkbleche oder -bügel verändert und angepaßt werden. Zur Auffrischung
der Grenzschicht dienen in diesem Falle besonders steife, auch gegen die bei hohen
Geschwindigkeiten auftretenden tuftkrffte widerstandsfähige. Bauteile.
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Eine andere Ausfihrurigsform der Erfindung besteht darin, daß an der
Fahrzeugaußenfläche in der Fahrzeugumfangsrichtung in Abständen angeordnete, mit
einem Unterdruckerzeuger verbundene Luftabsaugoffnungen vorgesehen sind. Die Minderung
des Heckwiderstandes beim fahrenden Schienenfahrzeug oder Schienenzug wird dann
ohne an den Außenkonturen der Fahrzeugaußenfläche auszustellende Bauteile mittels
einer Grenzschichtbeeinflussung, d .h. Grenzsehichtauffrischung durch Absaugeluft
herbeigefUhrt.
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Eine Verringerung des Heckwiderstandes kann auch mittels die Grenzschicht
beeinflussender Druckluft erreicht werden. Die Erfindung wird dazu so gestaltet,
daß in der Fahrzeugumfangsrichtung in Abständen angeordnete und mit einem Drucklufterzeuger
verbundene luftaustrittsöffnungen, beispielsweise Düsen oder Spalte, in an der Außenkontur
liegende Ausblaseschlitze münden und daß die Ausblaseschlitze mittels Abdeckungen
verschließbar sind. Die Grenzschichtauffrischung erfolgt hier also mittels Ausblaseluft.
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Als Unterdruck- oder Drucklufterzeuger können Vakuumpumpen bzw. Luftverdichter
dienen, die bei elektriseh angetriebenen Fahrzeugen mittels Elektromotoren angetrieben
werden. Wird das Schienenfahrzeug oder der Schienenzug dieselektrisch angetrieben,
so kann der Unter- oder Überdruck vom Dieselmotor erzeugt werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung veranschaulicht.
Es zeigen in schematischer Darstellung: Fig. 1 Eine Seitenansicht eines Schienenfahrzeuges
mit für beide Fahrt richtungen strönimgsgünst i g gestaltetem Bug und Heck, Fig.
2 eine Seitenansicht eines Fahrzeugendtelles mit an der Fahrzeugaußenfläche in Fahrzeugumfangsrichtung
in Abständen angeordneten, aus der Außenkontur ausstellbaren und in diese einschwenkbaren
Klappen, und zwar mit ausgatellten Klappen, Fig. 3 eine Draufsicht auf drei eingeschwenkte
Klappen - nach der Figur 2 in vergrößertem Maßstab, Fig. 4 eine Seitenansicht einer
ausgestellten Klappe nach der Figur 2 in vergrößertem Maßstab, Fig. 5 eine Seitenansicht
eines Fahrzeugendteiles mit an der Fahrzeugaußenfläche in der Fahrzeugumfangsrichtung
sich erstreckenden, aus der Außenkontur ausstellbaren und in diese einfahrbaren
Umlenkblechen, Fig. 6 einen senkrechten Querschnitt durch das Fahrzeugendteil nach
der Linie VI - VI in der Figur 5,
Fig. 7 eine Seitenansicht eines
Fahrzeugendteiles mit an der Fahrzeugaußenfläche in der Fahrzeugumfangsrichtung
in Abständen angeordneten Luftab saugöffnungen, Fig. 8 einen senkrechten Querschnitt
durch das Fahrzeugendteil nach der Linie VIII - VIII in der Figur 7, Fig. 9 eine
Seitenansicht eines Fahrzeugendteils mit in der Fahrzeugumfangsrichtung in Abständen
angeordneten Luftaustrittsöffnungen, die in an der Außenkontur liegende Ausblaseschlitze
münden, Fig. 10 einen senkrechten Querschnitt durch das Fahrzeugendteil nach der
Linie X - X in der Figur 9.
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Das in der Figur 1 gezeigte Schienenfahrzeug 1 ist mit einem für beide
Fahrtrichtungen strömungegtinstig gestalteten Bug 2 und Heck 5 ausgestattet. Der
Bug und das Heck sind an ihren Außenkonturen vorzugsweise in den Bereichen der Doppelpfeile
a und b mit Wirbelerzeugern ausgestattet, die entsprechend den nachfolgend beschriebenen
Ausführungsbeispielen gestaltet sein können und am jeweiligen Fahrzeug-oder Zugende
in Tätigkeit gesetzt werden. Die Wirbelerzeuger werden vorzugsweise in zur Fahrzeuglängsachse
senkrechten Ebenen angeordnet, sie können aber auch in anderen Ebenen an der Fahrzeugaußenfläche
angebracht werden.
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Bei dem in den Figuren 2 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispiel sind
an der Fahrzeugaußenfläche eines Fahrzeugendteils 4 in Fahrzeugumfangsrichtung in
Abständen aus der Außenkontur ausstellbare und in diese einschwenkbare Klappen 5
vorgesehen. Die Schwenkachsen 6 der
Klappen sind in einen spitzen
Winkel zur (nicht gezeichneten) Fahrzeuglängsaehse angeordnet. Wie die Figur 2 erkennen
läßt, sind die Klappen, in diesem Falle neun Klappen, ausgestellt. Die Klappen führen
beim Ausstellen und Einschwenken in den Richtungen des Doppelpfeiles c Sehwenkbewegungen
um die Schwenkachsen 6 aus. Die Schwenkachsen 6 sind beispielsweise mittels Seilen
oder Hebeln miteinander verbunden und werden mit einem nicht dargestellten geeigneten
Schwenkantrieb, z.B. mit einem Elektromotor oder Hydrat likantrieb betätigt. Das
Schienenfahrzeug oder der Schienenzug ist an seinem anderen Ende mit einem zum Fahrzeugendteil
4 spiegelbildlich gestalteten Fahrzeugendteil ausgestattet.
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Die Figuren 5 und 6 zeigen ein Fahrzeugendteil 7, an dessen Fahrzeugaußenfläche
in der Fahrzeugumfangsriehtung sich erstreckende, aus der Außenkontur ausstellbare
und in diese einfahrbare Umlenkbleche 8, 9, 10 vorgesehen sind. Statt der Umlenkbleche
können auch Umlenkbügel verwendet werden. Die Umlenkbleche befinden sich in der
ausgestellten Stellung. Sie haben, wie in der Figur 5 mit gestrichelten Linien angedeutet
ist, ein tragflügelähnliches Profil und werden zum Einfahren in die Außenkontur
des Fahrzeuges mittels eines nicht gezeigten Antriebes in den Pfeilrichtungen d
in die in der Figur 6 mit gestrichelten Linien gezeigte Einfahrstellung gebracht.
Der Antrieb der Umlenkbleche oder -bügel erfolgt beispielsweise mittels eines Elektro-
oder Hydraulikmotors. Das Schienenfahrzeug oder der Schienenzug ist an seinem anderen
Ende mit einem zum Fahrzeugend teil 7 spiegelbildlich gestalteten Fahrzeugendteil
ausgestattet.
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Die Bauform nach den Figuren 7 und 8 ist an einem Fahrzeugendteil
11 vorgesehen, das an der Fahrzeugaußenfläche in der Fahrzeugumfangsrichtung in
Abständen angeordnete, über Absaugkanäle 12a mit einem
nicht dargestellten
Unterdruckerzeuger verbundene Luftabsaugdff nungen 12 aufweist. Diese sind - in
der Fahrzeuglängsrichtung gesehen -in mehreren hintereinander liegenden Reihen angeordnet.
Die IuStabsaugöffnungen sind hier schlitzförmig, sie können aber auch düsenförmig
gestaltet sein. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Schienenfahrzeug oder
der Schienenzug an seinem anderen Ende mit einem zum Fahrzeugendteil 11 spiegelbildlich
gestalteten Fahrzeugendteil ausgestattet. Zur Unterdruckerzeugung kann eine Va}uuwFusTe
verwendet werden, die mit einem Elektromotor angetrieben wird. Bei einem vorhandenen
dieselelektrischen Fahrzeugantrieb kann der Diesel motor den Unterdruck erzeugen.
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Bei der Ausführ'sform nach den Figuren 9 und 10 ist ein Fahrzeugendteil
15 mit in der Fahrzeugumfangsrichtung in Abständen angeordneten, über Ringkäle 14a
mit einem nicht dargestellten DrackluPterzeuger verbundenen Luftaustrittsöffnungen
14 versehen. Als luftaustrittsöffnungen können Düsen oder Spalte vorgesehen werden.
Die Luftaustrittsöffnungen münden in an der Außenkontur des Fahrzeuges liegende
Ausblaseschlitze 15, die mit nicht dargestellten Abdeckangen verschließbar sind.
Das Schienenfahrzeug oder der Schienenzug ist an seinem anderen Ende mit einem zum
Fahrzeugendteil 15 spiegelbildlich gestalteten Fahrzeugendteil ausgestattet. Zur
Drucklufterzeugung werden Luftverdichter benutzt, die zum Antrieb mit Elektromotoren
oder mit dem Fahrzeugsntrieb gekoppelt werden. Die bei der jeweils gen Fahrtrichtung
des Fahrzeuges oder Schienenzuges am Bug befindlichen Ausblaseschlitze 15 werden
mit den erwähnten Abdeckungen verschlossen.
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Fährt das Schienenfahrzeug 1 (Figur 1) oder ein Schienenzug in der
Pfeilrichtung e, so sind die im Bereich des Doppelpfeiles a am Bug 2
befindlichen
Wirbelerzeuger außer Tätigkeit, d.h. beim Verwenden von Wirbelerzeugern nach den
Au'sführungsbeispielen sind die Klappen 5 eingeklappt (Figur D) bzw. die Umlenkbleche
8, 9, 10 in den Pfeilrichtungen d (Figur 6) eingefahren bzw. die Luftabsaugöffnungen
12 nach den Figuren 7 und 8 oder die Luftaustrittsöffnungen 14 nach der Figur a
nicht in Tätigkeit.
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Dagegen sind die im Bereich des Doppelpfeiles b am Heck 5 angeordneten
Wirbelerzeuger in Tätigkeit, d.h. beim Verwenden von Wirbelerzeugern nach den Ausführungsbeispielen
sind die Klappen 5 teilweise oder insgesamt in der in der Figur 4 gezeigten ausgestellten
Stellung bzw. die Umlenkbleche 8, 9, 10 in der in den Figuren 5 und 6 ersichtlichen
ausgestellten Stellung bzw. die Luftabsaugöffnungen 12 oder die Luftaustrittsöffnungen
14 in Tätigkeit.
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Beim Fahren des Schienenfahrzeuges 1 oder eines Schienenzuges in der
Pfeilrichtung e wird mit den im Bereich des Doppelpfeiles b ausgestellten bzw. eingeschalteten
Wirbelerzeugern am Heck 5 der Ablösungsbeginn der an der Außenkontur des Fahrzeuges
anliegenden tuftströmung zum Fahrzeug- bzw. Zugende hin verlagert, so daß der durch
die Heckablösung der aftströmun'g auftretende Widerstand beachtlich verb gerbt wird.
Die Verlagerung des Ablösungsbeginns der i.u£ftströmung zum Fahrzeug- bzw. Zugende
wird gegebenenfalls dadurch verbessert, daß die Wirbelerzeuger im strömungsgiinstig
gekrümmten Teil des Bugs 2 und des Hecks 3 angeordnet sind. Die erfindungsgemaßen
Einrichtungen zur Grenzschichtbeeinflussung können auch über weitere ru und Heckbereiche
ausgedehnt werden. Ändert das Sezlienenfahrzeug oder der Schienenzug die Fahrtrichtung
so werden die Wirbelerzeliger im Bereich des Doppelpfeiles b außer Tätigkeit und
diejenigen im Bereich des Doppelpfeiles a in Tätigkeit gesetzt.