DE3715761A1 - Schienenfahrzeug mit vertikal schwenkbaren radfuehrungselementen fuer einzelrad- oder mehrraederfahrwerke zum neigen der radaufstandsebenen gegen die gleismitte - Google Patents

Description

Schienenfahrzeuge erreichen nach dem Stand der Technik auf der Basis des konventionellen Rad/Schiene Prinzips Fahrge­ schwindigkeiten von 250-350 km/h mit ausreichender Ent­ gleisungssicherheit. Landfahrzeuge für Geschwindigkeiten bis 500 km/h und mehr sind als Magnet-Schwebebahn-Systeme - Transrapid - zur Zeit im Großversuch. Diese Lösung setzt grundsätzlich komplett eigene Sonderbahnanlagen voraus.

Die Erfindung geht davon aus, daß Schienenfahrzeuge Ge­ schwindigkeiten von ≧ - 500 km/h auf Neubaustrecken zwischen vorhandenen Bahnhöfen absolut entgleisungssicher befahren können und daß in den Bahnhofs- und Betriebsbereichen - das Ein- und Ausfahren, Rangieren, Abstellen, Warten, Re­ parieren - mit reduzierter Geschwindigkeit und aus­ reichender Entgleisungssicherheit möglich ist, ohne daß hier Änderungsmaßnahmen an den Infrastrukturen vorhandener Bahnanlagen nötig werden.

Nur auf den Hochgeschwindigkeits-Neubaustrecken sind beson­ dere Vorkehrungen an den Gleis- und Stromzuführungseinrich­ tungen baulicherseits zu treffen, wobei die üblichen Ober­ bauelemente zur Verwendung kommen. Der Einbau von Weichen uznd Kreuzungen soll hier nicht erfolgen, da aus Gründen der Betriebssicherheit das Überfahren von Gleiswechseln oder Abzweiganlagen mit hohen Geschwindigkeiten nicht zuzulassen ist.

Unter dieser Voraussetzung wird die Spurführung im Verlaufe der Hochgeschwindigkeitsstrecke auf eine Systemlösung ge­ bracht, die von der bisherigen Anlaufführung eines starren Radsatzes - Sinuslauf - abgeht, um die hohen Materialbean­ spruchungen der Spurkranz/Fahrkanten-Reibführung auszuschal­ ten. Dadurch soll der Reibverschleiß, der bei extrem hohen Geschwindigkeiten bis zum Heißlaufen der Spurkränze führen kann, vermieden bzw. in besonderen Belastungsfällen stark reduziert werden.

Dies geschieht dadurch, daß die Radaufstandsebenen der Fahr­ werke zur Gleismitte hin geneigt werden und die Schienen mit dem gleichen Neigungswinkel zum Einbau kommen. Damit entsteht im Radaufstandpunkt eine nach gleisinnen gerichtete Seiten­ kraft, die die Spurführung des Radpaares ohne Anlaufebenen­ verlagerung - Sinuslauf - übernimmt. Gleichzeitig ist hier­ mit ein absolut ruhig fixierter Geradeaus- und Kurvendurch­ lauf konstruktiv vorgegeben. Durch Vergrößerung der Spur­ kranzhöhe kann die Unterschneidung Schienenkopfinnenkante/ Spurkranzkuppenabrundung so festgelegt werden, daß bei einem zugelassenen Spurspiel ein Ausheben der Radpaare aus der Schienenspur nicht erfolgen kann. Damit wird eine absolute Entgleisungssicherheit erreicht, die bei Hochgeschwindig­ keitsschienenbahnen durch Luftschwallstöße in Bewegungs­ bereichen eine besondere Bedeutung erlangen kann.

Die Einschwenkung des Neigungswinkels der Einzel- oder Mehrräderfahrwerke in den Fahrzeugen soll auf einem Über­ gangsabschnitt der Hochgeschwindigkeitsstrecke erfolgen, auf dem auch die Schienenlage in einem Übergangsneigungs­ abschnitt den Winkel α erreicht. Durch bekannte Zwangs­ steuerungsmittel ist der Gleichlauf zwischen den Fahrzeug- und Streckenanlagen sichergestellt. Eine zuverlässige Ar­ retierung wird abweichende Zwischenzustände verhindern. Ihre "fale safe" - Verknüpfung mit der Fahr-Bremssteuerung des Schienenfahrzeuges ist zwingend vorgegeben.

Durch diese erfindungsgemäße dynamische Anpassung der Spur­ führungssysteme während des Betriebes ist erreicht, daß Hochgeschwindigkeitszüge ihre volle Leistung auf den Neu­ baustrecken zwischen den Bahnhöfen erlangen, jedoch die Infrastrukturen der Stationen und der übrigen Betriebsan­ lagen ohne Einschränkung in Anspruch nehmen können. Hier­ durch wird die Flexibilitäüt von HSB-Systemen und ihre Ein­ passung in Bahnanlagen mit niedrigerem Geschwindigkeits­ niveau wesentlich verbessert.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von schematischen Darstellungen und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 Draufsicht auf ein Einzelradfahrzeug mit zu­ sätzlicher Schwenkeinrichtung,

Fig. 2 Seitenansicht von Fig. 1 mit Teilschnitt A-B,

Fig. 3 Schnitt C-D durch die Schwenkeinrichtung,

Fig. 4 Seitenansicht bzw. Teilschnitt G-H eines Mehrräderfahrwerkes mit Halbdrehgestellen,

Fig. 5 Draufsicht auf das Mehrräderfahrwerk mit Distanzänderungselement in Spurstange,

Fig. 6 Ausführungsbeispiel der Schwenkeinrichtung als Schnitt E-F,

Fig. 7 Portalkonstruktion (Querschnitt) mit in­ tegrierten Radführungselementen,

Fig. 8 Rad/Schiene-Kontakt bei senkrechter Radstellung und Spurspiel 0,

Fig. 9 Rad/Schiene-Kontakt bei geneigter Radstellung und Spurspiel 0.

Die Fig. 1 vermittelt die Draufsicht auf ein Einzelrad­ fahrwerk (1), wie es in der Patentanmelung P 35 38 513.8-21 näher beschrieben worden ist, das jedoch mit einer zusätz­ lichen Schwenkeinrichtung zum Neigen der Radaufstandsebene gegen die Gleismitte (Fig. 2 und 3) versehen ist.

Ein mit dem Fahrwerk verbundener Kulissenkopf (4) ist in der Kulissenführung (5) kreisförmig beweglich gelagert. Der Kulissenmittelpunkt (KM) ist in die Spurebene (SPE) auf Höhe des Spurpunktes (SP) bei Spurspiel null gelegt. Das Spurspiel wird durch eine verstellbare Abstandshaltung (9) fixiert. Die Schwenkung um den Winkel α erfolgt mittels eines pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch betätigten Stellgliedes (3), z. B. Stellmotor, der zwischen dem Kulissenkopf (4) und der Kulissenführung (5) angeordnet ist. In den Endstellungen arretiert ein federbelasteter Bolzen (10) der pneumatisch, hydraulisch oder elektroma­ gnetisch betätigten Verriegelungsvorrichtung (11) den Kulissenkopf (4). Die Entriegelung geschieht entsprechend dem System bei Betätigung des Stellgliedes (3). Die Kulissenführung (5) ist durch die Federelemente (6, 6′) mit dem Wagenkasten (8) und mit der Kulisse der anderen Radspurseite durch eine Abstandshaltung (9) starr verbun­ den. Hierdurch ist die Spurhaltung der beiden Fahrwerke gewährleistet und der Wagenkasten (8) kann sich innerhalb der Federelemente (6, 6′ und 7) quer zur Fahrtrichtung in vorgegebenen Grenzen bewegen.

Die Fig. 4 und 5 stellen als Beispiel ein Mehrräderfahr­ werk (2) im Schnitt G-H und die Draufsicht mit unterschied­ lichen Antriebsarten dar. Es besteht aus Halbdrehgestellen mit dem Längsträger (14) und kopfseitig - wie bekannt - angeordneten gefederten Radschwingen, die durch einen Quer­ träger (15) verbunden sind.

Längslenker (16, 16′) koppeln das Fahrwerk (2) bzw. den Querträger (15) mit dem Wagenkasten (8) und übertragen die Antriebs- und Bremskräfte.

Die Längsträger (14) sind um den Drehzapfen (17) des Ku­ lissenkopfes (4′) horizontal schwenkbar (Fig. 6).

Die beiden Kopfenden des Querträgers (15) sind - wie dies Fig. 6 zeigt - als Kulissenführung (5′) ausgebildet und nehmen zusätzlich die Luftfeder (7′) auf.

Das Neigen der Längsträger (14) um den Winkel α geschieht mit Hilfe der Stellglieder (3′). Die Betätigung der Ver­ riegelungsvorrichtung und Arretierung in den Endstellungen erfolgt wie beim Einzelradfahrwerk bereits beschrieben. Beim Neigen der Fahrwerke findet eine Längenänderung der Spurstange (12) statt. Durch ein mechanisches oder beispiels­ weise hydraulisches Distanzänderungselement (13), das eben­ falls bei Betätigung der Stellglieder (3′) für den Flüssig­ keitsausgleich geöffnet und in der Endstellung durch ein federbelastetes Ventil geschlossen wird, erfolgt der Längen­ ausgleich.

Durch die Anlenkung des Fahrwerkes mittels Längslenkern (16, 16′) und Abstützung des Wagenkastens über Luftfedern ist eine gedämpfte Querbewegung des Wagenaufbaus gegenüber dem Fahrwerk in weiten Grenzen möglich. In der Fig. 7 ist das Ausführungsbeispiel einer Portalkonstruktion (18) mit Spurhalter (19) dargestellt, auf der sich ein oder zwei Wagenkästen über Luftfederbälge (7, 7′) abstützen können. Hierdurch ist es möglich, den Wagenboden bis zu dem zu­ lässigen Freiheitsgrad von z. B. 200 mm abzusenken. Das Einzelstellglied (3′) ist durch 2 Glieder zu ersetzen, und die Spurstange (12) mit dem Distanz-Änderungselement (13) ist entsprechend tiefer anzuordnen. Diese Konstruk­ tion bietet sich besonders dann an, wenn größere Zugein­ heiten mit ein oder mehreren Gelenkverbindungen gebaut werden sollen.

Beide Fahrwerkssysteme können in Radkästen eingebaut wer­ den, die bei niedrig gelegtem Wagenboden einen Gang aus­ reichender Breite zulassen. Hieraus ergibt sich eine klei­ nere mögliche Gesamtbauhöhe des Fahrzeuges. Die damit ver­ bundene Verkleinerung der Stirnfläche trägt zu einer Re­ duzierung der sehr großen Antriebsleistungen von Hochge­ schwindigkeits-Schienenfahrzeugen bei.

• Bezugszeichenliste  1 Einzelradfahrwerk
   2 Mehrräderfahrwerk
   3, 3′ Stellglied
   4, 4′ Kulissenkopf
   5, 5′ Kulissenführung
   6, 6′ Federelement
   7, 7′ Luftfeder
   8 Wagenkasten
   9 Abstandshaltung
  10 Federbolzen
  11 Verriegelungsvorrichtung
  12 Spurstange
  13 Distanzänderungselement
  14 Halbdrehgestell-Längsträger
  15 Querträger
  16, 16′ Längslenker
  17 Drehzapfen für Halbdrehgestell-Längsträger
  18 Portalkonstruktion
  19 Spurhalter

Claims (8)

1. Schienenfahrzeug, insbesondere für den Hochgeschwindigkeitsverkehr, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei Verwendung radsatz­ loser Einzelrad- (1) oder Mehrräderfahr­ werke (2) ein um den Winkel α gegen die Gleismitte gerichtetes Neigen der Räder um den im Spurpunkt SP liegenden Mittelpunkt KM einer Kulissenführung (5, 5′) erfolgen kann, bis die Vertikalkomponente V der Spurkranznormalkraft N null wird oder nach unten gerichtet ist, wobei die ver­ legte Schienenneigung dem Schwenkwinkel α in einem Übergangsabschnitt kontinuierlich folgt und ein beispielsweise induktiver Stellimpuls den Schwenkvorgang mit der Schrägstellung der Schiene in Überein­ stimmung bringt.

2. Schienenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spurkranzstirn­ flächenneigung β = 80 Grad ausgebildet und die Spurkranzhöhe in Abhängigkeit von dem gewählten Spurspiel soweit zu vergrößern ist, daß die Schienenkopfinnenkante von der Spurkranzkuppenabrundung unterschritten und dadurch ein Entgleisen durch Ausheben der Räder verhindert wird.

3. Schienenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Ein­ zelradfahrwerken (1) die Radführungs­ schwingen einseitig über Kulissenköpfe (4), Kulissenführungen (5), Federelemente (6, 6′) und Luftfedern (7) mit dem Wagenkasten (8) verbunden und die Kulissenführungen (5) durch eine starre Abstandshaltung (9) mit­ einander gekuppelt sind.

4. Schienenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei Verwendung von Mehrräderfahrwerken (2) die Radführungselemente mittels Kulissenführungen (5′) und Stellglieder (3′), z. B. mit Stellmotor und gegenläufiger Spindelsteigung oder einer Doppelkammer­ hydraulik, zur Gleismitte geneigt und die Abstands­ haltung der Radführungselemente (2) mittels Spurstangen (12) und Distanzänderungselementen (13) analog dem Nei­ gungswinkel α verändert werden.

5. Schienenfahrzeug nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kulissenführungen (5/5′) in den beiden Fahrstellungen - senkrecht oder geneigt - die Ku­ lissenköpfe (4, 4′) durch einen konischen Federbolzen (10), eine pneumatische, hydraulische oder elektro­ magnetische Verriegelungsvorrichtung (11) spielfrei arretieren.

6. Schienenfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein hydraulisches Distanzänderungselement (13), z. B. als Zweikammerumströmsystem ausgebildet ist und im Zu­ sammenwirken mit dem Stellglied (3′) pneumatisch, hy­ draulisch oder elektromagnetisch gesteuert wird.

7. Schienenfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kulissenführung (5′) Bestandteil des Querträgers (15) und der Kulissenkopf (4′) Bestandteil des Längs­ trägers (14) ist.

8. Schienenfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kulissenführung (5′) Bestandteil einer Wagenpor­ talkonstruktion (18) mit Spurhalter (19) ist, auf die sich ein oder zwei Wagenkästen über Luftfederbälge (7, 7′) abstützen, wodurch der Wagenboden unter die Radmittenebene bis zum zulässigen Freiheitsgrad, z. B. 200 mm, abgesenkt werden kann, wobei das Einzel­ stellglied (3′) durch zwei Stellglieder zu ersetzen und die Spurstangen (12) mit den Distanzänderungs­ elementen (13) tiefer liegend anzuordnen sind.