DE3715761C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Bahnsystem zum Betrieb eines entgleisungssicheren Hochgeschwindigkeits-Schienenfahrzeuges gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1; ein derartiges Bahnsystem ist durch die DE-PS 6 96 185 bekannt.

Im bekannten Fall der DE-PS 6 96 185 sind mit Sturz gegenein­ ander angeordnete Einzelschienenräder mit zylindrischer Lauffläche auf festsitzenden Kurzachsen in einem starren Traggestell gelagert. In einem Ausführungsbeispiel laufen die derartig schräg gestellten und gelagerten Einzelräder auf in entsprechender Schrägstellung angeordneten Schienen.

Durch die DE-OS 23 07 378 ist weiterhin ein Sicherheits-Hoch­ geschwindigkeitsfahrwerk für Schienenfahrzeuge bekannt, deren Einzelräder aus einer üblichen vertikalen Stellung zum Über­ fahren von Weichen so um einen Neigungswinkel schräg gestellt sind, daß die Spurkränze der Räder unter die Schienenköpfe greifen sollen. Ein derartiges Untergreifen ist bei normalen üblichen Schienenprofilen nicht möglich; außerdem entsteht infolge der Schrägstellung der Räder im Spurpunkt SP eine nach oben gerichtete Vertikalkomponente aus der hier wirksam werdende Zentrierkraft, so daß bei zusätzlichen horizontalen Seitenkräften die von der Fahrstrecke weg gerichtete Aussteigekomponente derartig hohe Werte annehmen kann, daß eine Entgleisungssicherheit nicht in jedem Fall gewährleistet ist.

Schienenfahrzeuge erreichen heute nach dem Stand der Technik auf der Basis des konventionellen Rad/Schiene-Prinzips bei ausreichender Entgleisungssicherheit maximale Fahrgeschwindig­ keiten von 250 bis 350 km/h.

Gemäß Aufgabe vorliegender Erfindung soll einerseits mit ein­ fachen Mitteln die Geschwindigkeit auf Hochgeschwindigkeits­ strecken weiter erhöht und andererseits eine gute Anbindung solcher Strecken an üblicherweise in dichtbesiedelten Gebieten liegende Zusteigestationen bzw. eine gute Einbindung in vorhan­ dene Infrastrukturen mit Normalgeschwindigkeitsstrecken ermög­ licht werden können.

Die Aufgabe dieser Lösung ist bei einem Bahnsystem der eingangs genannten Art durch die Lehre des Patentanspruchs 1 möglich; die Ansprüche 2 bis 12 kennzeichnen vorteilhafte Weiterbil­ dungen dieses Bahnsystems.

Das erfindungsgemäße Bahnsystem erlaubt unter Verwendung der üblichen Oberbauelemente für die Schienenverlegung und unter Verwendung von Schienen mit üblichem Profil die Erhöhung der Maximalgeschwindigkeit auf den Hochgeschwindigkeitsabschnitten auf 500 km/h bei erhöhter Entgleisungssicherheit und gerin­ gerer Materialbeanspruchung, insbesondere im Bereich der Spur­ kranz-Fahrkanten-Reibführung, und gleichzeitig die Anbindung der Hochgeschwindigkeitsstrecke an vorhandene bzw. im Bereich der Zusteigestationen anzuordnende Normalgeschwindigkeitsstrec­ ken, in die Weichen und Kreuzungen eingebaut sind, die aus Gründen der Betriebssicherheit auf der Hochgeschwindigkeits­ strecke nicht vorzusehen sind. In vorteilhafter Weise wird dabei ein solcher Neigungswinkel für die Schienen bzw. für die um den Spurpunkt vertikal schwenkbaren Einzelräder gewählt, daß die Vertikalkomponente der Spurkranz-Normalkraft gleich Null oder sogar nach unten gerichtet ist.

Eine besonders einfache Konstruktion eines Schienenfahrzeuges in einem solchen Bahnsystem mit der erfindungsgemäßen Schienen­ neigung und in ihrem Neigungswinkel anpaßbar schwenkbar gelagerten Einzelrädern ist dadurch gekennzeichnet, daß in wagenkastenseitigen Kulissenführungen die radabgewandten Halterungen der Einzelräder mittel- bzw. unmittelbar über Kulissenköpfe gelagert sind, an denen die Stellglieder ange­ koppelt sind, wobei der Kulissenmittelpunkt des in der Kulissen­ führung auf einem Kreisbogen führbaren Kulissenkopfes mit dem Spurpunkt in der Spurebene eines Einzelrades bei Spurspiel gleich Null zusammenfällt. Zweckmäßigerweise sind nach dem Durchfahren der Übergangsstrecke die Einzelräder in ihren Neigungs-Endstellungen derart gesichert, daß der Kulissenkopf bzw. die Kulissenführung mittels einer Verriegelungsvorrichtung spielfrei arretierbar sind.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, die Gegenstand der Unteransprüche sind, werden im folgenden anhand zweier schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert; darin zeigen:

Fig. 1 die wagenkastenseitige Draufsicht auf ein Einzelrad­ fahrwerk mit vertikaler Schwenkeinrichtung,

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

Fig. 3 das Einzelradwerk gemäß Fig. 1 im Schnittverlauf C-D, Fig. 4 die Seitenansicht eines Mehrräderfahrwerkes mit Halb­ drehgestellen,

Fig. 5 die wagenkastenseitige Draufsicht auf das Mehrräder­ fahrwerk gemäß Fig. 4,

Fig. 6 das Halbdrehgestell gemäß Fig. 4 des Mehrräderfahr­ werkes im Schnittverlauf E-F,

Fig. 7 den Querschnitt durch eine Wagenkasten-Portalkonstruk­ tion mit integrierten vertikal schwenkbaren Radführungen,

Fig. 8 in schematischer Darstellung die im Rad/Schiene-Kontakt angreifenden Kräfte bei senkrechter Einzelradstellung und Spurspiel Null,

Fig. 9 in schematischer Darstellung die im Rad/Schiene-Kontakt angreifenden Kräfte bei um den Winkel geneigter Einzelradstellung und Spurspiel Null.

Fig. 1, 2 zeigen ein über Federelemente 6, 6′ am Wagenkasten gehaltertes Einzelradfahrwerk 1. Zur Neigung der Radaufstands­ ebene und damit zur Einstellung eines Neigungswinkels α ist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung jedes Einzelrad in einer Radführungsschwinge gelagert, die mit ihrem einen Ende über Luftfedern 7 und mit ihrem anderen Ende über einen in einer Kulissenführung 5 gelagerten Kulissenkopf 4 und über Federelemente 6, 6′ am Wagenkasten 8 des Schienenfahrzeuges befestigt ist; der Wagenkasten 8 kann sich aufgrund seiner federnden Anbindung an die Einzelradfahrwerke quer zur Fahrt­ richtung in vorgegebenen Grenzen bewegen. Das Spurspiel wird durch eine verstellbare Abstandshalterung 9 fixiert. Die ansonsten starre Abstandshalterung 9 verbindet zwei gegen­ überliegende Einzelradfahrwerke; hierdurch ist die Spurhaltung der beiden Einzelradfahrwerke gewährleistet.

Zur Einstellung des Neigungswinkels α ist ein pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch betätigtes Stellglied 3 vorgesehen, das zwischen dem Kulissenkopf 4 und der Kulissenführung 5 an­ geordnet ist. In zweckmäßiger Weise wird das Einzelrad in seinen Schwenkendstellungen durch eine pneumatisch, hydraulisch oder elektromagnetisch zu betätigende Verriegelungsvorrichtung 11 spielfrei arretiert; dazu wird von der Verriegelungseinrich­ tung 11 ein federbelasteter, in der Kulissenführung 5 geführter Bolzen 10 in eine korrespondierende Bolzenöffnung im Kulissen­ kopf 4 eingesteckt.

Fig. 3 verdeutlicht eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeuges, nach der der Kulissenmittelpunkt KM des in der Kulissenführung 5 kreisförmig beweglich gelagerten Kulis­ senkopfes 4 in die Spurebene SPE in Höhe des Spurpunktes SP bei Spurspiel Null gelegt ist.

Fig. 4, 5 stellen ein Mehrräderfahrwerk 2 mit zwei Halbdrehge­ stellen dar. Jedes Halbdrehgestell besteht aus je einem Längs­ träger 14 mit endseitig in bekannter Weise angeordneten ge­ federten Radschwingen; gegenüberliegende Längsträger sind je­ weils durch einen Querträger 15 verbunden. Längslenker 16, 16′ koppeln das Mehrräderfahrwerk 2 bzw. den Querträger 15 mit dem Wagenkasten 8 und übertragen die Antriebs- und Bremskräfte.

Zur konstruktiv besonders einfachen Neigungseinstellung der Radaufstandsebene und damit zur Einstellung des Neigungswinkels ist bei Verwendung von Mehrräderfahrwerken vorgesehen, daß die die Einzelräder aufnehmenden Längsträger 14 sowohl zum Dreh­ zapfen 17 des Halbdrehgestelles jeweils horizontal schwenkbar als auch mittels ihres jeweiligen Kulissenkopfes 4′ in der Kulissenführung 5′ relativ zum jeweils zwei gegenüberliegende Halbdrehgestelle verbindenden Querträger 15 vertikal schwenkbar sind; zweckmäßigerweise sind dabei im Sinne einer nur kleinen Baugröße jeweils der Kulissenkopf 4′ integrierter Bestandteil des Längsträgers 14 und/oder die Kulissenführung 5′ integrier­ ter Bestandteil des Querträgers 15. Dazu sind die beiden zu­ sätzlich die Luftfedern 7, 7′ aufnehmenden Kopfenden des Querträgers 15 gemäß Fig. 6 als Kulissenführung ausgebildet.

Zur Einstellung des Neigungswinkels α der Längsträger 14 ist gemäß Fig. 5 für beide Halbdrehgestelle nur ein einzelnes Stell­ glied 3′ vorgesehen. Wie bereits für das Einzelradfahrwerk gemäß Fig. 3 beschrieben, wird zweckmäßigerweise auch für das Mehrräderfahrwerk vorgesehen, daß gemäß Fig. 6 der Kulissen­ mittelpunkt KM des in der Kulissenführung 5′ auf einem Kreis­ bogen führbaren Kulissenkopfes 4′ mit dem Spurpunkt SP in der Spurebene eines Einzelrades bei Spurspiel gleich Null zusammen­ fällt.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen den beidseitigen Radführungselementen der Halbdrehgestelle 2 eine Spurstange 12 mit entsprechend dem Neigungswinkel α über ein Distanzänderungselement 13 anpaßbarer Spurstangenlänge angeordnet, wobei zweckmäßigerweise das Distanzänderungs­ element 13 in Einstellabhängigkeit von dem den Neigungswinkel der Einzelräder bestimmenden Stellglied 3′ gestellt ist.

Zur Baugrößenminimierung der neigungseinstellbaren Einzelräder, insbesondere im Hinblick auf einen möglichst tief legbaren Wagenboden und damit im Sinne einer hohen Entgleisungssicher­ heit tief legbaren Schwerpunktes, ist nach einer weiteren Aus­ gestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Kulissenführung 5 bzw. 5′ jeweils integrierter Bestandteil des Schienenfahrzeug- Wagenkastens ist. Fig. 7 zeigt dazu das Beispiel einer Wagen­ kasten-Portalkonstruktion 18 mit einem die beidseitig gegenüber­ liegenden Mehrräderfahrwerke verbindenden Spurhalter 19. Die Mehrräderfahrwerke sind in Radkästen des Wagenkastens eingebaut und erlauben somit einen niedrig gelegten Wagenboden in einem Gang zwischen den Radkästen mit entsprechend niedriger Gesamt­ bauhöhe und somit niedrig gelegtem Schwerpunkt und geringerem Luftwiderstandswert des Fahrzeuges.

Fig. 8 zeigt in schematischer Darstellung die Berührungs- und Kräfteverhältnisse zwischen einer bei der Deutschen Bundesbahn benutzten üblichen Schiene und einem bei einem Schienenfahrzeug benutzten üblichen Radreifenprofil bei Spurspiel Null. Bei einer beispielsweise angenommenen Kurvenfahrt mit großen Seitenkräften oder bei einer Geradeausfahrt und entsprechend großen Seitenwindkräften wirkt eine Normalkraft N im Spurpunkt SP senkrecht auf die Spurkranzflanke des Radreifens. Die derart wirkende Normalkraft N ist zerlegt in eine horizontale Kompo­ nente P und eine vertikale Komponente V. Die Radlast wird im Aufstandspunkt A senkrecht auf die Schiene übertragen. Bei der in Fig. 8 angenommenen senkrechten, d.h. ungeneigten Schiene stellt sich eine nach oben gerichtete Vertikalkomponente V ein, die im hier beschriebenen Anlaufteil ein Aufklettern des Rades begünstigen würde.

Fig. 9 zeigt das zuvor bei senkrechter, d.h. ungeneigter Schiene angenommene Kräftespiel im Spurpunkt SP bei zur Gleismitte geneigten Schienen und entsprechend um den gleichen Neigungs­ winkel geneigten Rädern. Dabei tritt im angenommenen Anlaufteil eine Umkehrung der Vertikalkomponente V ein, die nunmehr nach unten gerichtet ist und den aus den Reibkomponenten entste­ henden, ein Aufklettern des Rades begünstigenden Kräften zusammen mit der Vertikalkomponente der Radlast entgegenwirkt und ein Entgleisen der Räder verhindert. Der Radaufstandspunkt A ändert dabei seine Lage zur Schienenkopfoberfläche nicht.

Claims (12)

1. Bahnsystem zum Betrieb eines entgleisungssicheren Hochge­ schwindigkeits-Schienenfahrzeuges mit radsatzlosen, zur Gleis­ mitte um einen Neigungswinkel α < 90° zueinander geneigten Einzelrädern und mit auf der Hochgeschwindigkeitsstrecke um den Neigungswinkel α < 90° zueinander geneigten Schienen mit üblichem Schienenprofil, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hochgeschwindigkeitsstrecke mit um den Winkel α < 90° geneigten Schienen an ihrem Anfang und/oder Ende über eine Übergangsstrecke in eine an sich bekannte Normal­ geschwindigkeitsstrecke mit unter dem Winkel α = 90° senkrecht angeordneten Schienen übergeht und die Neigung der im Schienen­ fahrzeug vertikal schwenkbaren Einzelräder über die jeweilige Schienenneigung erfassende Stellglieder (3 bzw. 3′) entsprechend dem jeweiligen Neigungswinkel α der Schienen kontinuierlich eingestellt wird.

2. Bahnsystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein solcher Neigungswinkel α für die Schienen bzw. für die um den Spurpunkt SP vertikal schwenkbaren Einzelräder gewählt wird, daß die Vertikalkomponente V der Spurkranznormalkraft N gleich Null wird oder nach unten gerichtet ist.

3. Bahnsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in dem Schienenfahrzeug die Halterungen der Einzelräder in wagenkastenseitigen Kulissen­ führungen (5 bzw. 5′) mittel- bzw. unmittelbar über Kulissen­ köpfe (4 bzw. 4′) gelagert sind, an denen die Stellglieder (3 bzw. 3′) angekoppelt sind.

4. Bahnsystem nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in den Schwenkendstellungen der Einzelräder des Schienenfahrzeuges der Kulissenkopf (4 bzw. 4′) bzw. die Kulissenführung (5 bzw. 5′) mittels einer Verriege­ lungsvorrichtung (11) spielfrei arretierbar sind.

5. Bahnsystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kulissenmittelpunkt KM des in der Kulissenführung (5 bzw. 5′) auf einem Kreisbogen führ­ baren Kulissenkopfes (4 bzw. 4′) mit dem Spurpunkt SP in der Spurebene eines Einzelrades bei Spurspiel gleich Null zusammenfällt.

6. Bahnsystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei Verwendung von Einzelrad­ fahrwerken die Einzelräder jeweils in einer Radführungsschwinge gelagert sind, die mit ihrem einen Ende über Luftfedern (7) und mit ihrem anderen Ende über den Kulissenkopf (4), die Kulissen­ führung (5) und Federelemente (6, 6′) am Wagenkasten (8) des Schienenfahrzeuges befestigt ist.

7. Bahnsystem nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kulissenführungen zweier gegenüber­ liegender Einzelradfahrwerke mit einer starren Abstandshalte­ rung (9) miteinander verbunden sind.

8. Bahnsystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei Verwendung von Mehrräderfahr­ werken (2) die die Einzelräder eines Halbdrehgestells aufnehmen­ den Längsträger (14) sowohl zum Drehzapfen (17) des Halbdrehge­ stells (2) horizontal schwenkbar als auch mittels ihres jewei­ ligen Kulissenkopfes (4) in der Kulissenführung (5′) relativ zum jeweils zwei gegenüberliegende Halbdrehgestelle verbinden­ den Querträger (15) vertikal schwenkbar sind (Fig. 4 und 5).

9. Bahnsystem nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeweils der Kulissenkopf (4′) Bestand­ teil des Längsträgers (14) und die Kulissenführung (5′) integrierter Bestandteil des Querträgers (15) ist (Fig. 6).

10. Bahnsystem nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen den beidseitigen Radführungs­ elementen bzw. Längsträgern der Halbdrehgestelle (2) eine Spurstange (12) mit entsprechend dem Neigungswinkel über ein Distanzänderungselement (13) anpaßbarer Spurstangenlänge vorgesehen ist.

11. Bahnsystem nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Distanzänderungselement (13) in Einstellabhängigkeit von dem den Neigungswinkel α der Einzel­ räder bestimmenden Stellglieder (3′) gestellt ist.

12. Bahnsystem nach einem der Ansprüche 3 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kulissen­ führung (5 bzw. 5′) jeweils Bestandteil des Schienenfahrzeug- Wagenkastens ist.