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Die
Erfindung betrifft eine Kupplungsvorrichtung zum miteinander Kuppeln
der benachbarten Enden von zwei Fahrzeugeinheiten eines Gelenk-Schienenfahrzeugs
und betrifft ein Schienenfahrzeug, welches solch eine Kupplungsvorrichtung umfasst.
Insbesondere betrifft die Erfindung eine Gelenkkupplungsvorrichtung
für ein
Gelenk-Schienenfahrzeug, welches zwei Fahrzeugeinheiten umfasst, die
auf einem gemeinsamen Untergestell abgestützt sind.
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Eine
Kupplungsvorrichtung eines Jacobs-Drehgestells ist aus dem Dokument
gemäß dem Stand
der Technik
EP 0 520
301 A1 bekannt. Die einander zugewandten Enden von zwei
Fahrzeugeinheiten eines Gelenk-Schienenfahrzeugs
sind auf einem gemeinsamen Drehgestell abgestützt und miteinander auf eine
gelenkige Weise mittels eines Kreuzgelenks verbunden. Eine Gabel
des Kreuzgelenks ist einstückig
mit dem oberen Teil eines vertikalen Drehlagers verbunden, welches
auf dem Drehgestell abgestützt
ist. Solch eine Anordnung sieht kein Spiel in der Querrichtung zwischen
der Kupplung und dem Drehgestell vor. Das Drehgestell muss mit einer aufgehängten Schwinge
zum Halten des vertikalen Drehlagers ausgestattet sein. Die Anordnung
insgesamt ist ausladend, schwer und unterliegt beträchtlicher
Abnützung.
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Eine
verbesserte Gelenkverbindung zwischen zwei Untereinheiten eines
Fahrzeugs ist aus
DE
44 04 878 C1 bekannt. Die Verbindung ist mit einer Gabel,
welche an einer Fahrzeuguntereinheit angebracht ist, einer Zugstange,
welche an der anderen Fahrzeuguntereinheit angebracht ist, und mit
einem Kugelgelenk ausgestattet, welches zwischen die Gabel und die
Zugstange eingesetzt ist. Die zwei Fahrzeuguntereinheiten sind direkt über eine Sekundärfederung
auf einem gemeinsamen Drehgestell der Jacobs-Bauart abgestützt, welches
unter der Gelenksverbindung angeordnet ist. Ein vertikaler Stift
ist an der Zugstange befestigt und ragt nach unten in einen freien
Raum im Drehgestell vor. Federn in die seitliche und in die Längsrichtung
sind zwischen dem vertikalen Stift und den Wänden des freien Raums bereitgestellt.
Folglich ist der Gelenkszusammenbau direkt mit dem Drehgestellrahmen
verbunden. Die Breite des freien Raums, d.h. der Abstand zwischen den
seitlichen Wänden
des freien Raums, definiert den maximalen Versatz des Drehgestells
in die Querrichtung in Bezug auf den Gelenkszusammenbau und/oder
die Fahrzeuguntereinheiten. Ein ähnlicher Aufbau
ist aus dem Dokument gemäß dem Stand
der Technik
EP 0 831 003 bekannt.
Zwei Fahrzeugeinheiten sind direkt auf einem gemeinsamen Untergestell mittels
einer Sekundärfederung
abgestützt
und miteinander mittels einer Kreuzkupplung verbunden. Das Untergestell
ist mit seitlichen Puffern ausgestattet, welche die Querbewegung
des Kreuzgelenks in Bezug auf das Untergestell beschränken. Bei
solchen Vorrichtungen ist die maximale relative Bewegung zwischen
den Fahrzeuguntereinheiten und dem Drehgestell unabhängig von
der Winkelstellung der Fahrzeuguntereinheiten. Es kann, insbesondere
in Kurven, schwierig werden, die seitliche Bewegung der Fahrzeugeinheiten
innerhalb der Grenzen des Standardzugprofils zu halten und die widersprüchlichen
Erfordernisse von Fahrzeugstabilität und Komfort zu erfüllen.
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Die
Erfindung stellt eine verbesserte Gelenksverbindung zwischen zwei
Fahrzeugeinheiten bereit, welche auf einem gemeinsamen Untergestell abgestützt sind.
Insbesondere stellt die Erfindung durch einfache Mittel eine verbesserte
Regelung der relativen gegenseitigen Querbewegung zwischen den Fahrzeugeinheiten
und dem Untergestell bereit.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Gelenkkupplungsvorrichtung für ein Gelenk-Schienenfahrzeug
bereitgestellt, welches zwei Fahrzeugeinheiten umfasst, die auf
einem gemeinsamen Untergestell abgestützt sind, wobei die Gelenkkupplungsvorrichtung
umfasst:
- – eine
Gelenkkupplung zum Verbinden der zwei Fahrzeugeinheiten, die es
den beiden Fahrzeugeinheiten ermöglicht,
sich gegeneinander zu drehen; und
- – ein
Anschlagmittel zur Begrenzung einer Querbewegung der Kupplung in
Bezug auf das Untergestell und zur Ermöglichung eines vorgegebenen
Querspiels der Kupplung in Bezug auf das Untergestell, wobei das
Anschlagmittel so ausgelegt ist, dass das vorgegebene Querspiel
als Funktion der Winkelstellung eines Elements der Gelenkkupplung
in Bezug auf das Untergestell variabel ist.
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Die
Kupplung umfasst wenigstens zwei Elemente, von denen eines an einer
der Fahrzeugeinheiten befestigt ist, während das andere an der anderen
Fahrzeugeinheit angebracht ist. In den meisten Fällen umfasst die Gelenkkupplung
eines oder mehrere zusätzliche
Zwischenelemente. Jedes dieser Elemente kann zum Verändern des
Spiels zwischen der Kupplung und dem Untergestell eingesetzt werden.
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Mit
dieser Anordnung findet eine Beschränkung der freien Querbewegung
zwischen der Kupplung und dem Untergestell statt, zwei Bauteile,
welche nahe beieinander liegen und leicht zugänglich sind. Dies macht den
Zusammenbau und die Einstellung der Vorrichtung sehr einfach. Darüber hinaus
ist es nicht notwendig, Queranschläge zwischen den Fahrzeugeinheiten
und dem Untergestell hinzu zu fügen,
sodass die Vorrichtung kompakt gehalten werden kann.
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Vorzugsweise
nimmt das Querspiel, d.h. die Menge an Spiel in der Querrichtung,
ab, wenn das Element der Gelenkkupplung sich weg von einer mittleren
Winkelstellung relativ zum Untergestell bewegt, wobei die mittlere
Winkelstellung einer Ausrichtung der ersten und der zweiten Fahrzeugeinheit
auf einem geraden Schienenstück
entspricht. Insbesondere wird ein ruhiger Lauf erzielt, wenn das
Fahrzeug auf einem geradlinigen Schienenstück fährt, während die Kurvenfahrstabilität verbessert
wird. Alternativ ist es auch möglich,
das Spiel konstant zu halten, was weniger freie Querbewegung in
eine Richtung zulässt,
z.B. in Richtung des Winkelpunkts in der zentripetalen Richtung,
und größere freie
Bewegung in die entgegengesetzte Querrichtung zulässt, z.B.
weg vom Winkelpunkt in der zentrifugalen Richtung.
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Vorteilhafterweise
umfasst das Anschlagmittel ein Anschlagelement, welches mit einem
Widerlagerelement zusammenarbeitet, wobei das Anschlagelement von
der Kupplung und das Widerlagerelement vom Untergestell gestützt wird.
Vorzugsweise ist das Anschlagelement in einer vertikalen Ebene in Bezug
auf seine Halterung bewegbar, um so die vertikale Federbewegung
der Fahrzeugeinheiten und der Kupplung in Bezug auf das Untergestell
zu kompensieren. Vorteilhafterweise ist das Anschlagelement an der
Kupplung um eine horizontale Drehachse gelenkig gelagert. Die Ausrichtung
der horizontalen Drehachse ist nicht wesentlich, aber eine Längsdrehachse
wird bevorzugt, da sie zulässt,
dass die Vorrichtung sowohl die vertikale Federbewegung als auch
die Neigebewegung der Kupplung in Bezug auf das Untergestell aufnimmt,
wodurch sich die Vorrichtung gut für sich neigende Züge eignet.
Gemäß einer Ausführungsform
wird das Anschlagelement von einem Arm getragen, welcher drehbar
mit der Trägerunterlage
verbunden ist. Das Anschlagmittel kann des Weiteren ein Führungsmittel
zum Führen
des Anschlagelements in Richtung des Widerlagerelements in der vertikalen
Richtung umfassen.
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Vorteilhafterweise
umfasst das Anschlagmittel entgegengesetzte gekrümmte Wände, welche einen offenen Raum
begrenzen, und ein in den offenen Raum eingesetztes Führungsglied,
dessen Bewegung durch die gekrümmten Wände begrenzt
wird. Nur ein Anschlagelement ist zum Steuern der Bewegung der Kupplung
in beide Richtungen entlang der Querachse des Untergestells notwendig,
was die Vorrichtung besonders kompakt macht.
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Vorteilhafterweise
umfasst die Kupplung des Weiteren einen Stoßdämpfer zwischen der Kupplung und
dem Untergestell zum Absorbieren von kinetischer Energie in der
Querrichtung.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Gelenk-Schienenfahrzeug bereitgestellt mit:
- – einer
ersten Fahrzeugeinheit;
- – einer
zweiten Fahrzeugeinheit;
- – einem
Untergestell mit einem Rahmen, welcher auf mindestens einem Paar
rechter und linker Räder
abgestützt
ist;
- – einer
Sekundärfederung
zum Abstützen
der ersten und der zweiten Fahrzeugeinheit auf dem Rahmen des Untergestells;
- – einer
Gelenkkupplungsvorrichtung zum Verbinden der ersten und der zweiten
Fahrzeugeinheit und um zu ermöglichen,
dass sich die erste und die zweite Fahrzeugeinheit gegeneinander
drehen;
- – einem
Anschlagmittel zur Begrenzung der Bewegung der Kupplung in Bezug
auf das Untergestell in einer Querrichtung und um ein vorgegebenes
Querspiel der Kupplung in Bezug auf das Untergestell zu ermöglichen,
wobei das Anschlagmittel so ausgelegt ist, dass das vorgegebene Querspiel
als Funktion der Winkelstellung eines Elements der Gelenkkupplung
in Bezug auf den Rahmen des Untergestells variabel ist.
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Vorteilhafterweise
ist das Anschlagmittel so ausgelegt, dass das Querspiel abnimmt,
wenn das Element der Gelenkkupplung sich weg von einer mittleren
Winkelstellung relativ zum Untergestell bewegt, wobei die mittlere
Winkelstellung einer Ausrichtung der ersten und der zweiten Fahrzeugeinheit
auf einem geraden Schienenstück
entspricht.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
ein erstes Paar linker und rechter Räder unter der ersten Fahrzeugeinheit
bereitgestellt und ein zweites Paar linker und rechter Räder ist
unter der zweiten Fahrzeugeinheit bereitgestellt. Die Sekundärfederung
umfasst eine erste Sekundärfederungseinheit zum
Abstützen
der ersten Fahrzeugeinheit auf dem Rahmen des Untergestells und
eine zweite Sekundärfederungseinheit
zum Abstützen
der zweiten Fahrzeugeinheit auf dem Rahmen des Untergestells. Vorzugsweise
sind die Sekundärfederungseinheiten zwischen
den vorderen und den hinteren Räderpaaren
angeordnet.
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Vorteilhafterweise
stellen die erste und die zweite Sekundärfederungseinheit die Federung
wenigstens in der vertikalen Richtung und in der horizontalen Querrichtung
bereit.
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Andere
Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen deutlicher aus der folgenden
Beschreibung der besonderen Ausführungsformen
der Erfindung hervor, welche lediglich als nicht einschränkende Beispiele
angeführt
werden und in den begleitenden Zeichnungen dargestellt sind, wobei:
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1 eine
Seitenansicht eines Schienenfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung ist;
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2 eine
Draufsicht auf eine Kupplungsvorrichtung und ein Untergestell gemäß der Ausführungsform
aus 1 ist;
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3 eine
Querschnittansicht durch Linie III-III aus 2 ist;
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4 eine
isometrische Ansicht eines Anschlagmittels der Kupplungsvorrichtung
gemäß der Ausführungsform
aus 1 ist;
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5 eine
isometrische Ansicht eines Anschlagmittels einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung ist.
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Unter
Bezugnahme auf 1 bis 4 umfasst
ein Schienenfahrzeug, in dieser Ausführungsform ein Eisenbahn- oder
ein Straßenbahnfahrzeug, zwei
Fahrzeugeinheiten 10, 12, welche auf einem gemeinsamen
Untergestell 14 mittels einer Sekundärfederung 16 abgestützt sind
und miteinander mittels einer Gelenkkupplung 18 um eine
vertikale Achse 19 verbunden sind.
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Das
Untergestell 14 ist mit einem H-förmigen Rahmen 20 mit
zwei Längsträgern 22, 24 versehen, die
durch ein Querträgerelement 26 verbunden
sind. Der Rahmen 20 ist auf einem ersten Paar linker und rechter
Räder 28 und
einem zweiten Paar linker und rechter Räder 30 mittels einer
Primärfederung 31 abgestützt.
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Das
Untergestell 14 kann zum Zweck der Beschreibung zum Definieren
eines räumlichen
Bezugspunkts verwendet werden. Insbesondere wird die allgemeine
horizontale Richtung der Bewegung des Untergestells auf den Schienen
als Längsrichtung 32 definiert
und die Richtung senkrecht zur Längsrichtung
wird als Querrichtung 33 definiert. Wenn die Räder lenkbar
sind, wird die Längsrichtung durch
die mittlere Position der Räder
definiert.
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Die
Sekundärfederung 16 umfasst
ein erstes Paar Federn 34 zum direkten Abstützen des
Wagenkastens der ersten Fahrzeugeinheit 10 auf dem Querelement 26,
ein zweites Paar Federn 36 zum direkten Abstützen des
Wagenkastens der zweiten Fahrzeugeinheit 12 auf dem Querelement 26 und
mehrere Stoßdämpfer, welche
zwischen den Wagenkästen und
dem Untergestell angeordnet sind. Die Sekundärfederung kann auch andere
Elemente wie Torsionsstäbe
umfassen, um die Neigungsbewegung der Wagenkästen zu regeln. Die Radachsen 28, 30 sind zu
beiden Seiten der zwei Paare Federn 34, 36 der Sekundärfederung
unter den Wagenkästen
angeordnet.
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Die
Gelenkkupplung
18 umfasst eine erste Stütze
40, welche angeschraubt
oder auf andere Weise starr mit dem Wagenkasten der ersten Fahrzeugeinheit
10 befestigt
ist, eine zweite Stütze
42, welche
angeschraubt oder auf andere Weise starr mit dem Wagenkasten der
zweiten Fahrzeugeinheit
12 befestigt ist, wobei jede dieser
Stützen
ein Element eines kugelförmigen
Lagers
43 (
3) zum gelenkigen Verbinden
der ersten und der zweiten Stütze
in Bezug auf einander trägt.
Diese Art Kupplung ist gut bekannt und detaillierter, z.B. im Dokument
EP 0 831 003 A2 ,
beschrieben, dessen Beschreibung hierin durch Bezugnahme eingeschlossen
ist. Eine der Fahrzeugeinheiten ist auch mit dem Untergestell mittels
einer Längsverbindungsstange
zum integralen Übertragen
von Brems- und/oder Beschleunigungskräften in der Längsrichtung
zwischen dem Untergestell und den Fahrzeugeinheiten verbunden.
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Das
Anschlagmittel 44 besteht aus einer Rolle 46,
die mit zwei gegenüberliegenden,
nockenartigen Seitenwänden 48, 49 zusammenwirkt,
sodass die relative Bewegung zwischen der Kupplung und dem Untergestell
in der Querrichtung begrenzt ist. Die Rolle 46 wird am
freien Ende eines Tragearms 50 gehalten, welcher gelenkig
auf der Stütze 42 mittels eines
zylindrischen Lagers 52 angebracht ist. Die Rolle 46 wird
in eine Öffnung 54 einer
Platte 56 eingesetzt, die starr am Rahmen 20 befestigt
ist. Diese Öffnung 54 ist
durch die gebogenen, nockenartigen Seitenwände 48, 49 begrenzt.
Der Abstand, welcher in der Querrichtung zwischen den gegenüberliegenden
Seitenwänden 48, 49 gemessen
wird, verändert sich
entlang der Längsachse.
Insbesondere in diesem Beispiel weist die Öffnung 54 eine im
Wesentlichen kreuzartige Form mit zwei engen Längsenden und einem mittleren
Teil von größerer Abmessung
in der Querrichtung auf. Eine Gleitstange 62, welche am
Ende eines Doppelarms 64 gehalten wird, stützt sich
gegen die obere Seite des Gelenkarms 50 ab, um so das freie
Ende des Arms 50 in Richtung der Öffnung 54 zu neigen.
Die untere Seite des Arms 50 drückt gegen eine Verschleißplatte 66.
Die Rolle 46 wird daher in der vertikalen Richtung geführt und
zwischen den Seitenwänden 48, 49 unabhängig von
der vertikalen relativen Bewegung zwischen der Kupplung 18 und
dem Rahmen des Untergestells 20 gehalten, während sie
sich frei innerhalb der Grenzen, die durch die Seitenwände 48, 49 der Öffnung definiert
sind, horizontal bewegen kann.
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Vorzugsweise
ist auch ein Stoßdämpfer 70 gelenkig
an der Stütze 42 und
am Rahmen des Untergestells 20 angebracht. Der untere Teil
der Stütze 42 erstreckt
sich durch eine Öffnung 71 des
Rahmenquerelements 26, welche mit seitlichen Prellpuffern 72 vorgesehen
ist. Der Zwischenraum zwischen der Stütze 42 und den Puffern 72 ist
relativ klein, kleiner als der kürzeste
Abstand, welcher in der Querrichtung zwischen den gegenüberliegenden
Seitenwänden 48, 49 der
Platte 56 gemessen wird, so dass die Stütze 42 immer im Kontakt
mit einem der Puffer steht, bevor die Rolle 46 mit einer
der Seitenwände 48, 49 in
Kontakt tritt. Jedoch sind die Puffer weich und wirken nicht als
Anschläge.
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Die
Vorrichtung arbeitet wie folgt: wenn sich das Fahrzeug auf einem
geraden Schienenstück
bewegt, fluchten die Wagenkästen
der zwei Fahrzeugeinheiten 10, 12 und der Arm 50 steht
senkrecht zur Längsachse 32 des
Untergestells 14. In solch einem Fall ist die Rolle 46 im
zentralen Teil der Öffnung 54 angeordnet.
Der Abstand zwischen den Seitenwänden 48, 49 der Öffnung definiert
die maximale, relative freie Bewegung oder den Spielraum zwischen
der Stütze 42 und
dem Untergestell 14 in der Querrichtung 33. Die
Kupplung 18 ist daher in der Lage, sich seitlich gemeinsam
mit den Fahrzeugeinheiten 10, 12 relativ zum Untergestell 14 zu
bewegen. Die Federn 34 und 36, die sowohl vertikale
als auch querliegende Abstützung
bereitstellen, regeln die hin und her gehende Querbewegung gemeinsam
mit den Puffern 72 und dem Stoßdämpfer 70. Dieses Querspiel
ist kritisch für
die Erhöhung
der Laufruhe des Zugs.
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Wenn
das Fahrzeug in eine Kurve hineinfährt, verschwenken sich die
zwei Fahrzeugeinheiten 10, 12 allmählich um
die Drehachse der Kupplung, während
das Untergestell 14 sich dreht, um in der Spur zu bleiben.
Daraus folgend, umfasst die Bewegung der Stütze 42 in Bezug auf
das Untergestell 14 eine Drehung um eine vertikale geometrische
Achse, selbst wenn die Bewegung als gesamtes keine reine Drehung
ist. Die Rotationskomponente der Bewegung lässt die Rolle in einen der
engen Teile der Öffnung 54 eintreten.
Das Querspiel zwischen der Rolle 46 und den Seitenwänden 48, 49 und
folglich zwischen der Kupplung 18 und dem Untergestell 14 wird verringert.
Die Auslenkung der Wagenkästen
in Bezug auf das Untergestell 14 in der Querrichtung ist daher
enger geregelt, sodass eine größere Kurvenfahrstabilität erzielt
wird, während
das Fahrzeug dem Standardzugprofil oder -lichtraum in Kurven entspricht.
Es sollte jedoch betont werden, dass die Puffer 72 und
der Stoßdämpfer 70 in
den Kurven aktiv bleiben, was bedeutet, dass die Stütze gegen
den Puffer stößt, bevor
die Rolle mit einer der Seitenwände 48, 49 in
Kontakt tritt.
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Die
Form der Seitenwände 48, 49 kann
in Abhängigkeit
von der angestrebten Beziehung zwischen der Winkelstellung der Kupplung 18 und
dem Untergestell 14 angepasst werden. Die Form der Seitenwände ist
nicht notwendigerweise symmetrisch.
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Ein
Detail einer zweiten Ausführungsform der
Erfindung wird in 5 gezeigt. Der Arm 50 ist gelenkig
mittels Drehzapfen 52 mit einem Teil der Kupplung 18 verbunden
und trägt
an seinem freien Ende eine Rolle 46, welche sich frei zwischen
zwei nockenartigen Platten 56A, 56B, die mit einer
Grundplatte verschraubt sind, bewegen kann. Die Form der zwei nockenartigen
Platten 56A, 56B ist so, dass der seitliche Freiraum
in Abhängigkeit
von der Richtung der Drehung gestaltet wird, so dass mehr Spiel
in der zentrifugalen Richtung als in der zentripetalen Richtung
zur Verfügung
steht. Die nockenartigen Platten können auseinander genommen werden
und durch andere Platten von unterschiedlicher Form, wie gewünscht, ersetzt
werden.
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Während hier
die bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben worden sind, versteht es sich von selbst,
dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist.
Viele Abänderungen
sind möglich.
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Der
Rahmen des Untergestells kann gelenkig gelagert werden oder verformbar
gestaltet sein, z.B. um eine Verformung zu gestatten, um Unebenheiten
der Schienenspur zu kompensieren. Der Rahmen kann eine quadratische
Form mit rechten und linken Längsträgern aufweisen,
welche durch ein vorderes und ein hinteres Querelement verbunden
sind. In solch einem Fall kann der Arm in Längsrichtung zwischen der Kupplung
und einem der Querelemente oder in Querrichtung zwischen der Kupplung
und einem der Längsträger ausgerichtet
werden.
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Das
Untergestell kann ein oder mehrere Paare linker und rechter Räder aufweisen.
Die Räder jedes
Paars können
auf einer gemeinsamen Achse oder unabhängig voneinander angebracht
sein. In den meisten Fällen
ist der Rahmen des Untergestells auf den Rädern mittels einer Primärfederung
abgestützt,
sodass den Rädern
wenigstens eine vertikale Bewegung in Bezug auf den Rahmen ermöglicht ist. Die
Räder können gelenkig
am Rahmen mit einer vertikalen Drehachse für begrenzte aktive oder passive
Lenkvorgänge
verbunden sein. Das Untergestell kann Antriebsräder aufweisen, welche einzeln
oder paarweise angetrieben werden können.
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Die
Sekundärfederung
kann jede Art Federn, z.B. Schraubfedern oder Fluidfedern, aufweisen.
Vorzugsweise wird jeder der zwei Wagenkästen von einer Sekundärfederungseinheit
getragen, wie oben beschrieben. Jedoch ist die Erfindung auch für einen Fahrzeugzusammenbau
geeignet, in welchem nur eine der Fahrzeugeinheiten direkt auf dem
Untergestell mittels der Sekundärfederung
abgestützt
ist, vorausgesetzt, die zweite Fahrzeugeinheit ist geeignet von
der ersten Fahrzeugeinheit abgestützt, z.B. mittels Federn oder
mittels der Gelenkverbindung selbst. Die Erfindung ist auch gut
für Neigungszüge geeignet.
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Das
Gelenk kann ein kugelförmiges
oder zylindrisches Lager sein. Es kann auch ein Verbindungsarm sein,
welcher an beiden Wagenkästen
gelenkig angebracht ist.