EP1237771A1 - Fahrzeugsegment für ein schienengebundenes gliederfahrzeug - Google Patents

Fahrzeugsegment für ein schienengebundenes gliederfahrzeug

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Publication number
EP1237771A1
EP1237771A1 EP00972873A EP00972873A EP1237771A1 EP 1237771 A1 EP1237771 A1 EP 1237771A1 EP 00972873 A EP00972873 A EP 00972873A EP 00972873 A EP00972873 A EP 00972873A EP 1237771 A1 EP1237771 A1 EP 1237771A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
vehicle
jacket
support frame
articulated
vehicle segment
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP00972873A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1237771B1 (de
Inventor
Herwig Schenk
Theodor Staneff
Frank König
Martin Grab
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
DB Reise and Touristik AG
Original Assignee
Deutsche Bahn AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Deutsche Bahn AG filed Critical Deutsche Bahn AG
Publication of EP1237771A1 publication Critical patent/EP1237771A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1237771B1 publication Critical patent/EP1237771B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61D—BODY DETAILS OR KINDS OF RAILWAY VEHICLES
    • B61D17/00—Construction details of vehicle bodies
    • B61D17/04—Construction details of vehicle bodies with bodies of metal; with composite, e.g. metal and wood body structures
    • B61D17/20—Communication passages between coaches; Adaptation of coach ends therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61D—BODY DETAILS OR KINDS OF RAILWAY VEHICLES
    • B61D3/00—Wagons or vans
    • B61D3/10—Articulated vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61G—COUPLINGS; DRAUGHT AND BUFFING APPLIANCES
    • B61G5/00—Couplings for special purposes not otherwise provided for
    • B61G5/02—Couplings for special purposes not otherwise provided for for coupling articulated trains, locomotives and tenders or the bogies of a vehicle; Coupling by means of a single coupling bar; Couplings preventing or limiting relative lateral movement of vehicles

Definitions

  • the invention relates to a vehicle segment for a rail-bound articulated vehicle, with a support frame on at least one pair of wheels and with a tubular jacket in cross section on the support frame, which encloses internals of the vehicle segment, the longitudinal axis of the jacket running in the direction of travel.
  • Such a vehicle segment is known from DE-42 13 948 A1.
  • This document discloses a articulated vehicle in which adjacent Jakobs-type vehicle segments are mounted on a common, two-axle bogie. The articulated coupling of the vehicle segments takes place in the floor area via an intermediate piece inserted between the segments.
  • One vehicle segment can be rotated about a vertical axis with the aid of cantilevered arms mounted on the intermediate piece, and the other in a similar construction about a horizontal axis running transversely to the longitudinal axis.
  • the forces which occur during relative movements of adjacent vehicle segments act in a concentrated manner on the bearing points of the cantilever arms on the intermediate piece.
  • both the vertical loads of the car bodies are directed to the bogie via the articulated connection and the driving and braking forces acting in the longitudinal direction are transmitted between the vehicle segments via the articulated connection.
  • These diverse, wear-prone loads on the articulation between vehicle segments require a correspondingly stable, complex construction and extensive control and maintenance work.
  • vehicle segments designed in this way can only be coupled and separated by complicated methods.
  • the object of the invention is therefore to develop a vehicle segment of the type mentioned at the beginning for a rail-bound articulated vehicle in such a way that the disadvantages mentioned do not occur.
  • the jacket can be rigidly coupled to the jacket of an adjacent vehicle segment and has at least one articulated jacket section which has a predetermined length in the direction of the longitudinal axis.
  • the jacket can be rigidly coupled to the jacket of an adjacent segment, the connection between vehicle segments is freed from essential joint functions. This means that the jacket on its longitudinal ends for rigid coupling to a respective neighboring vehicle segment is formed. The rigid coupling is achieved with the aid of coupling elements.
  • the articulation required for the operation of the vehicle segment in a rail vehicle composed of several vehicle segments is integrated in the vehicle segment according to the invention in the jacket of the vehicle segment itself by an articulated jacket section which has a predetermined length in the direction of the longitudinal axis.
  • Coupled vehicle segments according to the invention therefore form an articulated unit, comparable to a hose, for example, in which stiff longitudinal sections alternating in directions transverse to its longitudinal axis follow one another.
  • This unit is characterized by a hitherto unknown level of articulation for rail-bound vehicle groups, which can be predetermined precisely in terms of construction, for example by the respective longitudinal extent of the articulated jacket section of the individual vehicle segments.
  • the known concept of discreet and in each case articulated elements arranged between vehicle segments with a connection and mobility function is replaced by a deformability of rigidly interconnected coats that extend largely homogeneously over the length of the vehicle.
  • the vehicle segment according to the invention can contain a plurality of articulated jacket sections spaced in the longitudinal direction in order to achieve a high degree of homogeneity of the articulation and at the same time provide a plurality of rigid jacket sections which can have openings for windows and doors, for example.
  • a vehicle assembly composed of vehicle segments according to the invention forms a configuration that is particularly aerodynamically favorable for rail vehicles because no distance between the shells of adjacent vehicle segments is required.
  • a link vehicle composed of segments according to the invention can be designed as a closed tube, from which only the wheel pairs of the vehicle segments protrude downward. In contrast to known articulated vehicles, the transition between coupled vehicle segments is completely imperceptible from the outside. In this respect is suitable the vehicle segment according to the invention in particular for use in high-speed trains.
  • Another advantage of the vehicle segment according to the invention is that, due to the rigid coupling of the jackets of adjacent segments, a particularly simple connection technique can be used, in which the jackets are connected and disconnected quickly.
  • the articulated jacket section of the vehicle segment according to the invention is fundamentally different from a bellows device between adjacent vehicle segments. Rather, it is structurally an integral, stability-giving component of the jacket, which is designed in particular for directing braking and acceleration forces in the longitudinal direction of the vehicle segment.
  • the articulated jacket section is essentially stiff in the longitudinal direction.
  • the articulated jacket section is also the carrier of essential joint functions of the vehicle segment and can be significantly involved in the alignment of the vehicle segment to the track.
  • the deformability of the articulated longitudinal sections is preferably elastic in order to support return movements towards an elongated vehicle shape.
  • the entire shell of the vehicle segment according to the invention can also be referred to as a shell to clarify its stability.
  • it fulfills a protective function for the interior against external forces and environmental influences, as is known from the shells of common vehicle segments.
  • the vehicle segment has an essentially uniform jacket cross section over the entire length of the vehicle segment.
  • the interior of the vehicle segment according to the invention that is available for use is maximized in this way. Limitations of the cross-section, which are common in the known vehicle segments, are completely eliminated. Coupled vehicle segments of this embodiment have a uniform interior with a cross-sectional profile that remains the same over the entire length of the vehicle assembly.
  • the design of the interior in accordance with the intended use is not restricted by taking into account structural conditions, such as occur in known vehicle segments, for example at transitions between segments or in the joint area.
  • there is the economic advantage that a jacket of such a uniform shape is simple to manufacture and therefore inexpensive.
  • the articulated jacket section is elastically deformable with respect to forces (or force components) acting transversely to the longitudinal axis. Such forces occur when driving through bends. Due to the elastic design of the articulated jacket section, restoring forces are generated when it is deformed, which stretch the jacket back into its longitudinal orientation when the force is reduced. The articulated jacket section is therefore actively involved in the alignment of the vehicle segment.
  • the support of the longitudinally stretched orientation has the further advantage that the vehicle segment is stabilized against driving dynamic impulses which act transversely to the longitudinal direction - often high-frequency.
  • the elasticity of the articulated jacket section depends on the direction. In the longitudinal direction, the modulus of elasticity is so large that its deformation is not hindered when driving through track bends and track sinks and crests.
  • An Ab- Estimation of the required changes in length when driving through such a curve shows that the jacket of the vehicle segment with an assumed longitudinal extension of 4 m and a transverse extension of 3.30 m is stretched on the outside by almost 3 cm and also compressed on the inside by just under 3 cm.
  • the expansion or compression of the articulated jacket section in the direction of the longitudinal axis is slight due to the driving or braking forces occurring during the journey.
  • This low elasticity in the longitudinal direction prevents the drive or braking forces from being undesirably “consumed” by expansion or compression of the articulated section of the sleeve or from the vehicle segment being excited to longitudinal vibrations which are superimposed on the movement in the direction of travel.
  • the anisotropic elasticity ensures that the shape of the vehicle is evenly stretched or curved, depending on the current course of the road.
  • An elastic or inelastic deformability of the articulated jacket section in the longitudinal direction which is effective in the case of an extremely large, impact-like force action in the longitudinal direction, can be provided.
  • the kinetic impulse of an impact is first converted into a deformation of the articulated sections of the fuselage.
  • These can also contain special energy consumption elements that are irreversibly deformed when forces occur above certain limits. In this way, a part of the force acting on the vehicle segment is reduced by deformation work in the event of a frontal collision. Since the vehicle segments according to the invention are rigidly coupled, lateral kinking at the connection point in the event of a collision is fundamentally unlikely.
  • the continuous hull of a articulated train formed from vehicle segments according to the invention offers significantly improved protection against climbing or buckling of adjacent segments in the event of a collision compared to conventional vehicle chains.
  • the modulus of elasticity transverse to the longitudinal direction is so in the articulated jacket section designed so that the traversing of bends as well as track tops and sinks is made possible. For high-speed traffic, curves with a minimum radius of 250 m must be taken into account.
  • the directional dependency of the elasticity module is further differentiated in that the elastic deformability of the articulated jacket section is less with regard to forces directed perpendicular to the track plane than with regard to forces directed parallel to the track plane. This limits unnecessary freedom of movement.
  • track domes and depressions have a larger radius than track arches.
  • the articulated jacket section can be twisted elastically about the longitudinal axis in order to allow the vehicle assembly to nestle against a canting ramp on track arches.
  • the jacket and the articulated jacket section are preferably constructed from a plurality of material layers.
  • Such a multilayer structure has the advantage that the properties of the jacket and the articulated section can be precisely predetermined in many ways. Different layers can perform different functions. For example, the mechanical and electrical shielding to the outside can be accomplished by a metal skin, thermal insulation by an underlying layer, etc.
  • Suitable component of the articulated jacket section is a material formed from linear polyurethane elastomers, which is also characterized by a relatively high modulus of elasticity with very high long-term stability under constantly changing loads.
  • the low density of the materials mentioned is advantageous. It allows the casing to be made lighter in comparison to the prior art and thus retards the wear on wheels and rails due to a lower axle load.
  • Metal-based, lightweight constructions of the elastic metal segment are also possible, for example using aluminum.
  • a preferred embodiment of the invention has a jacket formed in one piece.
  • the one-piece design is characterized in particular by the fact that it requires little maintenance. Using standardized manufacturing processes, such coats can be economically manufactured in large quantities.
  • rigid and elastic sections can be formed seamlessly in succession in the longitudinal direction by integrating stiffening or defined-elastic structural elements between different elastic shells of the jacket which follow one another in the radial direction.
  • the winding technique also allows sandwich-like, one-piece hull structures to be produced with stiffened and elastic longitudinal sections.
  • a further embodiment of the invention provides controllable actuators for generating forces which bring about an elastic curvature or extension of the articulated jacket section, in which the longitudinal axis of the jacket is curved or stretched.
  • the focus is not on the reactive deformation of the articulated jacket sections due to the guiding forces transmitted from the pair of wheels via the supporting frame. Rather, the deformation of the articulated jacket sections can be actively and predictively controlled with the help of the actuators. Steering forces can even be transmitted from the jacket to the pair of wheels via the support frame.
  • Such active steering of a vehicle assembly from the jacket serves to optimize the alignment of the wheel pair to the track and thus to substantially reduce the guidance forces.
  • the predictive control can be carried out on the basis of a measurement of forces and geometrical quantities in the foremost vehicle segment of a vehicle association which is continuously continued during the journey.
  • the immediate evaluation of these measurement data is followed by the generation of control signals which are sent to the following vehicle segments and there cause the actuators to perform a steering movement of the respective articulated jacket section with a pre-calculated steering force and a time delay.
  • the control signals can also be generated on the basis of previously determined and stored roadway data and further, currently measured parameters such as the speed and mass of the vehicle segments.
  • Such active steering not only significantly reduces wear on wheels and rails.
  • driving comfort is increased, since the forward-looking, active alignment of the wheel pair from the jacket does not occur abruptly, in contrast to a passive alignment of the vehicle segment in response to current tracking forces between the wheel pair and rails.
  • the calming of the vehicle running achieved in this way can also be used to increase the maximum speed of a vehicle group.
  • the actuators are integrated in the jacket.
  • they are protected from environmental influences and, on the other hand, they can give the articulated jacket section stability as structural components. This is particularly advantageous when the articulated jacket section is formed from elastic material.
  • the actuators can be carried out mechanically, for example.
  • Mechanical actuators for similar purposes are known.
  • experience from aircraft construction can be used, where for the deformation of the profile of the trailing edge of landing flaps integrated and curved in one plane, approximately horn-shaped actuators are used.
  • Such actuators can be integrated into the jacket of the vehicle segment. You stand with inward and outward facing coat layers in contact. By rotating the actuators about their respective longitudinal axes out of the plane of curvature, the articulated jacket section can be curved or stretched in a defined manner.
  • fluid operated actuators can also be used.
  • the experience of aircraft construction can be used to develop adaptive wing profiles.
  • double-acting, fluid-operated actuators can be integrated into the jacket of the vehicle segment, which are available on the market under the name "pneumatic muscle” as a further development of the contraction hose.
  • pneumatic muscle When their internal pressure changes, they generate a tensile or compressive force acting in the axial direction.
  • such actuators are operated on opposite sides of the jacket in the opposite direction.
  • piezoelectric actuators are used.
  • Known materials for example in the form of piezoceramic strips in contact with a cladding layer, can be used here. These deform depending on the amount and polarity of an electrical control voltage applied to them.
  • the advantage of such a design of the actuators lies in their direct electrical controllability, which entails significant simplifications. Compared to fluid-operated actuators, there is no need for a comprehensive line and pressure regulation system for a fluid.
  • the jacket of the vehicle segment has at least one window or door opening for travel and is rigid over the longitudinal extent of this opening. This means that conventional window and door constructions can be used without affecting the flexibility of the casing. If the jacket has several openings distributed over its longitudinal extension of the jacket, articulated jacket sections can be provided between these openings. The jacket can be made windowless for freight transport. Such a jacket can be articulated over large parts of its longitudinal extent.
  • the support frame is preferably made rigid.
  • the supporting frame takes over all supporting functions. Support and joint functions are therefore separated and taken over by different assemblies.
  • the articulated jacket section is not additionally subjected to vertical loads.
  • the jacket is relieved and can be designed to be self-supporting.
  • the rigid support frame has at least one trough-shaped section which, viewed in cross section, is arranged approximately in the center of the support frame.
  • This trough is preferably provided with a cover for the production of a continuous floor and can be used to hold units and equipment of vehicle technology.
  • the relatively small distance between the bottom of the hull and the top edge of the rail provides a low center of gravity for the fuselage that is favorable in terms of driving dynamics.
  • the rigid design of the support frame does not constitute a significant impairment of the articulation of the vehicle segment or of a vehicle assembly composed of such vehicle segments.
  • the jacket is attached to the support frame in such a way that its mobility relative to the support frame is not impaired.
  • a distance is provided in particular between the inside of the jacket and the transverse side of the support frame.
  • adjacent support frames are coupled to one another in such a way that they can carry out all the relative movements that occur due to the tracking.
  • This new articulation concept for a vehicle association thus includes, on the one hand, the relative movement of adjacent support frames in a form known per se.
  • these relative movements are directly at the junctures of the vehicle segments decoupled from the jacket, which behaves stiffly here and rather reacts to the guidance forces with its articulated jacket section in another area of its longitudinal extent.
  • the coupling of the wheel pair and the jacket to the support frame is of great importance.
  • Means for damping transverse movements between the support frame and the pair of wheels are preferably provided.
  • the wheels of the pair of wheels are fastened to the support frame such that a straight line connecting the center points of the wheels is always in an axis plane of the vehicle segment which is transverse to the direction of travel.
  • tracking forces are transmitted directly from the pair of wheels to the support frame, which consequently is always aligned parallel to the current running direction of the pair of wheels.
  • the axis of the wheel pair is therefore always radially aligned in track arches.
  • the pair of wheels is arranged on a longitudinal end of the support frame.
  • each support frame can be supported at both ends in a vehicle assembly, as a result of which pitching movements of adjacent segments against one another are avoided from the outset.
  • the jacket only has to be rigid at its longitudinal ends.
  • the casing has a first rigid longitudinal section which is rigidly coupled to the support frame in the longitudinal direction and in directions perpendicular to the straight line connecting the center points of the wheels.
  • the first rigid longitudinal section is preferably in the region the axis plane arranged.
  • the jacket can have a first rigid longitudinal section outside the axis plane. In both cases, the jacket is rigidly coupled to the support frame in this first rigid longitudinal section in the longitudinal direction and in directions perpendicular to the straight line connecting the center points of the wheels.
  • the coupling is furthermore carried out in such a way that the slight torsional movements to be expected are opposed to only slight resistance.
  • the casing is preferably attached to the support frame in the region of the first rigid longitudinal section on both transverse sides of the support frame.
  • Corresponding coupling elements are preferably arranged in the first rigid longitudinal section. They can also be attached to its longitudinal edges.
  • the casing in this area like the entire support frame itself - is always aligned parallel to the current running direction of the wheel pair.
  • the rigid axis plane section therefore transmits the tracking forces directed from the track to the support frame into the jacket for the deformation of the articulated jacket section.
  • the articulated sections of the rigidly coupled jackets are deformed in accordance with the orientation, which adjacent first rigid longitudinal sections have relative to one another. If one considers such a rail vehicle as a whole, the bogies with the supporting frames and the first rigid longitudinal longitudinal sections of the vehicle segments form a functional unit, to a certain extent a "vehicle skeleton", which during the journey corresponds to the current track course determines the shape of the rail vehicle.
  • the jacket has a second rigid longitudinal section, in which the jacket is coupled to the support frame in an elastically resettable manner in directions parallel and transverse to the longitudinal direction. Due to this coupling, the support frame and casing can perform movements relative to one another in track arches essentially limited to a plane parallel to the track. Excepted from this mobility, however, is the first rigid longitudinal section (for example the axial plane section) of the casing which is fastened to the support frame with the first connecting element and which, because of its fastening to the support frame described above, immediately follows its movements. Vertical relative movements between the jacket and the support frame are largely suppressed in the second stiff longitudinal section. In this way, an undesired pitching movement of the support frame is prevented. This means only a slight load on the jacket compared to known designs.
  • a second rigid longitudinal section is provided at each of the two longitudinal ends of the vehicle segment, in which this coupling between the jacket and the support frame is realized.
  • Connecting elements for producing the different types of coupling between the jacket and the support frame in the first and second rigid longitudinal sections are preferably each in the form of rubber-metal elements. On the one hand, this creates a frequently changing load compared to a stable connection between the jacket and the support frame. On the other hand, the jacket is insulated against vibrations and vibrations of the supporting frame.
  • the support frame can preferably be elastically coupled to the support frames of adjacent vehicle segments.
  • the supporting frames can be moved largely independently of one another.
  • Each support frame is based on the concept of the "vehicle skeleton" described in the previous paragraph according to the current direction of travel "of" his pair of wheels.
  • the support frame of the respective vehicle segment also moves relative to the jacket, but not where it is attached to the jacket in the area of a rigid jacket section using the first connecting elements (cf. above).
  • the coupling of the support frames described in a vehicle assembly can form a closed, coherent inner floor that extends inside the rail vehicle over its entire length.
  • loads can be stored and transported on this floor.
  • a further embodiment of the invention provides for the support frame to be divided into two rigid longitudinal sections which are coupled to one another and which are movable relative to one another essentially as the support frames of adjacent vehicle segments.
  • Each section of the support frame is based on a pair of wheels.
  • the wheel pairs can be arranged in the center or at one end of the support frame sections, as in a rigid support frame.
  • the jacket has at least one articulated jacket section in the area of the longitudinal extent of each support frame section and is stiff in the area of the axial planes and the longitudinal ends of the support frame sections.
  • the vehicle segment has a longitudinal Extension of less than 10 meters.
  • a link vehicle formed by coupling such segments is characterized by a very high adaptation to the track course. This opens up the possibility of using the available light space on the track - taking into account the driving dynamics influences - to broaden the segments in order to achieve a higher usable area and greater room comfort.
  • the small span between adjacent pairs of wheels associated with the small longitudinal extent of the vehicle segments further reduces the load per pair of wheels, since the load is distributed over a large number of support points. This allows a reduction in the design effort, in particular for the supporting frame, combined with additional lightening gains.
  • the vehicle segments preferably have a longitudinal extension of only 3 to 5 meters.
  • An articulated vehicle composed of such vehicle segments forms a largely homogeneously elastic tube, which is aligned parallel to the track at any location. In particular, the lateral projection over the track is constant over the entire longitudinal extent of the rail vehicle, even in track arches.
  • the rigid coupling between the jackets of adjacent vehicle segments takes place by means of a flange connection, a zipper connection or a piping connection.
  • connection techniques can also be used in combination. They are characterized by a homogeneous distribution of the forces directed in the longitudinal direction of the articulated vehicle over the jacket cross section perpendicular to the longitudinal axis.
  • the flow of power is not diverted between the vehicle segments as in known articulated vehicles in articulated devices.
  • the omission of such devices in the connection area of the vehicle segments allows a particularly simple and light construction, in particular of the support frame.
  • rail vehicles according to the concept according to the invention are ideally suited for operation at high speeds of up to 350 km / h.
  • This inner floor is preferably arranged at a distance above the supporting frame, supported on the supporting frame with the aid of supporting elements and extends over the entire length of a fuselage segment.
  • the coat is not strained.
  • Seats, tables or other furnishings can be attached to the inner floor.
  • the support elements are preferably used at the same time for the suspension of the inner floor and are designed to be correspondingly elastic - for example as fluid-operated spring elements - and possibly provided with dampers.
  • the inner floor in this embodiment is elastically attached to the segment jacket with the aid of a sealing lip.
  • the inner floor can be designed as a tub that extends laterally to the lower edge of the window. A restriction of the mobility of the segment jacket is avoided by an elastic coupling of the side walls of the "tub" with the jacket.
  • the cavity extending between the inner floor and the support frame can be used for the arrangement of supply lines. Cooling air for wheel bearings and machine units and fresh air for air conditioning can be supplied through the space between the underside of the supporting frame and the inside of the jacket running underneath.
  • spring elements are provided for supporting the inner floor near the lateral ends of the inner floor, each with the same distance from the center of the transverse extent of the segment, and are connected to a control device via adjusting elements.
  • the spring elements are pretensioned in such a way that the inner floor is adjusted by a corresponding to the vehicle speed and the bend angle. the certain angle is inclined towards the inside of the arch.
  • the adjustable inclination angles are less than 8 degrees, preferably a maximum of 4 degrees. The transverse extent of the inner floor is reduced so far that this pivoting movement can be carried out without restriction.
  • the vehicle according to the invention is equipped with a tilting technique by means of which the inclination of the segment fuselage is avoided. Only the inner trough or the inner floor of a respective segment with the internals attached to it is inclined in order to compensate for the force effects that occur during fast cornering.
  • the elastic side walls or the elastic connections of the inner floor to the segment jacket deform. Thanks to this tilting technology, the rail vehicle takes up less clearance in track bends than vehicles in which the entire segment body is tilted. Furthermore, this tilting technique requires particularly little drive energy for the actuating elements because comparatively small masses are moved. Further details can be found in another, simultaneously filed patent application.
  • FIG. 1 shows a perspective, partially sectioned and simplified view of a first exemplary embodiment of the sectional vehicle according to the invention
  • FIG. 2a shows a cross-sectional view of a first connecting element between a segment jacket and a support frame of the rail vehicle according to FIG. 1,
  • FIG. 2b the simplified perspective view of the first connecting element
  • FIG. 2c shows a cross-sectional view of a second connecting element between the segment jacket and the support frame of the rail travel stuff according to Figure 1,
  • FIG. 2d shows a simplified perspective view of the second connecting element
  • FIG. 3 shows a cross-sectional view of a vehicle segment of the exemplary embodiment according to FIG. 1,
  • FIG. 4 shows a side view of two segments in a second exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 5 shows a cross-sectional view of a vehicle segment according to FIG. 4,
  • Figure 6 is a longitudinal sectional view of part of a third embodiment of the rail vehicle according to the invention.
  • Figure 7 is a side view of two segments analogous to Figure 4 in a fourth embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows a part of a rail vehicle 10 in a simplified, perspective and partially sectioned view.
  • This embodiment is designed for use as a freight train.
  • Six vehicle segments 1 2 to 22 are shown, each with a length of approx. 4 meters, which are supported by a centrally arranged undercarriage 24 on a pair of rails 26.
  • single trolleys with one pair of wheels each are provided.
  • the axis of the wheel pair can only be moved in an axis plane perpendicular to the direction of travel.
  • This axis plane contains a straight line 32 which connects the center points of the wheels.
  • Each undercarriage 24 is fastened to a support frame 34 via spring and / or damping members, not shown.
  • the support frame 34 is rigid and extends within the respective vehicle segment essentially over the entire length and width of the jacket 36, but with a few centimeters distance from the inside thereof.
  • the jacket 36 is to ensure its defined articulation in the area of the axial plane and connected at its longitudinal ends to the support frame via special connecting elements 38 and 40, which are described in detail below with reference to FIGS. 2a to 2d.
  • the vehicle segments 1 2 to 22 have separation points 42 at their longitudinal ends, at which the jackets are coupled to one another via flange connections (not shown here in greater detail).
  • flange connections instead of the flange connection, however, any other, essentially rigid connection type can be used, for example a piping connection or a zipper connection.
  • adjacent jackets are coupled to one another by a connecting piece which extends over the entire circumference but has open ends and which engages with piping at its ends pointing in the longitudinal direction in guide grooves provided on both jackets.
  • the connecting piece can be retracted into the guide grooves for coupling the jackets, so it can also be easily removed when the jackets are separated.
  • the connecting piece is elastically deformable in the circumferential direction of the jacket, but is stiff in the longitudinal and transverse directions of the jacket.
  • the jackets 36 are each made in one piece from fiber composite materials and have rigid and articulated sections.
  • rigid jacket sections 44 and 46 without hatching and articulated jacket sections 48 are shown hatched in FIG.
  • the rigid end sections 44 each extend from the end faces of the segments over a length of approximately 20 cm to the center of the segment.
  • Rigid middle sections 46 are each formed from the axial plane over about 40 cm each to both end faces.
  • Articulated jacket sections 48 are formed between these rigid regions, each of which extends over the entire circumference of the jacket.
  • the rail vehicle 10 Since the rail vehicle 10 is intended for the transportation of goods, no windows are provided in the jacket of the vehicle segments 14 to 22. Only head segments 1 2 have windows 50 and doors 52. The loading of the interior takes place from the end faces of separate segments. In individual segments, the jacket 36 can also (not shown) roof openings to facilitate the loading process and / or have side wall doors, but only in the rigid middle sections 46, which are designed for this purpose with a correspondingly greater longitudinal extent.
  • FIG. 2a shows in a cross-sectional view the first connecting element 38, with the aid of which the jacket 36 is fastened in the rigid section 46 about the axis plane on the support frame 34.
  • the same connecting element is shown in a perspective view in FIG. 2b.
  • Connecting elements 38 are arranged on both transverse sides of the support frame 34 opposite one another.
  • the first connecting element 38 has a rectangular back plate 54 which is connected to the jacket 36.
  • a simple screw connection is provided for this, for which the back plate 54 has a plurality of bores 56.
  • a cylindrical bolt 58 extends from the back plate 54 to the transverse side of the support frame 34.
  • the back plate 54 and the bolt 58 are made in one piece from a rigid material, preferably from metal.
  • the bolt can alternatively be anchored or embedded in the jacket with its rear end for attachment to the jacket. From about half to the front end of its longitudinal extent, the bolt 58 is surrounded by a rubber jacket 60 firmly connected to it.
  • the support frame 34 and jacket are not connected completely rigidly by the connecting element 38.
  • the support frame and the bolt 58 are arranged at a short distance from one another, so that the support frame 34 can move together with the outer jacket 62 of the connecting element to a certain extent on the bolt 58, the rubber jacket 60 receiving the momentum of the support frame 34 transversely to the track and is correspondingly elastically deformed, a restoring force being generated which is opposite to the deflection. That way the jacket is insulated against high-frequency driving dynamics impulses transmitted from the chassis to the support frame.
  • the first connecting element 38 thus takes over the transmission of acceleration and tracking forces from the supporting frame to the jacket. It also isolates the jacket from the transmission of short-term and high-frequency impulses.
  • FIGS. 2c and 2d show an exemplary embodiment of the second connecting element 40, with the aid of which the jacket is supported on the supporting frame near its longitudinal ends.
  • the second connecting elements 40 are also arranged opposite one another on both transverse sides of the support frame 34, it being possible for a plurality of connecting elements 38 to be arranged one behind the other.
  • the cross-sectional view of Figure 2c shows that the basic structure of the second connecting element 40 is similar to that of the first.
  • the second connecting element 40 has a square bolt 66, the upper side 68 and lower side 70 of which are firmly connected with rubber layers 72 and 74 toward the supporting frame 34 approximately from half their longitudinal extent.
  • the rubber layers are covered by outer shells 76 and 78, which extend over the length of the square pin 66 and are bent towards the support frame 34 in order to enclose them firmly from above and below.
  • the second connecting element 40 tolerates relative movements between the support frame 34 and casing parallel to the track level. Such relative movements occur regularly when driving through bends.
  • the support frame and chassis rotate together about a vertical axis that intersects the axis line 32 at a right angle in the axis plane.
  • the support frame 34 is moved together with the shells 76 and 78 relative to the square bolt 66 by the action of the chassis.
  • the rubber layers of the second connecting elements 40 are deformed parallel to the track plane, longitudinally and transversely to the direction of travel. The deformations are different on the outside and inside of the arch.
  • the restoring force generated by the rubber layers limits the deflection and supports a Adjusting movement.
  • the swivel angle of the support frame in a curved track of 250 m radius is approximately 1 degree with a support frame of 4 m length.
  • the associated slight relative movement of the support frame in the longitudinal and transverse directions against the jacket is not hindered by the connecting element 40.
  • the connecting elements 40 are therefore designed to be significantly stiffer in the vertical direction than in directions parallel to the track plane.
  • the deformation of the jacket is not hindered.
  • the lower deformability of the connecting elements 40 in the vertical direction is also important when the support frame is loaded very unevenly. In this case, the connecting elements 40 take on the task of supporting the supporting frame, as a result of which part of the load has to be transferred to the jacket.
  • the jacket of the vehicle segment When entering a track curve via a cant ramp, the jacket of the vehicle segment is bent - as described above - on the one hand and twisted slightly on the other.
  • the vertical deformability of the connecting elements is sufficiently high to allow the torsional movement against the supporting frame.
  • the different construction of the connecting elements 38 and 40 is essential for the articulation of the rail vehicle. Since the support frame 34 cannot move against the first connecting elements 38 in the direction of the longitudinal axis, the chassis, support frame 34 and casing form an essentially rigid unit on the rigid central sections 46, which functions as a support point of the rail vehicle. At these support points, the vehicle transfers its load to the track on the one hand, and braking, acceleration and tracking forces are generated here by the interaction of the wheels with the track, which - from the undercarriage via the support frame directly - but with the interposition of the damping levels described - to the jacket be transmitted. Between the support points, the coat is articulated Sections deformed accordingly. In this respect, the support points fulfill a skeletal function. Between the support points of adjacent segments, the support frame and the casing can be moved relative to one another in accordance with the second connecting elements 40, in order not to hinder the deformation of the articulated casing sections when traversing track arches, track crests and depressions.
  • the primary task of the support frame 34 in this construction is the transmission of the vehicle load to the chassis.
  • the connecting elements 38 and 40 do not allow any substantial vertical relative movement of the support frame 34 against the jacket.
  • the suspension in the vertical direction through the rubber jackets 60 or layers 72 and 74 is therefore hard.
  • the elastic coupling of adjacent support frames serves to move them relative to one another, not primarily to transmit longitudinal forces. Force components acting in the longitudinal direction are predominantly transmitted through the jacket to the next segment. Force components acting in the transverse direction cause a deformation of the articulated jacket sections corresponding to the relative movement of adjacent support points.
  • adjacent support frames are connected by elastic sealing strips which can be fastened on both sides.
  • FIG. 3 shows a cross-sectional view of the vehicle segment 16 in a plane identified by the line III-III in FIG. 1, that is to say in an elastic section 48.
  • the maximum transverse extent of the jacket is approximately 3.30 m, its maximum height above the rail top edge approximately 3 m.
  • the lower parts of the casing also use the regular light space available in accordance with the Railway Construction and Operating Regulations (EBO) as far as possible, taking into account driving dynamics effects, such as the suspension, and can extend up to 1 3 to 8 cm with maximum deflection protrude from the top edge of the rail.
  • EBO Railway Construction and Operating Regulations
  • the jacket 36 is completely closed in this section, apart from wheel passages.
  • the support frame 34 is fastened on the single chassis 24, not shown in detail. On the transverse sides, apart from the connecting elements 38 and 40, the distance between the support frame and the jacket is bridged by sealing lips which can be fastened to the support frame or jacket and which rest on the jacket or support frame.
  • the support frame 34 is made of metal in the present embodiment and is plate-shaped.
  • the construction and material used for the support frame can, however, be varied according to the requirements using known technologies. For example, fiber composite materials can also be used or a hybrid construction method can be used.
  • FIG. 4 shows a longitudinal view of two segments 90 and 92 of a second exemplary embodiment provided for passenger traffic. Both segments have the same length of about 6 m. Like the segments of the first exemplary embodiment, they each have a running gear arranged centrally below with a pair of wheels 94 and are rigidly coupled to one another via a flange connection 96. The positions of a support frame 98 and an inner floor 100 are indicated by dashed lines. This is discussed in more detail below with the aid of FIG. 5.
  • the first segment 90 has a jacket 102 with two windows 104 and 106 provided therein, each arranged near the longitudinal ends, and a door device 108 which has a further window 110.
  • the second segment 92 also has windows 1 1 2 and 1 14 in the same arrangement and size.
  • two windows 1 1 6 and 1 17 are provided in the middle section.
  • the windows and door devices are flush with the outer surface of the shell 102.
  • Head carriages are provided at the ends of such a rail vehicle, cf. Figure 1
  • elastic sections 11 8 of the segment sleeves 90 and 92 are shown hatched in FIG.
  • the arrangement and longitudinal extension of elastic and rigid sections is identical in both segments. In this way, the articulation is the same in every segment and ensures a homogeneous adaptation of the rail vehicle as a whole to the course of the track.
  • the manufacture of the jackets of different segment types is particularly economical, since only a door opening or a window opening is to be provided in the middle section, but otherwise an identical production process can be maintained.
  • the arrangement and size of the windows or doors can be changed for segments with a special interior, such as a train restaurant, sanitary facilities or drive units.
  • the elastic sections 11 8 in the two segment types shown each extend on the one hand at a distance of approximately 20 cm from the segment end over a length of approximately 30 cm in the direction of the near window 114, 11 2 (and 104 or . 106).
  • further elastic sections of the same length are provided on both sides of the door 108 or the central window 116 towards the center of the segment.
  • FIG. 5 shows a cross-sectional view of the vehicle segment 92.
  • the sectional plane is identified in FIG. 4 by the line VV.
  • the principle on which the construction of the vehicle segment 92 is based is essentially the same as that explained above with reference to the first exemplary embodiment.
  • a support frame 1 20 is fastened to a chassis 1 22 arranged in the middle of the longitudinal extent of the segment.
  • the wheels of the wheel pair are mounted in such a way that a straight line 1 23 connecting their centers lies always in an axis plane that is perpendicular to the travel direction is.
  • the pair of wheels can be formed both by individually mounted wheels and by a wheel set with two wheels coupled via an axle.
  • a jacket 1 24 is supported on the transverse sides of the supporting frame 1 20.
  • connection of the jacket to the support frame takes place essentially in the same manner as has been described in detail with reference to FIGS. 1 and 2. Since the sectional plane of FIG. 5 is close to the axis plane of the vehicle segment 92, the connecting elements 38 are shown here.
  • the support frame 120 has a trough 1 26 which is arranged centrally in the transverse direction and which extends along the segment for accommodating vehicle-technical units, but omits the area of the undercarriage.
  • Two vertical side walls 1 28 and 1 30 delimit the trough 1 26 from the cavity below the support frame 1 20, but do not have an essential supporting function.
  • the support frame has longitudinal members 1 38 on its underside.
  • a rigid inner floor 1 32 over the entire length of the segment.
  • sealing lips 1 34 and 1 36 adjoin on both sides, which extend upwards towards the side wall of the Fit the jacket on and seal the space above the inner floor over the entire length of the segment from the cavities underneath.
  • bellows 140 and 142 are arranged on both sides of the center of the segment cross section, which are embedded in sockets 144 and 146 arranged on the underside of the inner base 132.
  • Several such bellows are provided one behind the other in the longitudinal direction.
  • their damping characteristics ensure that the inside floor is largely insulated from driving dynamics impulses and thus provides a quiet and comfortable driving experience.
  • the described mounting and the elastic attachment to the side walls of the casing 1 24 allow the inner bottom 132 to be pivoted about a longitudinal axis running perpendicular to the cross-sectional plane through its center.
  • This construction provides the basis for a tilting technique in which the vehicle body remains unchanged while driving through curved arches and only the inner floor is inclined towards the middle of the curve.
  • the pressure regulation and control of the bellows takes place in a manner known to the person skilled in the art from conventional tilting technology. Further details on the pivotable mounting of the inner floor 1 32 can be found in a simultaneously filed patent application by the applicant.
  • the passenger compartment formed above the inner floor 1 32 offers more space than in known vehicles due to the width of the vehicle segment of approximately 3.20 m made possible by the invention. This can be used, for example, for seating 148 in rows of five, as indicated in FIG. 5.
  • FIG. 6 shows a third exemplary embodiment with an alternative chassis arrangement on the basis of a simplified longitudinal sectional drawing. The longitudinal ends of two adjacent vehicle segments 1 50 and 1 52 of a rail vehicle 1 54 intended for the transport of goods are shown.
  • the vehicle segments 1 50 and 1 52 each have a support frame 1 56 and 1 58, as in the previous exemplary embodiments.
  • the support frame 1 58 is supported at its end on a single chassis 1 60.
  • the springs 1 62 and 164 drawn between the chassis 1 60 and the support frame 1 58 symbolize a primary suspension which, in accordance with what has been said for the description of FIGS. 1 and 2, shows relative movements between the chassis and support frame in directions parallel to the track plane substantially suppressed.
  • the support frame 156 of the vehicle segment 1 50 is supported with its adjacent end on the support frame 1 58.
  • this has a support 1 66 on which the support frame 1 56 is mounted via a rubber-metal element 168.
  • This Connection of the support frames is detachable to separate the vehicle segments.
  • the rubber-metal element 168 has a similar characteristic to that of the connecting element 40 explained with reference to FIGS. 1 and 2 and allows a relative movement of the support frames 1 56 and 1 58 when traversing track arches, depressions and crests.
  • the jacket 170 of the vehicle segment 1 52 is fastened to the supporting frame in the region of the axis plane via connecting elements 38.
  • Connecting elements 40 between the jacket 172 of the vehicle segment 1 50 and the support frame 156 are not required at this longitudinal end.
  • the elastic coupling via a sealing lip 84 (not shown) is sufficient here (see FIG. 3).
  • Elastic portions of the sheaths 170 and 172 are hatched as in the previous figures.
  • the sheaths are rigid at the longitudinal ends and rigidly coupled to one another with a flange connection 174.
  • the vehicle segment 1 50 is designed at its other, not shown in FIG. 6 longitudinal end as the vehicle segment 1 52. Accordingly, the vehicle segment 1 52 is formed at its other, not shown end as the vehicle segment 1 50 in FIG Each support frame is supported at both ends.
  • This embodiment has the advantage that at one end the jacket takes on both its function as part of the support point or "skeleton elements" of vehicle 1 54 and is therefore already rigid for the production of a rigid connection to the jacket of the adjacent vehicle segment. This enables greater flexibility in dividing the jacket into rigid and articulated sections. This design is therefore particularly suitable for configuration for passenger transport.
  • FIG. 7 Here is the fourth embodiment in A partial side view of a sectional vehicle 176 is shown analogously to FIG. This is constructed essentially in accordance with the exemplary embodiment from FIG. 6.
  • the two vehicle segments 1 78 and 180 shown have jackets 1 82 and 184 designed for passenger transport with openings for windows 1 86 and a door device 1 88.
  • Articulated jacket sections are formed in the middle of their longitudinal extent in these vehicle segments. Depending on the function of the vehicle segment and the associated arrangement of windows and doors, the articulated jacket sections can, however, also be formed at other points along the length. As explained above, only the longitudinal ends serving as support and connecting parts are excluded.

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Description

Fahrzeugsegment für ein schienengebundenes Gliederfahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugsegment für ein schienengebundenes Gliederfahrzeug, mit einem Traggestell auf mindestens einem Radpaar und mit einem im Querschnitt röhrenförmigen Mantel an dem Traggestell, der Einbauten des Fahrzeugsegments umhüllt, wobei die Längsachse des Mantels in Fahrtrichtung verläuft.
Ein derartiges Fahrzeugsegment ist aus der Druckschrift DE-42 13 948 A1 bekannt. Diese Schrift offenbart ein Gliederfahrzeug, bei dem benachbarte Fahrzeugsegmente nach Jakobs-Bauart auf einem gemeinsamen, zweiachsigen Drehgestell gelagert sind. Die gelenkige Kopplung der Fahrzeugsegmente erfolgt im Bodenbereich über ein zwischen die Segmente eingefügtes Zwischenstück. Das eine Fahrzeugsegment ist mit Hilfe auskragender, auf dem Zwischenstück gelagerter Arme um eine vertikale Achse, und das andere in ähnlicher Konstruktion um eine quer zur Längsachse verlaufende, horizontale Achse drehbar. Bei diesen bekannten Fahrzeugsegmenten greifen die bei Relativbewegungen benachbarter Fahrzeugsegmente auftretenden Kräfte konzentriert an den Lagerpunkten der Kragarme am Zwischenstück an. Gleichzeitig werden sowohl die vertikalen Lasten der Wagenkästen über die Gelenkverbindung auf das Drehgestell geleitet als auch in Längsrichtung wirkende Antriebs- und Bremskräfte über die Gelenkverbindung zwischen den Fahrzeugsegmenten übertragen. Diese vielfältigen, verschleißträchtigen Belastungen der Gelenkverbindung zwischen Fahrzeugsegmenten erfordern eine entsprechend stabile, aufwendige Konstruktion und umfangreiche Kontroll- und Wartungsarbeiten. Weiterhin sind derart ausgebildete Fahrzeugsegmente nur durch komplizierte Verfahren koppel- und trennbar.
Dieses wie auch andere bekannte Fahrzeugsegmente mit einer gelenkigen Kopplung an das benachbarte Segment weisen den zusätzlichen Nachteil auf, daß der Übergangsbereich zwischen den Fahrzeugsegmenten während der Fahrt aufgrund der Relativbewegungen der Fahrzeugsegmente für einen längeren Aufenthalt von Passagieren zu unkomfortabel ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Fahrzeugsegment der eingangs genannten Art für ein schienengebundenes Gliederfahrzeug so weiterzubilden, daßdie genannten Nachteile nicht auftreten.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Fahrzeugsegment entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß der Mantel an den Mantel eines benachbarten Fahrzeugsegmentes starr koppelbar ist und mindestens einen gelenkigen Mantelabschnitt aufweist, der in Richtung der Längsachse eine vorgegebene Länge hat.
Da bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeugsegment der Mantel starr an den Mantel eines benachbarten Segments koppelbar ist, ist die Verbindung zwischen Fahrzeugsegmenten von wesentlichen Gelenkfunktionen befreit. Das bedeutet, dass der Mantel an seinen längsseitigen Enden zur starren Ankopplung an ein jeweils be- nachbartes Fahrzeugsegment ausgebildet ist. Die starre Kopplung wird mit Hilfe von Kopplungselementen erreicht. Die für den Betrieb des Fahrzeugsegments in einem aus mehreren Fahrzeugsegmenten zusammengesetzten Schienenfahrzeug erforderliche Gelenkigkeit ist bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeugsegment in den Mantel des Fahrzeugsegments selbst integriert durch einen gelenkigen Mantelabschnitt, der in Richtung der Längsachse eine vorgegebene Länge hat.
Aneinander gekoppelte, erfindungsgemäße Fahrzeugsegmente bilden daher eine in sich gelenkige Einheit, vergleichbar etwa einem Schlauch, bei dem im Wechsel steife und in Richtungen quer zu seiner Längsachse biegbare Längsabschnitte aufeinanderfolgen. Diese Einheit zeichnet sich durch eine für schienengebundene Fahrzeugverbände bislang unbekannt hohe Gelenkigkeit aus, die konstruktiv präzise vorbestimmbar ist, beispielsweise durch die jeweilige Längserstreckung des gelenkigen Mantelabschnitts der einzelnen Fahrzeugsegmente. Das bekannte Konzept diskret und jeweils zwischen Fahrzeugsegmenten angeordneter Gelenkelemente mit Verbindungs- und Beweglichkeitsfunktion wird erfindungsgemäß ersetztdurch eine weitgehend homogen über die Länge des Fahrzeugs sich erstreckende, Verformbarkeit starr miteinander verbundener Mäntel. Das erfindungsgemäße Fahrzeugsegment kann mehrere, in Längsrichtung beabstandete, gelenkige Mantelabschnitte enthalten, um eine hohe Homogenität der Gelenkigkeit zu erzielen und gleichzeitig mehrere steife Mantelabschnitte vorzusehen, die beispielsweise Öffnungen für Fenster und Türen aufweisen können.
Ein aus erfindungsgemäßen Fahrzeugsegmenten zusammengesetzter Fahrzeugverband bildet eine für Schienenfahrzeuge aerodynamisch besonders günstige Konfiguration, weil keinerlei Abstand zwischen den Mänteln benachbarter Fahrzeugsegmente erforderlich ist. Ein aus erfindungsgemäßen Segmenten zusammengesetztes Gliederfahrzeug kann als geschlossene Röhre ausgebildet werden, aus der nur die Radpaare der Fahrzeugsegmente nach unten hin herausragen. Der Übergang zwischen gekoppelten Fahrzeugsegmenten ist im Gegensatz zu bekannten Gliederfahrzeugen von außen her vollkommen unmerklich. Insofern eignet sich das erfindungsgemäße Fahrzeugsegment insbesondere für den Einsatz in Hochgeschwindigkeitszügen.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Fahrzeugsegments ist, daß aufgrund der starren Kopplung der Mäntel benachbarter Segmente eine besonders einfache Verbindungstechnik verwendet werden kann, bei der das Verbinden bzw. Trennen der Mäntel schnell vonstatten geht.
Der gelenkige Mantelabschnitt des erfindungsgemäßen Fahrzeugsegments ist grundsätzlich verschieden von einer Balgenvorrichtung zwischen benachbarten Fahrzeugsegmenten. Er ist vielmehr konstruktiv ein integraler, Stabilität gebender Bestandteil des Mantels, der insbesondere auch für die Leitung von Brems- und Beschleunigungskräften in Längsrichtung des Fahrzeugsegments ausgebildet ist. Hierzu ist der gelenkige Mantelabschnitt in Längsrichtung im wesentlichen steif. Der gelenkige Mantelabschnitt ist darüber hinaus Träger wesentlicher Gelenkfunktionen des Fahrzeugsegments und kann an der Ausrichtung des Fahrzeugsegments zum Gleis wesentlich beteiligt sein. Die Verformbarkeit der gelenkigen Längsabschnitte ist bevorzugt elastisch, um Rückstellbewegungen hin zu einer gestreckten Fahrzeugform zu unterstützen.
Der gesamte Mantel des erfindungsgemäßen Fahrzeugsegments kann zur sprachlichen Verdeutlichung seiner Stabilität auch als Schale bezeichnet werden. Er erfüllt neben den oben beschriebenen Funktionen eine Schutzfunktion für den Innenraum vor Kraft- und Umwelteinwirkungen von außen, wie es von den Mänteln gängiger Fahrzeugsegmente her bekannt ist.
Der Erfindungsgedanke bricht mit der beim Stand der Technik angewendeten und selbstverständlich erscheinenden Lehre, daß die Gelenkigkeit von Schienenfahrzeugen mit Hilfe von zwischen ihren Segmenten angeordneten Gelenkeelementen zu erzielen sei, die diese Fahrzeugsegmente zum einen miteinander verbinden und zum anderen gleichzeitig eine Bewegung der Segmente relativ zueinander - in- nerhalb vorgegebener Schranken - zulassen. Die Gelenkigkeit wird erfindungsgemäß vielmehr auf den Mantel der Fahrzeusegmente übertragen.
Das Fahrzeugsegment weist in einer bevorzugten Ausführungsform einen über die gesamte Länge des Fahrzeugsegments im wesentlichen uniformen Mantelquerschnitt auf. Der zur Nutzung zur Verfügung stehende Innenraum des erfindungsgemäßen Fahrzeugsegments wird auf diese Weise maximiert. Einschränkungen des Querschnitts, die bei den bekannten Fahrzeugsegmenten üblich sind, entfallen völlig. Gekoppelte Fahrzeugsegmente dieser Ausführungsform haben einen einheitlichen Innenraum mit über die gesamte Länge des Fahrzeugverbandes gleichbleibendem Querschnittsprofil. Die Gestaltung des Innenraums entsprechend der angestrebten Nutzung ist nicht durch die Berücksichtigung konstruktiver Gegebenheiten eingeschränkt, wie sie bei bekannten Fahrzeugsegmenten beispielsweise an Übergängen zwischen Segmenten oder im Gelenkbereich auftreten. Hinzu kommt der wirtschaftliche Vorteil, daß ein Mantel von derart einheitlicher Form herstellungstechnisch einfach und daher kostengünstig ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der gelenkige Mantelabschnitt hinsichtlich quer zur Längsachse einwirkender Kräfte (oder Kraftkomponenten) elastisch verformbar. Derartige Kräfte treten etwa beim Durchfahren von Gleisbögen auf. Durch die elastische Ausbildung des gelenkigen Mantelabschnitts werden bei seiner Verformung Rückstellkräfte erzeugt, die bei nachlassender Krafteinwirkung den Mantel zurück in seine Längsausrichtung strecken. Der gelenkige Mantelabschnitt ist also aktiv an der Ausrichtung des Fahrzeugsegments beteiligt. Die Unterstützung der in Längsrichtung gestreckten Ausrichtung hat den weiteren Vorteil, daß das Fahrzeugsegment gegen quer zur Längsrichtung einwirkende - oft hochfrequente - fahrdynamische Impulse stabilisiert wird.
Die Elastizität des gelenkigen Mantelabschnitts ist richtungsabhänigig. In Längsrichtung ist das Elastizitäsmodul so groß, daß seine Verformung beim Durchfahren von Gleisbögen sowie Gleissenken und -kuppen nicht behindert wird. Eine Ab- Schätzung der erforderlichen Längenänderungen beim Durchfahren eines solchen Gleisbogens ergibt, daß der Mantel des Fahrzeugsegments bei einer angenommenen Längserstreckung von 4 m und einer Quererstreckung von 3,30 m bogen- außen um knapp 3 cm gestreckt und bogeninnen um ebenfalls knapp 3 cm gestaucht wird. Die Dehnung bzw. Stauchung des gelenkigen Mantelabschnitts durch die bei der Fahrt auftretenden Antriebs- oder Bremskräfte in Richtung der Längsachse ist gering. Diese geringe Elastizität in Längsrichtung verhindert, daß die Antriebs- oder Bremskräfte unerwünscht durch Dehnung bzw. Stauchung des gelenkigen Manatelabschnittes "verbraucht" werden oder daß das Fahrzeugsegment zu longitudinalen Schwingungen angeregt wird, die der Bewegung in Fahrtrichtung überlagert sind. Im Hinblick auf hochfrequente fahrdynamische Impulse, die einen gleichmäßigen Lauf des Fahrzeugs im Spurkanal beeinträchtigen, sorgt die anisotrope Elastizität für eine je nach aktuellem Fahrbahnverlauf gleichmäßig gestreckte oder gekrümmte Form des Fahrzeugs.
Es kann eine bei extrem großer, stoßartiger Krafteinwirkung in Längsrichtung wirksame elastische oder inelastische Verformbarkeit des gelenkigen Mantelabschnitts in Längsrichtung vorgesehen werden. Der kinetische Impuls eines Aufpralls wird dadurch zunächst in eine Verformung der gelenkigen Abschnitte des Rumpfes umgewandelt. Diese können weiterhin spezielle Energieverzehrglieder enthalten, die beim Auftreten von Kräften oberhalb bestimmter Grenzen irreversibel verformt werden. Auf diese Weise wird hier bei einem Frontal-Zusammenstoß ein Teil der auf das Fahrzeugsegment einwirkenden Kraft durch Verformungsarbeit abgebaut. Da die erfindungsgemäßen Fahrzeugsegmente starr gekoppelt sind, ist ein seitliches Abknicken an der Verbindungsstelle im Kollisionsfall grundsätzlich unwahrscheinlich. Der durchgängige Rumpf eines aus erfindungsgemäßen Fahrzeugsegmenten gebildeten Gliederzugs bietet einen gegenüber herkömmlichen Fahrzeugketten wesentlich verbesserten Schutz vor einem Aufklettern oder Ausknicken benachbarter Segmente bei einer Kollision.
Das Elastizitätsmodul quer zur Längsrichtung ist im gelenkigen Mantelabschnitt so ausgelegt, daß das Durchfahren von Gleisbögen sowie Gleiskuppen und -senken ermöglicht wird. Für den Hochgeschwindigkeitsverkehr sind Gleisbögen mit einem minimalen Radius von 250 m zu berücksichtigen.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Richtungsabhängigkeit des Elastizitätsmoduls noch weiter differenziert, indem die elastische Verformbarkeit des gelenkigen Mantelabschnitts hinsichtlich senkrecht zur Gleisebene gerichteter Kräfte geringer ist als hinsichtlich parallel zur Gleisebene gerichteter Kräfte. Dadurch werden unnötige Bewegungsspielräume begrenzt. Bekannterweise haben Gleiskuppen und -senken einen größeren Radius als Gleisbögen.
Der gelenkige Mantelabschnitt ist in einer weiteren Ausführungsform um die Längsachse elastisch tordierbar, um ein Anschmiegen des Fahrzeugverbandes an eine Überhöhungsrampe an Gleisbögen zu ermöglichen.
Vorzugsweise sind der Mantel und der gelenkige Mantelabschnitt aus mehreren Materialschichten aufgebaut. Ein solcher Mehrschichtaufbau bietet den Vorteil, daß die Eigenschaften des Mantels und des gelenkigen Abschnitts in vielfacher Hinsicht präzise vorbestimmt werden können. Dabei können unterschiedliche Schichten jeweils unterschiedliche Funktionen erfüllen. Beispielsweise kann die mechanische und elektrische Abschirmung nach außen hin durch eine Metallhaut bewerkstelligt werden, thermische Isolierung durch eine darunter liegende Schicht etc.
Für die Auswahl den Anforderungen entsprechender, sowohl richtungsabhängige Elastizität als auch Stabilität gebender Materialien des gelenkigen Mantelabschnitts kann auf bekannte Material- und Fertigungstechnologien zurückgegriffen werden. Insbesondere können Erfahrungen aus dem Fahrzeugleichtbau unter Verwendung von Faserverbundwerkstoffen mit beispielsweise Glas-, Polymer- oder Carbonfasern herangezogen werden. Ein anderer geeigneter Bestandteil des gelenkigen Mantelabschnitts ist ein aus linearen Polyurethan-Elastomeren gebildetes Material, das sich durch ein relativ hohes Elastizitätsmodul mit sehr hoher Langzeitstabilität auch unter ständig veränderlicher Belastung auszeichnet. Vorteilhaft ist die geringe Dichte der genannten Materialien. Sie erlaubt es, den Mantel im Vergleich zum Stand der Technik leichter auszubilden und damit durch eine geringere Achlast den Verschleiß von Rädern und Schienen zu verzögern. Auch metallbasierte, leichte Konstruktionen des elastischen Metallsegments sind möglich, etwa unter Verwendung von Aluminium.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung weist einen einstückig ausgebildeten Mantel auf. Die einstückige Ausführung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß sie wartungsarm ist. Durch standardisierte Herstellungsverfahren können derartige Mäntel in großen Stückzahlen wirtschaftlich hergestellt werden. In Sandwichbauweise können beispielsweise steife und elastische Abschnitte in Längsrichtung nahtlos aufeinanderfolgend ausgebildet werden, indem zwischen verschiedene, in radialer Richtung aufeinanderfolgende elastische Schalen des Mantels versteifende bzw. definiert-elastische Strukturelemente integriert werden. Auch die Wickeltechnik erlaubt es, sandwichartige, einstückige Rumpfstrukturen mit versteiften und elastischen Längsabschnitten herzustellen.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht steuerbare Stellglieder vor zur Erzeugung von Kräften, die eine elastische Krümmung oder Streckung des gelenkigen Mantelabschnitts bewirken, bei welcher die Längsachse des Mantels gekrümmt oder gestreckt wird. Bei dieser Ausführungsform steht nicht die reagierende Verformung der gelenkigen Mantelabschnitte auf vom Radpaar her über das Traggestell übertragene Spurführungskräfte hin im Vordergrund. Vielmehr ist die Verformung der gelenkigen Mantelabschnitte mit Hilfe der Stellglieder aktiv und vorausschauend steuerbar. Es können sogar auch Lenkkräfte vom Mantel her über das Traggestell auf das Radpaar übertragen werden. Eine solche aktive Lenkung eines Fahrzeugverbandes vom Mantel her dient der optimierten Ausrichtung des Radpaars zum Gleis und damit einer weitgehenden Verringerung von Spurführungskräften. Die vorausschauende Steuerung kann auf der Basis einer während der Fahrt kontinuierlich fortgesetzten Messung von Kräften und geometrischen Größen im vordersten Fahrzeugsegment eines Fahrzeugverbandes vorgenommen werden. Auf die sofortige Auswertung dieser Meßdaten folgt die Erzeugung von Steuersignalen, die an die folgenden Fahrzeugsegmente geleitet werden und dort die Stellglieder zu einer Lenkbewegung des jeweiligen gelenkigen Mantelabschnitts mit vorberechneter Lenkkraft und zeitlicher Verzögerung veranlassen. In einer anderen Variante kann die Erzeugung der Steuersignale auch auf der Basis vorweg ermittelter und gespeicherter Fahrbahndaten sowie weiterer, aktuell gemessener Parameter wie Geschwindigkeit und Masse der Fahrzeugsegmente erfolgen.
Durch eine solche aktive Lenkung wird nicht nur der Verschleiß an Rädern und Schienen deutlich gemindert. Gleichzeitig wird der Fahrkomfort erhöht, da die vorausschauende, aktive Ausrichtung des Radpaars vom Mantel her nicht abrupt erfolgt, im Gegensatz zu einer passiven Ausrichtung des Fahrzeugsegments in Reaktion auf aktuelle Spurführungskräfte zwischen Radpaar und Schienen. Die so erzielte Beruhigung des Fahrzeuglaufs kann auch zur Erhöhung der maximalen Geschwindigkeit eines Fahrzeugverbandes genutzt werden.
Bei einer vorteilhaften Variante dieser Ausführungsform sind die Stellglieder in den Mantel integriert. Dadurch sind sie zum einen vor Umwelteinflüssen geschützt und können zum anderen dem gelenkigen Mantelabschnitt als konstruktive Bestandteile Stabilität geben. Dies ist insbesondere bei einer Ausbildung des gelenkigen Mantelabschnitts aus elastischem Material von Vorteil.
Die Stellglieder können beispielsweise mechanisch ausgeführt werden. Mechanische Stellglieder für ähnliche Zwecke sind bekannt. Hier kann unter anderm auf Erfahrungen aus dem Flugzeugbau zurückgegriffen werden, wo zur Verformung des Profils der Hinterkante von Landeklappen in die Flügel integrierte und in einer Ebene gekrümmte, etwa hornförmige Stellglieder verwendet werden. Derartige Stellglieder können in den Mantel des Fahrzeugsegements integriert werden. Sie stehen mit nach innen und außen weisenden Mantelschichten in Berührung. Durch eine Drehung der Stellglieder um ihre jeweilige Längsachse aus der Krümmungsebene heraus kann der gelenkige Mantelabschnitt definiert gekrümmt oder gestreckt werden.
Alternativ können auch fluidbetriebene Stellglieder verwendet werden. Auch hier können die Erfahrungen des Flugzeugbaus bei der Entwicklung adaptiver Tragflügelprofile genutzt werden. Ebenso sind doppelt wirkende, fluidbetriebene Aktuatoren in den Mantel des Fahrzeugsegments integrierbar, die unter der Bezeichnung "pneumatischer Muskel" als Weiterentwicklung des Kontraktionsschlauches auf dem Markt erhältlich sind. Sie erzeugen bei einer Änderung ihres Innendrucks eine in axialer Richtung wirkende Zug- bzw. Druckkraft. Zur Erzieiung einer Krümmung des gelenkigen Mantelabschnitts werden derartige Aktuatoren an gegenüberliegenden Seiten des Mantels in entgegengesetzter Richtung betrieben.
In einer anderen Variante werden piezoelektrische Stellglieder verwendet. Hierbei können bekannte Materialien, beispielsweise in Form mit einer Mantelschicht in Berührung stehender piezokeramischer Streifen zum Einsatz kommen. Diese verformen sich je nach Betrag und Polarität einer an sie angelegten elektrischen Steuerspannung. Der Vorteil einer solchen Ausführung der Stellglieder liegt in ihrer unmittelbaren elektrischen Steuerbarkeit, die wesentliche Vereinfachungen mitsich bringt. So kann im Vergleich zu fluidbetriebenen Stellgliedern hier auf ein umfangreiches Leitungs- und Druckregulierungsystem für ein Fluid verzichtet werden.
Der Mantel des Fahrzeugsegments hat in einer Ausführungsform für den Reiseverkehr mindestens eine Fenster- oder Türöffnung und ist über die Längserstreckung dieser Öffnung steif ausgebildet. So kann auf herkömmliche Fenster- und Türkonstruktionen zurückgegriffen werden, ohne daß die Gelenkigkeit des Mantels beeinträchtigt wird. Weist der Mantel über seine Längserstreckung des Mantels verteilt mehrere Öffnungen auf, können gelenkige Mantelabschnitte zwischen diesen Öffnungen vorgesehen werden. Für den Güterverkehr kann der Mantel fensterlos ausgebildet werden. Ein solcher Mantel kann über weite Teile seiner Längserstreckung gelenkig ausgebildet werden.
Vorzugsweise wird das Traggestell steif ausgebildet. Das Traggestell übernimmt bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugsegments alle Tragfunktionen. Trag- und Gelenkfunktionen werden also getrennt und von unterschiedlichen Baugruppen übernommen. Der gelenkige Mantelabschnitt wird nicht zusätzlich mit vertikalen Lasten beaufschlagt. Der Mantel ist entlastet und kann selbsttragend ausgebildet werden.
Das steife Traggestell hat in einer Variante zur Aufnahme technischer Aggregate mindestens einen wannenförmig ausgebildeten Abschnitt, der im Querschnitt gesehen etwa in der Mitte des Traggestells angeordnet ist. Diese Wanne ist zur Herstellung eines durchgehenden Bodens vorzugsweise mit einer Abdeckung versehen und kann zur Aufnahme von Aggregaten und Einrichtungen der Fahrzeugtechnik genutzt werden. Der relativ geringe Abstand des Bodens der Wanne von der Schienenoberkante sorgt für einen fahrdynamisch günstigen, tief gelegenen Schwerpunkt des Rumpfes.
Die steife Ausbildung des Traggestells stellt keine wesentliche Beeinträchtigung der Gelenkigkeit des Fahrzeugsegments oder eines aus solchen Fahrzeugsegmenten zusammengesetzten Fahrzeugverbandes dar. Zum einen ist der Mantel derart am Traggestell befestigt, daß seine Beweglichkeit relativ zum Traggestell nicht beeinträchtigt ist. Hierzu ist insbesondere ein Abstand zwischen der Innenseite des Mantels und der Querseite des Traggestells vorgesehen. Zum anderen sind benachbarte Traggestelle so aneinander gekoppelt, daß sie alle aufgrund der Spurführung auftretenden Relativbewegungen ausführen können. Dieses neue Gelenkigkeitskonzept für einen Fahrzeugverband beinhaltet also einerseits die Relativbewegung benachbarter Traggestelle in an sich bekannter Form. Andererseits sind diese Relativbewegungen unmittelbar an den Verbindungsstellen der Fahrzeugsegmente vom Mantel entkoppelt, der sich hier steif verhält und vielmehr in einem anderen Bereich seiner Längserstreckung mit seinem gelenkigen Mantelabschnitt auf die Spurführungskräfte reagiert.
In diesem Zusammenhang sind die Kopplungen von Radpaar und Mantel an das Traggestell von großer Bedeutung. Vorzugsweise sind Mittel zur Dämpfung von Querbewegungen zwischen Traggestell und Radpaar vorgesehen. In einer besonders vorteilhaften Variante dieser Ausführungsform sind die Räder des Radpaars so am Traggestell befestigt, daß eine die Mittelpunkte der Räder verbindende Gerade stets in einer quer zur Fahrtrichtung stehenden Achsebene des Fahrzeugsegments liegt. Spurführungskräfte werden bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugsegments direkt vom Radpaar auf das Traggestell übertragen, welches infolgedessen immer parallel zur augenblicklichen Laufrichtung des Radpaars ausgerichtet ist. In Gleisbögen ist die Achse des Radpaars daher stets radial ausgerichtet.
Das Radpaar ist in einer Ausführungsform der Erfindung an einem Längsende des Traggestells angeordnet. Auf diese Weise kann in einem Fahrzeugverband jedes Traggestell an beiden Enden gestützt werden, wodurch Nickbewegungen benachbarter Segmente gegeneinander von vornherein vermieden werden. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform ist, daß der Mantel lediglich an seinen längsseitigen Enden steif ausgebildet werden muß. Diese steifen Endabschnitte des Mantels erlauben also zum einen die starre Verbindung an das jeweils benachbarte Fahrzeugsegment und bewirken zum anderen die Übertragung der Spurführungskräfte vom Radpaar über das Traggestell auf die gelenkigen Mantelabschnitte.
Der Mantel weist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung einen ersten steifen Längsabschnitt auf, der in der Längsrichtung sowie in Richtungen senkrecht zur die Mittelpunkte der Räder verbindenden Gerade starr an das Traggestell gekoppelt ist. Bei einer mittigen wie einer endseitigen Anordnung des Radpaars am Traggestell ist der erste steife Längsabschnitt bevorzugt im Bereich der Achsebene angeordnet. Alternativ kann der Mantel jedoch einen ersten steifen Längsabschnitt außerhalb der Achsebene aufweisen. In beiden Fällen ist der Mantel in diesem ersten steifen Längsabschnitt in der Längsrichtung sowie in Richtungen senkrecht zur die Mittelpunkte der Räder verbindenden Gerade starr an das Traggestell gekoppelt. Die Kopplung erfolgt darüber hinaus derart, daß den zu erwartenden geringfügigen Torsionsbewegungen nur geringer Widerstand entgegengesetzt wird. Dagegen werden Relativbewegungen zwischen Mantel und Traggestell in Längsrichtung des Fahrzeugsegments und senkrecht zur Gleisebene (nach oben oder unten) weitestgehend unterdrückt. In diesen Richtungen ist die Kopplung von Mantel und Traggestell besonders "hart" . Die in Querrichtung erfolgenden Relativbewegungen, die beispielsweise beim Durchfahren von Gleisbögen auftreten, werden im erforderlichen Rahmen unter Entgegensetzung eines großen Widerstands zugelassen.
Die Befestigung des Mantels am Traggestell im Bereich des ersten steifen Längsabschnittes erfolgt vorzugsweise an beiden Querseiten des Traggestells. Entsprechende Kopplungselemente sind bevorzugt im ersten steifen Längsabschnitt angeordnet. Sie können auch an seinen längsseitigen Rändern befestigt sein.
Durch die beschriebene Kopplung des ersten steifen Längsabschnitts des Mantels an das Traggestell ist der Mantel in diesem Bereich - wie das gesamte Traggestell selbst - stets parallel zur aktuellen Laufrichtung des Radpaars ausgerichtet. Der steife Achsebenenabschnitt überträgt daher die vom Gleis auf das Traggestell geleiteten Spurführungskräfte in den Mantel zur Verformung des gelenkigen Mantelabschnitts.
In einem aus solchen Fahrzeugsegmenten zusammengesetzten Gliederfahrzeug werden die gelenkigen Abschnitte der starr gekoppelten Mäntel entsprechend der Ausrichtung verformt, die benachbarte erste steife Längsabschnitte relativ zu einander aufweisen. Betrachtet man ein solches Schienenfahrzeug als Ganzes, so bilden die Fahrwerke mit den Traggestellen und den ersten steifen Mantellängsabschnitten der Fahrzeugsegmente eine funktionale Einheit, gewissermaßen ein "Fahrzeugskelett", das während der Fahrt entsprechend dem momentanen Gleis- verlauf die Form des Schienenfahrzeugs bestimmt.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Mantel einen zweiten steifen Längsabschnitt auf, in dem der Mantel in Richtungen parallel und quer zur Längsrichtung elastisch rückstellbar an das Traggestell gekoppelt ist. Traggestell und Mantel können in Gleisbögen aufgrund dieser Kopplung im wesentlichen auf eine parallel zum Gleis stehende Ebene beschränkte Bewegungen relativ zueinander ausführen. Von dieser Beweglichkeit ausgenommen ist jedoch der mit dem ersten Verbindungselement am Traggestell befestigte erste steife Längsabschnitt (beispielsweise der Achsebenenabschnitt) des Mantels, der aufgrund seiner oben beschriebenen Befestigung am Traggestell dessen Bewegungen unmittelbar folgt. Vertikale Relativbbewegungen zwischen Mantel und Traggestell werden auch im zweiten steifen Längsabschnitt weitgehend unterdrückt. Auf diese Weise wird eine unerwünschte Nickbewegung des Traggestells verhindert. Dies bedeutet eine nur geringfügige Belastung des Mantels im Vergleich mit bekannten Konstruktionen.
Bei mittiger Anordnung des Radpaars ist in einer Ausführungsform der Erfindung an beiden Längsenden des Fahrzeugsegments je ein zweiter steifer Längsabschnitt vorgesehen, in dem diese Kopplung zwischen Mantel und Traggestell realisiert ist.
Verbindungselemente zur Herstellung der unterschiedlichen Kopplungsarten zwischen Mantel und Traggestell in den ersten und zweiten steifen Längsabschnitten sind vorzugsweise jeweils als Gummi-Metall-Elemente ausgeführt. Damit wird zum einen eine auch häufig wechselnden Belastungen gegenüber stabile Verbindung zwischen Mantel und Traggestell hergestellt. Zum anderen wird der Mantel gegen Schwingungen und Vibrationen des Traggestells isoliert.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Traggestell an die Traggestelle benachbarter Fahrzeugsegmente vorzugsweise elastisch koppelbar. Bei einem aus derartigen Fahrzeugsegmenten zusammengesetzten Fahrzeugverband sind die Traggestelle zum einen weitgehend unabhängig von einander beweglich. Jedes Traggestell richtet sich entsprechend dem im vorstehenden Absatz beschriebenen Konzept des "Fahrzeugskeletts" nach der augenblicklichen Laufrichtung "seines" Radpaars aus. Dabei bewegt sich das Traggestell des jeweiligen Fahrzeugsegments auch relativ zum Mantel, jedoch nicht dort, wo es im Bereich eines steifen Mantelabschnittes mit Hilfe der ersten Verbindungselemente am Mantel befestigt ist (vgl. oben). Zum anderen entsteht bei einer Relativbewegung benachbarter Traggestelle aufgrund der elastischen Kopplung eine Rückstellkraft, die in gleicher Weise wie die Elastizität des Mantels die gestreckte Ausrichtung des Fahrzeugverbandes fördert und plötzliche Relativbewegungen federnd dämpft. Schließlich kann durch die beschriebene Kopplung der Traggestelle bei einem Fahrzeugverband ein geschlossener, zusammenhängender, sich im Inneren des Schienenfahrzeugs über dessen gesamte Länge erstreckender Innenboden gebildet werden. In einer Ausbildung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs als Güterzug können auf diesem Boden Lasten gelagert und transportiert werden.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, das Traggestell in zwei aneinander gekoppelte, steife Längsabschnitte zu gliedern, die gegeneinander im wesentlichen wiedieTraggestelle benachbarter Fahrzeugsegmente beweglich sind. Jeder Abschnitt des Traggestells stützt sich dabei auf je ein Radpaar. Die Radpaare können wie bei einem in sich steifen Traggestell jeweils mittig oder an einem Ende der Traggestellabschnitte angeordnet sein. Der Mantel weist bei dieser Ausführungsform im Bereich der Längserstreckung jedes Traggestellabschnitts je mindestens einen gelenkigen Mantelabschnitt auf und ist im Bereich der Achsebenen sowie der längsseitigen Enden der Traggestellabschnitte steif. Die Kopplung der Traggestellabschnitte untereinander sowie zwischen diesen und dem Segmentmantel ist jeweils wie oben beschrieben mit Hilfe der ersten und zweiten Verbindungselemente ausführbar. Auch die Gliederung des Traggestells in mehr als zwei derartige Längsabschnitte innerhalb eines Segmentes ist ohne weiteres möglich. Auf diese Weise können auch längere Fahrzeugsegmente mit großer Gelenkigkeit hergestellt werden. Es ist in Weiterführung dieses Konzeptes auch möglich, statt eines aus Fahrzeugsegmenten zusammengesetzten Verbandes unter Verzicht auf die Segmentierung ein hochgelenkiges Langfahrzeug mit einem einstückigen Mantel zu konstruieren.
In einer bevorzugten Ausführungsform hat das Fahrzeugsegment eine Längser- Streckung von weniger als 10 Metern. Ein durch Kopplung derartiger Segmente gebildetes Gliederfahrzeug zeichnet sich durch eine sehr hohe Anpassung an den Gleisverlauf aus. Dies eröffnet die Möglichkeit, den zur Verfügung stehenden Lichtraum am Gleis - unter Berücksichtigung der fahrdynamischen Einflüsse - für eine Verbreiterung der Segmente zu nutzen, um damit eine höhere Nutzfläche bzw. höheren Raumkomfort zu erzielen. Die mit der geringen Längserstreckung der Fahrzeugsegmente einhergehende geringe Stützweite zwischen benachbarten Radpaaren verringert weiterhin die Last pro Radpaar, da die Last auf eine große Anzahl von Stützstellen verteilt wird. Dies erlaubt eine Verringerung des konstruktiven Aufwandes insbesondere für das Traggestell, verbunden mit zusätzlichen Leichterungsgewinnen. Vorzugsweise weisen die Fahrzeugsegmente eine Längserstreckung von sogar lediglich 3 bis 5 Metern auf. Ein aus solchen Fahrzeugsegmenten zusammengesetztes Gliederfahrzeug bildet eine weitgehend homogen elastische Röhre, die sich an jedem Ort parallel zum Gleis ausrichtet. Insbesondere ist der laterale Überstand über das Gleis auch in Gleisbögen über die gesamte Längserstreckung des Schienenfahrzeugs gleichbleibend.
Die starre Kopplung zwischen den Mänteln benachbarter Fahrzeugsegmente erfolgt bei alternativen Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Gliederfahrzeugs durch eine Flanschverbindung, eine Reisverschluß-Verbindung oder eine Kederver- bindung. Diese Verbindungstechniken können auch kombiniert angewendet werden. Sie zeichnen sich durch eine homogene Verteilung der in Längsrichtung des Gliederfahrzeugs gerichteten Kräfte über den Mantelquerschnitt senkrecht zur Längsachse aus. Der Kraftfluß wird zwischen den Fahrzeugsegmenten nicht wie bei bekannten Gliederfahrzeugen in Gelenkeinrichtungen umgeleitet. Der Wegfall derartiger Einrichtungen im Verbindungsbereich der Fahrzeugsegmente erlaubt aufgrund eine besonders einfache und leichte Konstruktion insbesondere des Traggestells.
Aufgrund der beschriebenen Eigenschaften sind Schienenfahrzeuge nach dem erfindungsgemäßen Konzept in idealer Weise für den Betrieb bei hohen Geschwindigkeiten bis zu 350km/h geeignet. Für den Einsatz des Fahrzeugsegments im Personenverkehr ist der Einbau eines separaten, steifen Innenbodens in die Rumpfsegmente vorgesehen. Vorzugsweise ist dieser Innenboden mit einem Abstand oberhalb des Traggestells angeordnet, mit Hilfe von Stützelementen auf dem Traggestell abgestützt und erstreckt sich über die gesamte Länge eines Rumpfsegments. Der Mantel wird nicht belastet. Am Innenboden können Sitze, Tische oder sonstige Einrichtungsgegenstände befestigt werden. Die Stützelemente werden bei dieser Ausführungsform vorzugsweise gleichzeitig zur Federung des Innenbodens genutzt und sind hierfür entsprechend elastisch - etwa als fluidbetriebene Federelemente- ausgebildet und evtl. mit Dämpfern versehen. Diese Federung ist deutlich weicher als Stoß- und Schwingungsverzehreinrichtungen in den Radbefestigungen, um den Innenboden gegen vom Fahrwerk am Gleis aufgenommene Stöße und Vibrationen zu isolieren. Zur Schallisolation und zum Abschluß gegen andere Rumpf hohlräume wird der Innenboden bei dieser Ausführungsform mit Hilfe einer Dichtlippe elastisch am Segmentmantel befestigt. Um die Bewegungen der elastischen Mantelabschnitte für en Fahrgast weitgehend unmerklich zu machen, kann der Innenboden als seitlich bis zur Fensterunterkante reichende Wanne ausgebildet werden. Eine Einschränkung der Beweglichkeit des Segmentmantels wird durch eine elastische Kopplung der Seitenwände der "Wanne" mit dem Mantel vermieden.
Der sich zwischen dem Innenboden und dem Traggestell erstreckende Hohlraum kann für die Anordnung von Versorgungsleitungen genutzt werden. Die Zuführung von Kühlluft für Radlager und Maschinenaggregate und von Frischluft für eine Klimaanlage kann durch den Zwischenraum zwischen der Unterseite des Traggestells und der darunter verlaufenden Mantelinnenseite erfolgen.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung für den Personenverkehr sind zur Abstützung des Innenbodens Federelemente nahe den seitlichen Enden des Innenbodens mit jeweils gleichem Abstand zur Mitte der Quererstreckung des Segments angeordnete vorgesehen, die über Stellelemente mit einer Steuereinrichtung verbunden sind. Durch entsprechende Ansteuerung der Stellelemente beim Durchfahren von Gleisbögen werden die Federelemente so vorgespannt, daß der Innenboden um einen entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Gleisbogenra- dius bestimmten Winkel zur Innenseite des Bogens hin geneigt wird. Die einstellbaren Neigungswinkel sind geringer als 8 Grad, bevorzugterweise maximal 4 Grad. Die Quererstreckung des Innenbodens ist hierfür so weit verringert, daß diese Schwenkbewegung uneingeschränkt ausgeführt werden kann. Auf diese Weise wird das erfindungsgemäße Fahrzeug mit einer Neigetechnik ausgestattet, durch die die Neigung des Segmentrumpfes vermieden wird. Lediglich die Innenwanne bzw. der Innenboden eines jeweiligen Segments mit den daran befestigten Einbauten wird geneigt, um die bei schneller Kurvenfahrt auftretenden Kraftwirkungen zu kompensieren. Dabei verformen sich die elastischen Seitenwände bzw. die elastischen Verbindungen des Innenbodens mit dem Segmentmantel. Durch diese Neigetechnik beansprucht das Schienenfahrzeug in Gleisbögen weniger Lichtraum als Fahrzeuge, bei denen der gesamte Segmentrumpf geneigt wird. Weiterhin benötigt diese Neigetechnik fürdie Stellelemente besonders wenig Antriebsenergie, weil vergleichsweise geringe Massen bewegt werden. Nähere Details hierzu finden sich in einer weiteren, gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet und werden bei der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung deutlich. Darin zeigt
Figur 1 eine perspektivische, teilweise geschnittene und vereinfachte Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Gliederfahrzeugs,
Figur 2a eine Querschnittsansicht eines ersten Verbindungselementes zwischen einem Segmentmantel und einem Traggestell des Schienenfahrzeugs nach Figur 1 ,
Figur 2b des vereinfachte perspektivische Ansicht des ersten Verbindungselements,
Figur 2c eine Querschnittsansicht eines zweiten Verbindungselementes zwischen dem Segmentmantel und dem Traggestell des Schienenfahr- zeuges nach Figur 1 ,
Figur 2d eine vereinfachte perspektivische Ansicht des zweiten Verbindungselements,
Figur 3 eine Querschnittsansicht eines Fahrzeugsegments des Ausführungsbeispiels nach Figur 1 ,
Figur 4 eine Seitenansicht zweier Segmente bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 5 eine Querschnittsansicht eines Fahrzeugsegments nach Figur 4,
Figur 6 eine Längsschnittansicht eines Teils eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs und
Figur 7 eine Seitenansicht zweier Segmente analog zu Figur 4 bei einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Figur 1 zeigt einen Teil eines Schienenfahrzeugs 10 in vereinfachter, perspektivischer und teilweise geschnittener Ansicht. Dieses Ausführungsbeispiel ist für einen Einsatz als Güterzug konzipiert. Dargestellt sind sechs Fahrzeugsegmente 1 2 bis 22 mit einer Länge von jeweils rd. 4 Metern, die über ein mittig angeordnetes Fahrwerk 24 auf auf einem Schienenpaar 26 abgestützt sind. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind Einzelfahrwerke mit je einem Radpaar vorgesehen. Die Achse des Radpaars ist lediglich in einer senkrecht zur Fahrtrichtung stehenden Achsebene beweglich. Diese Achsebene enthält eine Gerade 32, welche die Mittelpunkte der Räder verbindet. Jedes Fahrwerk 24 ist über nicht dargestellte Feder- und/oder Dämpfungsglieder an einem Traggestell 34 befestigt. Das Traggestell 34 ist steif ausgebildet und erstreckt sich innerhalb des jeweiligen Fahrzeugsegments im wesentlichen über die gesamte Länge und Breite des Mantels 36, jedoch mit einigen Zentimetern Abstand von dessen Innenseite. Der Mantel 36 ist zur Gewährleistung seiner definierten Gelenkigkeit im Bereich der Achsebene und an seinen längsseitigen Enden mit dem Traggestell über spezielle Verbindungselemente 38 bzw. 40 verbunden, die weiter unten anhand der Figuren 2a bis 2d im einzelnen beschrieben werden.
Die Fahrzeugsegmente 1 2 bis 22 weisen an ihren längsseitigen Enden Trennstellen 42 auf, an denen die Mäntel über (hier nicht näher dargestellte) Flanschverbindungen aneinander gekoppelt sind. Anstelle der Flanschverbindung kann aber auch jede andere, im wesentlichen starre Verbindungsart verwendet werden, beispielsweise eine Kederverbindung oder eine Reisverschlußverbindung. Bei einer Kederver- bindung werden benachbarte Mäntel durch ein sich über den gesamten Umfang erstreckendes Verbindungsstück mit jedoch offenen Enden aneinander gekoppelt, das mit Kedern an seinen in Längsrichtung weisenden Enden in an beiden Mänteln vorgesehene Führungsnuten eingreift. Das Verbindungsstück ist zum Koppeln der Mäntel in die Führungsnuten einziehbar, kann also beim Trennen der Mäntel auch auf einfache Weise wieder entfernt werden. Das Verbindungsstück ist in Umfangs- richtung des Mantels elastisch verformbar, jedoch in Längs- und Querrichtung des Mantels steif.
Die Mäntel 36 sind jeweils einstückig aus Faserverbundwerkstoffen gefertigt und weisen steife und gelenkige Abschnitte auf. Zur Verdeutlichung sind in Figur 1 steife Mantelabschnitte 44 und 46 ohne Schraffur und gelenkige Mantelabschnitte 48 schraffiert gezeichnet. Die steifen Endabschnitte 44 erstrecken sich bei diesem Schienenfahrzeug jeweils von den Stirnseiten der Segmente her über eine Länge von etwa 20 cm zur Segmentmitte hin. Steife Mittelabschnitte 46 sind jeweils von der Achsebene aus über jeweils etwa 40 cm zu beiden Stirnseiten hin ausgebildet. Zwischen diesen steifen Bereichen, die sich jeweils über den gesamten Umfang des Mantels erstrecken, sind gelenkige Mantelabschnitte 48 ausgebildet.
Da das Schienenfahrzeug 10 für den Gütertransport vorgesehen ist, sind im Mantel der Fahrzeugsegmente 14 bis 22 keine Fenster vorgesehen. Lediglich Kopfsegmente 1 2 haben Fenster 50 und Türen 52. Die Beladung des Innenraums erfolgt von den Stirnseiten getrennter Segmente her. In einzelnen Segmenten kann der Mantel 36 zur Erleichterung des Beladevorgangs auch (nicht dargestellte) Dachöffnungen und/oder Seitenwandtüren haben, jedoch ausschließlich in den steifen Mittelabschnitten 46, die hierfür mit entsprechend größerer Längserstreckung ausgebildet sind.
Figur 2a zeigt in einer Querschnittsansicht das erste Verbindungselement 38, mit dessen Hilfe sich der Mantel 36 im steifen Abschnitt 46 um die Achsebene auf dem Traggestell 34 befestigt ist. In Figur 2b ist dasselbe Verbindungselement in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. Verbindungselemente 38 sind an beiden Querseiten des Traggestells 34 einander gegenüberliegend angeordnet.
Das erste Verbindungselement 38 hat eine rechteckige Rückenplatte 54, die mit dem Mantel 36 verbunden ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist dafür eine einfache Schraubverbindung vorgesehen, für die die Rückenplatte 54 mehrere Bohrungen 56 aufweist. Von der Rückenplatte 54 erstreckt sich ein zylindrischer Bolzen 58 zur Querseite des Traggestells 34 hin. Die Rückenplatte 54 und der Bolzen 58 sind einstückig aus einem biegesteifen Material, vorzugsweise aus Metall gefertigt. Der Bolzen kann zur Befestigung am Mantel alternativ auch mit seinem rückseitigen Ende im Mantel verankert oder eingebettet sein. Etwa ab der Hälfte bis hin zum vorderen Ende seiner Längserstreckung ist der Bolzen 58 von einem fest mit ihm verbundenen Gummimantel 60 umgeben. Dieser wiederum wird von einem fest mit ihm verbundnenen Außenmantel 62 umschlossen, der sich über das Ende des Bolzens 58 hinaus erstreckt und dabei zum Traggestell 34 hin verjüngt, um deren Querseite mit einer schlitzförmigen Öffnung 64 fest zu umfassen. Das Traggestell kann relativ zur Öffnung 64 nicht bewegt werden. Hierfür sind nicht dargestellte Befestigungselemente vorgesehen.
Traggestell 34 und Mantel werden durch das Verbindungselement 38 jedoch nicht völlig steif verbunden. Das Traggestell und der Bolzen 58 sind mit geringem Abstand zueinander angeordnet, so daß sich das Traggestell 34 zusammen mit dem Außenmantel 62 des Verbindungselements ein Stück weit auf den Bolzen 58 zu bewegen kann, wobei der Gummimantel 60 den Impuls des Traggestells 34 quer zum Gleis aufnimmt und entsprechend elastisch verformt wird, wobei eine der Auslenkung entgegengerichtete Rückstellkraft erzeugt wird. Auf diese Weise wird der Mantel gegen vom Fahrwerk auf das Traggestell übertragene, hochfrequente fahrdynamische Impulse isoliert.
Das erste Verbindungselement 38 übernimmt also die Übertragung von Beschleuni- gungs- und Spurführungskräften vom Traggestell auf den Mantel. Weiterhin isoliert es den Mantel gegen die Übertragung kurzzeitiger und hochfrequenter Impulse.
In den Figuren 2c und 2d ist ein Ausführungsbeispiel des zweiten Verbindungselements 40 dargestellt, mit dessen Hilfe der Mantel nahe seinen längsseitigen Enden auf dem Traggestell abgestützt wird. Auch die zweiten Verbindungselemente 40 sind an beiden Querseiten des Traggestells 34 einander gegenüberliegend angeordnet, wobei jeweils mehrere Verbindungselemente 38 hintereinander angeordnet sein können. Die Querschnittsansicht der Figur 2c zeigt, daß der prinzipielle Aufbau des zweiten Verbindungselementes 40 dem des ersten ähnlich ist. Jedoch sind anhand der perspektivischen Darstellung in Figur 2d folgende Unterschiede zu erkennen: das zweite Verbindungselement 40 hat einen vierkantigen Bolzen 66, dessen Oberseite 68 und Unterseite 70 etwa ab der Hälfte ihrer Längserstreckung zum Traggestell 34 hin mit Gummischichten 72 und 74 fest verbunden sind. Die Gummischichten werden von Außenschaien 76 und 78 bedeckt, die sich über die Länge des Vierkantzapfens 66 hinaus erstrecken und zum Traggestell 34 hin gebogen sind, um diese von oben und unten her fest zu umfassen.
Um die Gelenkigkeit des Mantels nicht einzuschränken, toleriert das zweite Verbindungselement 40 Relativbewegungen zwischen Traggestell 34 und Mantel parallel zur Gleisebene. Solche Relativbewegungen treten regelmäßig beim Durchfahren von Gleisbögen auf. Dabei drehen sich Traggestell und Fahrwerk gemeinsam um eine Hochachse, die in der Achsebene die Achsengerade 32 unter rechtem Winkel schneidet. Das Traggestell 34 wird durch Einwirkung des Fahrwerks zusammen mit den Schalen 76 und 78 relativ zum Vierkantbolzen 66 verschoben. Infolgedessen verformen sich die Gummischichten der zweiten Verbindungselemente 40 parallel zur Gleisebene längs und quer zur Fahrtrichtung. Die Verformungen sind bogenaußen und bogeninnen unterschiedlich. Die von den Gummischichten dabei erzeugte Rückstellkraft begrenzt die Auslenkung und unterstützt eine Rück- Stellbewegung.
Der Schwenkwinkel des Traggestells in einem Gleisbogen von 250 m Radius beträgt bei einem Traggestell von 4 m Länge etwa 1 Grad. Die damit verbundene geringfügige Relativbewegung des Traggestells in Längs- und Querrichtung gegen den Mantel wird durch das Verbindungselement 40 nicht behindert.
Beim Durchfahren von Gleissenken oder -kuppen treten aufgrund der großen Radien wesentlich geringere Verformungswege bei den Verbindungseiementen 38 und 40 auf als in Gleisbögen. Die Verbindungselemente 40 sind daher konstruktiv in vertikaler Richtung deutlich steifer ausgelegt als in Richtungen parallel zur Gleisebene. Die Verformung des Mantels wird nicht behindert. Die geringere Verformbarkeit der Verbindungselemente 40 in vertikaler Richtung ist auch von Bedeutung, wenn das Traggestell stark ungleichmäßig beladen ist. In diesem Fall übernehmen die Verbindungselemente 40 die Aufgabe, daß Traggestell abzustützen, wodurch ein Teil der Last auf den Mantel übertragen werden muß.
Beim Eeinfahren in einen Gleisbogen über eine Überhöhungsrampe wird der Mantel des Fahrzeugsegmentes zum einen - wie oben beschrieben - gebogen und zum anderen geringfügig tordiert. Die vertikale VerformbarkeitderVerbindungselemente ist ausreichend hoch, um die Torsionsbewegung gegen das Traggestell zuzulassen.
Die unterschiedliche Konstruktion der Verbindungselemente 38 und 40 ist von wesentlicher Bedeutung für die Gelenkigkeit des Schienenfahrzeugs. Da das Traggestell 34 gegen die ersten Verbindungselemente 38 keine Bewegung in Richtung der Längsachse vollziehen kann, bilden Fahrwerk, Traggestell 34 und Mantel an den steifen Mittelabschnitten 46 eine im wesentlichen starre Einheit, die als eine Stützstelle des Schienenfahrzeugs fungiert. An diesen Stützstellen überträgt einerseits das Fahrzeug seine Last auf das Gleis, andererseits entstehen hier durch die Wechselwirkung der Räder mit dem Gleis Brems-, Beschleunigungs- und Spurführungskräfte, die vom Fahrwerk über das Traggestell direkt -jedoch unter Zwischenschaltung der beschriebenen Dämpfungsstufen- auf den Mantel übertragen werden. Zwischen den Stützstellen wird der Mantel in seinen gelenkigen Abschnitten entsprechend verformt. Die Stützstellen erfüllen insofern eine Skelettfunktion. Zwischen den Stützstellen benachbarter Segmente sind das Traggestell und der Mantel nach Maßgabe derzweiten Verbindungselemente 40gegeneinander beweglich, um die Verformung der gelenkigen Mantelabschnitte beim Durchfahren von Gleisbögen, Gleiskuppen und -senken nicht zu behindern.
Primäre Aufgabe des Traggestells 34 ist bei dieser Konstruktion die Übertragung der Fahrzeuglast auf das Fahrwerk. Die Verbindungselemente 38 und 40 lassen keine wesentliche vertikale Relativbewegung des Traggestells 34 gegen den Mantel zu. Die Federung in vertikaler Richtung durch die Gummimäntel 60 bzw. -schichten 72 und 74 ist also hart.
Die elastische Kopplung benachbarter Traggestelle dient ihrer Beweglichkeit relativ zueinander, nicht in erster Linie der Übertragung von Längskräften. In Längsrichtung wirkende Kraftkomponenten werden überwiegend durch den Mantel an das nächste Segment übertragen. In Querrichtung wirkende Kraftkomponenten verursachen eine der Relativbewegung benachbarter Stützstellen entsprechende Verformung der gelenkigen Mantelabschnitte. Um bei der Fahrt veränderliche Lücken zwischen den Traggestellen abzudecken und einen durchgehenden Innenboden herzustellen, werden benachbarte Traggestelle durch beiderseits befestigbare, elastische Dichtungsstreifen verbunden.
Figur 3 zeigt eine Querschnittsansicht des Fahrzeugsegments 1 6 in einer durch die Linie lll-lll in Figur 1 gekennzeichneten Ebene, also in einem elastischen Abschnitt 48. Die maximale Quererstreckung des Mantels beträgt etwa 3,30 m, seine maximale Höhe über der Schienenoberkante etwa 3 m. Auch die unteren Teile des Mantels nutzen - unter Berücksichtigung fahrdynamischer Effekte, etwa der Federung - den entsprechend der Eisenbahnbau- und -betriebsordnung (EBO) zur Verfügung stehenden Regellichtraum so weit wie möglich aus und können bei maximaler Einfederung bis auf 1 3 bis 8 cm über der Schienenoberkante herabragen. Der Mantel 36 ist in diesem Abschnitt, abgesehen von Raddurchlässen, vollständig geschlossen. Das Traggestell 34 ist auf dem nicht näher dargestellten Einzeifahr- werk 24 befestigt. An den Querseiten erfolgt die Überbrückung des Abstandes zwischen Traggestell und Mantel, abgesehen von den Verbindungselementen 38 und 40, durch einerseits am Traggestell oder Mantel befestigbare und andererseits am Mantel bzw. Traggestell anliegende Dichtlippen.
Dichtlippen 84 aus gummielastischem Material sind einerseits an den Querseiten des Traggestells 34 befestigt und liegen andererseits am Mantel 36 an. Alternativ können beidseitig befestigte, elastische Dichtungsstreifen Verwendung finden. Auf diese Weise wird ein geschlossener Innenraum hergestellt, wobei die Beweglichkeit von Mantel und Traggestell relativ zueinander nicht eingeschränkt wird. Das Traggestell 34 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus Metall gefertigt und plattenförmig ausgebildet. Konstruktionsweise und verwendetes Material des Traggestells sind jedoch entsprechend den Anforderungen unter Verwendung bekannter Technologien variierbar. Es können beispielsweise auch Faserverbundwerkstoffe verwendet oder eine Hybridbauweise angewandt werden.
Figur 4 zeigt eine Längsansicht zweier Segmente 90 und 92 eines für den Personenverkehr vorgesehenen zweiten Ausführungsbeispiels. Beide Segmente haben eine gleiche Längserstreckung von etwa 6 m. Wie die Segmente des ersten Ausführungsbeispiels haben sie je ein mittig unterhalb angeordnetes Fahrwerk mit einem Radpaar 94 und sind über eine Flanschverbindung 96 starr aneinander gekoppelt. Durch gestrichelte Linien werden die Positionen eines Traggestells 98 und eines Innenbodens 100 angedeutet. Auf diese wird unten anhand von Figur 5 näher eingegangen. Das erste Segment 90 hat einen Mantel 102 mit zwei darin vorgesehenen, jeweils nahe den längsseitigen Enden angeordneten Fenstern 104 und 106 sowie einer Türvorrichtung 108, die ein weiteres Fenster 1 10 aufweist. Das zweite Segment 92 hat in gleicher Anordnung und Größe ebenfalls Fenster 1 1 2 und 1 14. Zusätzlich sind im mittleren Abschnitt zwei Fenster 1 1 6 und 1 17 vorgesehen. Die Fenster und Türvorrichtungen sind bündig in die Außenfläche des Mantels 102 eingepaßt. Bei der Zusammenstellung eines Personenzugs können bis zu etwa 40 Segmente nach Art der hier dargestellten aneinandergehängt werden. An den Enden eines solchen Schienenfahrzeugs sind jeweils Kopfwagen vorgesehen, vgl. Figur 1 .
Wie bei der Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels sind elastische Abschnitte 1 1 8 der Segmentmäntel 90 und 92 in Figur 4 schraffiert gezeichnet. Die Anordnung und Längserstreckung elastischer und steifer Abschnitte ist bei beiden Segmenten identisch. Auf diese Weise ist die Gelenkigkeit in jedem Segment gleich ausgebildet und sichert eine homogene Anpassung des Schienenfahrzeugs als Ganzem an den Gleisverlauf. Weiterhin gestaltet sich die Herstellung der Mäntel unterschiedlicher Segmenttypen besonders wirtschaftlich, da lediglich im Mittelabschnitt entweder eine Türöffnung oder eine Fensteröffnung vorzusehen ist, ansonsten aber ein identischer Produktionsablauf eingehalten werden kann. Für Segmente mit einer speziellen Innenausstattung, etwa für ein Zugrestaurant, sanitäre Anlagen oder Antriebsaggregate kann die Anordnung und Größe der Fenster bzw. Türen verändert werden.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erstrecken sich die elastischen Abschnitte 1 1 8 in beiden dargestellten Segmenttypen jeweils zum einen mit einem Abstand von ca. 20cm zum Segmentende über eine Länge von etwa 30cm in Richtung des nahen Fensters 1 14 bzw. 1 1 2 (und 104 bzw. 106). Weitere elastische Abschnitte gleicher Länge sind zum anderen beiderseits der Tür 108 bzw. des Mittelfensters 1 16 zur Segmentmitte hin vorgesehen.
Figur 5 zeigt eine Querschnittsansicht des Fahrzeugsegments 92. Die Schnittebene ist in Figur 4 durch die Linie V-V gekennzeichnet. Das der Konstruktion des Fahr- zeusegments 92 zugrunde liegende Prinzip ist dem oben anhand des ersten Ausführungsbeispiels erläuterten im wesentlichen gleich. Ein Traggestell 1 20 ist auf einem in der Mitte der Längserstreckung des Segments angeordneten Fahrwerk 1 22 befestigt. Die Räder des Radpaars sind so gelagert, daß eine ihre Mittelpunkte verbindende Gerade 1 23 stets in einer Achsebene liegt, die senkrecht zur Fahrt- richtung steht. Dabei kann das Radpaar sowohl von einzeln gelagerten Räder als auch von einem Radsatz mit zwei über eine Achse gekoppelten Rädern gebildet werden. An den Querseiten des Traggestells 1 20 stützt sich ein Mantel 1 24 ab. Die Verbindung des Mantels mit dem Traggestell erfolgt im wesentlichen in der gleichen Weise, wie sie anhand von Figur 1 und 2 ausführlich beschrieben wurde. Da die Schnittebene der Figur 5 nahe der Achsebene des Fahrzeugsegments 92 liegt, sind hier die Verbindungselemente 38 dargestellt.
Abweichend vom in Figur 3 dargestellten Segmentprofil hat das Traggestell 120 eine in Querrichtung mittig angeordnete Wanne 1 26, die sich zur Aufnahme von fahrzeugtechnischen Einheiten längs des Segments erstreckt, jedoch den Bereich des Fahrwerks ausspart. Zwei vertikale Seitenwände 1 28 und 1 30 grenzen die Wanne 1 26 vom Hohlraum unterhalb des Traggestells 1 20 ab, haben jedoch keine wesentliche tragende Funktion. Das Traggestell weist auf seiner Unterseite Längsträger 1 38 auf.
Oberhalb des Traggestells 1 20 erstreckt sich über die gesamte Länge des Segments ein steifer Innenboden 1 32. An seine Querenden, die mit Abstand zum Mantel angeordnet sind, schließen beiderseits Dichtlippen 1 34 und 1 36 an, die sich nach oben hin an die Seitenwand des Mantels anschmiegen und den Raum oberhalb des Innenbodens über die ganze Länge des Segments von den darunterliegenden Hohlräumen abdichten.
Zur Lagerung des Innenbodens 132 auf dem Traggestell 1 20 sind beiderseits der Mitte des Segmentquerschnitts Federbälge 140 und 142 angeordnet, die in auf der Unterseite des Innenbodens 132 angeordnete Fassungen 144 und 146 eingebettet sind. In Längsrichtung sind jeweils mehrere solcher Federbälge hintereinander vorgesehen. Zusätzlich zur Lastübertragung vom Innenboden auf das Traggestell sorgen sie aufgrund ihrer Dämpfungscharakteristik für eine weitgehende Isolierung des Innenbodens von fahrdynamischen Impulsen und damit für ein ruhiges und komfortables Fahrgefühl. Die beschriebene Lagerung und die elastische Befestigung an den Seitenwänden des Mantels 1 24 erlaubt eine Schwenkbewegung des Innenbodens 132 um eine senkrecht zur Querschnittsebene durch seine Mitte verlaufende Längsachse. Diese Konstruktion bietet die Grundlage für eine Neigetechnik, bei der während der Fahrt durch Gleisbögen der Fahrzeugrumpf unverändert bleibt und nur der Innenboden zur Bogenmitte hin geneigt wird. Die Druckregelung und -steurung der Federbälge erfolgt in dem Fachmann aus herkömmlicher Neigetechnik bekannter Weise. Nähere Einzelheiten zur schwenkbaren Lagerung des Innenbodens 1 32 finden sich in einer gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung der Anmelderin.
Der oberhalb des Innenbodens 1 32 ausgebildete Fahrgastraum bietet aufgrund der durch die Erfindung ermöglichten Breite Innenraums des Fahrzeugsegments von ca. 3,20 m mehr Raum als in bekannten Fahrzeugen. Dies kann beispielsweise für eine Bestuhlung 148 in Fünferreihen genutzt werden, wie sie in Figur 5 angedeutet ist.
Figur 6 zeigt anhand einer vereinfachten Längsschnittzeichnung ein drittes Ausführungsbeispiel mit einer alternativen Fahrwerksanordnung. Dargestellt sind die längsseitigen Enden zweier benachbarter Fahrzeugsegmente 1 50 und 1 52 eines für den Gütertransport vorgesehenen Schienenfahrzeugs 1 54.
Die Fahrzeugsegmente 1 50 und 1 52 weisen wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen je ein Traggestell 1 56 bzw. 1 58 auf. Das Traggestell 1 58 stützt sich an seinem Ende auf ein Einzelfahrwerk 1 60. Die zwischen Fahrwerk 1 60 und Traggestell 1 58 eingezeichneten Federn 1 62 und 164 symbolisieren eine Primärfederung, die, entsprechend dem zur Beschreibung von Figur 1 und 2 Gesagten, Relativbewegungen zwischen Fahrwerk und Traggestell in Richtungen parallel zur Gleisebene im wesentlichen unterdrückt.
Das Traggestell 156 des Fahrzeugsegments 1 50 wird mit seinem angrenzenden Ende am Traggestell 1 58 abgestützt. Hierzu weist dieses eine Stütze 1 66 auf, auf der das Traggestell 1 56 über ein Gummi-Metall-Element 168 gelagert ist. Diese Verbindung der Traggestelle ist zum Trennen der Fahrzeugsegmente lösbar. Das Gummi-Metall-Element 168 weist eine ähnliche Charakteristik auf wie das anhand der Figuren 1 und 2 erläuterte Verbindungselement 40 und erlaubt eine Relativbewegung der Traggestelle 1 56 und 1 58 beim Durchfahren von Gleisbögen, -senken und -kuppen.
Der Mantel 170 des Fahrzeugsegments 1 52 ist im Bereich der Achsebene über Verbindungselemente 38 am Traggestell befestigt. Verbindungselemente 40 zwischen dem Mantel 172 des Fahrzeugsegments 1 50 und dem Traggestell 156 sind an diesem längsseitigen Ende nicht erforderlich. Es genügt hier die elastische Kopplung über eine (nicht dargestellte) Dichtlippe 84 (vgl. Figur 3).
Elastische Abschnitte der Mäntel 170 und 172 sind wie in den vorangehenden Figuren schraffiert gekennzeichnet. An den längsseitigen Enden sind die Mäntel steif ausgebildet und mit einer Flanschverbindung 174 starr aneinander gekoppelt.
Das Fahrzeugsegment 1 50 ist an seinem anderen, in Figur 6 nicht dargestellten längsseitigen Ende so ausgebildet wie das Fahrzeugsegment 1 52. Entsprechend ist das Fahrzeugsegment 1 52 an seinem anderen, nicht dargestellten Ende so ausgebildet wie das Fahrzeugsegment 1 50 in Figur 6. Auf diese Weise ist jedes Traggestell an beiden Enden abgestützt.
Dieses Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, daß der Mantel an einem Ende sowohl seine Funktion als Teil der Stützstelle bzw. "Skelettelements" des Fahrzeugs 1 54 übernimmt und daher schon steif ausgebildet ist für die Herstellung einer starren Verbindung zum Mantel des benachbarten Fahrzeugsegments. Dies ermöglicht eine höhere Flexibilität bei der Aufteilung des Mantels in starre und gelenkige Abschnitte. Diese Bauform eignet sich daher insbesondere auch zur Konfiguration für den Personenverkehr.
Dies ist anhand von Figur 7 dargestellt. Hier ist als viertes Ausführungsbeispiel in zu Figur 4 analoger Weise eine seitliche Teilansicht eines Gliederfahrzeugs 176 gezeigt. Dieses ist im wesentlichen entsprechend dem Ausführungsbeispiel aus Figur 6 aufgebaut. Die beiden dargestellten Fahrzeugsegmente 1 78 und 180 weisen jedoch für den Personenverkehr ausgebildete Mäntel 1 82 und 184 mit Öffnungen für Fenster 1 86 bzw. eine Türvorrichtung 1 88 auf. Gelenkige Mantelabschnitte sind bei diesen Fahrzeugsegmenten in der Mitte ihrer Längserstreckung ausgebildet. Je nach Funktion des Fahrzeugsegments und der damit einhergehenden Anordnung von Fenstern und Türen können die gelenkigen Mantelabschnitte jedoch auch an anderen Stellen der Längserstreckung ausgebildet sein. Ausgeschlossen sind, wie oben erläutert, lediglich die als Stütz- und Verbindungssteilen dienenden längsseitigen Enden.

Claims

Patentansprüche
1 . Fahrzeugsegment (1 2 bis 22, 90, 92, 1 50, 1 52, 1 78, 1 80) für ein schienengebundenes Gliederfahrzeug, mit einem Traggestell (34, 98, 1 20, 1 56, 158) auf mindestens einem Radpaar (24, 122, 160) und mit einem im Querschnitt röhrenförmigen äußeren Mantel (36, 102, 1 24, 1 70, 172, 1 82, 184) an dem Traggestell (34, 98, 1 20), der Einbauten (148) des Fahrzeugsegments (12 bis 22, 90, 92, 1 50, 1 52) umhüllt, wobei die Längsachse des Mantels (36, 102, 1 24, 1 70, 172, 182, 1 84) in Fahrtrichtung verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (36, 102, 1 24, 1 70, 1 72, 1 82, 184) an den Mantel eines benachbarten Fahrzeugsegmentes starr koppelbar ist und mindestens einen gelenkigen Manteiabschnitt (48, 102, 1 18, 190) aufweist, der in Richtung der Längsachse eine vorgegebene Länge hat.
2. Fahrzeugsegment nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch einen über die gesamte Länge des Fahrzeugsegments im wesentlichen gleichbleibenden Querschnitt des Mantels (36, 102, 124, 170, 172, 182, 184).
3. Fahrzeugsegment nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gelenkige Mantelabschnitt (48, 102, 1 1 8, 1 90) hinsichtlich quer zur Längsachse einwirkender Kräfte elastisch verformbar ist.
4. Fahrzeugsegment nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Verformbarkeit des gelenkigen Mantelabschnitts (48, 102, 1 18, 190) hinsichtlich senkrecht zur Gleisebene gerichteter Kräfte geringer ist als hinsichtlich parallel zur Gleisebene gerichteter Kräfte.
5. Fahrzeugsegment nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der gelenkige Mantelabschnitt (48, 102, 1 18, 1 90) um die Längsachse elastisch tordierbar ist.
6. Fahrzeugsegment nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (36, 102, 1 24, 170, 1 72, 1 82, 1 84) und/- oder der gelenkige Mantelabschnitt (48, 102, 1 1 8, 1 90) aus mehreren Materiaischichten aufgebaut sind.
7. Fahrzeugssegment nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der gelenkige Mantelabschnitt (48, 102, 1 18, 1 90) mindestens eine Glasfasern, Polymer- und/oder Kohlenstoff-Fasern enthaltende Schicht aufweist.
8. Fahrzeugsegment nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der gelenkige Mantelabschnitt (48, 102, 1 1 8, 1 90) mindestens eine aus Metall ausgebildete Schicht aufweist.
9. Fahrzeugsegment nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (36, 102, 1 24, 170, 1 72, 1 82, 1 84) einstückig ausgebildet ist.
10. Fahrzeugsegment nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch steuerbare Stellglieder zur Erzeugung von Kräften, die eine elastische Krümmung oder Streckung des Mantels (36, 102, 1 24, 1 70, 172, 182, 184) bewirken, bei welcher die Längsachse des Mantels gekrümmt oder gestreckt wird.
1 1 . Fahrzeugsegment nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellglieder in den Mantel integriert sind.
12. Fahrzeugsegment nach Anspruch 10 oder 1 1 , gekennzeichnet durch mechanisch betriebene Stellglieder.
13. Fahrzeugsegment nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Stellglieder fluidbetrieben sind.
14. Fahrzeugsegment nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Stellglieder piezoelektrisch oder elektromagnetisch betrieben sind.
1 5. Fahrzeugsegment nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (102, 1 24, 182, 184) mindestens eine Fenster- (104, 106, 1 1 2, 1 14, 1 1 6, 1 1 7, 186) oder Türöffnung (108, 1 88) aufweist und über die Längserstreckung dieser Öffnung steif ausgebildet ist.
1 6. Fahrzeugsegment nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Traggestell (34, 98, 1 20) steif ist.
17. Fahrzeugsegment nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Traggestell (34, 98, 120), im Querschnitt gesehen, eine mittig angeordnete Wanne (1 26, 1 28, 1 30) aufweist.
18. Fahrzeugsegment nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch seine Längserstreckung von weniger als 10 Metern.
19. Fahrzeugsegment nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel zur Dämpfung von Querbewegungen zwischen Traggestell (34, 98, 1 20) und Radpaar (24, 1 22, 1 60).
20. Fahrzeugsegment nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Räder des Radpaars (24, 1 22, 1 60) so am Traggestell (34, 98, 1 20) befestigt sind, daß eine die Mittelpunkte der Räder verbindende Gerade (1 23) stets in einer quer zur Fahrtrichtung stehenden Achsebene des Fahrzeugsegmentes liegt.
21 . Fahrzeugsegment nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, daß das Traggestell (34, 98, 1 20, 1 56, 1 58) an die Traggestelle benachbarter Fahrzeugsegmente elastisch koppelbar ist.
22. Fahrzeugsegment nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Radpaar (24, 1 22, 1 60), das bezüglich der Längserstreckung des Traggestells (34, 98, 1 20) etwa mittig angeordnet ist.
23. Fahrzeugsegment nach einem der Ansprüche 1 bis 21 , gekennzeichnet durch ein Radpaar (160), das an einem Ende des Traggestells (1 58) angeordnet ist.
24. Fahrzeugsegment nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (36, 102, 1 24, 1 70, 172, 1 82, 1 84) an dem Traggestell (34, 98, 1 20, 1 56, 1 58) befestigt ist.
25. Fahrzeugsegment nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (36, 102, 1 24, 170, 172, 182, 184) einen ersten steifen Längsabschnitt (46) aufweist, der in der Längsrichtung sowie in Richtungen senkrecht zur die Mittelpunkte der Räder verbindenden Gerade (1 23) starr an das Traggestell gekoppelt ist.
26. Fahrzeugsegment nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (36, 102, 1 24) einen zweiten steifen Längsabschnitt (44) aufweist, der in Richtungen parallel und quer zur Längsrichtung elastisch rückstellbar an das Traggestell (34, 98, 1 20) gekoppelt ist.
27. Schienenfahrzeug nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste steife Längsabschnitt (46) durch ein erstes (38) und der zweite steife Längsabschnitt (44) durch ein zweites Gummi-Metall-Element (40) an das Traggestell (34, 98, 120) gekoppelt ist.
28. Schienengebundenes Gliederfahrzeug (10), dadurch gekennzeichnet, daßes eine Mehrzahl starr aneinander gekoppelter Fahreugsegmente (1 2 bis 22, 90, 92, 150, 1 52, 178, 180) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 26 aufweist.
29. Schienengebundenes Gliederfahrzeug nach Anspruch 28, gekennzeichnet durch eine Dichtlippe oder einen Dichtungsstreifen zwischen benachbarten Traggestellen, die an mindestens einem der beiden Traggestelle befestigbar sind.
30. Schienengebundenes Gliederfahrzeug nach einem der Ansprüche 28 und 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrzeugsegmente so aneinander gekoppelt sind, daß jeweils ein erstes Traggestell-Ende (1 56) ohne Radpaar an ein zweites Traggestell-Ende (1 58) mit einem Radpaar (1 60) grenzt und daß das erste Traggestell-Ende (1 56) auf dem zweiten Traggestell-Ende (1 58) und/oder auf dem Radpaar (1 60) abgestützt ist.
31 . Schienengebundenes Gliederfahrzeug nach einem der Ansprüche 28 bis 30, gekennzeichnet durch eine Flanschverbindung (174) zwischen den Mänteln benachbarter Fahrzeugsegmente (1 50, 1 52).
32. Schienengebundenes Gliederfahrzeug nach einem der Ansprüche 28 bis 31 , gekennzeichnet durch eine Reißverschluß-Verbindung zwischen den Mänteln benachbarter Fahrzeugsegmente.
33. Schienengebundenes Gliederfahrzeug nach einem der Ansprüche 28 bis 32, gekennzeichnet durch eine Kederverbindung zwischen den Mänteln benachbarter Fahrzeugsegmente.
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