EP4558374A1 - Schienenfahrzeug mit erhöhter seitenwindstabilität - Google Patents

Schienenfahrzeug mit erhöhter seitenwindstabilität

Info

Publication number
EP4558374A1
EP4558374A1 EP23745082.0A EP23745082A EP4558374A1 EP 4558374 A1 EP4558374 A1 EP 4558374A1 EP 23745082 A EP23745082 A EP 23745082A EP 4558374 A1 EP4558374 A1 EP 4558374A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
roll
bogie
leading
rail vehicle
trailing
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.)
Pending
Application number
EP23745082.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Kaspar Schroeder-Bodenstein
Jan NEUHAUS
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.)
Siemens Mobility GmbH
Original Assignee
Siemens Mobility GmbH
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 Siemens Mobility GmbH filed Critical Siemens Mobility GmbH
Publication of EP4558374A1 publication Critical patent/EP4558374A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61F—RAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
    • B61F5/00—Constructional details of bogies; Connections between bogies and vehicle underframes; Arrangements or devices for adjusting or allowing self-adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves
    • B61F5/02—Arrangements permitting limited transverse relative movements between vehicle underframe or bolster and bogie; Connections between underframes and bogies
    • B61F5/22—Guiding of the vehicle underframes with respect to the bogies
    • B61F5/24—Means for damping or minimising the canting, skewing, pitching, or plunging movements of the underframes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61F—RAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
    • B61F3/00—Types of bogies
    • B61F3/14—Types of bogies specially modified for reducing air resistance

Definitions

  • the invention relates to a rail vehicle according to the preamble f f of claim 1.
  • a rail vehicle for which a direction of travel is specified and that a leading bogie at a front end of the rail vehicle in the direction of travel has a trailing bogie at the end of the rail vehicle opposite the direction of travel, the leading bogie and the trailing bogie each having a Roll supports are equipped.
  • High-speed trains in particular are characterized by long car bodies that are aerodynamically optimized in terms of their driving resistance and are particularly lightweight.
  • the aerodynamic properties in combination with the lightweight construction lead to great sensitivity to crosswinds, particularly in end cars.
  • the invention is based on the object of further developing a rail vehicle of the type mentioned above, which is used in particular as the leading end car of a multi-part train, in such a way that increased stability is achieved when the rail vehicle is subjected to crosswinds.
  • the rail vehicle described at the beginning is characterized in that the roll stiffness of the roll supports of the leading bogie and the trailing bogie are selected so differently that when the rail vehicle is subjected to crosswinds, unequal wheel relief on the leading and trailing bogies is counteracted.
  • the technical measures of claim 1 are based on the knowledge that exposing the rail vehicle to crosswinds leads to different levels of wheel relief on the front and rear bogies.
  • the design of the roll supports of the leading and trailing bogie ensures that the wheel reliefs mentioned differ less from one another than if both bogies were designed with the same roll stiffness.
  • the anti-roll supports of the leading and trailing bogie are designed asymmetrically, i.e. H . They have different roll stiffnesses, which keep differences in the wheel relief of the leading and trailing bogies to a minimum.
  • the roll stiffness of the roll supports of the leading and trailing bogie are preferably selected such that when the rail vehicle is subjected to crosswinds, wheel relief on the leading and trailing bogie is minimal. In this way, the effects of exposure of the rail vehicle to crosswinds on the driving characteristics of the rail vehicle are minimized.
  • the leading bogie and the trailing bogie can in particular be designed as internally mounted bogies.
  • the ratio of the roll stiffness of the roll supports of the leading and trailing bogie depends on how much the wheel relief between the front and rear bogie in the event of lateral incidence z.
  • B. a gust of wind is unequal.
  • a greater redistribution is required than e.g. B. at 90% relative wheel relief at the front and 85% relative wheel relief at the rear.
  • the redistribution also depends on the aerodynamic properties (aerodynamic yaw or pitching moment and the position of the center of gravity of the rail vehicle in the longitudinal direction.
  • the unequal distribution of the wheel relief between the leading and trailing bogie is relatively constant over the speed of the rail vehicle, so that with the help of the different Roll stiffness redistribution between the leading and trailing bogie works across the entire speed range of the vehicle. In practice, it will be optimized to the speed at which the rail vehicle, especially used as the leading end car of a train, is most critical in terms of crosswinds.
  • the roll stiffness of the roll support of the leading bogie is preferably lower than the roll stiffness of the roll support of the trailing bogie. This measure is based on the knowledge that the leading bogie is more critical than the trailing bogie in terms of its wheel relief from crosswinds. In particular, it can be observed that a critical mean wheel relief of 90% is achieved on the leading bogie at significantly lower wind speeds than on the trailing bogie. The reasons for this finding will be discussed in more detail later.
  • the roll supports with different roll stiffness can in principle be either primary roll supports (arranged between wheel sets and bogie frames) or secondary roll supports.
  • the roll supports of the leading and trailing bogies are preferably each designed as secondary roll supports, which are located between a car body of the Rail vehicle and a respective bogie, in particular its bogie frame, arranged are not.
  • secondary roll supports are preferred, since if the primary roll supports of both wheel sets on a two-axle bogie were to be stiffened, the twisting of the wheel sets relative to one another would be made more difficult, which can have a negative effect on the driving characteristics of the rail vehicle. This negative effect that results from the stiffening of anti-roll supports does not occur in the same way with secondary anti-roll supports.
  • the different roll stiffnesses of the roll supports of the leading or trailing bogie can be realized by using torsion bars with different torsional stiffness in the roll supports of the leading and trailing bogie.
  • the different roll stiffness of the roll supports of the leading and trailing bogie can also be realized by using levers of different lengths between the torsion bar and the bogie frame in the roll supports.
  • a total roll stiffness of the roll supports of the leading and trailing bogie corresponds to a total roll stiffness of the leading and trailing bogie of identical roll stiffness, taking into account the impact of crosswind on the rail vehicle.
  • This has the advantage that a tilt coefficient (roll angle of the car body of the rail vehicle relative to the wheelsets in relation to the roll angle of the wheelsets; defined in EN 14363) of the rail vehicle compared to a rail vehicle that is not improved in terms of its side wall stability in the manner described here is, remains unchanged.
  • the required overall roll stiffness is derived from the clearance profile to be maintained.
  • Figure 1 is a perspective view of a car body of a rail vehicle
  • Figure 2 is a perspective view of a leading bogie of the rail vehicle according to Figure 1,
  • Figure 3 is a perspective view of a trailing bogie of the rail vehicle from Figure 1,
  • Figure 4 is a side view of the leading bogie of the rail vehicle according to Figure 1,
  • Figure 5 is a view from above of the bogie according to Figure
  • Figure 6 is a perspective view of part of a roll support of one of the bogies of the rail vehicle according to Figure 1 and
  • Figure 7 is a perspective view of a handlebar of the roll support from Figure 6.
  • 1 shows, as an example of a rail vehicle with improved crosswind stability, a leading/leading end car of a multi-part train, with a car body 1, a leading bogie 2 and a trailing bogie 3, both bogies being designed as internally mounted bogies.
  • 1 also shows the forces and moments acting on the car body 1, which are generated when the car body 1 is subjected to a crosswind, for example a gust of wind falling from the side.
  • a lateral force FW, y acts at a height on the upper edge of the rail and thus causes a torque with respect to the wheel positions of the bogies 2, 3.
  • the gust of wind also creates a rolling moment MW, x (rotation around the longitudinal axis of the vehicle). This rolling moment MW, x relieves the load on the windward wheels of the bogies 2, 3.
  • a direction of travel of the rail vehicle is illustrated by an arrow R.
  • a vertical force FW, z resulting from the application of crosswind causes the car body 1 to be lifted and, associated with this, an additional relief of the load on all the wheels of the bogies 2, 3.
  • the wind attacking the side of the car body 1 also causes a significant moment MW, z about the vertical axis of the car body 1.
  • This yaw moment MW, z, which acts on the car body 1, must be balanced by, compare Figures 2 and 3, a pair of forces FMz, h and FMz, v at a connection of the car body 1 to the bogies 2, 3.
  • the bogies 2, 3 differ in their roll stiffness in order to achieve improved crosswind stability of the car body 1. This will be explained in more detail later.
  • the bogies 2, 3 are each equipped with a roll support 4, 5.
  • the roll support 4 of the leading bogie 2 differs in its rigidity from the roll support 5 of the trailing bogie 3 in that that it is lower than the roll stiffness of the roll support 5 of the trailing bogie 3.
  • the anti-roll supports 4, 5 are so-called. secondary roll supports, which are articulated on the one hand on the car body 1 of the rail vehicle and on the other hand on a bogie frame 6 of the bogie 2.
  • Figures 4 and 5 show, for example, the leading bogie 2, the roll support 4 of which basically functions in the same way as the roll support 5 of the trailing bogie 3.
  • measures have only been taken to realize different roll stiffnesses of the anti-roll supports 4, 5, without the anti-roll supports 4, 5 differing in their basic structure.
  • the roll support 4 has a torsion bar 7, the torsion bar 7 is rotatably mounted on the car body, with the help of two pivot bearings 8, which are attached to an underside of the car body 1.
  • the torsion bar 7 is articulated to the bogie frame 6 via a bearing 11 on the bogie side via horizontal links 9 and vertical links 10.
  • the torsion bar 7 rotates within the bearings 8 and no moment is built up. If a rolling movement occurs for the car body 1, d. H . However, a rotation of the car body 1 about its longitudinal axis results in uneven deflection on both sides of the car body 1. This causes the torsion bar 7 to twist and thus counteracts the rolling movement of the car body 1 that occurs.
  • c T is a torsional rigidity of the torsion bar 7 and ⁇ p w is the roll angle of the car body 1. It is assumed that the car body 1 is torsionally rigid, so that the roll angle n w is the same on both bogies 2, 3.
  • c T a torsional rigidity of the torsion bar 7
  • ⁇ p w the roll angle of the car body 1. It is assumed that the car body 1 is torsionally rigid, so that the roll angle n w is the same on both bogies 2, 3.
  • c T By modifying the torsional rigidity c T , different rolling moments can be achieved on the leading and trailing bogie. Due to a higher roll stiffness on the rear roll support 5 than on the front roll support 4, the rolling moment MW,x, compare FIG. 1, is supported more strongly on the trailing bogie 3.
  • Wheel relief is redistributed from the leading bogie 2 to the trailing bogie 3, while the overall relief of all windward wheels of the bogies 2, 3 remains the same.
  • the stiffness of the roll supports 4, 5 are adjusted so that wheel relief on the leading and trailing bogies is the same and both bogies 2, 3 are therefore used optimally with regard to increasing the crosswind stability of the car body 1.
  • a required increase or decrease in the torsional rigidity for one of the torsion bars 7 can be achieved via an increased or reduced diameter of the torsion bar 7 in question.
  • Shortening or lengthening the lever length 1 represents an effective method for modifying the roll stiffness of the roll supports 4 or 5, since the lever length 1 is squarely included in the roll stiffness.
  • the interaction with the lifting of the car body 1 results in a further positive effect:

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Vehicle Body Suspensions (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug, für das eine Fahrtrichtung (V0) vorgegeben ist und das ein vorlaufendes Drehgestell (2) an einem in Fahrtrichtung (V0) vorderen Ende des Schienenfahrzeugs und ein nachlaufendes Drehgestell (3) an dem der Fahrtrichtung (V0) entgegen gerichteten Ende des Schienenfahrzeugs aufweist, wobei das vorlaufende Drehgestell (2) und das nachlaufende Drehgestell (3) jeweils mit einer Wankstütze (4, 5) ausgestattet sind, wobei Wanksteifigkeiten der Wankstützen (4, 5) des vorlaufenden Drehgestells (2) und des nachlaufenden Drehgestells (3) derart verschieden gewählt sind, dass bei Beaufschlagung des Schienenfahrzeugs mit Seitenwind einer ungleichen Radentlastung an dem vorlaufenden und dem nachlaufenden Drehgestell (2, 3) entgegengewirkt wird.

Description

Beschreibung
Schienenfahrzeug mit erhöhter Seitenwindstabilität
Die Erfindung bezieht sich auf ein Schienenfahrzeug nach dem Oberbegri f f von Anspruch 1 . Danach ist ein Schienenfahrzeug bekannt , für das eine Fahrtrichtung vorgegeben ist und dass ein vorlaufendes Drehgesell an einem in Fahrtrichtung vorderen Ende des Schienenfahrzeugs ein nachlaufendes Drehgestell an den der Fahrtrichtung entgegengerichteten Ende des Schienenfahrzeugs aufweist , wobei das vorlaufende Drehgestell und das nachlaufende Drehgestell j eweils mit einer Wankstütze ausgestattet sind .
Insbesondere Hochgeschwindigkeits züge zeichnen sich durch lange , bezüglich ihres Fahrwiderstands aerodynamisch optimierte und besonders leicht ausgeführte Wagenkästen aus . Dabei führen die aerodynamischen Eigenschaften in Kombination mit dem versehenen Leichtbau insbesondere bei Endwagen zu einer großen Empfindlichkeit bezüglich einer Beaufschlagung mit Seitenwind .
Diese Problematik kann ebenso bei Regional zügen auftreten, insbesondere wenn diese als Doppelstock-Fahrzeuge ausgeführt sind, die naturgemäß eine Empfindlichkeit gegenüber Seitenwind besitzen .
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde , ein insbesondere als vorlaufender Endwagen eines mehrteiligen Zuges eingesetztes Schienenfahrzeug der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine erhöhte Stabilität gegenüber einer Beaufschlagung des Schienenfahrzeugs mit Seitenwind erreicht wird .
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Schienenfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Danach zeichnet sich das eingangs beschriebene Schienenfahrzeug dadurch aus , dass Wankstei figkeiten der Wankstützen des vorlaufenden Drehgestells und des nachlaufenden Drehgestells derart verschieden gewählt sind, dass bei Beaufschlagung des Schienenfahrzeugs mit Seitenwind einer ungleichen Radentlastung an dem vorlaufenden und dem nachlaufenden Drehgestell entgegengewirkt wird .
Den technischen Maßnahmen des Anspruchs 1 liegt die Erkenntnis zugrunde , dass eine Beaufschlagung des Schienenfahrzeugs mit Seitenwind zu verschieden großen Radentlastungen beim vorderen und hinteren Drehgestell führt . Durch die Auslegung der Wankstützen des vorlaufenden und nachlaufenden Drehgestells wird erreicht , dass die genannten Radentlastungen sich weniger voneinander unterscheiden, als wenn beide Drehgestelle mit gleichen Wankstei figkeiten ausgelegt wären . Im Ergebnis sind die Wankstützen des vorlaufenden und des nachlaufenden Drehgestells asymmetrisch ausgelegt , d . h . sie besitzen voneinander abweichende Wankstei figkeiten, welche Unterschiede in den Radentlastungen des vorlaufenden und des nachlaufenden Drehgestells gering halten .
Bevorzugt sind die Wankstei figkeiten der Wankstützen des vorlaufenden und des nachlaufenden Drehgestells derart gewählt , dass bei Beaufschlagung des Schienenfahrzeugs mit Seitenwind Radentlastungen an dem vorlaufenden und nachlaufenden Drehgestell minimal sind . In dieser Weise werden die Auswirkungen einer Beaufschlagung des Schienenfahrzeugs mit Seitenwind auf die Fahreigenschaften des Schienenfahrzeugs minimiert . Das vorlaufende Drehgestell und das nachlaufende Drehgestell können insbesondere als innen gelagerte Drehgestelle ausgeführt sein .
Das Verhältnis der Wankstei figkeiten der Wankstützen des vorlaufenden und des nachlaufenden Drehgestells hängt davon ab, wie sehr die Radentlastung zwischen vorderem und hinterem Drehgestell bei seitlichem Einfall z . B . einer Windböe ungleich ist . Beträgt z . B . die relative Radentlastung am vor- laufenden Drehgestell bei einer Windböe 90% und am nachlaufenden Drehgestell 70% ist eine größere Umverteilung erforderlich als z . B . bei 90% relativer Radentlastung vorne und 85% relativer Radentlastung hinten . Die Umverteilung ist zudem abhängig von den aerodynamischen Eigenschaften (Aerodynamisches Gier- oder Nickmoment und der Schwerpunkts Lage des Schienenfahrzeugs in Längsrichtung . Die Ungleichverteilung der Radentlastungen zwischen vorlaufendem und nachlaufendem Drehgestell ist über die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs relativ konstant , so dass die mit Hil fe der verschiedenen Wankstei figkeiten erzielte Umverteilung zwischen vorlaufendem und nachlaufendem Drehgestell über den gesamten Ge- schwindigkeitsbereich des Fahrzeugs wirkt . In der Praxis wird man sie auf die Geschwindigkeit optimieren, bei der das Schienenfahrzeug, insbesondere eingesetzt als vorlaufender Endwagen eines Zuges , seitenwindtechnisch am kritischsten ist .
Die Wankstei figkeit der Wankstütze des vorlaufenden Drehgestells ist bevorzugt geringer als die Wankstei figkeit der Wankstütze des nachlaufenden Drehgestells . Dieser Maßnahme liegt die Erkenntnis zugrunde , dass das vorlaufende Drehgestell bezüglich seiner Radentlastung durch Seitenwind kritischer ist als das nachlaufende Drehgestell . Insbesondere kann beobachtet werden, dass eine kritische mittlere Radentlastung von 90% am vorlaufenden Drehgestell bei deutlich geringeren Windgeschwindigkeiten erreicht , wird als am nachlaufenden Drehgestell . Auf die Ursachen für diese Feststellung wird später noch näher im Detail eingegangen werden .
Bei den Wankstützen mit unterschiedlichen Wankstei figkeiten kann es sich grundsätzlich sowohl um primäre Wankstützen ( angeordnet zwischen Radsätzen und Drehgestellrahmen oder sekundäre Wankstützen handeln . Bevorzugt sind j edoch die Wankstützen des vorlaufenden und des nachlaufenden Drehgestells j eweils als sekundäre Wankstützen ausgeführt , die zwischen einem Wagenkasten des Schienenfahrzeugs und einem j eweiligen Drehgestell , insbesondere dessen Drehgestellrahmen, angeord- net sind . Zur Aus führung der Erfindung sind sekundäre Wankstützen bevorzugt , da bei einer Verstei fung von primären Wankstützen beider Radsätze an einem zweiachsigen Drehgestell die Verwindung der Radsätze zueinander erschwert würde , was sich negativ auf die Fahreigenschaften des Schienenfahrzeugs auswirken kann . Dieser negative Ef fekt , der sich bei der Verstei fung von Wankstützen ergibt , tritt bei sekundären Wankstützen in der Weise nicht auf .
In einer bevorzugten Aus führungs form können die verschiedenen Wankstei figkeiten der Wankstützen des vorlaufenden oder des nachlaufenden Drehgestells dadurch realisiert sein, dass bei den Wankstützen des vor- und des nachlaufenden Drehgestells Torsionsstäbe mit unterschiedlicher Torsionsstei figkeit eingesetzt sind . Alternativ dazu können die verschiedenen Wankstei figkeiten der Wankstützen des vorlaufenden und des nachlaufenden Drehgestells auch dadurch realisiert sein, dass bei den Wankstützen verschieden lange Hebel zwischen Torsionsstab und Drehgestellrahmen eingesetzt sind .
Bevorzugt entspricht eine Gesamt-Wankstei figkeit der Wankstützen des vorlaufenden und des nachlaufenden Drehgestells einer Gesamt-Wankstei figkeit des vorlaufenden und nachlaufenden Drehgestells identischen Wankstei figkeiten unter Berücksichtigung einer Beaufschlagung des Schienenfahrzeugs mit Seitenwind . Dies hat den Vorteil , dass ein Neigekoef fi zient (Wankwinkel des Wagenkastens des Schienenfahrzeugs relativ zu den Radsätzen im Verhältnis zum Wankwinkel der Radsätze ; definiert in der EN 14363 ) des Schienenfahrzeugs gegenüber einem Schienenfahrzeug, dass nicht in der hier beschriebenen Weise hinsichtlich seiner Seitenwandstabilität verbessert ist , ungeändert bleibt . Die erforderliche Gesamt- Wankstei figkeit leitet sich aus dem einzuhaltenden Lichtraumprofil ab . Der Wagenkasten darf nur so sehr wanken, dass der zur Verfügung stehende Lichtraum nicht verletzt wird . Aus führungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen noch näher erläutert . Es zeigen :
Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines Wagenkastens eines Schienenfahrzeugs ,
Figur 2 eine perspektivische Ansicht eines vorlaufenden Drehgestells des Schienenfahrzeugs nach Figur 1 ,
Figur 3 eine perspektivische Ansicht eines nachlaufenden Drehgestells des Schienenfahrzeugs von Figur 1 ,
Figur 4 eine Seitenansicht des vorlaufenden Drehgestelles des Schienenfahrzeugs nach Figur 1 ,
Figur 5 eine Ansicht von oben des Drehgestells nach Figur
4 ,
Figur 6 eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Wankstütze eines der Drehgestelle des Schienenfahrzeugs nach Figur 1 und
Figur 7 eine perspektivische Ansicht eines Lenkers der Wankstütze von Figur 6 .
Figur 1 zeigt als Beispiel für ein Schienenfahrzeug mit verbesserter Seitenwindstabilität einen führenden/vorlauf enden Endwagen eines mehrteiligen Zuges , mit einem Wagenkasten 1 , einem vorlaufenden Drehgestell 2 und einem nachlaufenden Drehgestell 3 , wobei beide Drehgestelle als innen gelagerte Drehgestelle ausgeführt sind . In Figur 1 sind zudem die an dem Wagenkasten 1 angrei fenden Kräfte und Momente angegeben, die bei einer Beaufschlagung des Wagenkastens 1 mit Seitenwind, zum Beispiel einer seitlich einfallenden Windböe generiert werden . Eine Seitenkraft FW, y grei ft dabei auf einer Höhe einer Schienenoberkante an und bewirkt somit ein Drehmoment bezüglich der Radauf Standspunkte der Drehgestelle 2 , 3 . Die Windböe zeugt zudem ein Rollmoment MW, x ( Drehung um die Fahrzeuglängsachse ) . Dieses Rollmoment MW, x bewirkt eine Entlastung der luvseitigen Räder der Drehgestelle 2 , 3 .
Eine Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs ist anhand eines Pfeiles R veranschaulicht .
Des Weiteren bewirkt ein sich aufgrund der Beaufschlagung mit Seitenwind ergebende Vertikalkraft FW, z ein Ausheben des Wagenkastens 1 und damit verbunden eine zusätzliche Entlastung sämtlicher Räder der Drehgestelle 2 , 3 . Neben dem vorstehend erläuterten Auftrieb (Vertikalkraft FW, z ) und dem Rollmoment MW, x bewirkt der seitlich an dem Wagenkasten 1 angrei fende Wind zudem ein nennenswertes Moment MW, z um die Hochachse des Wagenkastens 1 . Dieses Gier-Moment MW, z , das auf den Wagenkaten 1 wirkt , muss durch, vergleiche Figuren 2 und 3 , ein Kräftepaar FMz , h und FMz , v an einer Anbindung des Wagenkastens 1 an die Drehgestelle 2 , 3 ausgeglichen werden . Dieses Kräftepaar bewirkt eine zusätzliche Entlastung der Räder des vorlaufenden Drehgestells 2 und eine verringerte Entlastung der Räder des nachlaufenden Drehgestells 3 . Dies hat wiederum zur Folge , dass das vorlaufende Drehgestell 2 bezüglich seiner Radentlastung kritischer ist als das nachlaufende Drehgestell 3 . Eine kritische mittlere Radentlastung von 90% wird bei dem vorlaufenden Drehgestell bei deutlich geringeren Windgeschwindigkeiten erreicht als am nachlaufenden Drehgestell 3 .
Die Drehgestelle 2 , 3 unterscheiden sich in ihren Wanksteifigkeiten um eine verbesserte Seitenwindstabilität des Wagenkastens 1 zu realisieren . Dies wird später noch mehr im Detail erläutert .
Die Drehgestelle 2 , 3 sind j eweils mit einer Wankstütze 4 , 5 ausgestattet . Dabei unterscheidet sich die Wankstütze 4 des vorlaufenden Drehgestells 2 in ihrer Stei figkeit von der Wankstütze 5 des nachlaufenden Drehgestells 3 dahingehend, dass sie geringer ist als die Wankstei figkeit der Wankstütze 5 des nachlaufenden Drehgestells 3 .
Aufbau und Funktionsweise der Wankstützen 4 , 5 werden nunmehr anhand der Figuren 4 und 5 näher erläutert . Bei den Wankstützen 4 , 5 handelt es sich um sog . sekundäre Wankstützen, die einerseits am Wagenkasten 1 des Schienenfahrzeugs und andererseits an einem Drehgestellrahmen 6 des Drehgestells 2 angelenkt sind .
Die Figuren 4 und 5 zeigen beispielshalber das vorlaufende Drehgestell 2 , dessen Wankstütze 4 prinzipiell in derselben Weise funktioniert wie die Wankstütze 5 des nachlaufenden Drehgestells 3 . Es sind, wie später erläutert wird, lediglich Maßnahmen getrof fen, verschiedene Wankstei figkeiten der Wankstützen 4 , 5 zu realisieren, ohne dass sich die Wankstützen 4 , 5 in ihrem Grundaufbau unterscheiden .
Die Wankstütze 4 weist einen Torsionsstab 7 auf , der Torsionsstab 7 ist rotatorisch am Wagenkasten gelagert , und zwar mit Hil fe zweier Drehlager 8 , die an einer Unterseite des Wagenkastens 1 angebracht sind . Uber hori zontale Lenker 9 und vertikale Lenker 10 ist der Torsionsstab 7 über ein drehgestellseitiges Lager 11 an dem Drehgestellrahmen 6 angelenkt .
Bei gleichmäßigem Einfedern von Sekundärf edern 12 des Wagenkastens 1 auf beiden Fahrzeugseiten rotiert der Torsionsstab 7 innerhalb der Lager 8 und es wird kein Moment auf gebaut . Bei Auftreten einer Wankbewegung für den Wagenkasten 1 , d . h . einer Drehung des Wagenkastens 1 um seine Längsachse , ergibt sich j edoch auf beiden Seiten des Wagenkastens 1 ein ungleichmäßiges Einfedern . Dies bewirkt , dass der Torsionsstab 7 tordiert und damit der auftretenden Wankbewegung des Wagenkastens 1 entgegenwirkt .
Figur 6 veranschaulicht die auf den Wagenkasten 1 wirkenden
Kräfte FWa, 1 und FWa, r, die ein Abstützen des Wankmoments auf den Wagenkasten 1 ausüben. Dieses Wankmoment MW lässt sich über berechnen. Dabei ist cT eine Torsionssteifigkeit des Torsionsstabs 7 und <pw der Wankwinkel des Wagenkastens 1. Dabei wird angenommen, dass der Wagenkasten 1 torsionssteif ist, so dass der Wankwinkel nw an beiden Drehgestellen 2, 3 gleich ist. Durch eine Modifikation der Torsionssteifigkeit cT lassen sich so unterschiedliche Wankmomente am vorlaufenden und nachlaufenden Drehgestell erzielen. Durch eine höhere Wanksteifigkeit an der hinteren Wankstütze 5 als an der vorderen Wankstütze 4 wird das Rollmoment MW,x, vergleiche Figur 1, stärker am nachlaufenden Drehgestell 3 abgestützt. Eine Radentlastung wird vom vorlaufenden Drehgestell 2 zum nachlaufenden Drehgestell 3 umverteilt, während eine Gesamtentlastung aller luvseitigen Räder der Drehgestelle 2, 3 gleichbleibt. Die Steifigkeiten der Wankstützen 4, 5 sind so angepasst, dass eine Radentlastung an dem vorlaufenden und dem nachlaufenden Drehgestell gleich ist und beide Drehgestelle 2, 3 damit optimal bezüglich einer Erhöhung der Seitenwindstabilität des Wagenkastens 1 eingesetzt werden.
Um einen Neigekoeffizienten des Wagenkastens 1 nicht zu ver- ändern, werden die Wanksteifigkeiten der Wankstützen 4 , 5 so modifiziert, dass die Gesamt-Wanksteifigkeit cges des Wagenkastens 1 konstant bleibt. Es muss also gelten: mit
Ausgehend von gleichen Wanksteifigkeiten der Wankstützen 4, 5 wird zur Erhöhung der Seitenwindstabilität des Wagenkastens 1 z. B. die Wanksteifigkeit der Wankstütze 4 des vorlaufenden Drehgestells 2 verringert. Entsprechend vorstehender Gleichung 2 muss somit die Wanksteifigkeit der Wankstütze 5 des nachlaufenden Drehgestells 3 erhöht werden, so dass der Neigekoeffizient unverändert bleibt.
In einer Aus führungs form kann eine erforderliche Erhöhung bzw. Verringerung der Torsionssteifigkeit für einen der Torsionsstäbe 7 über einen erhöhten bzw. verringerten Durchmesser des betreffenden Torsionsstabs 7 erzielt werden.
Eine alternative Möglichkeit zur Erhöhung bzw. Verringerung der Wanksteifigkeiten der Wankstützen 4, 5 besteht darin, eine Hebellänge 1 der Hebel 9 zu verkürzen bzw. zu verlängern. Dies wird anhand von Figur 7 erläutert.
Die Verkürzung bzw. Verlängerung der Hebellänge 1 stellt eine effektive Methode zur Modifikation der Wanksteifigkeit der Wankstützen 4 bzw. 5 dar, da die Hebellänge 1 quadratisch in die Wanksteifigkeit eingeht. Zusätzlich ergibt sich im Zusammenwirken mit dem Ausheben des Wagenkastens 1 ein weiterer positiver Effekt:
Die Wanksteifigkeiten nach den Gleichungen 2 und 3 setzen kleine Auslenkungen der Wankstützen 4, 5 um ihre Ruhelagen voraus. Bei starken Seitenwindböen findet jedoch ein Ausheben des Wagenkastens 1 durch die Auftriebskraft FW,z, vgl . Figur 1, statt, wodurch die sekundären Wankstützen 4, 5 der Drehgestelle 2, 3 stärker abgelenkt werden.
Bei einem um die Höhe h ausgehobenen Wagenkasten 1 wirkt eine abstützende Kraft Fw über die Hebellänge leff mit leff = 'll2 - h2 ( 4 ) auf den Torsionsstab 7. Hierdurch vergrößert sich nach den Gleichungen 2 und 3 die Wanksteifigkeit. Bei gleichen Aushebewegen am vorlaufenden und nachlaufenden Drehgestell 2, 3 sowie unterschiedlichen Hebellängen 1 (längerer Hebel am vor- laufenden Drehgestell , kürzerer Hebel am nachlaufenden Drehgestell ) steigt die Wankstei figkeit am nachlaufenden Drehgestell 3 im ausgehobenen Zustand des Wagenkastens 1 stärker als vorne . Dies unterstützt den zu erzielenden Ef fekt , näm- lieh die Umverteilung der Radentlastung am vorlaufenden Drehgestell 2 und am nachlaufenden Drehgestell 3 bei auftretendem Seitenwind . Hierdurch ist der Unterschied der Wankstei figkeiten der Wankstützen 4 , 5 im nicht-ausgehobenen Zustand des Wagenkastens 1 geringer als bei der vorstehend erläuterten Modi fikation der Wankstei figkeiten über den Durchmesser der Torsionsstäbe 7 .

Claims

Patentansprüche
1. Schienenfahrzeug, für das eine Fahrtrichtung (R) vorgegeben ist und das ein vorlaufendes Drehgestell (2) an einem in Fahrtrichtung (R) vorderen Ende des Schienenfahrzeugs und ein nachlaufendes Drehgestell (3) an dem der Fahrtrichtung (Vo) entgegen gerichteten Ende des Schienenfahrzeugs aufweist, wobei das vorlaufende Drehgestell (2) und das nachlaufende Drehgestell (3) jeweils mit einer Wankstütze (4, 5) ausgestattet sind, dadurch gekennzeichnet, dass Wanksteifigkeiten der Wankstützen (4, 5) des vorlaufenden Drehgestells (2) und des nachlaufenden Drehgestells (3) derart verschieden gewählt sind, dass bei Beaufschlagung des Schienenfahrzeugs mit Seitenwind einer ungleichen Radentlastung an dem vorlaufenden und dem nachlaufenden Drehgestell (2, 3) entgegengewirkt wird.
2. Schienenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wanksteifigkeiten der Wankstützen (4, 5) des vorlaufenden und des nachlaufenden Drehgestells (2, 3) derart gewählt sind, dass bei Beaufschlagung des Schienenfahrzeugs mit Seitenwind Radentlastungen an dem vorlaufenden und dem nachlaufenden Drehgestell (2, 3) minimal sind.
3. Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wanksteifigkeit der Wankstütze (4, 5) des vorlaufenden Drehgestells (2, 3) geringer ist als die Wanksteifigkeit der Wankstütze (4, 5) des nachlaufenden Drehgestells.
4. Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wankstützen (4, 5) des vorlaufenden und des nachlaufenden Drehgestells (2, 3) jeweils als sekundäre Wankstützen (4, 5) ausgeführt sind, die zwischen einem Wagenkasten (1) des Schienenfahrzeugs und einem jeweiligen Drehgestell (2, 3) angeordnet sind.
5. Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen Wanksteifigkeiten der Wankstützen (4, 5) des vorlaufenden und des nachlaufenden Drehgestells (2, 3) dadurch realisiert sind, dass bei den Wankstützen (4, 5) des vorlaufenden und des nachlaufenden Drehgestells (2, 3) Torsionsstäbe (7) mit unterschiedlicher Torsionssteifigkeit eingesetzt sind.
6. Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen Wanksteifigkeiten der Wankstützen (4, 5) des vorlaufenden und des nachlaufenden Drehgestells (3, 4) dadurch realisiert sind, dass bei den Wankstützen (4, 5) verschieden lange Hebel (9) zwischen Torsionsstab (7) und Drehgestellrahmen (6) eingesetzt sind.
7. Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gesamt-Wanksteifigkeit der Wankstützen (4, 5) des vorlaufenden und des nachlaufenden Drehgestells (2, 3) einer Gesamt-Wanksteifigkeit des vorlaufenden und nachlaufenden Drehgestells (2, 3) mit identischen Wanksteifigkeiten ohne Berücksichtigung einer Beaufschlagung des Schienenfahrzeugs mit Seitenwind entspricht.
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