用于轨道车辆的车轮装置的制作方法

1.本发明涉及用于轨道车辆，特别是轻轨车辆的车轮装置，该车轮装置包括车轮单元和支撑单元，其中车轮单元限定车轮单元的旋转轴线。支撑单元被配置为连接到轨道车辆的轨道车辆结构，该轨道车辆限定车辆纵向方向、车辆横向方向和车辆高度方向。支撑单元还被配置为将车轮单元连接到轨道车辆结构，使得车轮单元可围绕旋转轴线旋转。支撑单元包括主悬架单元，主悬架单元被配置为至少沿车辆高度方向在车轮单元上提供轨道车辆结构的弹性支撑。主悬架单元在平行于旋转轴线的方向上具有主悬架横向刚度，其中主悬架横向刚度在主悬架单元上的分布，特别是在标称载荷下轨道车辆处于直线水平轨道上的静止状态下，限定平行于车辆纵向方向的车轮单元的倾斜轴。本发明还涉及对应的轨道车辆单元，其包括轨道车辆结构和至少一个这样的车轮装置。


背景技术：

2.在轨道车辆中，主悬架代表从所谓的簧下质量(即在没有插入弹簧元件(通常还有阻尼元件)的情况下，直接承受通过轨道引入的载荷的车辆的部分)到车辆其余部分的过渡。对于轨道车辆的传统行走机构(running gear)，主悬架通常布置在车轮单元(例如，单轮、轮对或轮组)的车轴或轮组轴与车辆结构之间，车辆结构通常是车辆的行走机构框架或者最终甚至是车厢主体结构本身。例如，从ep1065122b1(其全部公开内容通过引用并入本文)中已知这种配置。
3.出于乘客舒适度和车辆动力学的原因，特别是在所谓的轻轨车辆(lrv)中，通常期望尽可能减小簧下质量。因此，通常，轨道车辆制造商努力使形成簧下质量的部件尽可能轻。然而，这种方法在结构完整性和安全要求方面有其明显的局限性。
4.这种主悬架的另一个问题可能是这种主弹簧配置的侧向硬度或横向刚度相对较低，特别是如果车轮单元是承受在轮轨接触点处引入的侧向载荷(例如，对于具有一定锥度的轮轨配对而言其始终存在，而且当车轮越过道岔或轨道中的不平顺时其也是冲击载荷)的单个车轮。虽然在乘客舒适度方面可能期望较低的横向刚度，特别是对于这种单轮行走机构，但是在脱轨安全性方面可能需要相对较高的主悬架横向刚度，以保证在轨道车辆运行期间预期的任何此类侧向载荷条件下车轮与轨道的适当接触。
5.在工业运输车和起重车的领域中，例如从ep0104714b1(其全部公开内容通过引用并入本文)中通常已知使用具有所谓剪切垫(通常是层状金属橡胶弹簧)的单轮悬架配置，其中各个剪切垫的层垂直于车轮的旋转轴线布置。这种配置可以用于显著增加横向刚度而不损害这种非轨道约束工业运输车和起重车的高度方向的刚度，然而乘客舒适度和脱轨安全性不起作用。然而，这个概念不容易转移到轨道车辆应用中，在轨道车辆应用中，相反，乘客舒适度和脱轨安全性起着重要作用，但却是抵触目标。


技术实现要素：

6.因此，本发明的目的是提供如上所述的用于轨道车辆的车轮装置和轨道车辆单
元，它们没有或者至少在较小程度上示出上述缺点，并且特别地以简单、节省空间和高效的方式允许高脱轨安全度，同时在轨道车辆的运行期间保持低簧下质量并保持高乘客舒适度。
7.上述目的从根据权利要求1的前序部分的车轮装置开始，通过权利要求1的特征部分的特征来实现。
8.本发明基于这样的技术教导，即如果主悬架单元被配置成使得车轮单元的(虚拟)倾斜轴位于车轮单元的旋转轴线下方，则可以以简单、节省空间和高效的方式实现高脱轨安全度，同时在轨道车辆的运行期间保持低簧下质量并保持高乘客舒适度(应注意，除非另有明确说明，否则本文给出的几何关系例如“上方”和“下方”与车辆高度方向有关)。该倾斜轴(在车辆的标称载荷下轨道车辆处于直线水平轨道上的静止状态下)平行于车辆纵向方向延伸，并由主悬架单元的横向刚度分布确定。更准确地说，由于主悬架单元通常位于轮轨接触位置的上方，因此在轮轨接触处沿横向方向作用的横向力或侧向载荷(例如，对于具有一定锥度的轮轨配对而言其始终存在，但由于轨道不平顺等原因其也是冲击载荷)不仅导致车轮单元的横向(或侧向)偏转，而且导致车轮单元围绕该倾斜轴的倾斜运动(这里也称为侧向轨道载荷引起的倾斜)，该倾斜轴由主悬架单元限定，更准确地说由主悬架单元在高度方向上的横向刚度分布限定。
9.本发明已经认识到，响应于这种横向力的这种倾斜运动对轮轨接触位置处的车轮单元的偏转具有相当大的影响，并且因此对脱轨安全度也具有相当大的影响。此外，本发明已经认识到，通过选择将该(虚拟)倾斜轴定位在车轮单元的旋转轴线下方的主悬架单元的横向刚度的适当分布，可以减少车轮单元的这种与倾斜相关的偏转，因此可以提高脱轨安全度，同时保持主悬架单元的整体横向刚度不变。特别地，还可以保持高度方向上的刚度基本上不变。因此，可以保持较低的簧下质量，并且可以保持乘客舒适度，同时降低脱轨风险，或者换句话说，可以增加乘客舒适度，并且可以减少簧下质量，同时保持给定的低脱轨风险水平。
10.应当理解，这种概念在单轮配置中特别有用且高效，在单轮配置中主悬架单元是限定该倾斜轴的(最终甚至是唯一的)部件。然而，上述概念的使用不限于单轮配置，并且出于与上述给出的基本相同的原因，对于在行走机构两侧的两个车轮单元之间存在机械联接的其他配置(例如车轮对或车轮组)，也可以具有有益的效果。
11.因此，根据一个方面，本发明涉及一种用于轨道车辆特别是轻轨车辆的车轮装置，该车轮装置包括车轮单元和支撑单元，其中车轮单元限定车轮单元的旋转轴线。支撑单元被配置为连接到轨道车辆的轨道车辆结构，该轨道车辆限定车辆纵向方向、车辆横向方向和车辆高度方向。支撑单元还被配置为将车轮单元连接到轨道车辆结构，使得车轮单元可围绕旋转轴线旋转。支撑单元包括主悬架单元，主悬架单元被配置为至少沿车辆高度方向在车轮单元上提供轨道车辆结构的弹性支撑。主悬架单元在平行于旋转轴线的方向上具有主悬架横向刚度，其中主悬架横向刚度在主悬架单元上的分布，特别是在标称载荷下轨道车辆处于直线水平轨道上的静止状态下，限定平行于车辆纵向方向的车轮单元的倾斜轴。主悬架横向刚度的分布使得在车辆高度方向上，倾斜轴位于旋转轴线的下方。
12.应当理解，基本上，倾斜轴相对于旋转轴线的任何期望高度偏移都是足够的，该高度偏移对侧向轨道载荷引起的倾斜具有显著的积极影响。通常，车轮单元具有限定车轮单
元的标称直径的轨道接触表面(通常处于车轮的新的未磨损状态，但也可能处于车轮的重新成型状态)，并且倾斜轴在车辆高度方向上，特别是在轨道车辆的静止状态下，位于距旋转轴线倾斜轴距离处。优选地，倾斜轴距离为标称直径的至少10％，优选至少20％，更优选15％至50％，特别是25％至40％。这些配置特别有利于减少侧向轨道载荷引起的车轮单元倾斜。
13.只要实现倾斜轴相对于旋转轴线的期望高度偏移，主悬架横向刚度的分布可以具有任何期望的配置。在特别简单的变型中，主悬架单元被分成上部第一主悬架部分和下部第二主悬架部分。第一主悬架部分在平行于旋转轴线的方向上具有第一横向刚度，其中在轨道车辆的静止状态下，第一主悬架部分在车辆高度方向上位于旋转轴线的上方。第二主悬架部分在平行于旋转轴线的方向上具有第二横向刚度，其中在轨道车辆的静止状态下，第二主悬架在车辆高度方向上位于旋转轴线的下方。第一横向刚度低于第二横向刚度，从而实现倾斜轴相对于旋转轴线的期望高度偏移。优选地，第一横向刚度是第二横向刚度的5％至99％，优选25％至75％，更优选40％至60％，从而获得特别有益的结果。
14.应当理解，主悬架横向刚度的上述分布可以简单地通过两个单独的主悬架元件(一个形成上主悬架部分，一个形成下主悬架部分)来实现。当然，它也可以由上部和下主悬架部分中的任何一个中的任何期望的其他数量的主悬架元件形成。类似地，如下文将进一步解释的，一个单独的主悬架元件可能足以实现这种分布。
15.基本上，任何期望的(一种或多种)类型的(一个或多个)主悬架元件都可以用于形成主悬架单元，从而实现所需自由度的弹性主悬架。特别地，可以使用任何期望的配置和形状的主悬架元件。这些可以包括单独的或者与其他部件(例如阻尼元件等)结合的传统的弹簧元件，例如螺旋金属弹簧元件或橡胶弹簧元件。
16.通过简单且特别节省空间的优选配置，主悬架单元是剪切弹簧单元。这种剪切弹簧单元通常具有以下优点：它们在其剪切方向上，通常在剪切平面上提供合适的弹簧运动，同时在其他方向上(例如，在垂直于剪切弹簧单元的剪切平面的方向上)相比较而言具有刚性。优选地，剪切弹簧单元包括剪切弹簧元件形式的至少一个主悬架元件，该主悬架元件被配置为在车轮单元上提供轨道车辆结构的弹性支撑。这种剪切弹簧元件在本领域中是众所周知的，并且容易以多种配置获得。优选地，至少一个主悬架元件被布置和配置成使得在轨道车辆的静止状态下，主悬架元件至少主要处于剪切应力下，特别是至少基本上排他地处于剪切应力下。通过这种方式，实现了特别紧凑而高效的配置。
17.在某些简单且优选的变型中，主悬架单元包括至少一个主悬架元件，该主悬架元件被配置为在车轮单元上提供轨道车辆结构的弹性支撑，其中主悬架元件包括聚合物元件、橡胶元件和具有多个层的层压橡胶金属弹簧元件中的至少一个。优选地，多个层被配置成在轨道车辆的静止状态下，在垂直于横向方向的平面中延伸。在这些情况中的任何一种情况下，在非常紧凑的配置中，可以实现高度方向上的特别有利的悬挂，同时具有适当的横向刚度。
18.应当理解，一般来说，主悬架单元的整体或总刚度可以在所有三个(平移)方向即纵向方向、横向方向和高度方向上基本相同。然而，对于某些实施例，主悬架单元可以在不同的方向上具有不同的行为，以便考虑在操作车轮装置的特定车辆的操作期间预期的载荷情况。因此，在某些优选的变型中，主悬架单元在纵向方向上具有纵向刚度，在高度方向上
具有横向刚度和高度刚度(即，在三个相互正交的方向上)。在某些变型中，高度刚度低于纵向刚度和横向刚度中的至少一个(通常至少低于横向刚度)。通过这种方式，可以实现一种主悬架，其在车辆的高度方向上适当地柔顺，而至少在车辆的横向方向上相比较而言具有刚性。附加地或可选地，纵向刚度低于横向刚度。在根据本设计的许多实施例中，高度刚度可以至少近似等于纵向刚度。
19.如上所述，一个单独的主悬架元件可能足以实现主悬架横向刚度的期望分布。因此，在某些变型中，主悬架单元包括至少一个环形主悬架元件，该元件在车轮单元上提供轨道车辆结构的弹性支撑。至少一个主悬架元件可以沿着支撑单元的轴单元的外圆周延伸，从而实现特别紧凑而高效的配置。
20.通过适当地选择用于至少一个主悬架元件的材料和/或通过适当地分布用于至少一个主悬架元件的(一种或多种)材料和/或通过适当地选择至少一个主悬架元件的尺寸，可以以任何合适的方式实现主悬架横向刚度的期望分布。
21.在某些特别简单、节省空间并因此优选的变型中，至少一个环形主悬架元件具有主延伸平面，其中在该主延伸平面中，至少一个环形主悬架元件包括具有最大外径的外圆周轮廓和具有最大内径的内圆周轮廓。外圆周轮廓限定第一区域重心，而内圆周轮廓限定第二区域重心。为了实现主悬架横向刚度的期望分布，第二区域重心在车辆高度方向上从第一区域重心向上偏移区域重心距离，该区域重心距离特别地为最大外径的5％至25％，优选7.5％至15％，更优选9％至12％。此外，附加地或替代地，第一区域重心和第二区域重心可以至少基本上在车辆高度方向上对齐，从而也实现了特别简单且紧凑的配置。
22.相应的外轮廓和内轮廓可以具有任何期望且合适的形状。例如，相应的外轮廓和内轮廓可以是至少部分多边形和/或至少部分弯曲的。如果外圆周轮廓和内圆周轮廓中的至少一个是至少基本上椭圆形的轮廓，特别是至少基本上圆形的轮廓，则实现了特别简单的布置。
23.相应的外轮廓和内轮廓的尺寸可以根据需要选择，并且适合于相应的轨道车辆。在优选的变型中，最大外径的范围为100mm至1000mm，优选150mm至750mm，更优选200mm至500mm。附加地或替代地，最大内径的范围可以为50mm至900mm，优选75mm至700mm，更优选100mm至400mm。附加地或替代地，区域重心距离的范围可以为25mm至500mm，优选50mm至250mm，更优选75mm至100mm。
24.如上所述，在某些另外的变型中，主悬架单元可以包括多个主悬架元件，这些主悬架元件在车轮单元上提供轨道车辆结构的弹性支撑。在这些情况下，多个主悬架元件可以沿着支撑单元的轴单元的外圆周分布，从而实现紧凑的配置。此外，主悬架单元可以被分成上主悬架部分和下主悬架部分，其中在轨道车辆的静止状态下，上主悬架部分在车辆高度方向上位于旋转轴线的上方，而在轨道车辆的静止状态下，下主悬架部分在车辆高度方向上位于旋转轴线的下方。
25.优选地，为了实现主悬架横向刚度的期望分布，上主悬架部分中的主悬架元件的数量低于下主悬架部分中的主悬架元件的数量。附加地或替代地，为了实现主悬架横向刚度的期望分布，上主悬架部分中的主悬架元件中的至少一个的尺寸可以小于下主悬架部分中的主悬架元件中的至少一个的尺寸。
26.应当理解，主悬架单元可以基本上位于沿着车轮单元与车辆结构之间的运动链的
任何期望且合适的点。特别地，主悬架单元可以或多或少地远离车轮单元。对于示出非常低的簧下质量(参见上文)的优选变型，主悬架单元沿着该运动链尽可能靠近车轮单元。优选地，支撑单元包括具有车轮轴承单元和车轮支撑单元的轴单元，其中车轮轴承单元形成用于车轮单元的轴承。这里，为了实现低簧下质量，主悬架单元在运动学上串联地位于车轮支撑单元与车轮轴承单元之间，使得车轮支撑单元通过主悬架单元支撑在车轮轴承单元上。
27.如果车轮支撑单元基本上是管形的，则可以实现特别紧凑而重量轻的配置。应当理解，本文公开的主悬架概念通常可以用在从动或非从动车轮单元的情况下。因此，在某些变型中，驱动轴单元在第一端可以连接到车轮单元，其中驱动轴单元延伸穿过基本上管形的车轮支撑单元的内部。驱动轴单元在与第一端相对的第二端可以被配置为连接到轨道车辆的驱动单元。为此，驱动轴单元可以具有被配置为连接到驱动单元的带齿部分。
28.在某些变型中，在车轮支撑单元与车轮轴承单元之间形成间隙，并且主悬架单元连接到车轮支撑单元和车轮轴承单元，其中主悬架单元桥接车轮支撑单元与车轮轴承单元之间的间隙的至少一部分。通过这种方式，可以实现单元的主悬架的非常简单的集成。特别地，间隙和桥接主悬架单元的位置和方向可以相对容易地适应操作期间预期的载荷。
29.这里，可以考虑形成间隙的桥接部分的车轮支撑单元和车轮轴承单元的部分之间的两种主要类型的相对运动。一种基本上是剪切运动，这通常导致对主悬架单元使用一个或多个剪切弹簧元件，而另一种基本上是正常或呼吸运动(增加或减少间隙的宽度)，这通常导致对主悬架单元使用一个或多个压缩弹簧元件。当然，最终，特别地根据车辆运行期间预期的载荷，也可以分别使用这些运动和弹簧元件的任意组合。
30.应当理解，优选地，在中性或空载状态下主悬架单元在横向方向上处于压缩预应力下，以便适当地调节横向刚度(在没有横向载荷作用在车轮单元上的情况下，在该中性状态下已经达到给定的期望水平)。这种压缩预应力可以简单地通过适当地选择主悬架单元的尺寸和横向方向上的间隙来实现。
31.在某些特别紧凑且有利的变型中，车轮轴承单元具有凹槽，并且车轮支撑单元至少部分地延伸到凹槽中。这种伸入车轮轴承单元的凹槽具有几个优点，其中之一是这允许特别紧凑的设计。另一个优点是可以使车轮支撑单元穿过该凹槽，并在车轮轴承单元的两侧提供支撑。这种配置在故障安全性和故障运行特性方面也是特别有益的，因为即使在主悬架单元发生故障时，也可以通过简单的安全装置防止车轮单元与轴单元错位。因此，在优选的变型中，车轮支撑单元延伸穿过凹槽。
32.车轮轴承单元的上述凹槽通常可以是任何任意的设计和形状，只要它允许车轮支撑单元伸入凹槽中即可。在允许紧凑设计的特别简单的变型中，凹槽具有凹槽轴线，在车轮装置的空载状态下该凹槽轴线至少基本上平行于车轮的旋转轴线延伸。
33.应当理解，一般来说，一个单独的主悬架元件可能足以实现期望的主悬架。优选地，车轮单元具有内侧和外侧，车轮单元被配置成使得在轨道上使用轨道车辆的期间，内侧面向轨道的中心，并且外侧背离轨道的中心。这里，主悬架单元的至少一个内部主悬架元件可以位于车轮轴承单元的内侧上，而主悬架单元的至少一个外部主悬架元件位于车轮轴承单元的外侧上。通过这种方式，可以实现特别紧凑而坚固的配置。
34.本发明还涉及一种轨道车辆单元，其包括轨道车辆结构和连接到轨道车辆结构的根据本发明的至少一个车轮装置。应当理解，轨道车辆结构可以分别包括整个轨道车辆或
轨道车辆的车厢主体。在另外的变型中，轨道车辆结构可以包括连接到至少一个车轮装置的行走机构单元，特别是行走机构框架。如上所述，如果至少一个车轮装置是单轮装置，则本文公开的主悬架概念特别有用。利用这种轨道车辆单元，可以在相同程度上实现上述变型和优点，从而参考上面给出的解释。
35.下面参考附图中所示的实施例更详细地解释本发明。
附图说明
36.图1是根据本发明的轨道车辆的优选实施例的一部分的示意性侧视图，具有根据本发明的车轮装置的优选实施例。
37.图2是图1的车轮装置沿着图1的线ii-ii的示意性局部剖视图。
38.图3是图2的车轮装置的主悬架元件在空载状态下沿着图4的线iii-iii的示意性剖视图。
39.图4是图3的主悬架元件的示意性侧视图。
40.图5是图3的主悬架元件在载荷状态(图1的车辆处于静止状态)下的示意性剖视图。
41.图6是图5的主悬架元件的示意性侧视图。
42.图7是比较图1的车轮装置和传统车轮装置的倾斜行为的示意图。
具体实施方式
43.现在将参考图1至图7，更详细地描述根据本发明的轨道车辆101的优选实施例，包括根据本发明的行走机构(running gear)102的优选实施例，还包括根据本发明的车轮装置103的优选实施例。
44.为了简化下面给出的解释，在附图中引入了xyz坐标系，其中(在直线水平轨道t上)x轴表示轨道车辆101的纵向轴(或方向)，y轴表示轨道车辆101的横向轴(或方向)，z轴表示轨道车辆101的高度轴(或方向)(当然，这同样适用于行走机构102)。应当理解，除非另有说明，否则下文中关于轨道车辆的部件的位置和定向的所有陈述都是指在标称载荷下在轨道车辆101处于直线水平轨道上的情况下轨道车辆101的静止情况或状态。
45.车辆101是低地板轻轨车辆(lrv)，例如有轨电车等。车辆101包括由行走机构102上的悬架系统支撑的车厢主体101.1。行走机构102包括根据本发明的四个车轮装置103，该车轮装置支撑以行走机构框架104形式的车辆结构。每个车轮装置103集成了主悬架单元105，而行走机构框架104通过副悬架单元101.2支撑车厢主体。
46.在本示例中，车轮装置103中的每个是由驱动单元106驱动的机动车轮装置103，驱动单元106通常包括电机和相关联的齿轮箱。当然，在某些变型中，一个电机可以通过对应的齿轮等驱动一个以上的车轮装置103。类似地，在其他变型中，车轮装置103中的一些或全部可以是非机动化的。
47.从图2可以看出，车轮装置103包括车轮单元107和以轴单元108的形式的支撑单元。在如图所示的安装状态下，轴单元108连接到轨道车辆101的轨道车辆结构(行走机构框架104)。车轮单元107可旋转地支撑轴单元108，反之亦然。为此，轴单元108包括车轮轴承单元108.1，其中车轮轴承单元包括轴承108.2，以形成用于车轮单元107的轴承并在轨道车辆
101的运行期间限定车轮单元107的车轮旋转轴线107.1。在本示例中，轴承108.2是传统的滚柱轴承。然而，应当理解，对于其他变型，可以使用在支撑车轮单元107时提供适当作用的任何其他类型的轴承。
48.轴单元108还包括车轮支撑单元108.3和主悬架单元105。主悬架单元105在运动学上串联地位于车轮支撑单元108.3与车轮轴承单元108.1之间，使得车轮支撑单元108.3通过主悬架单元105支撑车轮轴承单元108.1。
49.因此，不同于用于轨道车辆的传统悬架系统，其中主悬架通常在运动学上串联地位于轴单元与行走机构框架之间(即，如果理论上映射到图2，则将传统地位于支撑单元108.3与行走机构框架104之间)，本变型将主悬架集成在轴单元108内。
50.通过将主悬架单元105集成到轴单元108中，只有车轮单元107和车轮轴承单元108.1仍然属于轨道车辆101的主簧下质量。因此，本解决方案大大减少了主簧下质量，同时仍然使用相对简单且坚固的部件。因此，当然仍有可能，但不必太关注车轮装置103的部件的重量减轻。这尤其允许对车轮单元107和轴单元108的部件使用不同的和/或成本较低的材料，例如较低等级的钢等，这些材料最终不易损坏、裂纹扩展等。
51.然而，应当理解，对于其他变型，主悬架单元105基本上可以位于沿着车轮单元107与轨道车辆结构(例如，行走机构框架104)之间的运动链的任何其他期望且合适的点。特别地，主悬架单元105可以更多或更少地远离车轮单元107定位。
52.应当理解，原则上，主悬架单元105可以在车轮支撑单元108.3与车轮轴承单元108.1之间的运动链中的任何期望且合适的位置处集成在轴单元108内。此外，主悬架单元105的类型和工作原理可以分别适应于主悬架单元105的位置。当然，在任何情况下，主悬架单元105的设计和位置都适应于车辆101运行期间预期的载荷并且优选地针对该载荷进行优化。
53.在本示例中，在车轮支撑单元108.3与车轮轴承单元108.1之间形成间隙109。主悬架单元105连接到车轮支撑单元108.3和车轮轴承单元108.1，使得主悬架单元105桥接间隙109的一部分。通过这种方式，实现了将主悬架单元105非常简单地集成到轴单元108中。实际上，间隙109和桥接主悬架单元105的位置和定向可以相对容易地适应于车辆101运行期间预期的载荷。
54.车轮轴承单元108.1具有中央凹槽110，其中车轮支撑单元108.3延伸进入并穿过凹槽110，从而实现特别紧凑的设计。借助于穿过该凹槽110的车轮支撑单元108.3，可以在车轮轴承单元108.1的两侧上为车轮轴承单元108.1提供支撑。这种配置在故障安全性和故障运行特性方面也是特别有益的，因为即使在主悬架单元105发生故障时，也可以通过简单的安全装置防止车轮单元107与轴单元108错位，如下面将进一步解释的。
55.应当理解，车轮轴承单元108.1的凹槽110通常可以是任何任意的设计和形状，只要其允许车轮支撑单元108.3在车辆101正常运行期间在预期的任何条件下伸入凹槽110即可。在允许紧凑设计的特别简单的变型中，凹槽110具有凹槽轴线，其中在车轮装置103的空载状态下，该凹槽轴线至少基本上平行于车轮旋转轴线107.1延伸。通常，如在本示例中，凹槽轴线基本上与车轮旋转轴线107.1重合。
56.在本示例中，车轮支撑单元108.3限定车轮支撑单元轴向ad、车轮支撑单元周向cd和车轮支撑单元径向rd，其中在车轮装置的空载状态下(如图2中的实线所示)，车轮支撑单
元轴向ad至少基本上平行于车轮旋转轴线107.1延伸。
57.车轮支撑单元108.3包括以内部径向腹板元件108.4和外部径向腹板元件108.5形式的两个径向突出部以及中央支撑柱108.6。中央支撑柱108.6刚性地连接到行走机构框架104。径向腹板元件108.4、108.5两者在车轮支撑单元径向方向上从车轮支撑单元108.3突出。应当理解，在本实施例中，内部径向突出部108.4位于车轮轴承单元108.1的内侧上，其中在轨道t上使用轨道车辆101的期间，该内侧(在车辆横向方向上，y轴)面向轨道t的中心。因此，外部径向突出部108.5位于车轮轴承单元108.1的外侧上，其中在使用轨道车辆101的期间外侧背离轨道t的中心。
58.应当理解，在本示例中，外部径向腹板元件108.5由不直接连接到支撑单元108.3的中央支撑柱108.6而是连接到行走机构框架104的单独部分形成。应当理解，对于其它变型，外部径向腹板元件108.5也可以与中央支撑柱108.6直接接触，或者是中央支撑柱108.6的整体部分。类似的情况适用于内部径向腹板元件108.4，其在本示例中可脱离地连接到中央支撑柱108.6，但是在其他情况下也可以是中央支撑柱108.6的整体部分。类似地，根据行走机构框架104的设计，内部径向腹板元件也可以连接到行走机构框架104。此外，在某些变型中，由相应的径向腹板元件108.4、108.5提供的主悬架单元105的相应界面也可以直接由行走机构框架104的表面提供。
59.为了通过主悬架单元105在轴单元103上提供车轮单元107的弹性支撑，主悬架单元105的内部主悬架元件105.1连接到内部径向腹板元件108.4的面(面向车轮轴承单元108.1)并连接到车轮轴承单元108.1，从而桥接间隙109。从图2可以看出，内部主悬架元件105.1连接到车轮轴承单元108.1的相关内部径向段108.7。此外，主悬架单元105的外部主悬架元件105.2连接到外部径向腹板元件108.5的面(面向车轮轴承单元108.1)并连接到车轮轴承单元108.1，更准确地说连接到车轮轴承单元108.1的相关外部径向段108.8。
60.应当理解，具有径向段108.7和108.8的车轮轴承单元108.1的设计产生了相对轻量的设计。然而，对于其他变型，可以选择车轮轴承单元108.1的任何其他形状，只要分别存在用于相应的主悬架元件105.1和105.2的适当界面即可。
61.还应当理解，一般来说，对于其它变型，分别位于车轮单元107的一侧上的一个单个突出部或径向腹板元件108.4、108.5可能就足够了。然而，与本示例一样，通过位于车轮单元107的内侧和外侧上的径向突出部或腹板元件108.4和108.5实现了对沿着车轮单元107的旋转轴线107.1作用的交替横向载荷的有益支撑。
62.还应当理解，这些径向突出部或腹板元件108.4和108.5中的一个或多个可以设置在车轮单元107的同一侧。每个突出部108.4、108.5可以在车轮支撑单元108.3的圆周的某一部分上延伸，沿着车轮支撑单元108.3的圆周方向的延伸角度具体取决于设置在车轮单元107的同一侧上的突出部108.4、108.5的数量。特别地，如图6中双点划线轮廓112.2所示，在多个主悬架元件112.2分别位于任一侧的情况下，可以分别为每个主悬架元件105.1、105.2提供一个突出部或腹板元件108.4、108.5。优选地，相应的径向突出部108.4、108.5沿着车轮支撑单元圆周方向延伸超过车轮支撑单元108.3的圆周的至少45％，优选至少60％，更优选至少80％。然而，在本示例中，在任一侧分别具有一个环形主悬架元件105.1、105.2的情况下，相应的突出部或腹板元件108.4和108.5是延伸超过车轮支撑单元108.3的圆周100％的大致环形的部件，从而产生非常坚固且简单的设计。
63.利用如上所述的设计，在本示例中，车轮支撑单元108.3限定径向空腔，径向空腔111在车轮支撑单元周向cd和车轮支撑单元径向rd上延伸。在本示例中，车轮轴承单元108.1的至少一部分在车轮支撑单元径向rd上插入到径向空腔111中。通过这种方式，实现了特别紧凑的配置。此外，这种配置在主悬架单元105发生潜在故障的情况下在其故障模式方面特别有益。这很大程度上是因为将车轮轴承单元108.1插入到径向空腔111中的事实确保了车轮轴承单元108.1以及因此车轮单元107总体保持在车轮支撑单元108.3上的适当位置，即使是在主悬架单元105发生故障的情况下。
64.如上所述，通常，当集成主悬架单元105时，可以考虑或考量形成间隙109的桥接部分的车轮支撑单元108.3和车轮轴承单元108.1的部分之间的两种主要类型的相对运动。一种基本上是剪切运动，这通常使得对主悬架单元105使用一个或多个剪切弹簧元件。这种设计在本示例中示出，并将在下面进一步详细描述。
65.可以考虑或用于主悬架运动的另一种类型的运动基本上是正常或呼吸(breathing)运动(增加或减少间隙109的宽度)。这种呼吸运动可使得对主悬架单元105使用一个或多个压缩弹簧元件。然而，如图2中虚线轮廓112.1所示，这里也可以在间隙109的部分内使用一个或多个剪切弹簧元件112.1，从而在运行期间执行呼吸运动。如图所示，间隙109的呼吸运动部分可以位于凹槽110内，从而可以实现特别紧凑的配置。特别地，可以在元件112.1的位置处使用更多或更少的传统主弹簧装置。
66.当然，最终也可以特别地根据在车辆101运行期间预期的载荷，分别使用这些运动和弹簧元件105.1、105.2和112.1的任意组合。
67.在本实施例中，以简单、节省空间且高效的方式，各个车轮装置103进一步实现了高脱轨安全性，同时在轨道车辆运行期间保持低簧下质量并保持高乘客舒适度，因为主悬架单元105被配置成使得至少在轨道车辆101的静止状态下(即，当在标称载荷下轨道车辆101位于直线水平轨道上时，如图2中的虚线轮廓116所示)，车轮单元107的(虚拟)倾斜轴107.2(参见图4和6)位于车轮单元107的旋转轴线107.1下方的高度水平107.3(参见图2、3和5)。在轨道车辆101的这种静止状态下，车轮单元的旋转轴线107.1基本上与车轮支撑单元108.3的纵轴108.9重合。
68.该倾斜轴107.2(至少在静止状态下)平行于车辆纵向方向(x轴)延伸，并且由主悬架单元105的横向刚度分布来限定。更准确地说，当主悬架单元105位于轮轨接触位置的上方时，沿横向方向(y轴)作用在轮轨接触点cp处的横向力f(本文也称为侧向载荷)(例如，对于具有一定锥度的轮轨配对而言其始终存在，由于轨道不平顺等原因其也是冲击载荷)不仅导致车轮单元107的横向(或侧向)偏转，而且导致车轮单元107围绕位于高度水平107.3的倾斜轴107.2的倾斜运动(在此也称为侧向轨道载荷引起的倾斜)(如图2、6和7所示)。
69.倾斜轴107.2(及其高度水平107.3)由主悬架单元105的主悬架元件105.1和105.2限定。更准确地说，主悬架单元105在横向方向，即平行于旋转轴线107.1的方向上(在静止状态下)具有主悬架横向刚度pstr(由主悬架元件105.1、105.2共同限定)，并且倾斜轴107.2由主悬架单元105的主悬架横向刚度pstr沿高度方向的分布限定。
70.车轮单元107响应于这种横向力f的这种倾斜运动对车轮单元107在轮轨道接触位置cp处的偏转具有相当大的影响，并且因此对车辆的脱轨安全性具有相当大的影响。如图6和7所示，通过选择主悬架单元105的横向刚度tr的合适分布，即该分布将该(虚拟)倾斜轴
107.2定位在车轮单元107的旋转轴线107.1下方的高度水平107.3处(参见图7，左侧)，与倾斜轴的高度水平117.3位于与车轮单元117的旋转轴线117.1相同的水平的传统车轮单元117相比(参见图7，右侧)，可以减小车轮单元107在轮轨接触位置cp处的倾斜相关横向偏转td。因此，在本示例中，可以提高脱轨安全性(超过这种传统设计)，同时保持主悬架单元105的整体横向刚度tr不变。因此，簧下质量可以保持较低，并且可以保持乘客舒适度，同时降低脱轨风险，或者换句话说，可以减少簧下质量并且可以增加乘客舒适度，同时保持给定的低脱轨风险水平。
71.应当理解，在本示例中，在中性或空载状态下主悬架单元105在横向方向上处于压缩预应力下，以便分别适当地调节横向刚度水平或实现已经处于该中性状态的适当横向刚度(没有横向载荷作用在车轮单元117上)。这种压缩预应力可以简单地通过适当地选择主悬架单元105和间隙109在横向方向上的尺寸来实现。
72.应当理解，该概念在单轮配置中特别有用且高效，如在本示例中，主悬架单元105是限定该倾斜轴107.2的主要部件。然而，该概念的使用不限于单轮配置，并且出于基本相同的原因，对于在行走机构两侧的两个车轮单元之间存在机械联接的其他配置(例如轮对或轮组)，也可以具有有益的效果。
73.应当理解，基本上，倾斜轴107.2相对于旋转轴线107.1的任何期望的高度偏移都可以是足够的，该高度偏移对侧向轨道载荷引起的倾斜具有显著的积极影响。通常，车轮单元107具有限定车轮单元107的标称直径nd的轨道接触表面，并且倾斜轴107.2在车辆高度方向上，特别是在轨道车辆的静止状态下，位于旋转轴线107.1下方的倾斜轴距离tad处。优选地，倾斜轴距离tad是车轮单元107的标称直径nd的至少10％，优选至少20％，更优选15％至50％，特别是25％至40％。这些配置特别有利地减少了车轮单元107的侧向轨道载荷引起的倾斜。
74.只要实现倾斜轴107.2相对于旋转轴线107.1的期望高度偏移(或倾斜轴距离tad)，主悬架横向刚度pstr的分布可以具有任何期望的配置。在本示例中，主悬架单元105被分成上部第一主悬架部分105.3和下部第二主悬架部分105.4。在轨道车辆101的静止状态下，在车辆高度方向上，上主悬架部分105.3位于旋转轴线107.1的上方，而第二主悬架部分107.2位于旋转轴线107.1的下方(参见图5和6)。
75.在平行于旋转轴线107.1的方向上，上主悬架部分105.3具有第一横向刚度pstr1，而第二主悬架部分107.2具有第二横向刚度pstr2。为了实现倾斜轴107.2相对于旋转轴线107.1的期望高度偏移，第一横向刚度pstr1低于第二横向刚度pstr2。优选地，第一横向刚度pstr1是第二横向刚度pstr2的5％至99％，优选25％至75％，更优选40％至60％，从而获得特别有益的结果。
76.应当理解，主悬架横向刚度pstr的上述分布可以简单地通过两个单独的主悬架元件112.2(一个形成上主悬架部分105.3，一个形成下主悬架部分105.4)来实现。当然，它也可以由上主悬架部分105.3和下主悬架部分105.4中的任一个中的任何期望的其他数量的主悬架元件112.2形成。在这些情况下，主悬架元件112.2可以沿着轴单元108的外圆周分布，从而实现紧凑的配置。在某些实施例中，为了实现主悬架横向刚度pstr的期望分布，上主悬架部分105.3中的主悬架元件112.2的数量可以小于下主悬架部分105.4中的主悬架元件112.2的数量。附加地或替代地，为了实现主悬架横向刚度pstr的期望分布，上主悬架部
分105.3中的主悬架元件112.2中的至少一个的尺寸可以小于下主悬架部分105.4中的主悬架元件112.2中的至少一个的尺寸。
77.类似地，如在本实施例中，在车轮单元107的每一侧上的一个单独的主悬架元件可足以实现主悬架横向刚度pstr的期望分布。甚至每个车轮单元107(参见图2)上的一个单独的主悬架元件112.1也可足以实现主悬架横向刚度pstr的这种分布。
78.应当理解，基本上，任何期望的(一种或多种)类型的(一个或多个)主悬架元件都可以用于形成主悬架单元105，以实现所需自由度的弹性主悬架。特别地，可以使用任何期望配置和形状的主悬架元件105。这些可以包括单独的或者与其他部件(例如阻尼元件等)结合的传统的弹簧元件，例如螺旋金属弹簧元件或橡胶弹簧元件。通常，这些主悬架元件当然适合于要求，特别是在轨道车辆101运行期间承受的载荷。例如，可以使用一个或多个块状主悬架元件，即插入在车轮轴承单元108.1与车轮支撑单元108.3之间。
79.在本示例中，如前所述，主悬架单元105包括分别在轴单元108上提供车轮单元107的弹性支撑的两个环形主悬架元件105.1和105.2(参见图2)。因此，相应的环形主悬架元件105.1、105.2完全包围车轮支撑单元108.3。这具有这样的优点，即实现了载荷从车轮轴承单元108.1到车轮支撑单元108.3的特别有益的引入。
80.在本示例中，如上所述，实现了简单且特别节省空间的配置，因为主悬架单元105是剪切弹簧单元。这种剪切弹簧单元通常具有以下优点：它们在其剪切方向上，通常在剪切平面上提供合适的弹簧运动，同时在其他方向上(例如，在垂直于剪切弹簧单元的剪切平面的方向上)相比较而言具有刚性。在这种情况下，两个剪切弹簧元件105.1、105.2被布置和配置成使得在轨道车辆的静止状态下(参见图5和6)，相应的主悬架元件105.1、105.2至少主要(这里：基本上排他地)在横向方向上的剪切应力和压缩预应力下。通过这种方式，实现了特别紧凑而高效的主悬架配置。
81.在本示例中，主悬架元件105.1、105.2是具有多个层105.5、105.6的层压橡胶金属弹簧元件。更准确地说，主悬架元件105.1、105.2具有交替的金属层105.5和橡胶(或聚合物)层105.6，金属层105.5中的两个外部金属层形成主悬架元件105.1、105.2的安装界面。在本示例中，主悬架元件105.1、105.2基本上相同。然而，应当理解，对于其他变型，主悬架元件105.1、105.2也可以彼此不同。
82.在轨道车辆101的静止状态下，层105.5、105.6在垂直于横向方向(y轴)的平面(xz平面)中延伸。因此，在非常紧凑的配置中，实现在高度方向上特别有利的悬挂，同时具有适当的横向刚度pstr。应当理解，原则上，可以选择任何期望且合适数量的层105.5、105.6。原则上(根据安装界面设计)，单个层105.6可能就足够了。通常，层105.5、105.6的数量范围为1至15，优选3至10，更优选3至5。
83.可以通过适当地选择用于主悬架元件105.1、105.2(或112.2)的材料和/或通过适当地分布用于相应的主悬架元件105.1、105.2(或112.2)的(一种或多种)材料和/或通过适当地选择相应的主悬架元件105.1、105.2(或112.2)的尺寸，以任何合适的方式实现主悬架横向刚度pstr的期望分布。
84.在本示例中，实现了特别简单、节省空间并且因此优选的变型，其中在各个层105.5、105.6上，材料成分和材料厚度基本均匀。相应的环形主悬架元件105.1、105.2具有主延伸平面(参见，例如图4或6中的xz平面)，其中环形主悬架元件105.1、105.2包括具有最
大外径mod的外圆周轮廓105.7和具有最大内径mid的内圆周轮廓105.8。外圆周轮廓105.7限定第一区域重心105.9，而内圆周轮廓105.8限定第二区域重心105.10。为了实现主悬架横向刚度pstr的期望分布，第二区域重心105.10在车辆高度方向上从第一区域重心105.9向上偏移区域重心距离acgd。区域重心距离acgd优选为最大外径mod的5％至25％，优选7.5％至15％，更优选9％至12％。此外，在本示例中，第一区域重心105.9和第二区域重心105.10至少基本上在车辆高度方向上对齐，从而也实现了特别简单且紧凑的配置。
85.应当理解，基本上，相应的外轮廓105.7和内轮廓105.8可以具有任何期望且合适的形状。例如，相应的外轮廓105.7和内轮廓105.8可以是至少部分多边形和/或至少部分弯曲的。在本示例中，实现了特别简单的布置，因为外圆周轮廓105.7和内圆周轮廓105.8是至少基本上椭圆形的轮廓，在当前特定情况下是至少基本上圆形的轮廓。
86.相应的外轮廓105.7和内轮廓105.8的尺寸可以根据需要选择，并且适合于相应的轨道车辆101。在优选的变型中，最大外径mod的范围为100mm至1000mm，优选150mm至750mm，更优选200mm至500mm。此外，最大内径mid的范围可以为50mm至900mm，优选75mm至700mm，更优选100mm至400mm。最后，区域重心距离acgd的范围可以为25mm至500mm，优选50mm至250mm，更优选75mm至100mm。这些变型中的每个(单独或任意组合)导致特别有利的主弹簧配置。
87.如前所述，在本示例中，在主悬架元件的各个层上，材料成分和材料厚度基本均匀。应当理解，对于其它变型，主悬架横向刚度pstr的期望分布也可以通过改变主悬架元件105.1、105.2的一个或多个层105.5、105.6、特别是聚合物层105.6上的材料特性来实现。附加地或替代地，主悬架横向刚度pstr的期望分布也可以通过改变主悬架元件105.1、105.2的一个或多个层105.5、105.6、特别是聚合物层105.6上的材料厚度来实现。这可以例如通过在相应的层105.5、105.6中、特别是在聚合物层105.6中提供对应的(任意的但当然是适当形状的)凹槽来实现。应当理解，在任意这些情况下，主悬架横向刚度pstr的期望分布也可以通过基本上同心的外轮廓105.7和内轮廓105.8来实现。
88.应当理解，一般来说，主悬架单元105的整体或总刚度可以在所有三个(平移)方向，即纵向方向、横向方向和高度方向上基本相同。然而，如在本示例中，主悬架单元105在不同方向上表现出不同的行为，以便考虑在特定车辆101运行期间预期的载荷情况。因此，主悬架单元105在纵向方向上具有纵向刚度pslr，在高度方向上具有高度刚度pshr和横向刚度pstr(即，在三个相互正交的方向上)。对于某些变型，高度刚度pshr低于纵向刚度pslr和横向刚度pstr中的至少一个(通常低于横向刚度pstr，有时低于纵向刚度pslr和横向刚度pstr两者)。通过这种方式，可以实现一种主悬架，其在车辆101的高度方向上适当地顺应，而在车辆101的横向方向上相比较而言具有刚性。在本示例中，纵向刚度pslr低于横向刚度pstr。可能的情况是高度刚度pshr低于纵向刚度pslr。然而，在主悬架单元105中以及在根据本设计的许多其他实施例中，高度刚度pshr至少近似等于纵向刚度pslr。
89.应当理解，车轮支撑单元108.3通常可以具有任何期望且合适的形状。优选地，如在本示例中，它是细长元件，其可以相对于轴线108.8基本对称(通常旋转对称)，该轴线108.8(在空载状态下)基本平行于车轮单元107的旋转轴线107.1。然而，对于其他变型，如在本示例中，车轮支撑单元108.3可以是(可能仅稍微)不对称的部件，以解决其部件在其空载和载荷状态下的相对位置的差异。此外，车轮支撑单元可以是基本上实心的，或者如在本
示例中是中空的部件。
90.在本示例中，车轮装置103被配置用于机动化实现方式。因此，为了实现非常紧凑且有益的配置，车轮支撑单元108.3基本上是管形的，其中驱动轴单元114在第一端通过扭转刚性连杆115连接到车轮单元107(仅以高度示意性的方式示出)。驱动轴单元114延伸穿过车轮支撑单元108.3的内部部分。驱动轴单元在其与第一端相对的另一端(第二端)被配置成连接到轨道车辆101的驱动单元106。为此，驱动轴单元114具有被配置为连接到驱动单元106的带齿部分114.1。通过这种方式，可以实现特别有益且紧凑的设计。
91.如从图2至图4可以看出，在车轮装置的空载状态下(以实线示出)，主悬架元件105.1、105.2在其安装面(用于分别安装到车轮轴承单元108.1和车轮支撑单元108.3)之间具有一定的偏移(分别沿它们的剪切平面或沿z轴)，这将车轮单元107和车轮轴承单元108.1保持成使得车轮单元的旋转轴线107.1平行于但偏离车轮支撑单元108.3的纵轴108.9。在标称载荷下的(静止)载荷状态下，车轮单元107相对于车轮支撑单元108.3被向上推动(或反之亦然)，使得车轮单元的旋转轴线107.1基本上与车轮支撑单元108.3的纵轴108.9重合(如虚线轮廓116所示)。考虑到这种情况是因为连杆115可以跟随该运动，并且车轮支撑单元108具有稍微不对称或偏心的设计。
92.虽然在上文中主要在剪切弹簧装置的背景下描述了本发明，但是应当理解，原则上，主悬架单元可以以任何其他期望且合适的方式设计，以实现所需自由度的弹性主悬架。特别地，可以使用任何期望配置和形状的主悬架元件来代替悬架元件105.1、105.2。例如，传统的金属弹簧元件可以单独使用或者与其他部件(例如阻尼元件等)结合使用。类似地，聚合物弹簧、橡胶弹簧或层压金属橡胶弹簧可以单独使用或与其他弹簧和/或阻尼元件任意组合使用。
93.此外，虽然在上文中主要在单个或单独的车轮单元的背景下描述了本发明，但是应当理解，本发明也可以用于任何其他车轮配置，例如在车轮单元之间具有扭转刚性联接的车轮对或车轮组的背景下。
94.虽然在上文中仅在轻轨车辆的背景下描述了本发明，但是应当理解，本发明也可以应用于任何其他轨道车辆，特别是以相当高的标称速度运行的其他轨道车辆。