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Die Erfindung betrifft ein Untergestell für ein Schienenfahrzeug mit zumindest zwei Langträgern mit je einem Untergurt und einem Obergurt und mit mindestens einem den Untergurt und den Obergurt verbindenden Steg, der im wesentlichen über die ganze Länge der Langträger verläuft, wobei die Langträger über mindestens ein Querelement miteinander zu einer tragenden Struktur verbunden sind.
Es erweist sich bei Verwendung eines Schienenfahrzeuges zu Transportzwecken als wesentlich, das Eigengewicht möglichst gering zu halten, da das Gesamtgewicht, weiches sich aus Eigengewicht und Nutzlast zusammensetzt, durch die höchstzulässige Achslast beschréínkt ist.
Eine Reduzierung des Eigengewichtes führt bei gleichbleibender Achslast somit zu einer Erhöhung der Nutzlast und dadurch zu einer Verbesserung der Einsatzfähigkeit des Schienenfahrzeuges. Da der Grossteil des Fahrzeugeigengewichtes vom Untergestell gebildet wird, strebt man an das Gewicht des Untergestells des Schienenfahrzeuges zu reduzieren Bei der Gewichtsreduzierung des Untergestells ist jedoch darauf zu achten, dass sich die Steifigkeitseigenschaften des Untergestelles nicht verschlechtern, da das Untergestell einen Grossteil der auf das Schienenfahrzeug wirkenden Belastungen aufnehmen muss.
Eines der Hauptprobleme bei der Konstruktion von Untergestellen für Schienenfahrzeuge besteht somit darin, die nötige Steifheit bei geringem Eigengewicht zu erreichen, um den in der praktischen Anwendung auftretenden mechanischen Belastungen, insbesondere den durch die Beladung auftretenden Biegebeiastungen der Langtrager, standzuhalten. Um eine höhere Steifigkeit zu erreichen, werden üblicherweise für die Langtrager des Untergestells relativ dicke Bleche verwendet, wobei die Langträger ein entsprechend hohes Profil aufweisen. Ein hohes Profil bzw. ein hoher Steg geht mit einer hohen Biegesteifigkeit einher.
Eine häufig verwendete Konstruktion ist die Ausführung der Langträger mit einem l-Querschnitt und einem ebenen Steg.
Ein dickes Stegblech verursacht naturgemäss eine Steigerung des Eigengewichtes ohne, dass sich in dem selben Masse auch die Biegefestigkeit des Trägers erhöht Durch das hohe Eigengewicht der Langträger des Untergestells kommt es zu der bereits erwähnten Reduzierung der Nutzlast des Schienenfahrzeuges.
Aus dem Stahlhochbau sind Trager mit einem wellenförmigen Steg bekannt, die sich durch ein relativ geringes Eigengewicht auszeichnen. So beschreibt die DE 19 13 408 A einen Längsträger der zur Erhöhung seiner Tragkraft vorgespannt ist und einen gewellten Steg aufweist.
Ein anderes aus dem Hochbau bekanntes Bauelement mit gewellten Stegen wird In der DE 195 21 027 A1 beschrieben.
Die DE 749 064 C beschreibt ein Schienenfahrzeug, dessen Untergestell Längsträger aufweist, die ausschliesslich im Bereich von Achshalter einen gewellten Steg aufweisen Nachteilig an dieser Ausführungsform ist jedoch, dass sich damit das Eigengewicht des Längsträgers bzw. des Untergestelles nicht wesentlich reduzieren lässt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Eigengewicht eines Schienenfahrzeuges, ohne Einbussen seiner Steifigkeitseigenschaften, zu reduzieren, wobei die maximale Achslast die gleiche bleiben soll Dadurch soll bel gleichbleibendem maximalen Gesamtgewicht von Schienenfahrzeug und Nutzlast der Nutzlastanteil erhöht werden
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Steg zumindest in seinem mittleren, ausserhalb des Bereiches von Fahrwerken des Schienenfahrzeuges verlaufenden Abschnitt in an sich bekannter Weise gewellt ist, wobei die Erzeugenden der Wellen des Steges im wesentlichen parallel zur Höhe des Steges verlaufen.
Es ist ein Verdienst der Erfindung, Blegetréíger mit gewelltem Steg, die, wie eingangs erwähnt, an sich aus dem Stahlhochbau bekannt sind in entsprechend modifizierter Form für das Untergestell eines Schienenfahrzeuges einzusetzen. Für den Fachmann war der Blick auf den Stahlhochbau allerdings nicht naheliegend, da die Befestigung von Querelementen, an Langträgern mit gewellten Stegen mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden ist.
Da der Abstand zwischen den Querelementen bauartbedingt Ist, lässt es sich in der Praxis üblicherweise nicht bewerkstelligen, dass die Wellen der Stege in Bezug auf aufeinanderfolgende Querelemente immer die gleichen Phasenlage aufweisen, oder anders gesagt, dass der Abstand zwischen den Querelementen normalerweise kein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge des Stegbleches Ist Soeben genannter Sachverhalt führt dazu, dass das Verschweissen der Querelemente mit den Stegen der
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Langträger mit einem sehr hohen Aufwand verbunden ist. Auch war bis heute nicht bekannt, ob ein zumindest in seinem mittleren Abschnitt gewellter Steg den Belastungen, die auf ein Schienenfahrzeug wirken, standhalten kann. Wegen dieser Schwierigkeiten sind Biegeträger mit einem gewellten Steg als ungeeignet für den Fahrzeugbau erschienen.
Eine Ausführungsform, die eine sehr hohe Biegesteifigkeit aufweist besteht darin, dass die Langträger einen t-Querschnitt aufweisen und die Stege über die gesamte Länge der Langträger gewellt sind.
Eine kostengünstige, weil einfach zu fertigende, Variante besteht darin, dass die Langträger einen t-Querschnitt aufweisen, und die Stege In einem mittleren Abschnitt der Langträger dünner und gewellt sind.
Bei der Verwendung breiter Gurte besteht eine günstige Ausführungsform darin, dass die Langträger als Kastenträger mit zumindest zwei gewellten Stegen ausgeführt sind.
Die geforderten Festigkeitseigenschaften sind dadurch erreicht, dass das Material des Steges Stahlblech ist.
Eine vorteilhafte, weil sehr gewichtsparende Ausführungsform besteht darin, dass das Verhältnis der Dicke des Steges zur Dicke des Untergurtes zwischen 1 : 3 und 1 : 6 liegt.
In der Praxis hat es sich als günstig erwiesen, um Knotenbleche am Obergurt der Langträger befestigen zu können, dass das Verhältnis der Dicke des Steges zur Dicke des Obergurtes zwischen 1 : 3 und 1 : 8 liegt.
Die für eine dynamische Belastung ausreichende Steifigkeit lässt sich dadurch erreichen, dass der Steg mit dem Untergurt und dem Obergurt eine Schweissverbindung mit je einer Doppelkehinaht aufweist.
Ein gutes Verhältnis von Biegesteifigkeit zu Langträgergewicht ! ässt sich dadurch erreichen, dass die Untergurte und die Obergurte eine Breite von 150 mm bis 250 mm aufweisen.
Eine günstige Ausführungsform besteht dann, dass das verbindende, zumindest eine Querelement ein Träger mit einem 1- oder U-Querschnitt ist.
Eine bewährte Variante besteht darin, dass das Querelement einen ebenen Steg aufweist.
Um die geforderte Biegesteilheit zu erreichen besteht eine vorteilhafte Ausführungsform darin, dass die Höhe des Steges zwischen 600 und 900 mm, die Amplitude der Wellen zwischen 30 und 50 mm und ihre Wellenlänge ^ zwischen 100 und 200 mm liegen.
Die Befestigung der Querträger an den Langträgern wird dadurch ermöglicht, dass die Langträger Knotenbleche aufweisen, die mit den Querelementen verschweisst sind.
Die Erfindung samt weiteren Vorteilen wird Im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung veranschaulicht ist, näher erlautert. In dieser zeigen Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Längshälfte eines Untergestells eines Schienenfahrzeuges entlang der Linie N in Fig. 2 ; Fig. 2 einen Längsschnitt entlang der Linie 11-11 in Fig. 1 ; Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Langträger mit einem l-Profil entlang der Linie 111-111 in Fig. 2 ; Fig. 3a den Bereich lila aus Fig. 3 im naheren Detail ; Fig. 4 einen Querschnitt ähnlich jenem nach Fig. 3 durch eine weitere Ausführungsform eines Langträgers mit kastenförmigen Profil entlang der Linie IV-IV in Fig. 2 ;
Flg. 5 einen Querschnitt entlang der Linie V-V in Fig. 2 ; Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie VI - VI in Fig. 1.
Gemäss den Figuren 1 und 2 weist das Untergestell 1 eines Schienenfahrzeuges mindestens zwei Langträgern 2 mit je einem Untergurt 2a und einem Obergurt 2b und mindestens einen den Untergurt 2a und den Obergurt 2b verbindenden Steg 3 auf, wobei der Steg 3 im wesentlichen über die ganze Länge der Langträger 2, zumindest aber in einem mittleren, zwischen Achshalterungen, die aus darstellenschen Gründen hier nicht gezeigt sind, liegenden Bereich verläuft. Die Langträger 2 sind über mindestens ein Querelement 4 zu einer tragenden Struktur verbunden, wobei sich auf den Querelementen 4 in Längsrichtung verlaufende Fussbodenträger 6 befinden Unter der Konstruktion aus Lang-und Querträgern befindet sich ein Drehgestell 7.
Der Grossteil des Eigengewichtes eines Schienenfahrzeuges zu Transportzwecken rührt von seinem Untergestell 1 her. Um bei gleichbleibendem Gesamtgewicht das Verhältnis von Nutzlast zu Eigengewicht möglichst gross zu machen, ist daher eine Gewichtsreduktion des Untergestells 1 sinnvoll. Für die Gewichtsreduktion erweist es sich als Vorteil das Gewicht der Langträger 2 zu verringern.
Die Langträger 2 weisen gemäss Fig. 3 und Fig. 5 einen t-Querschnitt und einen gewellten Steg 3 auf, wobei die Erzeugenden der Wellen des Steges im wesentlichen parallel zur Höhe des
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Steges verlaufen oder anders ausgedrückt die Krümmungsradien der Wellen gemäss Fig. 3 und Fig. 4 in Ebenen E liegen, die im wesentlichen normal auf die Höhe h der Stege 3 verlaufen, wobei die Amplitude a und die Wellenlänge ?. nach Fig. 3a in der vorliegenden Ausführung 43 mm bzw.
155 mm betragen.
Die Steifigkeit eines !-Trägers mit einem gewellten Steg 3 gegenüber der eines Trägers mit einem glatten Steg 3 ist bei gleichen Abmessungen bezogen auf das Gewicht höher, da das Gewicht des gewellten Steges 3 durch Verringerung seiner Dicke wesentlich geringer gemacht werden kann.
Die Beulsteifigkeit unter Biegebelastung ist bei einem gewellten Steg 3 deutlich grösser als bei einem ebenen Steg 3, wenn man ein Wellblech verwendet, das über seine Aussenkanten eine wesentlich grössere Profilhöhe aufweist als das ebene, dickere Blech, was auch dadurch bedingt ist, dass es durch seine gewellte Form nahezu keine freien Beulfelder aufweist.
Um bei einem Steg 3 mit gewelltem Querschnitt, wie in Fig. 3 dargestellt, die gleichen Steifigkeitseigenschaften wie bei einem üblicherweise verwendeten ebenen Steg 3 zu erreichen, kann man das Gewicht eines gewellten Steges 3 auf mindestens 50% des Gewichtes eines ebenen Steges 3 reduzieren.
Bei der im Stahlbau verwendeten Art von Biegeträgern mit l-Profil ist der Steg mit dem Obergurt und dem Untergurt des Biegeträgers mit einer nur einseitig ausgeführten Kehinaht verschweisst Um diese Art von Biegeträgern mit einem gewellten Steg auch bei Schienenfahrzeugen als Langträger 2 einsetzen zu können ist es notwendig den Aufbau dahingehend zu verändern, dass die nötige Biegesteifigkeit auch für dynamische Belastungen erreicht wird.
Daher Ist, wie in Fig. 5 dargestellt, wegen der hohen Kerbwirkung bei dynamischen Belastun- gen, wie sie bei einem Untergestell 1 eines Schienenfahrzeuges auftreten können, der Steg 3 des Langträgers 2 sowohl mit dem Untergurt 2a als auch mit dem Obergurt 2b des Langträgers 2 beidseitig d. h. mit je einer Doppelkehlnaht 5 verschweisst. Obwohl in der vorliegenden Ausführung des Langträgers 2 die Gewichtsersparnis 50% des Steggewichtes eines herkömmlichen Langträgers 2 beträgt, werden mit der neuen Ausführungsform gleiche Werte der Biegesteifigkeit erreicht.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sich ein derartiger wellenförmiger Steg 3 vollautomatisch und somit kostengünstig, in Form eines Wellbleches herstellen lässt und das zeltund kostenintensive händische Verschweissen von aufeinandergelegten Dickblechen wie es bei der Herstellung herkömmlicher Stege 3 üblich Ist somit entfällt.
In der in Flg. 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung weist der Langträger 2 nur in seinem Mittelteil 2c, der zwischen zwei Fahrwerken 11 des Schienenfahrzeuges liegt, einen Steg 3 mit gewellter Form auf, hingegen besitzen die Endteile 2d des Langträgers 2 einen glatten Steg 3.
Diese Ausführungsform erweist sich in der Praxis als besonders kostengünstig, da sowohl die Herstellung als auch das Verschweissen des Steges 3 mit dem Unter- 2a bzw. Obergurt 2b In dem Mittelteil 2c besonders einfach ist, da man aufgrund des parallelen Verlaufes von Untergurt 2a und Obergurt 2b in diesem Abschnitt, Wellblech in einer industriell in grossen Mengen leicht herstellbaren Form verwenden kann. Hingegen benotigt man für den Steg 3 im Bereich der Endteile 2d, wegen der abgeschrägten Form des Untergurtes 2a Spezialanfertigungen des Wellbleche, was zu höheren Kosten führt. Auch wird das Verschweissen des Wellbleches mit dem Untergurt 2a in seinen Endteilen 2d durch deren schräge Form erschwert. Aus diesem Grund wird im Bereich der Endteile 2d des Langträgers 2 ein ebener Steg 3 bevorzugt.
Doch auch in diesem Fall lässt sich das Gewicht des Untergestelles 1 eines Schienenfahrzeuges wesentlich, bel gleichzeitiger Erhaltung der Biegesteifigkeit der Langträger 2, senken.
Gemäss Fig. 4 kann der Langträger 2 jedoch auch als Kastenträger 11 mit zwei gewellten Stegen 3 ausgeführt sein. Die Variante des Kastenträgers 11 bietet sich für besonders breite Gurte an Wiewohl diese Ausführungsform gegenüber einem Langträger 2 mit einem t-Querschnitt und einem gewellten Steg 3 ein etwas hohere Gewicht, verursacht durch einen zweiten Steg 3, besitzt, besteht dennoch gegenüber der gebräuchlichen Ausführungsform eine Gewichtsersparnis von 25% des herkömmlichen Steggewichtes.
Wie in Fig. 6 dargestellt werden die Langträger 2 durch Querelemente, in diesem Fall Querträ- ger 4 mit einem l-Profil und einem ebenen Steg zu einer tragendenden Struktur verbunden, diese Konstruktion stellt neben dem Drehgestell 7 das wesentliche Element des Untergestells 1 dar. Für die Befestigung der Querträger 4 an den Langträgern 2 sind, um die oben erwähnten Schwierig-
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keiten, die bei dem Verschweissen der Querträger 4 mit den gewellten Stegen 3 auftreten, zu umgehen, Knotenbleche 9, die an den Obergurten 2a und den oberen Abschnitten der Stege 3 befestigt sind, vorgesehen.
Bei den Querträgern 4 werden üblicherweise ebene Stege 10 verwendet, da bei der hier nur geringen Höhe die Stegmasse nicht besonders ins Gewicht fällt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Untergestell (1) für ein Schienenfahrzeug mit zumindest zwei Langträgern (2) mit je einem
Untergurt (2a) und einem Obergurt (2b) und mit mindestens einem den Untergurt (2a) und den Obergurt (2b) verbindenden Steg (3), der im wesentlichen über die ganze Länge der
Langträger (2) verläuft, wobei die Langträger (2) über mindestens ein Querelement (4) miteinander zu einer tragenden Struktur verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (3) zumindest in seinem mittleren, ausserhalb des Bereiches von Fahrwerken (11) des Schienenfahrzeuges verlaufenden Abschnitt (2c) in an sich bekannter Weise gewellt ist, wobei die Erzeugenden der Wellen des Steges (3) im wesentlichen parallel zur Höhe (h) des Steges (3) verlaufen.