AT518382B1

AT518382B1 - Wagenkasten für ein Passagierschienenfahrzeug

Info

Publication number: AT518382B1
Application number: ATA50105/2016A
Authority: AT
Inventors: Behrendt Lars; Niederstätter Andreas; Wiesinger Josef
Original assignee: Siemens Ag Oesterreich
Priority date: 2016-02-17
Filing date: 2016-02-17
Publication date: 2017-12-15
Also published as: PL3374245T3; EP3374245B1; CN108602520B; US10906563B2; AT518382A1; US20190106129A1; CN108602520A; WO2017140717A1; EP3374245A1

Abstract

Wagenkasten für ein Passagierschienenfahrzeug, umfassend ein Untergestell mit je einem Vorbau an jedem Fahrzeugende und einen Fahrzeugboden (2) aus im Querschnitt trapezähnlich gekantetem Profilblech, wobei die Sicken des Profilblechs sich in Längsrichtung des Wagenkastens erstrecken, wobei der Fahrzeugboden (2) an den Übergangstellen zu je einem der Vorbauten (4) mittels eines quer zur Längsrichtung des Wagenkastens orientierten Verbindungsträger (5) an dem jeweiligen Vorbau fest verbunden ist und wobei der Verbindungsträger (5) als Profilblech mit im Wesentlichen L-förmigen Querschnitt ausgeführt ist, und wobei der mit einem Vorbau (4) verbundene Abschnitt des Verbindungsträgers (5) mit einer trapezähnlichen Sicke (7) ausgestattet ist.

Description

Beschreibung

WAGENKASTEN FÜR EIN PASSAGIERSCHIENENFAHRZEUG TECHNISCHES GEBIET

[0001] Die Erfindung betrifft einen Wagenkasten für ein Passagierschienenfahrzeug.

STAND DER TECHNIK

[0002] Schienenfahrzeuge, insbesondere Passagierfahrzeuge werden heute meistens als selbsttragende Metallkonstruktionen hergestellt. Dabei wird ein Fahrzeugkasten aus einem Untergestell, Stirnwänden und einem Dach aufgebaut. Das Untergestell muss den Betriebskräften, besonders den Beladungs- Kupplungsdruck- und Zugkräften standhalten. Dazu wird das Untergestell häufig als Rahmenkonstruktion ausgeführt und umfasst üblicherweise zwei außenliegende Längsträger und ggf. einen Mittellangträger sowie mehrere die Längsträger verbindende Querträger und ist an den Fahrzeugenden verstärkt. Diese Verstärkung erfolgt mittels sogenannter Endstücke am Fahrzeugende und Hauptquerträgern, welche auch die Lagerungen der Drehgestelle (bzw. Einzelachsen) umfassen. Zur Zulassung von Schienenfahrzeugen ist es erforderlich bestimmte, oft für jedes Land unterschiedliche Normen zu erfüllen. Diese Normen fordern unter anderem den Nachweis, dass das Schienenfahrzeug einer bestimmten Längskraft (Kupplungsdruck) beschädigungsfrei widerstehen kann. Die für Europa gültige Norm UIC-566 fordert einen nachzuweisenden Kupplungsdruck von 2000kN, die für die USA gültige Norm fordert 3560kN. Bei diesen Kräften, welche weit oberhalb der im Betrieb auftretenden Längsdruckkräfte liegen kommt es zu elastischen Verformungen des Wagenkastens. Diese Verformungen bewirken Spannungsspitzen in verschiedenen Bauteilen, sodass eine genaue Auslegung der Konstruktion darauf Rücksicht nehmen muss. Diese Spannungsspitzen können insbesondere an Bauteilen am Übergang zwischen dem Vorbau und dem Untergestell zum Versagen von Schweißnähten, bzw. zum Bruch der betreffenden Bauteils führen. Es ist möglich, diese Bauteile mit einer wesentlich dickeren Wandstärke auszuführen, was jedoch das Fahrzeuggewicht erhöht. Aus dem Stand der Technik sind Lösungen bekannt, wie diese Spannungsspitzen reduziert werden können. Beispielsweise ist in der chinesischen Patentanmeldung CN201516865U dargelegt, dass mittels Sicken in einem quer zur Längsrichtung eines Schienenfahrzeugs orientierten Trägers die aus der Verformung des Wagenkastens resultierenden Zwangskräfte reduzierbar sind.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

[0003] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Wagenkasten für ein Passagierschienenfahrzeug anzugeben, welcher auch bei hohen Axialdruckkräften nur geringe Spannungsspitzen an Bauteilen des Untergestells, insbesondere am Übergang zwischen dem Fahrzeugboden in den Vorbau aufweist.

[0004] Die Aufgabe wird durch einen Wagenkasten für ein Passagierschienenfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.

[0005] Dem Grundgedanken der Erfindung nach ist ein Wagenkasten für ein Passagierschienenfahrzeug, umfassend ein Untergestell mit je einem Vorbau an jedem Fahrzeugende und einen Fahrzeugboden aus im Querschnitt trapezähnlich gekantetem Profilblech, wobei die Sicken des Profilblechs sich in Längsrichtung des Wagenkastens erstrecken aufgebaut, wobei der Fahrzeugboden an den Übergangstellen zu je einem der Vorbauten mittels eines quer zur Längsrichtung des Wagenkastens orientierten Verbindungsträger an dem jeweiligen Vorbau fest verbunden ist und wobei der Verbindungsträger als Profilblech mit im Wesentlichen L-förmigen Querschnitt ausgeführt ist, und wobei der mit einem Vorbau verbundene Abschnitt des Verbindungsträgers mit einer trapezähnlichen Sicke ausgestattet ist.

[0006] Dadurch ist der Vorteil erzielbar, einen Anschluss eines Fahrzeugbodens zu einem Vorbau hersteilen zu können, welcher auch bei sehr hohen Längsdruckkräften die Spannungsspitzen an den Befestigungsstellen zu dem Vorbau auf wesentlich geringere Werte reduziert als es mit Lösungen aus dem Stand der Technik möglich ist.

[0007] Längsdruckkräfte, die über die Mittelpufferkupplungen auf einen Wagenkasten einwirken bedingen eine Verformung des Wagenkastens. Dabei wird der sehr massiv ausgeführte Endbereich (Vorbau) wesentlich weniger stark verformt als der im Verhältnis weicher ausgeführte Mittelbereich des Wagenkastens. Der Übergang zwischen dem gering verformten Endbereich und dem verformten Mittelbereich eines Wagenkastens ist besonders kritisch, da an dieser Stelle die höchsten Spannungsspitzen entstehen.

Wagenkästen von Schienenfahrzeugen sind häufig mit einem Fahrzeugboden aus Trapezblech gefertigt auf welchen ein Passagierraumboden aufgebracht wird. In den durch die Trapezform entstehenden Hohlräumen kann sich durch Kondensation Wasser bilden, welches abzuführen ist. Diese Wasserabführung muss durch möglichst kleine Öffnungen erfolgen, da sonst die Druckdichtheitseigenschaften kompromittiert werden. Es ist daher üblich, den Fahrzeugboden (das Trapezblech) mit einem Verbindungsträger abzuschließen und mit dem Vorbau zu verbinden, sowie eine oder mehrere Wasserablauföffnungen an dem Verbindungsträger vorzusehen. Der Verbindungsträger ist im Wesentlichen mit L-förmigem Querschnitt ausgeführt und wird mittels Schweißverbindungen an dem Fahrzeugboden und dem Vorbau befestigt.

Diese Schweißverbindungen, insbesondere die Schweißverbindung zu dem Vorbau ist bei Verformung des Wagenkastens besonders hohen Zwangskräften unterworfen, sodass ihre Haltbarkeit gefährdet sein kann.

Erfindungsgemäß ist deshalb ein Verbindungsträger vorgesehen, welcher eine höhere Elastizität aufweist, sodass die Zwangskräfte durch die Verformung des Wagenkastens deutlich reduziert sind. Solcherart können sowohl die Hauptabmessungen, als auch die Wandstärken und Materialien des Verbindungsträgers beibehalten werden.

Der Verbindungsträger ist an der dem Vorbau zugewandten Seite, dem entsprechenden Schenkel des L-förmigen Querschnitts mit einem die Elastizität erhöhendem Merkmal ausgestattet. Dabei wird dieser Abschnitt mit einer trapezähnlichen Sicke ausgeführt, sodass das Widerstandsmoment des Verbindungsträgers stark reduziert ist.

[0008] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Verbindungsträger mit Ausnehmungen ausgestattet, durch welche ein Abschnitt des Fahrzeugbodens durchführbar ist. Dadurch kann eine besonders feste Verbindung mit dem Fahrzeugboden herstellt werden da die Länge der den Verbindungsträger mit dem Fahrzeugboden verbindende Schweißnaht erhöht wird.

[0009] Es ist vorteilhaft, den Verbindungsträger mit mindestens einer Wasserablaufbohrung auszustatten, sodass das in den Hohlräumen des Fahrzeugbodens gesammelte Wasser abfließen kann.

[0010] Ein erfindungsgemäßer Wagenkasten kann auf zwei Arten hergestellt werden. Gemäß einer Ausführungsform kann der Verbindungsträger aus mehreren untereinander verschweißten einzelnen Blechen aufgebaut werden.

Eine zweite Ausführungsform sieht die Herstellung des Verbindungsträgers mittels eines Umformverfahrens aus einem einzelnen Blech (einstückig) vor.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0011] Es zeigen beispielhaft: [0012] Fig. 1 Fahrzeugboden Querschnitt.

[0013] Fig. 2 Fahrzeugboden, Übergang zu einem Vorbau mit einem herkömmlichen Verbin dungsträger.

[0014] Fig. 3 Fahrzeugboden, Übergang zu einem Vorbau mit einem Verbindungsträger.

[0015] Fig. 4 Herkömmlicher Verbindungsträger.

[0016] Fig. 5 Verbindungsträger.

AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

[0017] Fig. 1 zeigt beispielhaft und schematisch einen Querschnitt durch einen Fahrzeugboden. Es ist ein Schnitt quer zur Längsrichtung eines Schienenfahrzeugs dargestellt, wobei zur Vereinfachung weitere Bauteile, etwa ein Mittellangträger oder Querträger nicht dargestellt sind. Das Untergestell des Fahrzeugs umfasst zwei außenliegende Längsträger 1, zwischen welchen ein Fahrzeugboden 2 angeordnet ist. Der Fahrzeugboden 2 ist typischerweise mit den Längsträgern verschweißt und ist als sogenanntes Trapezblech ausgeführt. Dieses Trapezblech besteht aus im Querschnitt trapezähnlich gekantetem Blech, wobei die Sicken des Profilblechs sich in Längsrichtung des Wagenkastens erstrecken.

[0018] Fig. 2 zeigt beispielhaft und schematisch einen Fahrzeugboden an der Stelle des Übergangs zu einem Vorbau mit einem herkömmlichen Verbindungsträger nach dem Stand der Technik. Es ist ein Schnitt entlang der Längsrichtung eines Schienenfahrzeugs durch das Untergestell dargestellt. An dieser Übergangsstelle endet der Fahrzeugboden 2 aus Trapezblech und ist mit dem Vorbau 4 des Fahrzeugs verbunden. Dazu ist ein Verbindungsträger 3 nach herkömmlicher Bauart quer zur Fahrzeuglängsachse orientiert vorgesehen, welche im Wesentlichen einen L-förmigen Querschnitt aufweist und welcher sowohl mit dem Fahrzeugboden 2 als auch mit dem Vorbau 6, typischerweise mittels Schweißverbindungen fest und unlösbar verbunden ist. Der Verbindungsträger 3 nach herkömmlicher Bauart ist mit Ausnehmungen versehen, welche ein teilweises Durchführen des Fahrzeugbodens 2 durch einen Abschnitt des Verbindungsträgers 3 erlauben, sodass eine Schweißverbindung an dieser Verbindungsstelle mit hoher Festigkeit herstellbar ist. Die Schweißnaht 6 zur Verbindung des Verbindungsträgers 3 mit dem Vorbau 4 ist sehr hohen Belastungen unterworfen, da bei hohen Axiallasten eine Verdrehung des Vorbaus 4 gegenüber dem Fahrzeugboden 2 auftritt. Die im Vergleich zu dem Vorbau 4 geringe Wandstärke des Verbindungsträgers 3 erhöht auch die Versagenswahrscheinlichkeit der Schweißnaht 6.

[0019] Fig. 3 zeigt beispielhaft und schematisch einen Fahrzeugboden an der Stelle des Übergangs zu einem Vorbau mit einem Verbindungsträger. Es ist die Übergangsstelle aus Fig. 2 dargestellt, wobei jedoch ein erfindungsgemäßer Verbindungsträger 5 zwischen dem Fahrzeugboden 2 und dem Vorbau 4 eingesetzt ist. Dieser Verbindungsträger 5 ist mit einer Sicke 7 in trapezähnlicher Form ausgestattet. Diese Sicke reduziert das Widerstandsmoment des Verbindungsträgers gegen Verformungen aufgrund der Drehmomenteinbringung bei hohen Axiallasten wesentlich, sodass der Verbindungsträger 5 leichter verformbar ist und die Belastung der Schweißnaht 6 deutlich reduziert ist.

[0020] Fig. 4 zeigt beispielhaft und schematisch einen herkömmlichen Verbindungsträger. Es ist eine Schrägansicht auf einen Verbindungsträger 3 dargestellt wie er beispielsweise bei einer in Fig. 2 gezeigten Anwendung einsetzbar ist. Der Verbindungsträger 3 weist einen im Wesentlichen L-förmigen Querschnitt auf, wobei ein Abschnitt mit Ausnehmungen 9 ausgestattet ist. Weiters umfasst der Verbindungsträger 3 zwei Wasserablaufbohrungen 8.

[0021] Fig. 5 zeigt beispielhaft und schematisch einen Verbindungsträger. Es ist eine Schrägansicht auf einen erfindungsgemäßen Verbindungsträger 5 dargestellt wie er beispielsweise bei einer in Fig. 3 gezeigten Anwendung einsetzbar ist. Der Verbindungsträger 5 weist einen im Wesentlichen L-förmigen Querschnitt auf, wobei ein Abschnitt mit Ausnehmungen 9 ausgestattet ist. Der zweite Abschnitt des Verbindungsträgers 5 ist mit einer trapezähnlichen Sicke 7 ausgeführt.

LISTE DER BEZEICHNUNGEN 1 Längsträger 2 Fahrzeugboden 3 Verbindungsträger alt 4 Vorbau 5 Verbindungsträger 6 Schweißnaht 7 Sicke 8 Wasserablaufbohrung 9 Ausnehmung

Claims

Patentansprüche

1. Wagenkasten für ein Passagierschienenfahrzeug, umfassend ein Untergestell mit je einem Vorbau an jedem Fahrzeugende und einen Fahrzeugboden (2) aus im Querschnitt trapezähnlich gekantetem Profilblech, wobei die Sicken des Profilblechs sich in Längsrichtung des Wagenkastens erstrecken, wobei der Fahrzeugboden (2) an den Übergangstellen zu je einem der Vorbauten (4) mittels eines quer zur Längsrichtung des Wagenkastens orientierten Verbindungsträger (5) an dem jeweiligen Vorbau fest verbunden ist und wobei der Verbindungsträger (5) als Profilblech mit im Wesentlichen L-förmigen Querschnitt ausgeführt ist, und wobei der mit einem Vorbau (4) verbundene Abschnitt des Verbindungsträgers (5) mit einer trapezähnlichen Sicke (7) ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsträger (5) Ausnehmungen (9) aufweist, durch welche ein Abschnitt des Fahrzeugbodens (2) durchgeführt ist.

2. Wagenkasten für ein Passagierschienenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsträger (5) mindestens eine Wasserablaufbohrung (8) aufweist.

3. Wagenkasten für ein Passagierschienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsträger (5) aus mehreren miteinander verschweißten einzelnen Blechen aufgebaut ist.

4. Wagenkasten für ein Passagierschienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsträger (5) einstückig mittels eines Umformverfahrens aus einem einzelnen Blech hergestellt ist.