AT526587B1

AT526587B1 - Verstärkungsrahmen

Info

Publication number: AT526587B1
Application number: ATA50372/2023A
Authority: AT
Inventors: Eckhart Christoph; Groszschädl Roman; Söll Christopher
Original assignee: Siemens Mobility Austria Gmbh
Priority date: 2023-05-12
Filing date: 2023-05-12
Publication date: 2024-05-15
Also published as: AT526587A4

Abstract

Verstärkungsrahmen (1) für einen Wagenkasten (2) eines Schienenfahrzeugs, wobei der Verstärkungsrahmen (1) als plattenförmiges Bauteil mit mindestens drei Anbindestellen (3, 4, 5) für eine lösbare Befestigung mit einem Wagenkasten (2) eines Schienenfahrzeugs ausgeführt ist und Ausnehmungen (6a, 6b, 7a, 7b, 8, 8a, 8b) aufweist.

Description

Beschreibung

VERSTÄRKUNGSRAHMEN.

TECHNISCHES GEBIET

[0001] Die Erfindung betrifft einen Verstärkungsrahmen für einen Wagenkasten eines Schienenfahrzeugs.

STAND DER TECHNIK

[0002] Wagenkästen von Schienenfahrzeugen weisen sogenannte Eigenschwingungen auf, welche sich in einer Vielzahl unterschiedlicher Moden und Frequenzen ausbilden. Dabei sind sehr niederfrequente Schwingungen dafür verantwortlich, dass der Fahrkomfort für Passagiere beeinträchtigt ist. Diese Schwingungen mit typischen Frequenzen kleiner als 10 Hz können daher nicht gehört, sondern nur gefühlt werden. Moderne Schienenfahrzeuge werden nach den Prinzipien des Leichtbaus entweder in Leichtmetall Integralbauweise oder in Differentialbauweise aus Stahl gebaut. Diese Leichtbauweise fördert das Ausbilden von niederfrequenten Schwingungsmoden. Zur Verhinderung dieser Schwingungen kann ein Wagenkasten mit einer höheren globalen Steifigkeit aufgebaut werden, was allerdings zu einer höheren Masse führt und daher unerwünscht ist. Als weitere Abhilfe können Querverstärkungen, beispielsweise in Form von Schottwänden eingebaut werden. Diese Lösung ist jedoch nur für die heute immer weniger gebräuchlichen Abteilwagen möglich und kann bei den aktuell häufig geforderten Großraumwagen nicht eingesetzt werden. Eine weitere Abhilfe ist auch eine Verstärkung des Wagenkastens im Dachbereich, wenn verkleinerte Schottwände nur im Dachbereich angeordnet werden und diesen dadurch versteifen. Solcherart kann der Passagierraum weiterhin als Großraumwagen ausgeführt werden, jedoch sind Einbauten im Dachbereich, beispielsweise für Beleuchtungen, Luftkanäle oder elektrische Einrichtungen deutlich erschwert. Aus dem Stand der Technik ist aus der europäischen Patentanmeldung EP 3740408 A2 bekannt, im Dachbereich diagonal anzuordnende Spannseile vorzusehen, welche die gegenüberliegenden Seitenwände zugfest verbinden und welche dadurch eine Erhöhung der Wagenkasteneigenfrequenz bewirken. Diese Lösung behindert jedoch den Einbau von festen Lüftungskanälen.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

[0003] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Eigenfrequenz eines Schienenfahrzeugwagenkastens zu erhöhen und dabei eine Möglichkeit zur Verhinderung der Ausbreitung niederfrequenter, insbesondere mit Frequenzen unterhalb des menschlichen Hörbereichs anzugeben, welche den Einbau von Geräten, insbesondere Bauteilen zur Luftversorgung nicht behindert.

[0004] Die Aufgabe wird durch einen Verstärkungsrahmen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einen Schienenfahrzeugwagenkasten nach Anspruch 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.

[0005] Dem Grundgedanken der Erfindung nach ist ein Verstärkungsrahmen für einen Wagenkasten eines Schienenfahrzeugs beschrieben, wobei der Verstärkungsrahmen als plattenförmiges Bauteil mit mindestens drei Anbindestellen für eine lösbare Befestigung mit einem Wagenkasten eines Schienenfahrzeugs ausgeführt ist und Ausnehmungen aufweist.

[0006] Dadurch ist der Vorteil erzielbar, den Verstärkungsrahmen im Dachbereich eines Schienenfahrzeugwagenkastens quer zur Längserstreckung eines solchen Schienenfahrzeugwagenkastens anordnen zu können, sodass eine strukturell verstärkende Wirkung mit einer damit einhergehenden Erhöhung der Eigenfrequenz des Schienenfahrzeugwagenkastens bewirkt wird. Des Weiteren können durch die Ausnehmungen Bauteile, insbesondere Leitungen, geführt werden.

Ein wesentlicher Vorteil eines erfindungsgemäßen Verstärkungsrahmens liegt in der einfachen

Montage über nur drei Anbindestellen und die nur geringen erforderlichen Vorkehrungen an dem Schienenfahrzeugwagenkasten selbst.

[0007] Erfindungsgemäß ist der Verstärkungsrahmen als plattenförmiges Bauteil ausgeführt, beispielsweise aus einer Tafel Stahlblech geschnitten und weist drei Anbindestellen auf. Diese Anbindestellen sind zur lö6sbaren Befestigung des Verstärkungsrahmens auszuführen, wozu insbesondere Mittel zur Herstellung von Schraubverbindungen vorteilhaft sind. Solcherart ist sichergestellt, dass der Verstärkungsrahmen zu einem späten Verlauf des Fertigungsprozesses eines Schienenfahrzeugwagenkasten montiert werden kann, insbesondere nach der vollständigen Fertigung und Lackierung eines sogenannten Wagenkastenrohbaus.

[0008] Die Anbindestellen sind an dem Verstärkungsrahmen so anzuordnen, dass zwei der drei Anbindestellen in Montageposition des Verstärkungsrahmens nahe jeweils einer Seitenwand des Schienenfahrzeugwagenkastens und die Dritte nahe dem Dach des Schienenfahrzeugwagenkastens vorzusehen sind. Solcherart bildet der Verstärkungsrahmen ein das Dach des Schienenfahrzeugwagenkastens verstärkendes Dreieck.

[0009] Weiters umfasst der Verstärkungsrahmen Ausnehmungen (Durchbrüche, Bohrungen), sodass Bauteile wie Leitungen durch den Verstärkungsrahmen geführt werden können.

[0010] Diese Ausnehmungen in dem Verstärkungsrahmen sind so zu formen, dass zwischen jeder der mindestens drei Anbindestellen eine im wesentlichen gerade Verbindung besteht, welche in ihrem Verlauf ausnehmungsfrei gestaltet ist und welche als Kraftweg zwischen den jeweiligen Anbindestellen dient. Durch diesen Verzicht auf Ausnehmungen in den geraden Verbindungen zwischen den Anbindestellen verbleibt das Material des Verstärkungsrahmens ungeschwächt und steht mit voller Festigkeit zur Verstärkung des Schienenfahrzeugwagenkastens zur Verfü-

gung.

[0011] Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, den Verstärkungsrahmen so auszubilden, dass der Verstärkungsrahmen einen Abschnitt eines Lüftungskanals bildet und geeignet ist, die in diesem Lüftungskanal geführte Luft durchzuleiten. Dazu ist mindestens eine Ausnehmung in dem Verstärkungsrahmen so auszuführen, dass sie selbst als Luftführung eingesetzt werden kann, also kein Lüftungskanal den Verstärkungsrahmen durchdringt, sondern an den Verstärkungsrahmen anschließt. Der Verstärkungsrahmen selbst bildet dabei entlang seiner Dicke einen Lüftungskanal. Dazu sind vorteilhafterweise Befestigungsmittel zur Befestigung des Lüftungskanals an dem Verstärkungsrahmen vorzusehen.

[0012] Ein erfindungsgemäßer Schienenfahrzeugwagenkasten umfasst einen obig beschriebenen Verstärkungsrahmen, welcher im Dachbereich quer zur Längserstreckung des Schienenfahrzeugwagenkastens angeordnet ist, wobei eine Anbindungsstelle des Verstärkungsrahmens mit dem Schienenfahrzeugwagenkasten verschraubt ist und die beiden weiteren Anbindungsstellen über jeweils eine Gabelkopfstange dem Schienenfahrzeugwagenkasten verbunden sind. Dabei kann die Verschraubung des Verstärkungsrahmens mit dem Schienenfahrzeugwagenkasten unmittelbar oder über ein Zwischenbauteil, insbesondere eine Zwischenplatte erfolgen. Eine solche Zwischenplatte umfasst Befestigungsmittel, um sowohl an dem Schienenfahrzeugwagenkasten als auch an dem Verstärkungsrahmen lösbar befestigt zu werden und übermittelt Zug- und Druckkräfte zwischen diesen Bauteilen. Die beiden weiteren Anbindungsstellen sind jeweils mittels einer Gabelkopfstange mit dem Schienenfahrzeugwagenkasten zu verbinden, wozu an dem Schienenfahrzeugwagenkasten vorzugsweise nahe der Verbindungslinie Seitenwand-Dach eine geeignete Befestigungsposition für die Gabelkopfstangen vorzusehen ist. Dazu ist eine Konsole geeignet, welche an der Innenseite des Schienenfahrzeugwagenkastens mit dessen Tragstruktur verschweißt ist. Eine solche Konsole kann im Dachbereich oberhalb des Passagierraums angeordnet sein und ragt somit nicht in den Passagierraum.

[0013] Die Gabelkopfstangen sind vorzugsweise so zu gestalten, dass sie in eingebautem Zustand in ihrer Länge einstellbar sind. Dies kann beispielsweise durch ein Mittelstück zwischen zwei Gabelköpfen erfolgen, welches mit je einem Links- und einem Rechtsgewinde mit den Gabelköpfen verbunden ist. Solcherart kann durch Verdrehen des Mittelstücks der Abstand zwi-

schen den Gabelköpfen eingestellt werden. Dadurch kann der Verstärkungsrahmen mit einer exakt vorgebbaren Vorspannung versehen werden.

[0014] Es ist vorteilhaft, entlang der Längserstreckung des Schienenfahrzeugwagenkastens eine Mehrzahl von Verstärkungsrahmen im Dachbereich quer zur Längserstreckung anzuordnen. Typischerweise kann je 2 Meter eines Schienenfahrzeugwagenkastens ein Verstärkungsrahmen eingebaut sein, sodass über die gesamte Länge des Schienenfahrzeugwagenkastens eine möglichst gleichmäßige Verstärkung erzielt wird und alle Schwingungsmoden des Schienenfahrzeugwagenkastens möglichst hochfrequent werden.

[0015] Es ist vorteilhaft, zwischen den Verstärkungsrahmen Abschnitte eines Lüftungskanals vorzusehen und mit den angrenzenden Verstärkungsrahmen jeweils lösbar zu verbinden. Solcherart wirken die Verstärkungsrahmen als Tragstruktur für den Lüftungskanal. Durch die in dem Verstärkungsrahmen vorgesehenen Ausnehmungen kann die in dem Lüftungskanal strömende Luft unmittelbar geführt werden, die einzelnen Abschnitte des Lüftungskanals müssen den Verstärkungsrahmen somit nicht durchdringen. Dies stellt eine wesentliche Erleichterung für die Montage des Lüftungskanals dar, welcher nur stückweise zwischen den bereits montierten Verstärkungsrahmen eingefügt und mit den Verstärkungsrahmen lösbar verbunden (verschraubt) werden muss. Der gebräuchliche komplizierte Umgang mit langen Lüftungskanälen, deren Einbringen in den Schienenfahrzeugwagenkasten oftmals schwierig ist, entfällt.

[0016] In weiterer Fortbildung der Erfindung ist es empfehlenswert, an der Verbindungsstelle eines Verstärkungsrahmens mit einem Abschnitt eines Lüftungskanals eine elastische Dichtung einzufügen.

[0017] Gegenständliche Erfindung ist insbesondere für Schienenfahrzeugwagenkästen, welche in einer Differentialbauweise aus Stahl gefertigt werden, vorteilhaft, da an diesen die erforderlichen Befestigungsstellen für die Verstärkungsrahmen einfach eingebaut werden können.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0018] Es zeigen beispielhaft:

[0019] Fig.1 Verstärkungsrahmen.

[0020] Fig.2 Verstärkungsrahmen in Einbausituation.

[0021] Fig.3 Verstärkungsrahmen in Einbausituation, Schrägansicht.

AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

[0022] Fig.1 zeigt beispielhaft und schematisch einen Verstärkungsrahmen. Es ist ein Verstärkungsrahmen 1 dargestellt, welcher als plattenförmiges Bauteil aus Metallblech geformt ist. Der Verstärkungsrahmen 1 weist drei Anbindestellen 3, 4, 5 auf, welche zur lösbaren Herstellung zu weiteren Bauteilen ausgeführt sind. Im gegenständlichen Ausführungsbeispiel ist die dritte Anbindestelle 5, welche in Einbauposition des Verstärkungsrahmens 1 mit dem Dachbereich eines Schienenfahrzeugs zu verbinden ist, als Schraubverbindung, d.h. in Form von vier Bohrungen für die Herstellung von Schraubverbindungen ausgeführt. Die weiteren Anbindestellen 3, 4 sind zur Verbindung einer Gabelkopfstange ausgeführt und daher als Bohrung zur Durchführung eines Bolzens ausgebildet. Der Verstärkungsrahmen 1 weist eine Mehrzahl von Ausnehmungen 6a, 6b, 7a, 7b, 8, 8a, 8b auf, welche jeweils den plattenförmigen Verstärkungsrahmen 1 durchdringen. In gezeigtem Ausführungsbeispiel sind die Ausnehmungen 6a, 6b einem ersten Lüftungskanal zugeordnet, die Ausnehmungen 7a, 7b einem zweiten Lüftungskanal zugeordnet und die Ausnehmungen 8, 8a, 8b einem dritten Lüftungskanal zugeordnet. Somit kann die in einem Lüftungskanal geführte Luft den Verstärkungsrahmen 1 durchdringen. Zur Befestigung der Lüftungskanäle an dem Verstärkungsrahmen 1 sind eine Mehrzahl von Bohrungen 9 entlang der Umfanglinie des Verstärkungsrahmens 1 vorgesehen, mittels welcher Lüftungskanäle mit dem Verstärkungsrahmen 1 lösbar verbunden werden können. Der Verstärkungsrahmen 1 ist so gebaut, dass zwischen den Anbindestellen 3, 4, 5 jeweils unmittelbare, gerade Verbindungen bestehen, sodass sie der Verstärkungsrahmen 1 bei Aufbringen von Zugkräften über diese Anbindestellen 3, 4, 5

nicht verformt, da der Kraftweg unmittelbar zwischen den Anbindestellen 3, 4, 5 verläuft und nicht durch Ausnehmungen unterbrochen, bzw. umgelenkt ist. Dadurch sind die für die Luftführung dienenden Ausnehmungen mit einer sie durchdringenden Strebe versehen, was die Luftströmung zwar beeinträchtigt, für die Stabilität des Verstärkungsrahmens 1 und somit des Wagenkastens jedoch vorteilhaft ist.

[0023] Fig.2 zeigt beispielhaft und schematisch einen Verstärkungsrahmen in seiner Einbausituation. Es ist ein Schnitt durch einen Schienenfahrzeugwagenkasten 2, quer zu seiner Längsrichtung dargestellt, in welchem ein Verstärkungsrahmen 1 im Dachbereich angeordnet ist. Der Verstärkungsrahmen 1 ist gemäß dem in Fig.1 gezeigten Ausführungsbeispiel aufgebaut und im Dachbereich des Schienenfahrzeugwagenkastens 2 über eine Zwischenplatte 11 mit dem Schienenfahrzeugwagenkasten 2 lösbar verbunden. Die beiden weiteren Anbindestellen 3, 4 sind jeweils über Gabelkopfstangen 10 mit dem Schienenfahrzeugwagenkasten 2 im Bereich des Übergangs von den Seitenwänden zum Dach verbunden. Die Anordnung der Gabelkopfstangen 10 oberhalb der Seitenwände und somit außerhalb des Passagierbereichs bewirkt, dass sie den Passagierbereich nicht einschränken und vom Passagierbereich auch nicht sichtbar sind.

[0024] Fig.3 zeigt beispielhaft und schematisch einen Verstärkungsrahmen in seiner Einbausituation in einer Schrägansicht. Es ist das Ausführungsbeispiel aus Fig. 2 in einer Schrägansicht dargestellt, wobei die Anordnung eines Lüftungskanals 12 ersichtlich ist. Es sind eine Mehrzahl von Verstärkungsrahmen 1 in dem Schienenfahrzeugwagenkasten 2, jeweils wie in Fig. 2 dargestellt angeordnet und jeweils über eine Zwischenplatte 11 und zwei Gabelkopfstangen 10 befestigt. Ein Lüftungskanal 12 erstreckt sich über die Länge des Schienenfahrzeugwagenkastens 2 und ist in einzelne Abschnitte geteilt, welche jeweils zwischen zwei Verstärkungsrahmen 1 eingebracht und mit diesen Verstärkungsrahmen 1 lösbar verbunden sind. Des Weiteren ist ersichtlich, wie Teile des Verstärkungsrahmens 1 das Volumen des Lüftungskanals 12 durchdringen, da diese Teile die unmittelbare gerade Verbindung zwischen den Anbindestellen des Verstärkungsrahmens 1 bilden. Durch Veränderung der Länge der Gabelkopfstangen 10 kann der Verstärkungsrahmen in die erforderliche Vorspannung gebracht werden, sodass eine Verstärkung des Schienenfahrzeugwagenkastens 2 unter allen auftretenden Lastbedingungen erfolgt.

Österreichisches

LISTE DER BEZEICHNUNGEN

6a 6b 7a 7b

8a 8b

10 11 12

Verstärkungsrahmen Schienenfahrzeugwagenkasten

Erste Anbindestelle

Zweite Anbindestelle

Dritte Anbindestelle

Erste Ausnehmung für ersten Lüftungskanal Zweite Ausnehmung für ersten Lüftungskanal Erste Ausnehmung für zweiten Lüftungskanal Zweite Ausnehmung für zweiten Lüftungskanal Erste Ausnehmung für dritten Lüftungskanal Zweite Ausnehmung für dritten Lüftungskanal Dritte Ausnehmung für dritten Lüftungskanal Bohrung

Gabelkopfstange

Zwischenplatte

Lüftungskanal

AT 526 587 B1 2024-05-15

Claims

Patentansprüche

1. Verstärkungsrahmen (1) für einen Wagenkasten (2) eines Schienenfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungsrahmen (1) als plattenförmiges Bauteil mit mindestens drei Anbindestellen (3, 4, 5) für eine lösbare Befestigung mit einem Wagenkasten (2) eines Schienenfahrzeugs ausgeführt ist und Ausnehmungen (6a, 6b, 7a, 7b, 8, 8a, 8b) aufweist.

2. Verstärkungsrahmen (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungsrahmen (1) ausgebildet ist, einen Abschnitt eines Lüftungskanals zu bilden und die in diesem Lüftungskanal geführte Luft durchzuleiten.

3. Verstärkungsrahmen (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungsrahmen (1) aus Stahl gefertigt ist.

4. Verstärkungsrahmen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen in dem Verstärkungsrahmen (1) so geformt sind, dass zwischen jeder der mindestens drei Anbindestellen (3, 4, 5) eine im wesentlichen gerade Verbindung besteht, welche in ihrem Verlauf ausnehmungsfrei gestaltet ist und welche als Kraftweg zwischen den jeweiligen Anbindestellen dient.

5. Schienenfahrzeugwagenkasten mit einem Verstärkungsrahmen (1), dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungsrahmen nach einem der Ansprüche 1 bis 4 gestaltet ist und im Dachbereich quer zur Längserstreckung des Schienenfahrzeugwagenkastens angeordnet ist, wobei eine Anbindungsstelle des Verstärkungsrahmens mit dem Schienenfahrzeugwagenkasten verschraubt ist und die beiden weiteren Anbindungsstellen über jeweils eine Gabelkopfstange dem Schienenfahrzeugwagenkasten verbunden sind.

6. Schienenfahrzeugwagenkasten mit einem Verstärkungsrahmen (1), nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gabelkopfstangen in eingebautem Zustand in ihrer Länge einstellbar sind.

7. Schienenfahrzeugwagenkasten mit einem Verstärkungsrahmen (1), nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass entlang der Längserstreckung des Schienenfahrzeugwagenkastens eine Mehrzahl von Verstärkungsrahmen im Dachbereich quer zur Längserstreckung des Schienenfahrzeugwagenkastens angeordnet sind, wobei zwischen den Verstärkungsrahmen Abschnitte eines Lüftungskanals vorgesehen und mit den angrenzenden Verstärkungsrahmen jeweils lösbar verbunden sind.

8. Schienenfahrzeugwagenkasten mit einem Verstärkungsrahmen (1), nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an den Verbindungsstellen zwischen den Verstärkungsrahmen und den jeweiligen lösbar verbundenen Abschnitten eines Lüftungskanals elastische Dichtungen eingefügt sind.

9. Schienenfahrzeugwagenkasten mit einem Verstärkungsrahmen (1), nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schienenfahrzeugwagenkasten in einer Differentialbauweise aus Stahl gefertigt ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen