CH660341A5 - Wagenkasten fuer eisenbahnwagen aus leichtmetall. - Google Patents

Description

660 341

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE

1. Wagenkasten für Eisenbahnwagen in einer Schalenbauweise aus Leichtmetall, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in Längsrichtung verlaufende Eckprofile im Wagenkasten (1) aus Leichtmetallprofilen (2, 3) und mit diesen verbundenen parallelen Stangen oder Bändern aus einem Faserkompositmaterial mit Fasern aus einem Material bestehen, das einen erheblich höheren E-Modul hat als das Material in den Leichtmetallprofilen (2, 3).

2. Wagenkasten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material in den Leichtmetallprofilen (2, 3) Aluminium ist.

3. Wagenkasten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Fasern um KohlenstofF-Fasern handelt.

4. Wagenkasten nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stangen (13, 14) aus Kohlenstoffaserkompositmaterial in Längsnuten (11, 12) oder Löchern in stranggepressten Aluminiumprofilen (2, 3) angeordnet sind.

5. Wagenkasten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ausser den in Längsrichtung verlaufenden Eckprofilen (2, 3) auch in Querrichtung verlaufende Stirnwandprofile (4) und Geräte tragende Profile mit Fasern verbunden sind, die einen höheren E-Modul aufweisen als das Material der Profile.

6. Wagenkasten nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden der Nuten und/oder die Seiten derselben mit Längsrippen versehen sind.

7. Wagenkasten nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bänder oder Stangen (13, 14, 15) aus dem Faserkompositmaterial durch Leimen mit den Aluminiumprofilen (2, 3, 4) verbunden sind.

Aus dem Gesichtspunkt des Energieverbrauchs ist es wichtig, das Gewicht von Eisenbahnwagen zu reduzieren. Eine Möglichkeit zur Reduzierung des Gewichtes besteht darin, dass man für den Wagenkasten eine Schalenbauweise aus Leichtmetall, in erster Linie Aluminium, verwendet. Besonders wichtig ist die Gewichtseinsparung bei Triebwagen, die auf Strecken mit nahe aneinanderliegenden Stationen fahren und dadurch in dichter Folge beschleunigt und gebremst werden müssen.

Bei derselben Festigkeit wird ein Wagenkasten in einer Leichtmetallkonstruktion erheblich leichter als ein entsprechender Wagenkasten in der Stahlkonstruktion. Dagegen wird die Steifigkeit des Wagenkastens in der Leichtmetallkonstruktion bedeutend geringer, was damit zusammenhängt, dass der E-Modul niedriger ist. Der E-Modul für Aluminium beträgt nur ein Drittel des E-Moduls für Stahl. Dies ist ein Nachteil, da die Steifigkeit für die Eigenschaften eines Fahrzeugs von grosser Bedeutung ist. Eine hohe Steifigkeit bewirkt nämlich eine höhere Eigenfrequenz. Die Steifigkeit muss so gross sein, dass die Eigenfrequenz für Züge mit normaler Geschwindigkeit, wie Vorortszüge, 10 Hz oder mehr und für Schnellzüge oder Hochgeschwindigkeitszüge 12 Hz oder mehr ist, damit keine unerwünschten Schwingungen auftreten. Wird die Steifigkeit in einem Leichtmetallwagenkasten durch gröbere Dimensionen erhöht, so dass die Steifigkeit genauso gross wie in einem vergleichbaren Stahlwagenkasten wird, erhält man eine unbedeutende oder gar keine Gewichtseinsparung.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Steifigkeit eines Wagenkastens in einer Leichtmetallkonstruktion ohne nennenswerte Gewichtserhöhung zu verbessern.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Ausführungsformen nach den Ansprüchen 2 und 3 sind besonders bevorzugt, da der E-Modul der Kohlenstoff-Fasern 4- bis 5mal so hoch wie derjenige für Aluminium ist. Die Ansprüche 4-7 geben weitere bevorzugte Ausführungsformen an.

Das Kohlenstoff-Faser-Kompositmaterial kann entweder aus vorgefertigten Stangen bestehen, die durch Leimen mit den Aluminiumprofilen verbunden werden, oder es kann auch in Form von nassen Bändern aus Kohlenstoff-Fasern und ungehärtetem Kunststoff angebracht werden, die in Aussparungen in den Aluminiumprofilen angeordnet und an Ort und Stelle gehärtet werden. Um die Kontaktfläche zwischen dem Kohlenstoffaser-Kompositmaterial und dem Aluminiumprofil zu vergrössern, können die Nuten in den Aluminiumprofilen mit Längsrippen versehen sein.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Figur 1 schematische Ansicht eines Wagenkastens,

Figur 2 einen Querschnitt A durch einen Dachträger,

Figur 3 einen Querschnitt B durch einen Bodenträger, und

Figur 4 einen Querschnitt C durch einen Querbalken.

Gemäss Figur 1 weist ein Wagenkasten 1 in Schalenbauweise in Längsrichtung verlaufende, stranggepresste obere Eckträger 2 und untere Eckträger 3 sowie in Querrichtung verlaufende Bodenträger 4 und Dachträger 5 und stehende Seitenträger 6 aus Aluminium auf.

Seiten, Dach, Stirnwände und Boden sind mit Blechen 7, 8, 9,10 bedeckt, die mit Öffnungen für Fenster, Türen usw. versehen sind.

Die in Längsrichtung verlaufenden Eckträger 2 und 3 gemäss den Figuren 2 und 3 sind in Form von Hohlprofilen mit Nuten 11 bzw. 12 ausgeführt, in welche Stangen 13 bzw. 14 aus einem Kohlenstoffkompositmaterial gelegt sind. Diese Stangen 13 bzw. 14 sind durch Leimen mit den Profilen 2 bzw. 3 verbunden. Die äusseren Stangenflächen schliessen sich an die Profilflächen an.

In Querrichtung verlaufende Bodenträger gemäss Fig. 4 können wie U-Balken ausgeführt sein, wobei Kohlenstoffkompositstangen 15 in die Nuten 16 in den Flanschen des Trägers 4 eingelegt sind.

Durch seine grosse Kraft und den hohen E-Modul kann eine geringe Fläche von Kohlenstoffkompositmaterial die gewünschte Erhöhung der Steifigkeit des Wagenkastens 1 bei der gezeigten Anbringung in den Ecken des Wagenkastens bewirken. Die Gewichtserhöhung wird unbedeutend.

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1 Blatt Zeichnungen