Claims (7)
PATENTANSPRÜCHEPATENT CLAIMS
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).1. Wagon body for railway wagons in a shell construction made of light metal, characterized in that at least in the longitudinal direction running corner profiles in the car body (1) consist of light metal profiles (2, 3) and parallel rods or strips connected to these made of a fiber composite material with fibers made of one material, which has a significantly higher modulus of elasticity than the material in the light metal profiles (2, 3).
2. Wagenkasten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material in den Leichtmetallprofilen (2, 3) Aluminium ist.2. Car body according to claim 1, characterized in that the material in the light metal profiles (2, 3) is aluminum.
3. Wagenkasten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Fasern um KohlenstofF-Fasern handelt.3. Car body according to claim 1, characterized in that the fibers are carbon fibers.
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.4. Body according to claim 3, characterized in that the bars (13, 14) of carbon fiber composite material are arranged in longitudinal grooves (11, 12) or holes in extruded aluminum profiles (2, 3).
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.5. Wagon body according to Claim 1, characterized in that, in addition to the corner profiles (2, 3) running in the longitudinal direction, end wall profiles (4) running in the transverse direction and profiles carrying equipment are connected to fibers which have a higher modulus of elasticity than the material of the profiles.
6. Wagenkasten nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden der Nuten und/oder die Seiten derselben mit Längsrippen versehen sind.6. Car body according to claim 4, characterized in that the bottom of the grooves and/or the sides thereof are provided with longitudinal ribs.
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.7. Car body according to one of the preceding claims, characterized in that the strips or rods (13, 14, 15) made of the fiber composite material are connected to the aluminum profiles (2, 3, 4) by gluing.
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.From the viewpoint of energy consumption, it is important to reduce the weight of railway cars. One way to reduce the weight is to use a shell construction made of light metal, primarily aluminum, for the car body. The weight saving is particularly important for railcars that run on routes with stations that are close together and therefore have to be accelerated and braked in close succession.
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.With the same strength, a car body in a light alloy construction is considerably lighter than a corresponding car body in a steel construction. On the other hand, the rigidity of the car body in the light metal construction is significantly lower, which is related to the fact that the modulus of elasticity is lower. The modulus of elasticity for aluminum is only a third of that for steel. This is a disadvantage, since the rigidity is of great importance for the properties of a vehicle. A high level of rigidity causes a higher natural frequency. The stiffness must be such that the natural frequency is 10 Hz or more for normal speed trains, such as suburban trains, and 12 Hz or more for express or high-speed trains, so that undesirable vibrations do not occur. If the rigidity in a light metal car body is increased by coarser dimensions, so that the rigidity becomes the same as in a comparable steel car body, there is an insignificant or no weight saving.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Steifigkeit eines Wagenkastens in einer Leichtmetallkonstruktion ohne nennenswerte Gewichtserhöhung zu verbessern.The object of the present invention is to improve the rigidity of a car body in a light-metal construction without any appreciable increase in weight.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.The stated object is achieved according to the invention by the features specified in the characterizing part of claim 1.
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.Embodiments according to claims 2 and 3 are particularly preferred since the modulus of elasticity of the carbon fibers is 4 to 5 times as high as that of aluminum. Claims 4-7 indicate further preferred embodiments.
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.The carbon fiber composite material can either consist of prefabricated rods that are glued to the aluminum profiles, or it can also be applied in the form of wet strips of carbon fibers and uncured plastic that are placed in recesses in the aluminum profiles and attached to be hardened on the spot. In order to increase the contact area between the carbon fiber composite material and the aluminum profile, the grooves in the aluminum profiles can be provided with longitudinal ribs.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:An embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawing. It shows:
Figur 1 schematische Ansicht eines Wagenkastens,Figure 1 schematic view of a car body,
Figur 2 einen Querschnitt A durch einen Dachträger,Figure 2 shows a cross section A through a roof rack,
Figur 3 einen Querschnitt B durch einen Bodenträger, undFigure 3 shows a cross section B through a floor beam, and
Figur 4 einen Querschnitt C durch einen Querbalken.FIG. 4 shows a cross section C through a transom.
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.According to FIG. 1, a car body 1 in shell construction has extruded upper corner supports 2 and lower corner supports 3 running in the longitudinal direction, as well as floor supports 4 and roof supports 5 running in the transverse direction and standing side supports 6 made of aluminum.
Seiten, Dach, Stirnwände und Boden sind mit Blechen 7, 8, 9,10 bedeckt, die mit Öffnungen für Fenster, Türen usw. versehen sind.Sides, roof, end walls and floor are covered with sheets 7, 8, 9,10, which are provided with openings for windows, doors, etc.
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.The corner beams 2 and 3 running in the longitudinal direction according to FIGS. 2 and 3 are designed in the form of hollow profiles with grooves 11 and 12, respectively, in which rods 13 and 14, respectively, made of a carbon composite material are laid. These rods 13 and 14 are connected to the profiles 2 and 3, respectively, by gluing. The outer rod surfaces connect to the profile surfaces.
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.Transverse floor beams as shown in Figure 4 may be constructed as U-beams with carbon composite rods 15 inserted into grooves 16 in the flanges of beam 4.
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.Due to its great strength and high modulus of elasticity, a small area of carbon composite material can bring about the desired increase in the rigidity of the car body 1 in the illustrated attachment in the corners of the car body. The increase in weight becomes insignificant.
22
55
1010
1515
2020
2525
3030
3535
4040
4545
5050
1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings