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Die Erfindung betrifft eine Fensteranordnung für ein Schienenfahrzeug mit einem Fahrzeugaufbau, mit einer Fensteröffnung, die im Fahrzeugaufbau ausgespart ist, und mit einer Fensterscheibe, die die Fensteröffnung zumindest abschnittsweise verschließt, wobei die Fensterscheibe mit Löchern und der Fahrzeugaufbau mit Bohrungen versehen ist. Ferner betrifft die Erfindung ein entsprechendes Schienenfahrzeug mit einer solchen Fensteranordnung. Eine solche Fensteranordnung und ein entsprechendes Schienenfahrzeug sind aus der
EP 0 533 566 A2 bekannt.
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Aufgrund der Anordnung von Fenstern beispielsweise in der Seitenwand von Schienenfahrzeugen muss der Fahrzeugaufbau um die Fensteröffnungen herum besonders stabil ausgeführt werden, um die vollständige Last aufnehmen zu können, was ein erhöhtes Gesamtgewicht der Schienenfahrzeuge zur Folge hat. Um das Gesamtgewicht zu reduzieren ist es zwar bekannt, den Fahrzeugaufbau statt aus Vollmaterial auf Grundlage einer Rahmenkonstruktion bzw. unter Verwendung von Aluminiumprofilen herzustellen. Dies führt aber zu einem erhöhten Konstruktionsaufwand und zu entsprechend erhöhten Herstellungskosten.
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Um ein möglichst geringes Fahrzeuggewicht zu erreichen, werden außerdem häufig bestimmte Fahrzeugkomponenten dazu verwendet, die auf das Fahrzeug wirkende Last teilweise zu übernehmen. Beispielsweise werden Zusatzluftbehälter auch als Teil des tragenden Rahmens verwendet. Auch ist es bekannt, Teile der Außenvertäfelung zu tragenden Zwecken heranzuziehen. Ein Bereich, der noch nicht in die tragende Struktur eines Schienenfahrzeugs aufgenommen wurde, sind die Fenster.
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Bei Schienenfahrzeugen sind verschiedene Fensteranordnungen bekannt, bei denen eine Fensterscheibe mit dem Fahrzeugaufbau im Bereich einer Fensteröffnung verbunden wird. So ist es beispielsweise bekannt, die Fensterscheibe, bei der es sich um eine Einzelscheibe oder um einen Teil eines Fensters mit Mehrscheibenverglasung handeln kann, durch eine elastische Klebeverbindung mit dem Fahrzeugaufbau unmittelbar zu verbinden.
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Bei einer alternativen Fensteranordnung wird die Fensterscheibe über einen Gummirahmen mit dem Fahrzeugaufbau verbunden.
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Im Stand der Technik sind auch Kombinationen von elastischen Klebeverbindungen und Gummirahmen zur Befestigung von Fensterscheiben am Fahrzeugaufbau bekannt.
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Schließlich ist es bekannt, die Fensterscheibe mit einem Metallrahmen zu verkleben und den Metallrahmen anschließend am Fahrzeugaufbau anzuschrauben. Eine solche Fensteranordnung ist beispielsweise bekannt aus der
EP 0 144 620 B1 oder der
EP 064 583 B1 .
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Bei allen zuvor beschriebenen Fensteranordnungen besteht das Problem, dass sie nicht als tragendes Bauteil bei einem Schienenfahrzeug geeignet sind, da die Befestigungsweise der jeweiligen Fensterscheibe, die in der Fensteranordnung das den Hauptteil der Last tragende Bauteil bilden würde, statisch zu unbestimmt ist, was das Wissen über die genaue Größe der Reaktionskraft betrifft, die aus der zwangsläufigen Durchbiegung in Hauptbelastungsrichtung der Fensterscheibe resultiert.
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Bei Fensterscheiben, die in Gummirahmen gehalten sind, ist die Größe der Scherkräfte, die bei dieser Art der Befestigung aufgenommen werden könnten, viel zu gering, um einen nennenswerten Beitrag zur Lastaufnahme beizusteuern. Hinzu kommt bei diesem Material eine starke Temperaturabhängigkeit des Elastizitätsmoduls, die ebenfalls unerwünscht ist.
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Bei mittels Verklebung befestigten Fensterscheiben könnten zwar grundsätzlich deutlich höhere Lasten aufgenommen werden, wobei allerdings in der Praxis das mangelnde Wissen um die aus Biegung und Verschiebung resultierenden Reaktionskräfte bisher. davon abgehalten hat, geklebte Fensterscheiben in die tragende Struktur eines Schienenfahrzeugs einzubinden.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fensteranordnung bereitzustellen, die in einfacher Weise eine signifikante Gewichtsreduktion eines Schienenfahrzeugs ermöglicht.
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Die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe wird gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung bei einer Fensteranordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass Befestigungsmittel durch die Löcher in die Bohrungen geführt sind, wobei zwischen dem jeweiligen Befestigungsmittel und der Innenwand des jeweiligen Lochs mindestens ein Dämpfungselement angeordnet ist und wobei die Fensterscheibe Teil der tragenden Fahrzeugstruktur ist.
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Indem die Fensterscheibe mit Löchern, gemeint ist hier jegliche Form von Ausnehmungen, versehen ist, durch die Befestigungsmittel geführt sind, die in der tragenden Struktur des Fahrzeugaufbaus verankert sind, und indem ferner ein Dämpfungselement zwischen Befestigungsmittel und damit im belasteten Zustand zusammenwirkender Innenwand des Lochs angeordnet ist, ist es möglich, die Fensterscheibe derart in die tragende Struktur zu integrieren, dass die auf die Fensterscheibe wirkenden Kräfte und entsprechenden Reaktionskräfte bereits vor der Montage exakt berechnet werden können. Insbesondere wird dies dadurch ermöglicht, dass die Fensterscheibe an exakt definierten Punkten, nämlich ausschließlich über die Löcher, mit dem Fahrzeugaufbau verbunden ist und daher Kräfte nur über diese Punkte an die Fensterscheibe übertragen und von der Fensterscheibe abgegeben werden. Auch die physikalischen Eigenschaften der Dämpfungselemente, beispielsweise die Federkonstante von entsprechenden Federn, sind zur Berechnung der Kräfte der Reaktionskräfte bekannt.
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Die Dämpfungselemente haben außerdem den Vorteil, dass Stöße bzw. Schwingungen abgefangen oder zumindest gedämpft werden.
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Gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Fensteranordnung wird das Dämpfungselement von einem Gewebe gebildet. Das Gewebe kann zumindest teilweise aus Metall, insbesondere Stahl, vorzugsweise Edelstahl oder Federstahl, bestehen. Beispielsweise kann das Gewebe als Drahtgeflecht ausgebildet sein. Die Verwendung von Metall als Dämpfungsmaterial hat neben guten Feder- und Dämpfungseigenschaften auch den Vorteil einer vernachlässigbar geringen Temperaturabhängigkeit des Elastizitätsmoduls.
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Grundsätzlich wäre zwar auch der Einsatz anderer Materialien, beispielsweise Gummi, denkbar, wobei aber in diesem Fall auch die Temperaturabhängigkeit berücksichtigt werden muss. In letzterem Fall sollten daher die Fensterscheiben nur in Bereichen mit möglichst geringen Temperaturschwankungen, beispielsweise im Innenraum des Schienenfahrzeugs, angeordnet werden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Fensteranordnung ist vorgesehen, dass das Dämpfungselement, insbesondere das Gewebe, an der Innenwand des jeweiligen Lochs vollständig umläuft. Dabei ist es denkbar, dass das Dämpfungselement hülsenförmig ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist gemäß dieser Ausgestaltung das Befestigungsmittel vollständig in diesem Bereich von dem Dämpfungselement bzw. dem Gewebe umgeben. Auf diese Weise können Kräfte in verschiedenen Richtungen gedämpft bzw. aufgefangen werden.
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Eine optimale Befestigung der Fensterscheibe an der tragenden Struktur wird erreicht, wenn gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Fensteranordnung die Bohrungen im Fahrzeugaufbau, die insbesondere Sacklochbohrungen sind, mit einem Innengewinde versehen sind und die Befestigungsmittel als Schrauben ausgebildet sind. Auf diese Weise läßt sich die Kraft, mit der die Fensterscheibe an den Fahrzeugaufbau gedrückt wird, beliebig einstellen und kann insbesondere im Laufe der Zeit nachgestellt werden, wenn beispielsweise die Dichtwirkung einer zwischen Fensterscheibe und Fahrzeugaufbau vorgesehenen Dichtung nachgelassen hat. Auf diese Weise kann die Kraft, mit der die Dichtung an die Fensterscheibe bzw. den Fahrzeugaufbau drückt, immer optimal eingestellt werden.
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Vorzugsweise ist bei Verwendung von Schrauben, die mit einem Innengewinde in den Bohrungen zusammenwirken, das Dämpfungselement zwischen dem Schraubenschaft und der Innenwand des jeweiligen Lochs angeordnet. Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass das Dämpfungselement zwischen dem Schraubenkopf und der Innenwand des jeweiligen Lochs angeordnet ist. In letzterem Fall kann also auch der Schraubenkopf in Kombination mit dem Dämpfungselement dazu verwendet werden, Schwingungen und Stöße aufzufangen bzw. zu dämpfen.
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Gemäß noch einer weiteren Ausgestaltung kann, insbesondere bei Verwendung von Schrauben als Befestigungsmittel, bei der erfindungsgemäßen Fensteranordnung vorgesehen sein, dass das jeweilige Loch, durch welches das Befestigungsmittel geführt ist, mindestens zwei in Längsrichtung des Lochs benachbarte Teilabschnitte mit unterschiedlichen Querschnitten, insbesondere Durchmessern, aufweist. Auf diese Weise läßt sich erreichen, dass der äußere Teil des Befestigungsmittels, beispielsweise der Schraubenkopf, vollständig oder zumindest teilweise in der Fensterscheibe versenkbar ist. Die besagten beiden Teilabschnitte mit den unterschiedlichen Querschnitten müssen dabei nicht zwangsläufig eine zur Längsebene der Fensterscheibe senkrechte Innenwand aufweisen und dementsprechend durch eine Abstufung voneinander getrennt sein. Es ist auch denkbar, dass die Seitenwand eines oder beider Teilabschnitte einen schrägen Verlauf hat, wobei die Innenwand des oberen Teilabschnitts auch mit der Innenwand des unteren Teilabschnitts fluchten kann.
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Dabei kann außerdem vorgesehen sein, dass das Dämpfungselement in dem Loch nur im Bereich des Teilabschnitts mit dem kleinsten Querschnitt angeordnet ist, welches in der Regel der Teilabschnitt ist, der benachbart zum Schraubenschaft angeordnet ist. Das Dämpfungselement kann aber auch so ausgebildet sein, insbesondere in einer mehrteiligen Form, dass ein Teil davon im oberen Teilabschnitt, beispielsweise zwischen Schraubenkopf und Fensterscheibe, und der andere Teil im unteren Teilabschnitt, beispielsweise zwischen Schraubenkopf und Fensterscheibe, angeordnet ist.
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Gemäß wiederum einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Fensteranordnung ist die Fensterscheibe innenseitig am Fahrzeugaufbau befestigt. Auf diese Weise wird das Risiko des Eindringens von Feuchtigkeit reduziert, da das Vorhandensein eines Dämpfungselements, insbesondere wenn dieses aus einem Gewebe oder Geflecht besteht, ein Eindringen von Feuchtigkeit im Bereich der Schrauben begünstigt. Wenn die Fensterscheiben innenseitig am Fahrzeugaufbau befestigt sind, sind die Schrauben oder anderen Befestigungsmittel nicht der äußeren Umgebung des Schienenfahrzeugs ausgesetzt. Es ist aber auch denkbar, die Fensterscheibe außenseitig am Fahrzeugaufbau anzuordnen, wobei dann besonderen Wert auf das Vorhandensein einer Dichtung zwischen Fensterscheibe und Fahrzeugaufbau gelegt werden sollte. Eine solche Dichtung ist vorzugsweise zwischen der Innenkante der Fensteröffnung und der Schraube vorzusehen, so dass eventuell durch die Löcher in der Fensterscheibe eindringende Feuchtigkeit durch die Dichtung zwischen Schraube und Fensteröffnung abgehalten wird, ins Fahrzeuginnere durchzutreten.
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Die Fensterscheibe ist gemäß wiederum einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Fensteranordnung Bestandteil eines Fensters mit Mehrscheibenverglasung, vorzugsweise eines Fensters mit einer zweiten, zur ersten Fensterscheibe parallelen Fensterscheibe. Dabei kann die zweite Fensterscheibe kleiner als die am Fahrzeugaufbau befestigte erste Fensterscheibe sein, wobei die zweite Fensterscheibe vorzugsweise innerhalb der Fensteröffnung angeordnet ist. Auf diese Weise läßt sich auch ein Fenster mit mehr als einer Fensterscheibe in die tragende Struktur des Fahrzeugaufbaus integrieren. Eine Mehrscheibenverglasung hat außerdem den Vorteil einer besseren Wärme- und Geräuschdämmung.
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Schließlich wird die Aufgabe gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung gelöst durch ein Schienenfahrzeug mit einer Fensteranordnung der zuvor beschriebenen Art.
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Das Schienenfahrzeug kann durch die Verwendung der besonderen Fensteranordnung besonders kostengünstig hergestellt werden, da die Fensterscheiben als Teil der tragenden Fahrzeugstruktur verwendet werden. Aufgrund der exakt definierten Punkte, an denen Kräfte auf die jeweilige Fensterscheibe wirken, läßt sich vor der Montage des Schienenfahrzeugs genau berechnen, welchen Anteil an der auftretenden Last von den Fensterscheiben aufgenommen und übertragen werden kann und um wie viel die Steifigkeit und Stabilität des Fahrzeugaufbaus, also beispielsweise auch die Wanddicke, gegenüber dem Stand der Technik reduziert werden kann.
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Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Fensteranordnung und das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird einerseits verwiesen auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Fensteranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung und
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2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Fensteranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Fensteranordnung 1 ist eine Fensterscheibe 4 im Bereich einer Fensteröffnung 3 an einem Fahrzeugaufbau 2 eines Schienenfahrzeugs (nicht dargestellt) angeordnet, so dass die Fensteröffnung 3 von der Fensterscheibe 4 verschlossen wird. Eine solche Fensteranordnung 1 ist beispielsweise in einer Seitenwand des Fahrzeugaufbaus 2 vorstellbar.
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Die Fensterscheibe 4 ist am Fahrzeugaufbau 2 mit Befestigungsmitteln 7 in Form von Schrauben 12 befestigt, die durch Löcher 5 in der jeweiligen Fensterscheibe 4 geführt und in Bohrungen 6, die ein Innengewinde 11 aufweisen, verankert sind.
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Um eine exakt definierte Übertragung der auftretenden Kräfte vom Fahrzeugaufbau 2 an die Fensterscheibe 4 bzw. von der Fensterscheibe 4 an den Fahrzeugaufbau 2 zu erreichen, ist ein Dämpfungselement 9 zwischen der Schraube 12 und der Innenwand 8 des jeweiligen Lochs 5 angeordnet.
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Im in 1 dargestellten Fall ist das Dämpfungselement 9, das als Gewebe 10 aus Federstahl ausgebildet ist, im Bereich des Lochs 5 vollständig um den Schraubenschaft 12a herum angeordnet, so dass Stöße und Schwingungen in verschiedenen Richtungen von dem Dämpfungselement gedämpft oder abgefangen werden können.
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Der Schraubenkopf 12b ist im Bereich der Fensterscheibe 4 nicht von besagtem Gewebe umgeben. Gleichwohl liegt der Schraubenkopf 12b aber nicht an der Innenwand 8 der Fensterscheibe 4 an, sondern ist beabstandet von dieser gehalten, um bei eventuellen Stößen oder Schwingungen nicht mit der Innenwand 8 in Kontakt zu kommen und dadurch die Fensterscheibe 4 zu beschädigen.
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Um den Schraubenkopf 12b in der Fensterscheibe 4 vollständig zu versenken, ist das in der Fensterscheibe 4 vorgesehene Loch 5 in zwei Teilabschnitte 5a und 5b unterteilt, wobei der Teilabschnitt 5a einen kleineren Durchmesser als der Teilabschnitt 5b hat. Im Teilabschnitt 5a ist dann der obere Teil des Schraubenschaftes 12a sowie das Gewebe 10 angeordnet, wohingegen im Teilabschnitt 5b mit dem größeren Durchmesser der Schraubenkopf 12b angeordnet ist.
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2 zeigt ebenfalls eine Fensteranordnung 1 für ein Schienenfahrzeug (nicht dargestellt) mit einem Aufbau, wie er zuvor beschrieben wurde. Im Unterschied zur 1 ist das Dämpfungselement 9 jedoch zweiteilig ausgebildet, wobei ein Teil 9a zwischen dem oberen Teil des Schraubenschaftes 12a und der Innenwand 8 der Fensterscheibe 4 und der andere Teil 12b zwischen dem Schraubenkopf 12b und der Innenwand 8' der Fensterscheibe 4 angeordnet ist. Dabei bezeichnet 8' den Teil der Innenwand 8 in dem Teilabschnitt 5b des Lochs 5 mit dem größeren Durchmesser, welcher Teilabschnitt 5b dazu dient, den Schraubenkopf 12b aufzunehmen.
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Ein weiterer Unterschied zu der in 1 dargestellten Variante ist, dass gemäß 2 ein Fenster 13 mit Mehrscheibenverglasung vorgesehen ist, bei dem die erste Fensterscheibe 4 über die Befestigungsmittel 7, das heißt die Schrauben 12, am Fahrzeugaufbau 2 fixiert ist und die zweite Fensterscheibe 4', die kleiner als die erste Fensterscheibe 4 ist, innerhalb der Fensteröffnung 3 angeordnet ist. Die zweite Fensterscheibe 4' weist demnach im Gegensatz zur Fensterscheibe 4 keine Löcher zur Befestigung am Fahrzeugaufbau auf.
