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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hohlkammerprofilboden für ein Schienenfahrzeug. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Hohlkammerprofilboden, welcher einen Obergurt und einen Untergurt aufweist, welche über zwischen Obergurt und Untergurt verlaufende Streben und/oder Pfosten miteinander verbunden sind, wobei der Abstand zwischen dem Obergurt und dem Untergurt in einem ersten Bereich einem ersten Wert entspricht und der Abstand zwischen Obergurt und Untergurt in einem zweiten Bereich einem zweiten Wert entspricht und der erste Abstandswert kleiner dem zweiten Abstandswert ist.
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Stand der Technik
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Schienenfahrzeuge bilden komplexe Mehrkomponentensysteme, deren Materialzusammensetzung und bauliche Konstruktion durch eine Vielzahl unterschiedlichster Rahmenbedingungen eingeschränkt wird. So stellen gerade die im Bereich des Schienenfahrzeugbaus auftretenden Anforderungen an Sicherheit, Verlässlichkeit, Funktionalität und nicht zuletzt auch Wirtschaftlichkeit der technischen Umsetzung eine vielschichtige Herausforderung dar, welche in anderen Bereichen des Fahrzeugbaus in dieser Art gar nicht oder nur in abgeschwächter Form anzutreffen sind.
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Bisher wurden bei der Konstruktion von Böden in Schienenfahrzeugen Hohlkammerprofile verwendet, welche eine große Aufbauhöhe über die gesamte Fahrzeugbreite der Schienenfahrzeugkarosse aufwiesen. Insbesondere im Bereich der Drehgestelle von Schienenfahrzeugen wurde so der gesamte zur Verfügung stehende Bauraum durch die Aufbauhöhe der Bodenprofile belegt.
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Ein Drehgestell ist ein Laufwerk eines Schienenfahrzeugs, bei dem zwei oder mehr Radsätze gefedert in einem Rahmen gelagert werden, der sich in Kurven gegenüber dem Wagenkasten verdrehen kann. Diese sogenannte doppelte Drehschemellenkung ermöglicht die Konstruktion längerer Fahrzeuge oder eine Streckenlegung der Schienen mit einem engeren Kurvenradius.
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Moderne Drehgestelle weisen dabei eine doppelte Federung aus. Zum einen sind die Radsätze über die sogenannte Primärfederung gegenüber dem Drehgestellrahmen gefedert. Zum anderen ist das Drehgestell mittels einer Wiege im Bereich der die Verbindung zwischen Wagenkasten und Drehgestell ausbildenden Drehpfanne gegenüber dem Wagenkasten des Schienenfahrzeugs über die sogenannte Sekundärfederung gefedert.
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Die Federung des Drehgestells gegenüber dem Wagenkasten durch die Sekundärfederung verbessert dabei den Fahrkomfort des Schienenfahrzeugs. Bei hoher Geschwindigkeit kommt der Steifigkeit der Primärfederung und der Dämpfung der Drehbewegung über sogenannte Schlingerdämpfer eine hohe Bedeutung für die Stabilität des Sinuslaufs der Radsätze zu.
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Ein Sinuslauf tritt auf bei Rad-Schiene-Systemen mit konisch profilierten und starr gekoppelten Rädern auf, bei welchen sich das Radprofil nach außen hin verjüngt. In Kurven rollt das nach außen versetzte Rad mit größerem Umfang auf der Schiene ab als das zur Gleismitte versetzte Rad. Diese bleibt gegenüber dem äußeren Rad zurück, sodass die Achse in die Kurve einlenkt. Ein Sinuslauf tritt dabei bei einer Abweichung von der Schienenführung von Ideallinie auf, welche durch die Radprofilierung überkompensiert werden und so zu einer Schlingerbewegung führen. Diese Bewegung ist bei kleinen Amplituden sinusförmig mit einer konstanten Wellenlänge, wobei die Frequenz mit der Fahrgeschwindigkeit zunimmt. Bei hohen Geschwindigkeiten treten zusätzliche dynamische Kräfte auf, welche bis hin zum Zick-Zack-Lauf mit einem Anschlag der Spurkränze der Radsätze an die Schien führen können, sodass Maßnahmen zur Dämpfung getroffen werden müssen, um übermäßigen Verschleiß und maßgebliche Komforteinbußen zu vermeiden. Daher ist es notwendig im Bereich der Drehgestellt entsprechende Dämpfungs- und Federungskomponenten vorzusehen. Diese benötigen jedoch hinreichend freien Bauraum, sowohl zum Einbau derselben, als auch zu deren Wartung.
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Desweiteren befinden sich im Bereich der Drehgestelle auch die Antriebsmotoren moderner Schienenfahrzeuge, welche ihrerseits einen entsprechenden Bauraum in Anspruch nehmen.
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Die durch den Bereich der Drehgestelle zu führenden Steuer- und Versorgungsleitungen werden zurzeit entweder durch das Hohlkammerprofil geführt oder in separat unter dem Hohlkammerprofil montierten Kabelkanälen verlegt, wodurch sich der zur Verfügung stehende freie Bauraum jedoch deutlich weiter verkleinert. Eine Verlegung der Versorgungs- und Steuerleitungen durch das Hohlkammerprofil ist dabei äußerst Montageunfreundlich und sehr Zeitaufwendig, da hierbei dafür Sorge getragen werden muss, dass die Hohlkammerprofile, in welchen die Leitungen verlegt werden sollen, frei von etwaigen Verunreinigungen, wie beispielsweise Schweißpickeln, sind, um Beschädigungen der Leitungen bei der Montage oder während des Betriebs des Schienenfahrzeuges zu vermeiden.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen hinreichenden freien Bauraum zur Montage moderner Antriebs- und Federungssysteme im Bereich von Drehgestellen von Schienenfahrzeugen zur Verfügung zu stellen.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch gemäß Anspruch 1. Besondere Ausführungsformen der Erfindung werden in den Unteransprüchen wiedergegeben.
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Erfindungsgemäß vorgesehen ist hierzu ein Hohlkammerprofilboden für den ein Schienenfahrzeug, aufweisend einen Obergurt und einen Untergurt welche über zwischen dem Obergurt und dem Untergurtverlaufende Streben und/oder Pfosten miteinander verbunden sind, wobei der Abstand zwischen dem Obergurt und dem Untergurt in einem ersten Bereich einem Wert A entspricht und der Abstand zwischen Obergurt und Untergurt in einem zweiten Bereich einem Wert B entspricht, wobei der Wert A kleiner B ist.
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Zur Lösung der genannten Aufgabe wird somit ein gegenüber den bisher genutzten Hohlkammerprofilen zumindest im Bereich der Drehgestelle eines Schienenfahrzeugs deutlich verjüngtes Hohlkammerprofils vorgeschlagen. Das Hohlkammerprofil weist dabei örtliche Verstärkungen zur Übertragung der auftretenden Längskräfte auf. Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass das Hohlkammerprofil im Bereich der Querschnittmitte des Schienenfahrzeuges eine größere Stärke als im Randbereich des Querschnittes aufweist, um die im Schienenfahrzeug auftretenden Kupplungskräfte aufzunehmen und sicher ableiten zu können. Durch die Verjüngung des Hohlkammerprofils im Randbereich des Querschnittes wird Montageraum geschaffen, innerhalb welchem Versorgungs- und Steuerleitungen in Kabelkanälen geführt werden können, ohne dass dies zu einer Vergrößerung der Gesamtaufbauhöhe des Bodens führt.
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Dies vereinfacht die Montage von Steuer- und Versorgungsleitungen in diesem Bereich, da diese nicht mehr durch die Kammern des Hohlkammerprofils verlegt werden müssen, um auf die Montage von unterhalb des Hohlkammerprofils montierten Kabelkanälen zu Gunsten des Montageraumes verzichten zu können. Hierdurch wird eine zeit- und kostenaufwendige endoskopische Untersuchung der Hohlkammerprofile vermieden. Kabel und Rohre können vorkonfektioniert werden und in im Bereich des verjüngten Hohlkammerprofils befestigten Kabelkanälen verlegt werden. Dies erlaubt eine Rohr- und Kabelführung innerhalb der Bauraumhöhe der ursprünglich verwendeten Hohlkammerprofile bei gleichzeitiger leichter Zugänglichkeit und dadurch hoher Montagefreundlichkeit. Darüber hinaus kann das verstärkte Hohlkammerprofil im Bereich der Querschnittmitte zur Luftführung, beispielsweise zur Kühlung der Fahrmotoren, genutzt werden.
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Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hohlkammerprofilbodens ist es somit vorgesehen, dass der verjüngte Bereich des Hohlkammerprofils aus zwei Teilbereichen besteht, welche den stärkeren Bereich des Hohlkammerprofilbodens im Wesentlichen mittig einschließen. Dies hat den bereits zuvor beschrieben Vorteil, dass in dem Bereich der höchsten Krafteinwirkung eine hinreichende Aufnahmefähigkeit der auftretenden Zug- und Druckkräfte bereitgestellt ist und eine Ausleitung der Kräfte in die übrige Karossenstruktur erfolgen kann.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass, bezogen auf die Breite des Schienenfahrzeuges, der verjüngte Bereich des Hohlkammerprofilbodens größer ist als der stärkere Bereich des Bodens. Dabei kann es vorgesehen sein, dass die beiden verjüngten Teilbereiche, bezogen auf die Breite des Schienenfahrzeuges, einzeln jeweils kleiner sind als der stärkere Bereich des Bodens. Hierdurch wird der zur Verfügung gestellte Bauraum insbesondere im Bereich der Drehgestelle maximiert.
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Desweiteren kann es vorgesehen sein, dass zwischen den verjüngten Teilbereichen und dem stärkeren Bereich ein Übergangsbereich angeordnet ist, dessen Abstand zwischen Obergurt und Untergurt dem Wert C entspricht, wobei welcher zwischen den Werten A und B des verjüngten bzw. stärkeren Bereiches liegt. Durch das Vorsehen eines solchen Übergangsbereiches wird eine gleichmäßige Kraftausleitung der im mittleren, stärkeren Bereich des Bodens auftretenden Kräfte, insbesondere der Kupplungskräfte, in die übrige Fahrzeugstruktur, insbesondere die seitlichen Längsträger der Rohkarosse, sichergestellt.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Boden Auflager aufweist, über welche der Boden mit Längsträgern der Schienenfahrzeugkarosse verbunden ist. Die Verbindung zu den Längsträgern erfolgt dabei vorzugsweise stoffschlüssig oder kraft-formschlüssig. Dabei ist eine lösbare kraft-formschlüssige Fügung der Hohlkammerprofile an die Längsträger insbesondere bevorzugt, da so im Wartungsfall eine verbesserte Zugänglichkeit zum Unterflurbereich, insbesondere zu den Drehgestellen, erreicht werden kann.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Abstand zwischen Obergurt und Untergurt im Bereich der Auflager dem Abstand B des stärkeren Bereichs des Hohlkammerprofilbodens entspricht. Besonders bevorzugt ist dabei, dass sich an den Bereich der Auflager ein Übergangsbereich hin zu den verjüngten Bereichen des Hohlkammerprofilbodens anschließt, in welchem der Anstand zwischen Obergurt und Untergurt dem Abstand zwischen Obergurt und Untergurt im Übergangsbereich zwischen dem verjüngtem Bereich des Bodenprofils und der stärkeren Bereich des Bodenprofils entspricht. Durch eine solche Ausgestaltung der Profilübergänge wird eine gleichmäßige Kraftauslenkung in die übrigen Karosserieelemente, wie beispielsweise Längsträger, gewährleistet.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weißt der Hohlkammerprofilboden Befestigungsmittel zur unterflurigen Befestigung von Kabelkanälen auf. Diese Befestigungsmittel sind vorzugsweise in den Übergangsbereichen zwischen verjüngtem Profil und stärkerem Profil, sowie verjüngtem Profil und Auflagerbereich vorgesehen. Dies erlaubt eine Bauraumsparende Montage von Elementen wie beispielsweise Rohleitungen oder Kabelkanälen bei gleichzeitiger guter Zugänglichkeit dieser.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass der Hohlkammerprofilboden über die Breite des Schienenfahrzeuges aus wenigstens drei Elemente zusammengesetzt ist, wobei ein erstes und ein zweites Element einen Teil des verjüngten Hohlkammerprofils, den Übergangsbereich zum Auflagerbereich und den Auflagerbereich umfassen, während ein dritter Teil den stärkeren, mittleren Bereich des Hohlkammerprofilbodens sowie seitlich daran anschließend die Übergangsbereiche zu dem verjüngten Hohlkammerprofil und einen Teilbereich des verjüngten Hohlkammerprofils umfasst. Die drei Elemente können stoff- oder kraft- bzw. formschlüssig aneinandergefügt sein, wobei insbesondere eine stoffschlüssige Fügung oder eine formschlüssige Fügung über Formfügeelemente bevorzugt ist. Geeignete Formfügeelemente sind dabei beispielsweise Stifte oder Bolzen.
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Die Erfindung ist nachfolgen anhand von Figuren weiter erläutert.
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1 zeigt die Ausgestaltung eines Fahrzeugbodens gemäß Stand der Technik; und
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2 zeigt eine erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Hohlkammerprofilbodens für ein Schienenfahrzeug.
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1 zeigt die Ausgestaltung eines Fahrzeugbodens 800 über einem Drehgestell gemäß dem bisherigen Stand der Technik. Der Boden ist als ein Hohlkammerprofil 801 ausgeführt. Die Hohlkammern 802 müssen vor dem Einbringen der Leitungen endoskopisch untersucht werden, um etwaige Verunreinigungen innerhalb der Hohlkammern 802, die im Betrieb des Schienenfahrzeuges zu einer Beschädigung von innerhalb des Hohlkammerprofils 802 geführten Leitung führen könnten, zu erkennen und ggf. zu entfernen. Alternativ werden etwaige Steuer- und Versorgungsleitungen durch Kabelkanäle 803 geführt, welche unterhalb des Hohlkammerprofils 801 montiert werden müssen. Dies schränkt den freien Bauraum insbesondere im Bereich der Drehgestelle stark ein.
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2 zeigt eine erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Hohlkammerprofilbodens 100 für ein Schienenfahrzeug. Der Hohlkammerprofilboden 100 weist einen Obergurt 110 und einen Untergurt 120 auf, welche über zwischen dem Obergurt 110 und dem Untergurt 120 verlaufende Streben 130 und/oder Pfosten 140 miteinander verbunden sind. Der Abstand zwischen dem Obergurt 110 und dem Untergurt 120 enzspricht in einem ersten Bereich 200 einem Wert A. In einem zweiten Bereich 210 entspricht der Abstand zwischen Obergurt 110 und Untergurt 120 einem Wert B, wobei der Wert A kleiner B ist. Der verjüngte Bereich 200 besteht vorzugsweise aus zwei Teilbereichen 201, 202, wobei der stärkere Bereich 210 zwischen den Teilbereichen 201, 202 angeordnet ist. Dabei ist in der gezeigten Ausführungsform der Bereich 200 bezogen auf die Breite 300 des Schienenfahrzeuges insgesamt größer als der Bereich 210. Die Teilbereiche 201, 202 einzeln wiederum sind kleiner als der Bereich 210. Zwischen den Teilbereichen 201, 202 und dem Bereich 210 ist jeweils ein Übergangsbereich 220 angeordnet, dessen Abstand zwischen Obergurt 110 und Untergurt 120 dem Wert C entspricht, wobei C zwischen A und B liegt (A < C < B). Der Boden 100 weist Auflager 230, 231 auf, über welche dieser mit Längsträgern 310 der Schienenfahrzeugkarosse verbunden ist. Der Abstand zwischen Obergurt 110 und Untergurt (120) im Bereich dieser Auflager 230, 231 entspricht dem Abstand B im Bereich 210. An den Bereich der Auflager 230, 231 schließt sich ein Übergangsbereich 221 an, in welchem der Abstand zwischen Obergurt 110 und Untergurt 120 dem Abstand C des Übergangsbereichs 220 entspricht. An den Übergangsbereichen 220, 221 sind Befestigungsmittel 400 zur unterflurigen Befestigung von beispielsweise Kabelkanälen vorgesehen. Die Hohlkammern im stärkeren, mittleren Bereich 210 des Hohlkammerprofilbodens können als Luftführende Kanäle zur Zuführung von Kühlluft zu den in den Drehgestellen montierten Fahrmotoren genutzt werden. In der gezeigten Ausführungsform ist der Hohlkammerprofilboden 100 über die Breite 300 des Schienenfahrzeuges aus wenigstens drei Elementen 301, 302, 303 zusammengesetzt, wobei die Elemente 301 und 303 einen Teil des verjüngten Hohlkammerprofils 200, den Übergangsbereich 221 zum Auflagerbereich und die Auflager 230, 231 umfassen. Der dritte Teil 302 umfasst den stärkeren, mittleren Bereich 210 des Hohlkammerprofilbodens sowie seitlich daran anschließend die Übergangsbereiche 220 zu dem verjüngten Hohlkammerprofil 200 und einen Teilbereich des verjüngten Hohlkammerprofils 200. Die drei Elemente 301, 302, 303 sind stoffschlüssig aneinandergefügt.
