DE102014218413A1 - Vehicle head for attachment to the front side of a track-bound vehicle, in particular a rail vehicle - Google Patents
Vehicle head for attachment to the front side of a track-bound vehicle, in particular a rail vehicle Download PDFInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugkopf mit einer sich in Längsrichtung erstreckenden Fahrzeugkopfstruktur zur Befestigung an einer Stirnseite eines spurgebundenen Fahrzeuges, mit einer aus ersten Strukturelementen gebildeten selbsttragenden Rahmenstruktur, umfassend zwei jeweils seitlich zu einer Längsachse des Fahrzeugkopfes angeordnete, sich in vertikaler Richtung erstreckende A-Säulen, welche sich über einen Teilbereich des Fahrzeugkopfes in Längsrichtung erstreckend ausgeführt sind oder mit in Längsrichtung des Fahrzeugkopfes verlaufenden Seitenstreben verbunden sind, eine jeweils den oberen Bereich der beiden A-Säulen fest verbindende Dachstruktur und zumindest ein die A-Säulen quer zur Längsachse des Fahrzeugkopfes miteinander verbindendes Brüstungselement, sowie zwischen den A-Säulen am zumindest einen Brüstungselement angeordnete oder dieses integrierende Stirnwand und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnwand zumindest teilweise aus Faserverbundwerkstoff ausgebildet ist, und das einzelne Brüstungselement über einen Teilbereich seiner Erstreckung im Querschnitt betrachtet als Profilelement aus einem der nachfolgenden Materialien gebildet ist: – Metall, insbesondere Aluminium – Metall/Kunststoff-Verbund – Metall/Faser-Kunststoff-Verbund – Faser-Kunststoff-Verbund.The invention relates to a vehicle head having a longitudinally extending vehicle head structure for attachment to a front side of a track-bound vehicle, comprising a self-supporting frame structure formed from first structural elements, comprising two vertically extending A-pillars each arranged laterally to a longitudinal axis of the vehicle head. which are executed extending over a portion of the vehicle head in the longitudinal direction or are connected with running in the longitudinal direction of the vehicle head side struts, each one the upper portion of the two A-pillars firmly connecting roof structure and at least one A-pillars transverse to the longitudinal axis of the vehicle head interconnecting Parapet element, as well as between the A-pillars on at least one parapet element arranged or this integrating end wall and is characterized in that the end wall at least partially made of fiber composite material a is educated, and the single parapet element over a portion of its extension in cross-section viewed as a profile element is formed from one of the following materials: - metal, especially aluminum - metal / plastic composite - metal / fiber-plastic composite - fiber-plastic composite ,
Description
Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugkopf mit einer sich in Längsrichtung erstreckenden Fahrzeugkopfstruktur zur Befestigung an einer Stirnseite eines spurgebundenen Fahrzeuges, umfassend eine aus ersten Strukturelementen gebildete selbsttragende Rahmenstruktur, wobei zumindest ein Teil der ersten Strukturelemente eine, eine Tragstruktur aufweisende Unterbodenstruktur bilden, die mit anderen ersten Strukturelementen verbunden ist und die mit der Unterbodenstruktur verbundenen ersten Strukturelemente aus faserverstärktem Kunststoff ausgebildet sind.The invention relates to a vehicle head having a longitudinally extending vehicle head structure for attachment to a front side of a track-bound vehicle, comprising a self-supporting frame structure formed from first structural elements, wherein at least a portion of the first structural elements form a substructure having a support structure with other first structural elements is connected and connected to the underbody structure first structural elements made of fiber-reinforced plastic are formed.
Ein derartiger Fahrzeugkopf ist beispielsweise aus der Druckschrift
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und kostengünstige Ausgestaltung einer Fahrzeugkopfstruktur bei gleichzeitig hoher Verformungssteifigkeit und geringen Gewicht bereitzustellen. The invention has for its object to provide a simple and inexpensive design of a vehicle head structure at the same time high deformation stiffness and low weight.
Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 charakterisiert. Vorteilhafte Ausbildungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.The solution according to the invention is characterized by the features of
Ein Fahrzeugkopf mit einer sich in Längsrichtung erstreckenden Fahrzeugkopfstruktur zur Befestigung an einer Stirnseite eines spurgebundenen Fahrzeuges, mit einer aus ersten Strukturelementen gebildeten selbsttragenden Rahmenstruktur, umfassend zwei jeweils seitlich zu einer Längsachse des Fahrzeugkopfes angeordnete, sich in vertikaler Richtung erstreckende A-Säulen, welche sich über einen Teilbereich des Fahrzeugkopfes in Längsrichtung erstreckend ausgeführt sind oder mit in Längsrichtung des Fahrzeugkopfes verlaufenden Seitenstreben verbunden sind, eine jeweils den oberen Bereich der beiden A-Säulen fest verbindende Dachstruktur und zumindest ein die A-Säulen quer zur Längsachse des Fahrzeugkopfes miteinander verbindendes Brüstungselement, sowie zwischen den A-Säulen am zumindest einen Brüstungselement angeordnete oder dieses integrierende Stirnwand. Die erfindungsgemäße Lösung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnwand zumindest teilweise aus Faserverbundwerkstoff ausgebildet ist, und das Brüstungselement zumindest über einen Teilbereich seiner Erstreckung im Querschnitt betrachtet als Profilelement aus einem der nachfolgenden Materialien gebildet ist:
- – Metall, insbesondere Aluminium
- – Metall/Kunststoff-Verbund
- – Metall/Faser-Kunststoff-Verbund
- – Faser-Kunststoff-Verbund.
- - Metal, especially aluminum
- - Metal / plastic composite
- - Metal / fiber-plastic composite
- - fiber-plastic composite.
Vorzugsweise ist das einzelne Brüstungselement im Querschnitt betrachtet vollständig als Profilelement ausgebildet. Die erfindungsgemäße Lösung bietet den Vorteil einer einfach herstellbaren und kostengünstigen Ausbildung einer Fahrzeugkopfstruktur. Die zumindest teilweise Ausbildung als Profilelement bietet den Vorteil, auf standardisierte vorgefertigte Profilelemente zurückgreifen zu können.Preferably, the single parapet element is viewed in cross-section completely formed as a profile element. The solution according to the invention offers the advantage of an easily manufactured and cost-effective design of a vehicle head structure. The at least partial training as a profile element has the advantage of being able to rely on standardized prefabricated profile elements.
Eine besonders bevorzugte Ausführung des einzelnen Brüstungselementes aus Aluminium ermöglicht eine Fahrzeugkopfstruktur in Leichtbauweise, welche zusammen mit den anderen ersten Strukturelementen aus einem Faserverbundwerkstoff insgesamt einen Fahrzeugkopf mit hoher Festigkeit und Verformungssteifigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht bereitstellt. Auch hier kann auf standardisierte vorgefertigte Profilelemente zurückgegriffen werden.A particularly preferred embodiment of the single parapet element made of aluminum allows a lightweight vehicle head structure, which together with the other first structural elements made of a fiber composite material overall provides a vehicle head with high strength and deformation rigidity with low weight. Here, too, can be resorted to standardized prefabricated profile elements.
Die aus ersten Strukturelementen gebildete selbsttragende Rahmenstruktur stellt dabei im Allgemeinen ein Traggerüst dar, welches mit einer Außenhülle verkleidet wird. Diese kann ein- oder mehrteilig ausgeführt sein. Die Stirnwand ist vorzugsweise Bestandteil der Außenhülle.The self-supporting frame structure formed from first structural elements generally represents a support framework, which is clad with an outer shell. This can be carried out in one or more parts. The end wall is preferably part of the outer shell.
Das einzelne Brüstungselement ist in einer vorteilhaften Ausbildung über einen Teilbereich seiner Erstreckung im Querschnitt betrachtet als Profilelement gewählt aus der nachfolgenden Gruppe von Profilelementen ausgebildet:
- – Hohlprofil
- – Vollprofil
- – kombiniertes Voll-/Hohlprofilelement.
- - Hollow profile
- - solid profile
- - Combined solid / hollow profile element.
Die Verwendung von Profilelementen bietet den Vorteil, auf Standardbauteile zurückgreifen zu können, wobei in Abhängigkeit der Anordnung der Brüstungselemente durch die Wahl der Ausgestaltung eine belastungsgerechte Ausbildung mit einfachen Mitteln gegeben ist. The use of profile elements has the advantage of being able to fall back on standard components, depending on the arrangement of the parapet elements by the choice of the design a load-oriented training is given by simple means.
Im Einzelnen kann das einzelne Brüstungselement als Profilelement, umfassend zumindest einen Profilabschnitt mit einem Profilquerschnitt aus der nachfolgenden Gruppe oder einer Kombination aus diesen, ausgeführt sein:
- – T-Profil
- – U-oder C-Profil
- – Kastenprofil
- – Rohrprofil
- – Kreisprofil.
- - T-profile
- - U or C profile
- - box profile
- - pipe profile
- - Circular profile.
Der Einsatz entsprechender Profilelemente bietet den Vorteil geringen Materialbedarfs und eines geringen Gewichtes bei gleichzeitig hoher Steifigkeit.The use of corresponding profile elements offers the advantage of low material requirements and a low weight with high rigidity.
In einer Weiterbildung ist jeweils eine Mehrzahl von Brüstungselementen vorgesehen, wobei gemäß einer ersten Ausbildung wenigstens zwei Brüstungselemente parallel zueinander oder gemäß einer zweiten Ausbildung diagonal zueinander angeordnet sind. Die Ausbildungen bieten den Vorteil, auch flächenmäßig größeren Stirnseiten die erforderliche Steifigkeit zu verleihen und ferner der Rahmenstruktur im Stirnbereich die erforderliche Steifigkeit zu geben.In a further development, a plurality of parapet elements are respectively provided, wherein according to a first embodiment, at least two parapet elements are arranged parallel to one another or diagonally to one another according to a second embodiment. The designs offer the advantage of giving the required rigidity even in terms of surface area and also of giving the frame structure in the front region the required rigidity.
Bezüglich der Auswahl der Verbindungen zwischen dem einzelnen Brüstungselement mit der Stirnwand besteht eine Mehrzahl von Möglichkeiten. Die einzelne Verbindung kann aus einer der nachfolgend genannten Verbindungen oder einer Kombination aus diesen ausgewählt sein:
- – kraftschlüssige Verbindung
- – formschlüssige Verbindung
- – stoffschlüssige Verbindung
- - non-positive connection
- - positive-locking connection
- - cohesive connection
Vorzugsweise wird eine, zumindest in einer Richtung wirkende formschlüssige Verbindung und zusätzlich eine stoffschlüssige Verbindung gewählt. Der Form- und Stoffschluss ist in besonders vorteilhafter Ausbildung einander überlagernd vorgesehen, d.h. der formschlüssige Fügebereich entspricht auch dem stoffschlüssigen Fügebereich. Preferably, a form-fitting connection acting at least in one direction and additionally a material connection is selected. The form and material connection is provided superposed in a particularly advantageous embodiment of each other, i. the form-fitting joining area also corresponds to the cohesive joining area.
Bezüglich der Ausbildung der im Wesentlichen verformungssteifen selbsttragenden Rahmenstruktur besteht eine Mehrzahl von Möglichkeiten. In einer vorteilhaften Ausführung umfassen die ersten Strukturelemente zwei jeweils seitlich zu einer Längsachse des Fahrzeugkopfes angeordnete, sich in vertikaler Richtung erstreckende A-Säulen, welche sich über einen Teilbereich des Fahrzeugkopfes in Längsrichtung erstreckend ausgeführt sind oder mit in Längsrichtung des Fahrzeugkopfes verlaufenden Seitenstreben verbunden sind sowie eine jeweils den oberen Bereich der beiden A-Säulen fest verbindende Dachstruktur. Vorzugsweise werden einteilige Ausführungen für die A-Säulen gewählt. Diese sind dann bogenförmig ausgebildet und es kann auf separate Seitenstreben verzichtet werden.With respect to the formation of the substantially deformation-resistant self-supporting frame structure, there are a number of possibilities. In an advantageous embodiment, the first structural elements comprise two A-pillars which are arranged laterally to a longitudinal axis of the vehicle head and extend in the vertical direction over a partial region of the vehicle head, which are designed to extend in the longitudinal direction or are connected to side struts extending in the longitudinal direction of the vehicle head, and each one of the upper region of the two A-pillars firmly connecting roof structure. Preferably, one-piece designs are chosen for the A-pillars. These are then arcuate and it can be dispensed with separate side struts.
Da die Seitenstreben bzw. die A-Säulen im Crashfall extremen Belastungen ausgesetzt sind und insbesondere ein unkontrolliertes Verformen, d.h. Versagen dieser Strukturelemente verhindert werden muss, ist es bevorzugt, wenn diese Strukturelemente aus einem aus Faserverbundwerkstoff gebildeten Hohlprofil bestehen, in welchem optional zur weiteren Erhöhung der Steifigkeit vorzugsweise ein Stützstoff, insbesondere ein Stützschaum aufgenommen ist.Since the side struts and the A-pillars are exposed to extreme loads in the event of a crash and in particular an uncontrolled deformation, i. Failure of these structural elements must be prevented, it is preferred if these structural elements consist of a hollow profile formed from fiber composite material, in which optionally for further increasing the rigidity preferably a support material, in particular a support foam is added.
Die Dachstruktur ist bevorzugt in Sandwich-Bauweise aus einem Faserverbundwerkstoff ausgebildet. Andere Möglichkeiten sind denkbar.The roof structure is preferably formed in a sandwich construction of a fiber composite material. Other possibilities are conceivable.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind zumindest Teilbereichen einer einzelnen A-Säule und/oder der Stirnwand Wabenelemente zugeordnet und mit diesen verbunden. Diese sind zumindest teilweise aus einem Material, ausgewählt aus der nachfolgend genannten Gruppe ausgebildet:
- – Aluminium
- – Faserverbundwerkstoff
- – Metall
- – Metall/Kunststoff-Verbund
- – Metall/Faser-Kunststoff-Verbund
- - Aluminum
- - fiber composite material
- - metal
- - Metal / plastic composite
- - Metal / fiber-plastic composite
Das Vorsehen von Wabenelementen bietet den Vorteil, örtlich begrenzt zusätzlich erhöhte Steifigkeiten vorzusehen. Das einzelne Wabenelement ist mit dem jeweiligen Teilbereich einer einzelnen A-Säule und/oder der Stirnwand über eine Verbindung, gewählt aus der nachfolgenden Gruppe von Verbindungen verbunden ist:
- – kraftschlüssige Verbindung
- – formschlüssige Verbindung
- – stoffschlüssige Verbindung
- - non-positive connection
- - positive-locking connection
- - cohesive connection
Vorzugsweise finden stoffschlüssige Verbindungen Anwendung, da der Verbindungsbereich relativ frei wählbar ist und an den Anschlusselementen keine besonderen Merkmale vorzusehen sind.Bonded connections preferably find application, since the connection region is relatively freely selectable and no special features are to be provided on the connection elements.
In einer Weiterbildung sind zweite Strukturelemente vorgesehen, die derart mit den ersten Strukturelementen verbunden und ausgelegt sind, dass zumindest ein Teil der in einem Kollisionsfall des spurgebundenen Fahrzeugs aufgrund einer Stoßkraftübertragung anfallenden und in die Rahmenstruktur eingeleiteten Stoßenergie durch zumindest teilweise irreversible Verformung oder zumindest teilweise Zerstörung der zweiten Strukturelemente abgebaut wird. Die zweiten Strukturelemente sind somit mit Energieverzehr ausgeführt. Vorzugsweise besteht zumindest ein Teil der zweiten Strukturelemente wenigstens teilweise aus faserverstärktem Kunststoff, während die Strukturelemente des anderen Teils aus zumindest einem der nachfolgenden Materialen ausgebildet sind:
- – Metall
- – Metall/Kunststoff-Verbund
- – Metall/Faser-Kunststoff-Verbund.
- - metal
- - Metal / plastic composite
- - Metal / fiber-plastic composite.
Je nach Ausbildung der Energieverzehrelemente erfolgt bei Überschreitung einer kritischen Last eine nicht-duktile Zerfaserung dieser oder eine Verformung mit Bruch. Die Auswahl erfolgt in Abhängigkeit der Einsatzbedingungen.Depending on the design of the energy dissipation elements occurs when exceeding a critical load, a non-ductile defibration of this or a deformation with breakage. The selection depends on the conditions of use.
Die erfindungsgemäße Lösung ist nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt:The solution according to the invention is explained below with reference to figures. The following is shown in detail:
Die
Die Fahrzeugkopfstruktur
In vorteilhafter Ausbildung umfasst die Fahrzeugkopfstruktur
Die Unterbodenstruktur
Die aus ersten Strukturelementen gebildete selbsttragende Rahmenstruktur
Die A-Säulen
Die sich in Längsrichtung erstreckenden A-Säulen
- – Metall, insbesondere Aluminium
- – Metall/Kunststoff-Verbund
- – Metall/Faser-Kunststoff-Verbund.
- - Metal, especially aluminum
- - Metal / plastic composite
- - Metal / fiber-plastic composite.
Die Ausführung erlaubt eine formstabile selbsttragende Rahmenstruktur
Vorzugsweise ist desweiteren die einzelne A-Säule
- – GFK,
- – Aramid,
- – Dyneema und/oder
- – CFK.
- - GRP,
- - Aramid,
- - Dyneema and / or
- - CFRP.
Diese können zumindest einen Bereich, gebildet aus einem aus Faserverbundwerkstoff gebildeten Hohlprofil
Die
Die
- – T-Profil
- – U-oder C-Profil
- – Kastenprofil
- – Rohrprofil
- – Kreisprofil.
- - T-profile
- - U or C profile
- - box profile
- - pipe profile
- - Circular profile.
Der Stoffschluss wird vorzugsweise durch Adhäsion, insbesondere Verkleben erzeugt. The fabric bond is preferably produced by adhesion, in particular bonding.
Die
Die
Sind die zweiten Strukturelemente innerhalb eines durch die Außenhülle
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Fahrzeugkopf vehicle head
- 22
- Fahrzeugkopfstruktur Vehicle head structure
- 33
- erste Strukturelemente first structural elements
- 44
- zweite Strukturelemente second structural elements
- 55
- Rahmenstruktur frame structure
- 66
- Tragstruktur supporting structure
- 77
- Unterbodenstruktur Underbody structure
- 88th
- Flächenelement surface element
- 99
- Boden ground
- 1010
- Fahrzeugführerstand Vehicle cab
- 1111
- Traggerüst shoring
- 1212
- Außenhülle outer shell
- 1313
- Dachstruktur roof structure
- 1414
- A-Säule A column
- 1515
- erster Teilbereich first subarea
- 1616
- zweiter Teilbereich second subarea
- 1717
- Brüstungselement spandrel
- 18 18
- Anlenkung KupplungLinkage coupling
- 1919
- Zwischenlage liner
- 2020
- Stirnseite/Stirnwand End side / end wall
- 2121
- Wand wall
- 2222
- Hohlprofil hollow profile
- 23, 23a, 23b23, 23a, 23b
- Stützschaum support foam
- 2424
- Platten plates
- 2525
- Verbindung connection
- 2626
- Wabenelement honeycomb
- LL
- Längsachse longitudinal axis
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 2010/029188 [0002] WO 2010/029188 [0002]
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Legal Events
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