DE102017102553A1

DE102017102553A1 - Seitenwand eines Wagenkastens für ein Schienenfahrzeug

Info

Publication number: DE102017102553A1
Application number: DE102017102553.7A
Authority: DE
Inventors: Chongcheng Zhong; Xiaojun Deng; Peipei Wu; Yingcan Hu; Tao Li; Yongfeng Tai; Werner Hufenbach; Andreas Ulbricht
Original assignee: CRRC Qingdao Sifang Co Ltd; CG Rail GmbH
Current assignee: CRRC Qingdao Sifang Co Ltd; CG Rail GmbH
Priority date: 2017-02-09
Filing date: 2017-02-09
Publication date: 2018-08-09

Abstract

Die Erfindung betrifft die Seitenwand eines Wagenkastens für ein Schienenfahrzeug zur Personenbeförderung, insbesondere für den Einsatz im Kurzstreckenbetrieb, wie bei U- und S-Bahnen, bei denen die Schienenfahrzeuge oder die aus ihnen gebildeten Zugeinheiten in kurzen Intervallen beschleunigt und abgebremst werden müssen.Die Seitenwand besteht aus einem oberen Längsträger, welcher als durchgehendes Mehrkammerhohlprofil ausgebildet ist und einem unteren Längsträger, welcher als durchgehendes Mehrkammerhohlprofil ausgebildet ist. Weiterhin besteht die Seitenwand aus mindestens einem platten-, schalen- oder halbschalenförmig ausgebildeten Seitenwandsegment sowie mindestens einer zwischen dem oberen und unteren Längsträger verlaufender vertikalen Säule. Dabei besteht die Seitenwand zumindest teilweise aus faserverstärktem Kunststoffverbund.

Description

Die Erfindung betrifft die Seitenwand eines Wagenkastens für ein Schienenfahrzeug zur Personenbeförderung, insbesondere für den Einsatz im Kurzstreckenbetrieb, wie bei U- und S-Bahnen, bei denen die Schienenfahrzeuge oder die aus ihnen gebildeten Zugeinheiten in kurzen Intervallen beschleunigt und abgebremst werden müssen.
In konventioneller Bauweise besteht der Wagenkasten eines Schienenfahrzeuges aus einem Untergestell (auch Unterboden genannt), zwei Seitenwänden sowie einem Dach. Dabei weisen die Seitenwände eine tragende, skelettartige Tragstruktur auf, bei der Stahlleichtbauprofile miteinander oder mit einem Dünnblech, das die äußere Verkleidung bildet, mit bekannten Schweißverfahren verbunden sind.
Für die Tragstruktur und die Verkleidung werden neben Stahl- und Stahlleichtbauprofilen und Dünnblechen zunehmend leichte und korrosionsresistente Werkstoffe aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen verwendet. Dabei wird das Aluminium zum Erhalt einer höheren Stabilität als Kammerprofil verbaut. Allerdings weisen auch Aluminium-Bauteile bei falschem Einbau eine Anfälligkeit für Korrosion auf.
Nachteile dieser Differenzialbauweise sind der hohe Aufwand für die Fertigung der Elemente der Tragstruktur und der Verkleidung und die hohe Korrosionsanfälligkeit durch die form- oder stoffschlüssige Verbindung der Stahl- oder Stahlleichtbauteile untereinander oder mit anderen Werkstoffen. So kommt es in Folge der Kondenswasserbildung insbesondere im Bereich der Fenster- und Türausschnitte in den Seitenwänden zu starker Korrosion, so dass die tragenden Baugruppen im Bereich der Seitenwände beziehungsweise im Übergangsbereich zwischen Dach und Seitenwand regelmäßig nach ca. 15 bis 17 Jahren ausgetauscht werden müssen.
Neben der klassischen Skelettbauweise bei Seitenwänden, gibt es seit Jahren Bemühungen, alternative Konstruktionsprinzipien in die Praxis überzuleiten.
So ist aus der DE 196 19 212 A1 der Wagenkasten eines Schienenfahrzeuges bekannt, der im Wesentlichen aus horizontalen und vertikalen Wandungen besteht, wobei die horizontalen Wandungen dem Bilden eines Bodens sowie eines Daches dienen und die vertikalen, insbesondere Seitenwände bildenden Wandungen, den Einbau mindestens eines Fensters und einer Eingangstür durch entsprechende Ausschnitte ermöglichen.
Dabei werden für die Fertigung des Wagenkastens Module verwendet, die aus faserverstärktem Kunststoff gebildet sind und die im Schnitt senkrecht zur Wagenkastenlängsachse jeweils hälftige Module bilden.
Jeweils zwei dieser komplementär angeordneten und in der Fahrzeugquermitte zusammentreffenden, hälftigen Module bilden dabei eine Längssektion.
Der gesamte Wagenkasten besteht aus einer Vielzahl von jeweils zwei hälftigen Modulen, die untereinander mit geeigneten Mitteln verbunden sind. Die hälftigen Module weisen dabei besonders bevorzugt eine Innenwand und eine Außenwand auf, die eine Kernschicht umgeben, wobei diese mit guten Eigenschaften hinsichtlich Wärme- und Schallisolierung ausgebildet ist. Bevorzugt sind die Innenwand und die Außenwand aus faserverstärktem Kunststoff gefertigt.
Besonders bevorzugt umfassen die faserverstärkten Kunststoffe Glas-, Kohlenstoff-, Aramid- und / oder Naturfasern. Bevorzugt umfassen die als Matrix vorgesehenen Kunststoffe Epoxidharze, ungesättigte Polyesterharze, Vinylesterharze oder Phenolharze.
Ein Nachteil dieser Konstruktionsbauweise resultiert aus der Größe der dreidimensional ausgebildeten Module. Zudem bilden die aneinandergrenzenden Modulhälften im Bereich des Wagenkastenbodens und im Dachbereich mittig einen durchgehenden Stumpfstoß, so dass bei üblichen Belastungssituationen, bei denen der Wagenkasten auf Torsion beansprucht wird, mit einer frühzeitigen Ermüdung des Werkstoffes in dieser Fügezone gerechnet werden muss.
Aus der GB 2 030 934 A ist eine Karosserie für ein Fahrzeug und ein mit dieser Karosserie ausgestattetes Fahrzeug bekannt.
Dabei besteht die Karosserie aus modularen Teilsegmenten, die aneinandergrenzend so miteinander verbunden sind, dass die Segmentmodule zugleich einen Teilbereich des Karosseriedaches bilden. Dazu weisen die Teilsegmente eine abgewinkelte Verlängerung auf.
Um der Karosserie die notwendige Festigkeit zu verleihen, werden die einzelnen Module jeweils in überlagerter Form montiert. Durch die Verwendung klassischer Konstruktionswerkstoffe, wie Stahl, kommt es in dem Überlapp- bzw. Stoßbereich der aneinandergrenzenden Teilsegmente bzw. Segmentmodule zu starken Korrosionserscheinungen. Auch erfordert die Vorfertigung der dreidimensional geformten Teilsegmente und der sie verbindenden Profile eine hohe Fertigungsgenauigkeit.
Beim Verschweißen der Teilsegmente untereinander, beziehungsweise mit den sie verbindenden Profilen, werden vergleichsweise große Wärmemengen in die Konstruktionsteile eingebracht, was zu stärkerem Verzug und daraus resultierenden Fertigungsungenauigkeiten führt. Ebenso wird durch die vergleichsweise große Wärmeeinflusszone das Gefüge geschwächt. Durch den ungewollten Wärmeeintrag kommt es zudem regelmäßig zum Ausbeulen oder Verformen der dünnwandigen, die Wagenkastenaußenhaut bildenden Segmentmodule. Diese Bereiche mit den signifikanten Verformungen müssen durch weiteren Wärmeeintrag und den Eintrag mechanischer Energie (Normalglühen, Spannungsarmglühen, Richten) aufwendig nachgearbeitet werden. Zudem ist es im Regelfall erforderlich, die sichtbaren Außenflächen aufwendig zu spachteln und zu verschleifen, um einen ansprechenden Gesamteindruck des Wagenkastens zu realisieren.
Falls die Segmentmodule untereinander beziehungsweise mit den angrenzenden Profilen durch Schraub- oder Nietverbindungen verbunden werden, so wird dadurch die Gefahr der Spaltkorrosion in der Verbindungszone stark gefördert. Da zudem die verwendeten Verbindungssegmente und die Segmentmodule aus unterschiedlichen Stählen bzw. Stahllegierungen bestehen, kann es zu frühzeitiger Kontaktkorrosionsbildung kommen.
Aus der DE 10 2009 045 202 A1 ist ein modularer Wagenkasten in Leichtbauweise bekannt, der ebenfalls insbesondere für den Einsatz in Hochgeschwindigkeits-Schienenfahrzeugen konzipiert ist. Dazu weist der Wagenkasten für ein Personen-Schienenfahrzeug mehrere, in Umfangsrichtung um eine Längsachse geschlossene, Wagenkastenmodule auf, wobei benachbarte Wagenkastenmodule über in Umfangsrichtung geschlossene, ringartige Kopplungsmodule miteinander verbunden sind. Die Wagenkastenmodule selbst sind aus mehreren Modulelementen gebildet, die miteinander verbunden sind. Die Modulelemente können als Flächenelemente ausgebildet und als Faserverbundkunststoff oder Sandwichelement ausgeführt sein. Die Seitenwandungen der Einstiegsmodule weisen Aussparungen für Fenster bzw. Türen auf.
In der EP 0 926 036 A1 wird der Wagenkasten eines Schienenfahrzeuges offenbart, welcher aus Bodenplatte, Stirnwänden, Seitenwänden und Dach besteht. Dabei enthält die jeweilige Seitenwand Fenstersäulen und zumindest ein einteiliges über die vollständige Länge des Wagenkastens reichendes Hohlkammerprofil, welches eine Außenwandung, eine Innenwandung und diese beiden Wandungen verbindende Stege aufweist. Dabei ist das Hohlkammerprofil der Seitenwand aus Faserverbundstoff mit Fasern aus Kohlenstoff oder Glas hergestellt.
Aus EP 1 138 567 A2 ist bekannt, dass ein modular aufgebauter Wagenkasten eines Schienenfahrzeuges in Faserverbundbauweise ausgeführt wird, wobei der Wagenkasten aus standardisierten Modulen, wie Dachplatte, Obergurt, Fenstersäule, Türpfosten, Seitenwandträger, Bodenplatte und Treppenmodul gebildet ist. Die einzelnen Module werden weitestgehend als Sandwich mit verlorenem Schaumkern ausgeführt
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Seitenwand für einen Wagenkasten bereitzustellen, die gegenüber dem bekannten Stand der Technik eine signifikant höhere Nutzungsdauer von mehr als 30 Jahren aufweist, resistenter gegenüber Korrosion ist und eine höhere Nutzlast aufweist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Seitenwand für einen Wagenkasten gemäß des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Seitenwand eines Wagenkastens für ein Schienenfahrzeug besteht aus einem oberen Längsträger und einem unteren Längsträger, die als durchgehende Mehrkammerhohlprofile ausgebildet sind. Der obere und untere Längsträger sind durch mindestens ein platten-, schalen- oder halbschalenförmig ausgebildetes Seitenwandsegment und mindestens eine, zwischen dem oberen und unteren Längsträger, verlaufende vertikale Säule verbunden. Die Seitenwand besteht zumindest teilweise aus faserverstärktem Kunststoffverbund.
Vorteilhaft wird die Seitenwand durch die, als Mehrkammerhohlprofil ausgebildeten oberen und unteren Längsträger stabilisiert, die die Zug- und Druckbelastungen des Wagenkastens sicher aufnehmen und an nachfolgende, baugleiche Schienenfahrzeuge weiterleiten.
Die Seitenwand weist neben den beiden Längsträgern mindestens ein platten-, schalen- oder halbschalenförmig ausgebildetes Seitenwandsegment auf. Vorteilhaft dient das biegesteif ausgebildete Seitenwandsegment der Stabilisierung der Seitenwand.
Daneben weist die Seitenwand mindestens eine, zwischen dem oberen und unteren Längsträger verlaufende, vertikale Säule auf. Vorteilhaft bilden die vertikalen Säulen mit dem oberen und unteren Längsträger das lasttragende Skelett und strukturelle Rückgrat der Seitenwand.
Die Seitenwand besteht zumindest teilweise aus faserverstärktem Kunststoffverbund (FKV). Vorteilhaft wird dadurch bei gleichbleibender Stabilität das Gewicht des Wagenkastens erheblich reduziert, wodurch wiederum eine Erhöhung der Nutzlast des Schienenfahrzeuges ermöglicht wird. Durch die Erhöhung der Nutzlast können insbesondere bei U-Bahnen aufgrund der vorgegebenen Zuglängen und Taktzeiten in der gleichen Zeit deutlich mehr Personen befördert werden.
Außerdem sind die aus faserverstärktem Kunststoffverbund gefertigten Bauteile resistent gegenüber Korrosion, insbesondere im Fensterbereich der Seitenwandsegmente.
Bevorzugt sind der obere und untere Längsträger, die vertikalen Säulen und die Seitenwandsegmente aus einem faserverstärkten Kunststoffverbund gefertigt.
Besonders bevorzugt ist der obere Längsträger als Mehrkammerhohlprofil mit mindestens zwei Kammern, besonders bevorzugt mit mindestens drei Kammern, vorteilhaft mit fünf Kammern, ausgebildet, die durchgehend entlang der Längsachse der Längsträger verlaufen. Besonders bevorzugt weisen die einzelnen Kammern des oberen Längsträgers vieleckige Querschnitte auf. Besonders bevorzugt ist mindestens eine der Kammern des Mehrkammerhohlprofils im Querschnitt als rechtwinkliges Trapez und mindestens eine weitere Kammer als rechtwinkliges Polygon ausgebildet. Besonders bevorzugt weist der Querschnitt einer Kammer abgerundete Ecken auf. Alternativ weist der Querschnitt einer Kammer Ecken auf. Die Abrundung der Ecken entspricht dabei dem zulässigen Biegeradius der Verstärkungsfasern. Durch die Abrundung wird somit vorteilhaft ein Faserbruch vermieden. Die Aneinanderreihung der einzelnen Kammern ergibt das Profil des oberen Längsträgers.
Bevorzugt ist der untere Längsträger als Mehrkammerhohlprofil mit optional über die Länge variierender Kammeranzahl mit mindestens zwei Kammern, besonders bevorzugt mit drei Kammern, ausgebildet, die durchgehend entlang der Längsachse der Längsträger verlaufen. Besonders bevorzugt weist das Mehrkammerhohlprofil eines unteren Längsträgers zumindest in einem Bereich des Wagenkastens zwei Kammern auf. Besonders bevorzugt ist mindestens eine der Kammern des Mehrkammerhohlprofils des unteren Längsträgers im Querschnitt als rechtwinkliges Polygon ausgebildet. Besonders bevorzugt weisen die einzelnen Kammern des unteren Längsträgers vieleckige Querschnitte, besonders bevorzugt dreieckige und / oder viereckige Querschnitte auf. Besonders bevorzugt weist der Querschnitt einer Kammer abgerundete Ecken auf. Die Abrundung der Ecken entspricht dabei dem zulässigen Biegeradius der Verstärkungsfasern. Alternativ weist der Querschnitt einer Kammer Ecken auf. Die Aneinanderreihung der einzelnen Kammern ergibt das Profil des unteren Längsträgers.
Bevorzugt weist ein unterer Längsträger in mindestens einem Teilbereich des Wagenkastens eine geringere Anzahl von Kammern auf, als in einem anderen Teilbereich des Wagenkastens, wobei die durch Reduzierung der Kammeranzahl erzeugten Aussparungen dem Fügen mit den Verstärkungselementen zur Auflage auf dem Drehgestell dienen.
Bevorzugt wird die Reduzierung der Kammeranzahl des unteren Längsträgers in einem nachgelagerten Prozessschritt durch spannende Fertigungsverfahren, z. B. Fräsen, erzielt.
Besonders bevorzugt weisen die oberen und unteren Längsträger keine Trenn- oder Fügestellen senkrecht zur Wagenkastenlängsachse auf. Besonders bevorzugt sind die Längsträger als einstückige Bauteile über die gesamte Länge des Wagenkastens angeordnet.
Besonders bevorzugt sind die Kammern der Mehrkammerhohlprofile von einer Außenwand umgeben. Besonders bevorzugt besteht die Außenwand aus einer oder mehreren Lagen mindestens eines FKV-Werkstoffs. Besonders bevorzugt werden die Kammern der Mehrkammerhohlprofile durch Stege voneinander getrennt, wobei die Längsachsen der Stege entlang der Längsachse der Längsträger ausgerichtet sind.
Bevorzugt sind sowohl die Außenwand des Mehrkammerhohlprofils als auch die Stege zwischen den einzelnen Kammern der Mehrkammerhohlprofile ein- oder mehrlagig ausgebildet.
Besonders bevorzugt sind die Fasern innerhalb der einzelnen Lagen, die die Außenwand des Mehrkammerhohlprofils und die Stege zwischen den einzelnen Kammern der Mehrkammerhohlprofile bilden, unidirektional oder mehrachsig ausgerichtet, besonders bevorzugt mit unidirektionaler oder quadraxialer Ausrichtung.
Bevorzugt ist sowohl der Lagenaufbau der Außenwand des Mehrkammerhohlprofils als auch der Stege zwischen den einzelnen Kammern der Mehrkammerhohlprofile alternierend aus Einzellagen mit unidirektionaler und mehrachsiger, besonders bevorzugt quadraxialer, Faserausrichtung hergestellt, wobei die Einzellagen mit mehrachsiger Faserausrichtung besonders bevorzugt Gewebe umfassen.
Besonders bevorzugt werden die Längsträger mittels des Pultrusionsverfahrens hergestellt.
Bevorzugt werden die oberen Längsträger sowie die unteren Längsträger mit den Seitenwandsegmenten und den vertikalen Säulen zur Baugruppe Seitenwand verbunden. In einer weiteren Ausführung erfolgt danach das Fügen mit den Baugruppen Dach und Boden sowie den Baugruppen Stirnwand und / oder Kopfmodul.
Bevorzugt ist der untere Längsträger der Seitenwand in Wagenkastenlängsrichtung mit dem Boden mittels Verbindungselementen verbunden.
Bevorzugt ist der obere Längsträger der Seitenwand in Wagenkastenlängsrichtung mit dem Dach mittels Verbindungselementen verbunden.
Zu den Verbindungselementen zählen Nieten, Schrauben oder Klebstoffe oder eine Kombination aus diesen. Bevorzugt besteht zumindest ein Teil der Verbindungselemente aus Metall.
Erfindungsgemäß sind die Seitenwandsegmente platten-, schalen- oder halbschalenförmig ausgeführt. Die Seitenwandsegmente sind aufgabenspezifisch als Übergangstyp-Seitenwandsegment oder Fenstertyp-Seitenwandsegment ausgebildet. Unter einem Übergangstyp-Seitenwandsegment wird im Sinne der Erfindung ein Seitenwandsegment verstanden, das an den Enden des Wagenkastens angeordnet ist und keine Aussparung aufweist. Unter einem Fenstertyp-Seitenwandsegment wird im Sinne der Erfindung ein Seitenwandsegment verstanden, das nicht an den Enden des Wagenkastens angeordnet ist und eine Aussparung aufweist. Bevorzugt weist das Fenstertyp-Seitenwandsegment eine Aussparung auf, in welche ein Fenster einsetzbar ist.
Bevorzugt beinhaltet die Seitenwand eines Wagenkastens jeweils mindestens ein, bevorzugt mehrere gleichartige Übergangstyp-Seitenwandsegmente und mindestens ein, bevorzugt mehrere gleichartige Fenstertyp-Seitenwandsegmente.
Bevorzugt sind mindestens ein Übergangstyp-Seitenwandsegment und mindestens ein Fenstertyp-Seitenwandsegment jeweils abwechselnd angeordnet. Alternativ folgen mindestens zwei Fenstertyp-Seitenwandsegmente aufeinander. In einer weiteren alternativen Ausführungsform folgen mindestens zwei Übergangstyp-Seitenwandsegmente aufeinander. In einer weiteren alternativen Ausführungsform gibt es mehr Übergangstyp- als Fenstertyp-Seitenwandsegmente. In einer weiteren alternativen Ausführungsform gibt es mehr Fenstertyp- als Übergangstyp-Seitenwandsegmente.
Bevorzugt ist das Übergangstyp-Seitenwandsegment am Anfang und / oder am Ende des Wagenkastens angeordnet. Dabei bezieht sich der Anfang bzw. das Ende des Wagenkastens auf den Anfang bzw. das Ende der Wagenkastenlängsrichtung.
Bevorzugt werden die Seitenwandsegmente aus mindestens einem FKV-Werkstoff ausgebildet.
Bevorzugt umfassen die Seitenwandsegmente mindestens eine Außen- und eine Innenwand.
Bevorzugt sind die Innenwand und die Außenwand des Seitenwandsegmentes in einem Abstand parallel zueinander angeordnet und jeweils ein- oder mehrlagig aus einem FKV-Werkstoff ausgebildet.
Bevorzugt verlaufen die Innen- und die Außenwand der Seitensegmente im Wesentlichen über die gesamte Höhe des Seitenwandsegmentes parallel zueinander, wobei sich durch Abwinkelung der Abstand zwischen der Innen- und der Außenwand zur Ober- und / oder Unterkante des Seitenwandsegmentes hin verringert.
Bevorzugt sind die Innen- und die Außenwand mit mehrachsiger Faserausrichtung, besonders bevorzugt bidirektionaler Faserausrichtung, gefertigt.
Bevorzugt werden die Fasern in den faserverstärkten Kunststoffverbund der Seitenwandsegmente als Roving und / oder Vlies und / oder Gewebe und / oder Gelege und / oder Geflecht eingebracht.
Bevorzugt ist zwischen der Innen- und der Außenwand der Seitenwandsegmente eine mittlere Schicht zur Aussteifung des Seitenwandsegmentes, auch Versteifungsschicht genannt, angeordnet.
Bevorzugt verbindet die mittlere Schicht des Seitenwandsegmentes Teilbereiche der Innenwand mit Teilbereichen der Außenwand des Seitenwandsegmentes und ist ein- oder mehrlagig aus einem FKV-Werkstoff ausgebildet.
Bevorzugt ist die mittlere Schicht der Seitenwandsegmente zumindest bereichsweise parallel zur Innen- und Außenwand des Seitenwandsegmentes ausgerichtet.
Bevorzugt verläuft die mittlere Schicht über die gesamte Höhe des Seitenwandsegmentes alternierend zwischen der Innen- und Außenwand des Seitenwandsegmentes und verbindet diese miteinander. Besonders bevorzugt ist die mittlere Schicht als alternierendes, mäanderförmiges Hutprofil ausgebildet, welches trapezförmig zwischen der Außen- und Innenwand des Seitensegmentes verläuft.
Bevorzugt ist die Versteifungsschicht mit mehrachsiger Faserausrichtung, besonders bevorzugt bidirektionaler Faserausrichtung, gefertigt.
Bevorzugt ist die mittlere Schicht als Schaum- und / oder Waben- und / oder Holzkernschicht ausgebildet und dient zusätzlich der akustischen und thermischen Isolierung des Fahrgastinnenraums. Bevorzugt handelt es sich bei dem Holzkern um Balsaholz. Weiterhin kann die Kernfüllung auch aus Kork oder als faseriges Dämmmaterial ausgebildet sein. Bevorzugt dient die Kernfüllung zur Übertragung von Gewichts- und Schubkräften. Bevorzugt ist die mittlere Schicht als Hartschaumstoff ausgeführt. Bevorzugt wird der Hartschaumstoffkern in Form mehrerer aneinander gelegter trapezförmiger Streifen ausgeführt, die in und / oder vertikal (von oben nach unten) zur Fahrzeuglängsrichtung zwischen der Innen- und der Außenwand eingebracht werden. Vorteilhaft dient die mittlere Schicht der Schall- und Wärmedämmung des Wagenkasteninnenraums.
Bevorzugt ist die mittlere Schicht als Kombination aus einzelnen trapezförmigen Hartschaumkernen und einer zwischen diesen alternierend verlaufender ein- oder mehrlagiger Schicht aus einem FKV-Werkstoff ausgebildet.
Bevorzugt erfolgt die Herstellung der einzelnen Seitenwandsegmente in einem Pressverfahren durch ein Nasslaminat, welches im Ofen unter Vakuum oder im Autoklaven aushärtet, wobei das Fügen der Schaum- und / oder Waben- und / oder Holzkerne mit entweder der Innen- oder der Außenwand des Seitenwandsegmentes zusätzlich durch Kleben erfolgt.
Bevorzugt wird das lasttragende Skelett des erfindungsgemäßen Wagenkastens durch Türsäulen zur Verbindung der unteren und oberen Längsträger vervollständigt. Bevorzugt verbinden die Türsäulen gemeinsam mit den Seitenwandsegmenten die unteren und die oberen Längsträger des erfindungsgemäßen Wagenkastens.
Bevorzugt weisen die Türsäulen ein U- oder C-förmiges Profil oder ein Doppel-C-förmiges Profil auf und sind ein- oder mehrlagig aus einem FKV-Werkstoff ausgebildet.
Bevorzugt sind die Fasern in den Einzellagen mehrachsig ausgerichtet, besonders bevorzugt bidirektional.
Bevorzugt werden die Fasern in den faserverstärkten Kunststoffverbund als Roving und / oder Vlies und / oder Gewebe und / oder Gelege und / oder Geflecht eingebracht.
Bevorzugt werden Aussparungen in den Türsäulen in einem nachgelagerten Prozessschritt durch spannende Fertigungsverfahren, z. B. Fräsen, erzielt.
Bevorzugt dienen die Aussparungen zur Aufnahme der Steuerungselektronik der automatischen Türen.
Bevorzugt weisen die Türsäulen Schnittstellen zu allen angrenzenden Systembauteilen auf. Hierzu befindet sich an der C-Mittelfläche ein durch Fräsen hergestelltes Bohrbild beliebiger Geometrie.
Für die Realisierung der Erfindung ist es auch zweckmäßig, die vorbeschriebenen erfindungsgemäßen Ausgestaltungen, Ausführungsformen und Merkmale der Ansprüche in jeder Anordnung miteinander zu kombinieren.
Ausführungsbeispiele
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels eingehender erläutert. Das Ausführungsbeispiel soll dabei die Erfindung beschreiben, ohne diese zu beschränken.
Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung näher erläutert.
Dabei zeigen:

1 Wagenkasten in der Draufsicht und von der Seite von außen,
2 Fenstertyp-Seitenwandsegment und Querschnitt eines Fenstertyp-Seitenwandsegmentes des Wagenkastens,
3 Übergangstyp-Seitenwandsegment des Wagenkastens.

1 zeigt ein Sprengbild eines Wagenkastens 1, in welchem die erfindungsgemäßen Übergangstyp-Seitenwandsegmente 302 und Fenstertyp-Seitenwandsegmente 303 eingebaut sind. Weiterhin sind folgende Komponenten des Wagenkastens dargestellt: Die oberen Längsträger 601 und die unteren Längsträger 602, die vertikalen Säulen 304, die Stirnwand 501, die Dachsegmente 201 sowie die Bodensegmente 401.
2 zeigt ein Fenstertyp-Seitenwandsegment 303 mit Aussparung für ein Fenster 309 eines Wagenkastens (2A) und einen dazugehörigen Ausschnitt vom Querschnitt des Seitenwandsegmentes 303 (2B) sowie in 2C eine Detailansicht des Querschnitts, in 2B gekennzeichnet durch eine Umrahmung. Das Fenstertyp-Seitenwandsegment 303 besteht aus einer jeweils 3 mm dicken Innenwand 306 und einer Außenwand 305, bestehend aus jeweils mehreren Einzellagen bidirektionalen Gewebes mit einem Faserverlauf in 0°- und 90°-Richtung und einer Dicke von 0,5 mm pro Einzellage. Zwischen die Innenwand 306 und die Außenwand 305 werden Kernwerkstoffe 308, ausgebildet als PET-Hartschaumstoffkerne mit trapezförmigen Querschnitt, alternierend eingelegt und verklebt, wobei die Kerne 308 im unteren Bereich des Fenstertyp-Seitenwandsegmentes 303 in Fahrzeuglängsrichtung und im oberen Bereich des Fenstertyp-Seitenwandsegmentes 303 um die Aussparung 309 für das Fenster herum vertikal zur Fahrzeuglängsrichtung eingelegt werden. Bei der Klebung handelt es sich um eine klassische Strukturverklebung mit einem Klebespalt von 0,25 - 0,40 mm. Zusätzlich dazu läuft eine 3 mm starke Zwischenlage 307 aus bidirektionalem Gewebe alternierend mit einem Seitenwechsel von 45° zwischen den Schaumkernen 308. Die Fenstertyp-Seitenwandsegmente 303 werden im Handlegeverfahren und einem Autoklavenprozess zur schlussendlichen Verbindung der Einzelelemente zum fertigen Bauteil gefertigt.
Ein Ausführungsbeispiel eines Fenstertyp-Seitenwandsegmentes 303 weist Dimensionen von 3150 mm × 2260 mm × 40 mm (Länge × Breite × Höhe) auf. Dieses Ausführungsbeispiel weist eine Masse von ca. 85 kg auf.
3 zeigt ein Übergangstyp-Seitenwandsegment 302 eines Wagenkastens. Das Übergangstyp-Seitenwandsegment 302 besteht aus einer jeweils 2 mm dicken Innenwand 306 und einer Außenwand 305, bestehend aus jeweils mehreren Einzellagen bidirektionalen Gewebes mit einem Faserverlauf in 0°- und 90°-Richtung und einer Dicke von 0,5 mm pro Einzellage. Zwischen die Innenwand 306 und die Außenwand 305 wird ein flächiger Kernwerkstoff 308, ausgebildet als PET-Hartschaumstoffkern, eingelegt und verklebt. Bei der Klebung handelt es sich um eine klassische Strukturverklebung mit einem Klebespalt von 0,25 - 0,40 mm. Die Übergangstyp-Seitenwandsegmente 302 werden im Handlegeverfahren und einem Autoklavenprozess zur schlussendlichen Verbindung der Einzelelemente zum fertigen Bauteil gefertigt.
Ein Ausführungsbeispiel eines Übergangstyp-Seitenwandsegmentes 302 weist Dimensionen von 1098 mm × 2260 mm × 40 mm (Länge × Breite × Höhe) auf. Dieses Ausführungsbeispiel weist eine Masse von ca. 25 kg auf.
Bezugszeichenliste

1: Wagenkasten
201: Dachsegment
302: Übergangstyp-Seitenwandsegment
303: Fenstertyp-Seitenwandsegment
304: Vertikale Säule
305: Außenwand des Seitenwandsegmentes
306: Innenwand des Seitenwandsegmentes
307: Zwischenlage
308: Kernwerkstoff
309: Aussparung im Seitenwandsegment
401: Bodensegment
501: Stirnwand
601: oberer Längsträger
602: unterer Längsträger

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19619212 A1 [0006]
GB 2030934 A [0012]
DE 102009045202 A1 [0017]
EP 0926036 A1 [0018]
EP 1138567 A2 [0019]

Claims

Seitenwand eines Wagenkastens für ein Schienenfahrzeug, bestehend aus - einem oberen Längsträger, ausgebildet als durchgehendes Mehrkammerhohlprofil, - einem unteren Längsträger, ausgebildet als durchgehendes Mehrkammerhohlprofil, - mindestens einem platten-, schalen- oder halbschalenförmig ausgebildeten Seitenwandsegment, - mindestens einer zwischen dem oberen und unteren Längsträger verlaufender vertikalen Säule, wobei die Seitenwand zumindest teilweise aus faserverstärktem Kunststoffverbund besteht.
Seitenwand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der faserverstärkte Kunststoff-verbund Glas-, Kohlen-, Aramid-, Basalt-, Textil- und/oder Naturfasern in einer Matrix aus thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffen umfasst.
Seitenwand nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die duroplastischen Kunststoffe Epoxidharze, ungesättigte Polyesterharze, PU-Harze, Vinylesterharze oder Phenolharze umfassen.
Seitenwand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern des faserverstärkten Kunststoffverbundes unidirektional und / oder mehrachsig ausgerichtet sind.
Seitenwand nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern des faserverstärkten Kunststoffverbundes als Rovings, Vliese, Gelege, Gewebe und / oder Geflechte eingebracht sind.
Seitenwand nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das platten-, schalen- oder halbschalenförmigen Seitenwandsegment aus einer Außenwand und einer dazu beabstandeten Innenwand besteht.
Seitenwand nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwandsegmente durch einen unteren, in Wagenkastenlängsrichtung angeordneten, Längsträger mit dem Boden des Wagenkastens mittels Verbindungselementen verbunden sind.
Seitenwand nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwandsegmente durch einen oberen, in Wagenkastenlängsrichtung angeordneten, Längsträger mit dem Dach des Wagenkastens mittels Verbindungselementen verbunden sind.
Seitenwand aus Seitenwandsegmenten nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente zumindest teilweise aus Metall bestehen.
Seitenwand nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwand mindestens ein Übergangstyp-Seitenwandsegment aufweist.
Seitenwand nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Übergangstyp-Seitenwandsegment am Anfang und/oder am Ende des Wagenkastens angeordnet ist.
Seitenwand nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwand mindestens ein Fenstertyp-Seitenwandsegment aufweist.
Seitenwand nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Fenstertyp-Seitenwand-segment mindestens eine Aussparung für ein Fenster aufweist.
Seitenwand nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Seitenwandsegmente form- und stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Seitenwandsegment für eine Seitenwand nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwand und Innenwand der Seitenwandsegmente durch eine mittlere Schicht verbunden sind, wobei die mittlere Schicht einen Schaumkern und / oder Wabenkern und / oder Holzkern aufweist.
Seitenwandsegment für eine Seitenwand nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Schicht als faserverstärkter Kunststoffverbund ausgebildet ist und mit alternierendem Verlauf einer oder mehrerer Lagen von Faserverbundmaterial die Innen- und Außenwand verbindet und die dabei entstehenden Hohlräume zusätzlich mit Schaum- und / oder Wabenkernen und / oder Holzkernen gefüllt sind.
Verwendung mindestens einer Seitenwand nach einem der vorangehenden Ansprüche in einem Wagenkasten für ein Schienenfahrzeug zur Personenbeförderung für den Einsatz im Kurzstreckenbetrieb, wie bei U- und S-Bahnen, bei denen die Schienenfahrzeuge oder die aus ihnen gebildeten Zugeinheiten in kurzen Intervallen beschleunigt und abgebremst werden.