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Die Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung und ein Schienenfahrzeug mit einer Schutzvorrichtung.
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Es ist bekannt, dass im Zuge der Digitalisierung des Schienenfahrzeugverkehrs die Einführung des European Train Control System (ETCS) eine große Rolle spielt. Dazu muss eine Infrastrukturanpassung, aber auch fahrzeugseitig eine Ausrüstung installiert werden. Bei einer Neufahrzeugentwicklung wird gezielt die Integration von Antennen berücksichtigt bzw. vorgesehen, und das unter bestmöglichen Einbaubedingungen über das gesamte Fahrzeug gesehen. Trotzdem kommt es immer wieder dazu, dass Antennen gezielt vor einer mechanischen Beschädigung geschützt werden müssen, z.B. verursacht durch Schotter bzw. Steinschlag. Gleichzeitig darf dieser Schutz aber die Strahlung und Schirmung der Antenne ins Gleisbett zum Empfänger nicht negativ beeinflussen, wodurch eine Materialauswahl für diesen Schutz deutlich eingeschränkt wird. Werkstoffe wie Holz, nicht magnetische Stahlwerkstoffe oder Kunststoff stehen hierbei aktuell zur Wahl. Diese Werkstoffe weisen Vor- und Nachteile auf, z.B. Gewicht, Wetterbeständigkeit, Freiheiten in der Formgebung des Werkstoffs etc. Treffen mehrere Anforderungen zusammen, schließen sich einige dieser Werkstoffe aus.
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Die Druckschrift
EP 3 462 535 A1 beschreibt ein Schutzelement für eine Antenne, die an einem Unterboden eines Schienenfahrzeugs angebracht ist. Das Schutzelement ist rahmenförmig und weist eine vordere Wand und eine hintere Wand auf, die die Antenne z.B. vor Schotterflug schützen. Außerdem ist eine rahmenförmige untere Wand vorgesehen, die eine Öffnung umgibt. Die Antenne wird durch das Schutzelement am Untergestell des Schienenfahrzeugs gehalten. Das Schutzelement ist z.B. aus einem glasfaserverstärkten Polyester hergestellt. Nachteilig ist hierbei, dass bei einem Auftreten eines Risses ein Rissfortschritt nicht aufgehalten werden kann.
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Die Druckschrift
CN 208001001 U offenbart ein Antennenschutzgehäuse, das die Antenne wannenförmig umgibt. Das Antennenschutzgehäuse ist aus einem faserverstärkten Kunststoff hergestellt. Auch hier ist es nachteilig, dass bei einem Auftreten eines Risses ein Rissfortschritt nicht aufgehalten werden kann.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Schutzvorrichtung und ein Schienenfahrzeug mit einer Schutzvorrichtung zu schaffen, mit denen ein Rissfortschritt innerhalb der Schutzvorrichtung aufgehalten werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Schutzvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Weiterhin wird die Aufgabe mit einem Schienenfahrzeug nach Anspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
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Erfindungsgemäß besteht die Lösung der Aufgabe in einer Schutzvorrichtung für eine ETCS-Antenne, wobei die Schutzvorrichtung umfasst:
- - eine Befestigungsleiste,
- - zwei Befestigungsstützen und
- - eine Grundplatte
und wobei
- - die Grundplatte eine Sandwich-Struktur mit einer ersten Deckschicht, einer zweiten Deckschicht und einer Zwischenschicht umfasst,
- - die Zwischenschicht Waben aufweist und
- - die Schutzvorrichtung einstückig ausgebildet und additiv gefertigt ist.
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Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Zwischenschicht mit den Waben einen Rissfortschritt stoppt. Die erste Deckschicht und die zweite Deckschicht stabilisieren die Zwischenschicht. Eine additive Fertigung ermöglicht eine einstückige Ausbildung der Schutzvorrichtung.
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In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist eine Rippe auf der zweiten Deckschicht angeordnet, wobei insbesondere vier Rippen parallel zu einander auf der zweiten Deckschicht angeordnet sind. Die Rippe verleiht der Grundplatte eine hohe Stabilität. Wenn eine Rippe vorhanden ist kann die Sandwich-Struktur dünner sein, als wenn keine Rippe vorhanden ist. Dadurch können bei der Sandwich-Struktur Material und Kosten eingespart werden.
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Vorzugsweise ist eine erste Rippe an einer ersten Kante der Grundplatte und/oder eine zweite Rippe an einer zweiten Kante der Grundplatte angeordnet. Dadurch werden die erste Kante und die zweite Kante mechanisch verstärkt. Eine Beschädigung an der ersten Kante und/oder der zweiten Kante wäre besonders kritisch und könnte zu einem Bruch der Grundplatte führen.
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Speziell ist eine Zwischenrippe zwischen der ersten Rippe und der zweiten Rippe angeordnet, die insbesondere eine zweite Breite aufweist, die größer ist als eine erste Breite der ersten Rippe und der zweiten Rippe und/oder eine gleiche Dicke aufweist wie die erste Rippe und die zweite Rippe. Die Zwischenrippe erhöht die mechanische Sicherheit der Grundplatte zwischen der ersten Rippe und der zweiten Rippe. Die Geometrie der Zwischenrippe ist also gegenüber der Geometrie der ersten Rippe und der zweiten Rippe variabel.
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Außerdem kann eine dritte Rippe an einer dritten Kante der Grundplatte und/oder eine vierte Rippe an einer vierten Kante der Grundplatte angeordnet sein, wobei die dritte Rippe und/oder die vierte Rippe senkrecht zur ersten Rippe und zur zweiten Rippe angeordnet ist. Hierdurch werden auch die dritte Kante und/oder die vierte Kante mechanisch verstärkt.
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Weiterhin können die erste Rippe, die zweite Rippe, die dritte Rippe und die vierte Rippe eine gleiche zweite Dicke und/oder eine gleiche erste Breite aufweisen. Dadurch wird eine gleichmäßige Stabilität der Grundplatte erreicht und die Fertigung der Schutzvorrichtung vereinfacht.
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Zudem kann die Grundplatte Langlöcher aufweisen, die zwischen der ersten Rippe und der Zwischenrippe und/oder zwischen der zweiten Rippe und der Zwischenrippe angeordnet sind, wobei die Langlöcher insbesondere in einer Reihe und parallel zur Zwischenrippe angeordnet sind. Die Langlöcher ermöglichen eine Entwässerung und einen Druckausgleich.
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In einer speziellen Weiterbildung der Erfindung folgt die Zwischenschicht einem Radius an der Befestigungsleiste und/oder einem Radius an einer Befestigungsstütze und reicht zumindest teilweise in die Befestigungsleiste und/oder in die Befestigungsstütze hinein. Dadurch kann auch in der Befestigungsleiste und/oder einer Befestigungsstütze ein Rissfortschritt gestoppt werden.
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Vorzugsweise sind die Waben mehreckig, insbesondere mindestens viereckig. Viereckige Waben sind schnell herstellbar und daher kostengünstig. Mehreckige Waben sind besonders stabil und stoppen den Rissfortschritt besonders gut. Die Waben können z.B. sechseckig sein.
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Insbesondere ist die Schutzvorrichtung aus einem Thermoplastwerkstoff gebildet, d.h. sowohl die erste Decksicht und die zweite Decksicht als auch die Zwischenschicht sind aus demselben Thermoplastwerkstoff gebildet. Der Thermoplastwerkstoff ist ein Hochleistungswerkstoff und für die Schutzvorrichtung besonders geeignet.
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Speziell sind die erste Deckschicht und die zweite Deckschicht jeweils 2 bis 3 mm dick, einschließlich eines vorgegebenen Toleranzbereichs, und/oder die Zwischenschicht ist 4 bis 5 mm dick, einschließlich eines vorgegebenen Toleranzbereichs. Die Zwischenschicht mit der Waben-Struktur ist also dicker als jeweils die erste Deckschicht und die zweite Deckschicht. Damit trägt die Wabenstruktur auch zur Stabilität der Grundplatte bei.
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Weiterhin kann die erste Deckschicht und die zweite Deckschicht jeweils mindestens drei Teilschichten, insbesondere fünf Teilschichten, umfassen und/oder die Zwischenschicht kann mindestens fünf Teilschichten, insbesondere dreizehn Teilschichten, umfassen. Mit diesen Anzahlen an Teilschichten können die vorgegebenen Dicken mittels der additiven Fertigung besonders gut hergestellt werden.
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Bevorzugt kann eine Teilschicht eine Schichtdicke von 0,1 bis 0,5 mm aufweisen, einschließlich eines vorgegebenen Toleranzbereichs. Diese Schichtdicke ermöglicht bei der additiven Fertigung eine präzise Herstellung der Schutzvorrichtung.
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Außerdem kann eine Dicke der Rippe und/oder der Zwischenrippe 5 bis 7 mm betragen, einschließlich eines vorgegebenen Toleranzbereichs,
und/oder eine Breite der Rippe und/oder der Zwischenrippe kann 10 bis 50 mm betragen, einschließlich eines vorgegebenen Toleranzbereichs. Eine Rippe mit dieser Breite ist besonders gut geeignet, um die Grundplatte zu stabilisieren. Die Geometrie der Rippe und/oder der Zwischenrippe ist außerdem variabel.
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Weiterhin wird die Aufgabe mit einem Schienenfahrzeug mit einer Schutzvorrichtung gelöst.
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von drei Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine erste perspektivische und schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel,
- 2 eine zweite perspektivische und schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel und
- 3 eine schematische Schnittansicht entlang der Linie A-A in 1.
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Die 1 und 2 zeigen eine Schutzvorrichtung 10, die eine Grundplatte 30, eine Befestigungsleiste 20, eine erste Befestigungsstütze 21 und eine zweite Befestigungsstütze 22 umfasst. Die Schutzvorrichtung 10 ist dazu vorgesehen, eine ETCS-Antenne an einem nicht dargestellten Schienenfahrzeug zu schützen. Zu diesem Zweck ist die Schutzvorrichtung 10 mittels der Befestigungsleiste 20, der ersten Befestigungsstütze 21 und der zweiten Befestigungsstütze 22 an einem nicht dargestellten Unterboden des Schienenfahrzeugs befestigt.
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Die Grundplatte 30 weist eine erste Rippe 51 auf, die an einer ersten Kante 41 angeordnet ist. Außerdem weist die Grundplatte 30 eine zweite Rippe 52 auf, die an einer zweiten Kante 42 angeordnet ist. Eine dritte Rippe 53 ist an einer dritten Kante 43 der Grundplatte angeordnet, und eine vierte Rippe 54 ist an einer vierten Kante 44 angeordnet.
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Zwischen der ersten Rippe 51 und der zweiten Rippe 52 sind eine erste Zwischenrippe 61 und eine zweite Zwischenrippe 62 angeordnet. Die erste Rippe 51, die erste Zwischenrippe 61, die zweite Zwischenrippe 62 und die zweite Rippe 52 sind parallel zu einander ausgerichtet.
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Die dritte Rippe 53 und die vierte Rippe 54 sind senkrecht zu der ersten Rippe 51, der ersten Zwischenrippe 61, der zweiten Zwischenrippe 62 und der zweiten Rippe 52 ausgerichtet.
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Die erste Zwischenrippe 61 und die zweite Zwischenrippe 62 sind breiter als die erste Rippe 51 und die zweite Rippe 52 (vgl. 3). Die dritte Rippe 53 und die vierte Rippe 54 sind genauso breit wie die erste Rippe 51 und die zweite Rippe 52.
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Zwischen der ersten Rippe 51 und der ersten Zwischenrippe 61 sind Langlöcher 70 angeordnet. Weitere Langlöcher 70 sind zwischen der ersten Zwischenrippe 61 und der zweiten Zwischenrippe 62 angeordnet. Außerdem sind auch noch zwischen der zweiten Zwischenrippe 62 und der zweiten Rippe 52 Langlöcher 70 angeordnet.
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In 3 ist eine Schnittansicht durch die Grundplatte 30 der Schutzvorrichtung 10 entlang der Linie A-A in 1 dargestellt. Die Grundplatte 30 weist die erste Kante 41 und die zweite Kante 42 auf. Die Grundplatte 30 umfasst eine erste Deckschicht 31, eine zweite Deckschicht 32 und eine Zwischenschicht 33, die zusammen eine Sandwich-Struktur darstellen. Die Zwischenschicht 33 weist eine Vielzahl von Waben 34 auf. Wegen der Übersichtlichkeit der Darstellung sind in 3 nur beispielhaft einzelne Waben 34 mit Bezugszeichen versehen. In dem Ausführungsbeispiel sind die Waben 34 viereckig aufgebaut. Die Waben 34 können aber zum Beispiel auch fünfeckig oder sechseckig sein. Die Waben 34 sind hohl, d.h. sie sind füllstofffrei. Im Innern der Waben 34 ist lediglich Luft eingeschlossen. Die Zwischenschicht 33 endet vor der Kante 41 und vor der Kante 42. Die Zwischenschicht 33 endet insbesondere im Bereich der ersten Rippe 51 und im Bereich der zweiten Rippe 52. Die Zwischenschicht 33 ist vorzugsweise mittig innerhalb der Grundplatte 30 angeordnet.
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Die erste Deckschicht 31 und die zweite Deckschicht 32 sind jeweils dünner als die Zwischenschicht 33, wobei die erste Deckschicht 31 und die zweite Deckschicht 32 gleich dick sind. Die erste Deckschicht 31, die zweite Deckschicht 32 und die Zwischenschicht 33 weisen zusammen eine erste Dicke D1 auf.
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Die erste Rippe 51, die zweite Rippe 52, die erste Zwischenrippe 61 und die zweite Zwischenrippe 62 weisen jeweils eine gleiche zweite Dicke D2 auf, die kleiner ist als die erste Dicke D1 der ersten Deckschicht 31, der zweiten Deckschicht 32 und der Zwischenschicht 33 zusammen. Die erste Rippe 51, die zweite Rippe 52, die erste Zwischenrippe 61 und die zweite Zwischenrippe 62 sind jeweils auf der zweiten Deckschicht 32 angeordnet und einstückig mit der zweiten Deckschicht 32, der Zwischenschicht 33 und der ersten Deckschicht 31 ausgeführt.
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Die erste Rippe 51 und die zweite Rippe 52 weisen eine gleiche Breite B1 auf. Die erste Zwischenrippe 61 und die zweite Zwischenrippe 62 weisen eine gleiche Breite B2 auf, die größer ist als die erste Breite B1.
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Die Sandwich-Struktur mit der ersten Deckschicht 31, der zweiten Deckschicht 32 und der Zwischenschicht 33 folgt jeweils einem ersten Radius R1 der Befestigungsleiste 20, einem zweiten Radius R2 der ersten Befestigungsstütze 21 und einem dritten Radius R3 der zweiten Befestigungsstütze 22. Der erste Radius R1, der zweite Radius R2 und der dritte Radius R3 sind insbesondere in der 2 dargestellt.
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Bei einem Betrieb des Schienenfahrzeugs mit der ETCS-Antenne kann z.B. durch Schotterflug oder Eisbildung ein Riss in der Schutzvorrichtung auftreten. Mittels der Zwischenschicht kann ein Rissfortschritt gestoppt werden. Mittels der ersten Rippe 51, der zweiten Rippe 52, der ersten Zwischenrippe 61, der zweiten Zwischenrippe 62, der dritten Rippe 53 und/oder der vierten Rippe 54 wird die Grundplatte mechanisch verstärkt. Die Langlöcher 70 dienen zu einem Druckausgleich während der Fahrt des Schienenfahrzeugs sowie zu einer Entwässerung.
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Bestehende ETCS-Antennen können mit der Schutzvorrichtung nachgerüstet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Schutzvorrichtung
- 20
- Befestigungsleiste
- 21
- Erste Befestigungsstütze
- 22
- Zweite Befestigungsstütze
- 30
- Grundplatte
- 31
- Erste Deckschicht
- 32
- Zweite Deckschicht
- 33
- Zwischenschicht
- 34
- Waben
- 41
- Erste Kante
- 42
- Zweite Kante
- 43
- Dritte Kante
- 44
- Vierte Kante
- 51
- Erste Rippe
- 52
- Zweite Rippe
- 53
- Dritte Rippe
- 54
- Vierte Rippe
- 61
- Erste Zwischenrippe
- 62
- Zweite Zwischenrippe
- 70
- Langloch
- D1
- Erste Dicke
- D2
- Zweite Dicke
- B1
- Erste Breite
- B2
- Zweite Breite
- R1
- Erster Radius
- R2
- Zweiter Radius
- R3
- Dritter Radius
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 3462535 A1 [0003]
- CN 208001001 U [0004]
