DE102020209625A1 - Rail vehicle with profile element - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug mit Profilelement.Im Innenraum von Schienenfahrzeugen, insbesondere von Straßenbahnen, werden üblicherweise Profilelemente zu bestimmten Zwecken, beispielsweise als Wasserablaufrinnen im unteren Scheibenbereich links und rechts an den Front- und/oder Heckmasken von Führerständen eingesetzt. Durch den erfindungsgemäßen Einsatz beispielsweise eines brandgeschützten Hochleistungs-Carbon-Sandwich-Laminats werden diese Rinnen, die üblicherweise aus weniger steifen bzw. festen Materialien hergestellt sind, zu einem Versteifungselement erweitert und es ergibt sich somit eine Funktionskombination aus Wasserablauf und strukturellem Tragelement durch den Einsatz von Hochmodul-Carbonfasern. Dadurch kann eine Tragstruktur in die betreffenden Schienenfahrzeuge integriert werden, ohne zusätzlichen Bauraum zu benötigen.The invention relates to a rail vehicle with a profile element.In the interior of rail vehicles, particularly trams, profile elements are usually used for specific purposes, for example as water drainage channels in the lower pane area on the left and right of the front and/or rear masks of driver's cabs. By using, for example, a fire-protected high-performance carbon sandwich laminate according to the invention, these channels, which are usually made of less rigid or solid materials, are expanded to form a stiffening element and this results in a functional combination of water drainage and structural support element through the use of High modulus carbon fibers. As a result, a support structure can be integrated into the relevant rail vehicles without requiring additional installation space.
Description
Die Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug mit Profilelement.The invention relates to a rail vehicle with a profile element.
In Schienenfahrzeugen werden insbesondere im Innenbereich zu Befestigungs- und/oder Stabilisierungs- und/oder Verbindungszwecken, etc., unterschiedliche Profilelemente, beispielsweise als Wasserablaufrinnen verwendet. Profilelemente bestehen in der Regel aus mehreren Bereichen, die abwechselnd aufeinander folgende Profiltäler und Profilberge unterschiedlichster Form, je nach erforderlichem Einsatzzweck aufweisen und aus verschiedenen Materialien hergestellt werden bzw. bestehen können.In rail vehicles, different profile elements, for example as water drainage channels, are used, particularly in the interior, for fastening and/or stabilization and/or connection purposes, etc. Profile elements usually consist of several areas, which alternately have profile valleys and profile mountains of the most varied of shapes, depending on the required application, and can be made or consist of different materials.
Bei der Ausführung von Führerständen im Personennahverkehr, beispielsweise von Straßenbahnen, U-Bahnen, etc., insbesondere im Front- und/oder Heckbereich, steht aufgrund der großen Fensterflächen üblicherweise nur ein sehr geringer Bauraum für Versteifungsstrukturen zur Verfügung, um eine genügende Steifigkeit bzw. Festigkeit insbesondere der Front- und/oder Heckmasken der Fahrzeuge zu gewährleisten. Durch entsprechende, durch Normen vorgegebene, ständig steigende Anforderungen an das Sichtfeld, wird der zur Verfügung stehende Bauraum eher kleiner, so dass ggf. notwendige, zusätzliche Versteifungsstrukturen kaum, oder auch überhaupt nicht eingebracht werden können. Außerdem wird von den Auftraggebern ein möglichst niedriges Gewicht des Fahrzeugs gefordert, welches bei Überschreitung zu hohen Strafzahlungen führt.When designing driver's cabs in local passenger transport, for example in trams, subways, etc., especially in the front and/or rear area, there is usually only very little space available for stiffening structures due to the large window areas in order to ensure sufficient rigidity or stability. To ensure strength in particular the front and / or rear masks of the vehicles. Due to corresponding, constantly increasing demands on the field of vision specified by standards, the available installation space tends to be smaller, so that any additional stiffening structures that may be necessary can hardly be introduced, or not at all. In addition, the clients demand the lowest possible weight of the vehicle, which leads to high fines if the limit is exceeded.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schienenfahrzeug mit Profilelement anzugeben, wodurch die Steifigkeit bzw. Festigkeit insbesondere im Front- und/oder Heckbereich ohne die Verwendung zusätzlicher Versteifungsstrukturen erhöht wird.The invention is based on the object of specifying a rail vehicle with a profile element, as a result of which the rigidity or strength, in particular in the front and/or rear area, is increased without the use of additional stiffening structures.
Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1. Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Merkmalen der abhängigen Patentansprüche wieder.The object is achieved by the features of the independent patent claim 1. Further developments and refinements of the invention can be found in the features of the dependent patent claims.
Dabei weist das Schienenfahrzeug wenigstens ein Profilelement im Innenraum auf, wobei das Profilelement aus wenigstens zwei Schichten aufgebaut ist, wobei wenigstens eine Schicht zumindest teilweise aus einem Carbon-Faser-Laminat besteht.The rail vehicle has at least one profile element in the interior, with the profile element being made up of at least two layers, with at least one layer consisting at least partially of a carbon fiber laminate.
Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, dass durch die Verwendung von Faser-Verbundwerkstoffen, wie Carbon-Faser-Laminaten, beispielsweise eines brandgeschützten Hochleistungs-Carbon-Sandwich-Laminats, bei welchem Hochmodul-Carbonfasern eingesetzt werden, keine zusätzlichen Versteifungsstrukturen benötigt werden, da bestehende Strukturen, die sonst üblicherweise aus anderen Materialien hergestellt werden, verwendet werden können. Durch die Verwendung von Carbon-Faser-Laminat bei deren Herstellung nehmen deren Eigenschaften bezüglich Steifigkeit und Festigkeit zu und somit werden diese Strukturen, bzw. Profilelemente auf diese Weise selbst zu Versteifungselementen. Ein weiterer Vorteil ist, dass dies gewichtsneutral bzw. zumindest im Wesentlichen gewichtsneutral passiert, d.h. es wird kein oder nahezu kein zusätzliches Gewicht eingebracht. Besonders vorteilhaft ist es, wenn alle Schichten, insbesondere zwei Schichten, zumindest teilweise, noch vorteilhafter vollständig, aus einem Carbon-Faser-Laminat bestehen, da dadurch diese Materialeigenschaften besonders stark hervortreten. Dies gilt insbesondere ebenso und ist deshalb ebenfalls besonders vorteilhaft, wenn die wenigstens zwei Schichten identisch aufgebaut sind. Jedoch ist es selbstverständlich auch möglich, dass die beiden Schichten unterschiedliche Materialien aufweisen und auch unterschiedlich aufgebaut sind, insbesondere auch was deren Dicke anbelangt.The solution according to the invention has the advantage that no additional stiffening structures are required through the use of fiber composite materials, such as carbon fiber laminates, for example a fire-resistant high-performance carbon sandwich laminate, in which high-modulus carbon fibers are used, since existing ones Structures that are otherwise commonly made of other materials can be used. The use of carbon fiber laminate in their manufacture increases their properties in terms of rigidity and strength and thus these structures or profile elements themselves become stiffening elements in this way. Another advantage is that this is weight-neutral or at least essentially weight-neutral, i.e. no or almost no additional weight is introduced. It is particularly advantageous if all layers, in particular two layers, consist at least partially, even more advantageously completely, of a carbon-fiber laminate, since these material properties are particularly pronounced as a result. This also applies in particular and is therefore also particularly advantageous if the at least two layers are constructed identically. However, it is of course also possible that the two layers have different materials and are also structured differently, in particular with regard to their thickness.
Besonders vorteilhaft weist eine Schicht mit Carbon-Faser-Laminat eine Dicke im Bereich zwischen 1 und 5 mm auf, da in diesem Bereich der Kosten-Nutzen-Aspekt besonders effektiv ist, d.h., eine sehr hohe Steifigkeit bzw. Festigkeit bei vertretbaren Herstellungskosten gewährleistet ist.A layer with a carbon fiber laminate particularly advantageously has a thickness in the range between 1 and 5 mm, since the cost-benefit aspect is particularly effective in this range, ie very high rigidity or strength is ensured with reasonable production costs .
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die wenigstens zwei Schichten zumindest teilweise miteinander verbunden, wobei die zwei Schichten in wenigstens einem Bereich, in dem sie nicht miteinander verbunden sind, einen Hohlraum einschließen. Dies ist ausgesprochen vorteilhaft, da der eingeschlossene Hohlraum die Materialeigenschaften von Carbon-Faser-Laminat hinsichtlich Steifigkeit bzw. Festigkeit entsprechend verstärkt, da er den Querschnitt des oder der Profilelemente vergrößert, ohne zusätzliches Gewicht zu erzeugen. Besonders vorteilhaft weist der eingeschlossene Hohlraum einen rechteckigen, insbesondere einen quadratischen Querschnitt auf, wobei hier bezüglich Herstellung sowie Raumbedarf die Seiten des Querschnitts des Hohlraums bevorzugt jeweils eine Länge im Bereich von 15 bis 25 mm aufweisen.According to a further preferred embodiment of the invention, the at least two layers are at least partially connected to one another, with the two layers enclosing a cavity in at least one region in which they are not connected to one another. This is extremely advantageous since the enclosed cavity correspondingly increases the material properties of the carbon fiber laminate in terms of rigidity and strength, since it increases the cross section of the profile element or elements without generating additional weight. The enclosed cavity particularly advantageously has a rectangular, in particular a square, cross section, with the sides of the cross section of the cavity preferably each having a length in the range from 15 to 25 mm here with regard to production and space requirements.
Dabei sind jedoch alle möglichen anderen denkbaren Querschnitte, beispielsweise kreisförmige, elliptische, etc. Querschnitte, oder auch Mehreckformen, selbstverständlich ebenfalls möglich und sind hiervon umfasst und können je nach Einsatzzweck verwendet werden.However, all possible other conceivable cross sections, for example circular, elliptical, etc. cross sections, or also polygonal shapes, are of course also possible and are included and can be used depending on the application.
Darüber hinaus ist es selbstverständlich auch möglich, dass die zwei Schichten vollständig miteinander verbunden sind, oder dass die zwei Schichten ebenfalls nur teilweise miteinander verbunden sind, aber ohne in dem Bereich oder den Bereichen, in denen sie nicht miteinander verbunden sind, einen Hohlraum zu bilden.Furthermore, it is of course also possible that the two layers are completely connected to each other, or that the two layers are also only partially connected to each other, but without forming a cavity in the area or areas where they are not connected to each other .
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der eingeschlossene Hohlraum im Wesentlichen vollständig mit einem Material ausgefüllt ist, welches zumindest von einem der Materialien verschieden ist, aus dem wenigstens eine der zwei Schichten besteht. Idealerweise, wie oben bereits beschrieben, sind die beiden Schichten identisch aufgebaut und der von ihnen eingeschlossene Hohlraum wird vollständig bzw. zumindest nahezu vollständig von einem Material ausgefüllt, welches einerseits die Eigenschaften der, den Hohlraum umgebenden Schichten hinsichtlich Steifigkeit bzw. Festigkeit weiter verstärkt und gleichzeitig möglichst leicht ist, um möglichst wenig zusätzliches Gewicht einzubringen. Ein solches besonders bevorzugtes Material mit diesen Eigenschaften ist ein Strukturschaum, da dieser zusätzlich besonders einfach bei der Herstellung des Profilelements eingesetzt werden kann. Hier sind selbstverständlich aber auch alle möglichen anderen Materialien denkbar, beispielsweise ist die Ausfüllung des Hohlraums auch mit einem Carbon-Faser-Laminat möglich.According to a further preferred embodiment of the invention, the enclosed cavity is essentially completely filled with a material which is different from at least one of the materials from which at least one of the two layers consists. Ideally, as already described above, the two layers have an identical structure and the cavity they enclose is completely or at least almost completely filled with a material which, on the one hand, further reinforces the properties of the layers surrounding the cavity in terms of rigidity and strength, and at the same time is as light as possible in order to introduce as little additional weight as possible. Such a particularly preferred material with these properties is a structural foam, since this can also be used particularly easily in the production of the profile element. Of course, all sorts of other materials are also conceivable here, for example the cavity can also be filled with a carbon fiber laminate.
Besonders bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Profilelement als Wasserablaufrinne im Bereich wenigstens einer der Scheiben des Schienenfahrzeugs ausgeführt, da solche Wasserablaufrinnen gewöhnlich in einem Schienenfahrzeug, insbesondere in einer Straßenbahn sowieso vorhanden sind.A profile element according to the invention is particularly preferably designed as a water drainage channel in the area of at least one of the panes of the rail vehicle, since such water drainage channels are usually present in a rail vehicle, in particular in a tram, anyway.
So befindet sich üblicherweise insbesondere jeweils links und rechts an den Front- und/oder Heckmasken an bzw. im unteren Bereich der Scheiben bzw. im Bereich unterhalb der Scheiben zum Fahrzeugboden der Fahrzeuge hin, jeweils eine Wasserablaufrinne für Reinigungsarbeiten. Diese Rinnen bilden mit anderen Einbaukomponenten zusätzlich einen Lüftungskanal. Die Oberfläche muss dabei entsprechend geschlossen sein. Durch den erfindungsgemäßen Einsatz beispielsweise eines brandgeschützten Hochleistungs-Carbon-Sandwich-Laminats bei der Herstellung werden diese Rinnen, die üblicherweise aus weniger steifen bzw. festen Materialien hergestellt werden, zu einem Versteifungselement erweitert und es ergibt sich somit eine Funktionskombination aus Wasserablauf und strukturellem Tragelement durch den Einsatz von Hochmodul-Carbonfasern. Dadurch kann eine Tragstruktur in das Schienenfahrzeug integriert werden, ohne zusätzlichen Bauraum zu benötigen.A water drainage channel for cleaning work is usually located in particular on the left and right of the front and/or rear masks on or in the lower area of the windows or in the area below the windows towards the vehicle floor of the vehicles. Together with other built-in components, these channels also form a ventilation duct. The surface must be closed accordingly. By using, for example, a fire-protected high-performance carbon sandwich laminate during production, these channels, which are usually made of less rigid or solid materials, are expanded to form a stiffening element, resulting in a functional combination of water drainage and structural support element the use of high-modulus carbon fibers. As a result, a support structure can be integrated into the rail vehicle without requiring additional installation space.
Im Weiteren werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Profilelements und -
2 eine Seitenansicht einer Frontmaske eines Schienenfahrzeugs mit erfindungsgemäßem Profilelement.
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1 a cross section of a profile element according to the invention and -
2 a side view of a front mask of a rail vehicle with a profile element according to the invention.
Die beiden Schichten 3, 5 sind in der
Dies kann darüber hinaus noch weiter verstärkt werden indem der eingeschlossene Hohlraum 7 im Wesentlichen vollständig mit einem weiteren Material ausgefüllt wird, welches idealerweise einerseits die Eigenschaften der, den Hohlraum umgebenden Schichten hinsichtlich Steifigkeit bzw. Festigkeit weiter verstärkt und gleichzeitig aber möglichst leicht ist, um möglichst wenig zusätzliches Gewicht einzubringen. Ein solches, besonders bevorzugtes Material mit diesen Eigenschaften ist beispielsweise ein Strukturschaum, da dieser zusätzlich besonders einfach bei der Herstellung des Profilelements 1 eingesetzt bzw. verwendet werden kann. Hier sind selbstverständlich aber auch alle möglichen anderen Materialien denkbar, beispielsweise ist die Ausfüllung des Hohlraums7 auch mit einem Carbon-Faser-Laminat möglich.This can also be further reinforced by essentially completely filling the enclosed cavity 7 with another material, which ideally further enhances the properties of the layers surrounding the cavity in terms of rigidity and strength, while at the same time being as light as possible in order to add little extra weight. Such a particularly preferred material with these properties is, for example, a structural foam, since this can also be used particularly easily in the production of the profile element 1 . Of course, all sorts of other materials are also conceivable here, for example the cavity7 can also be filled with a carbon fiber laminate.
Die in
In einem Schienenfahrzeug 20, insbesondere einer Straßenbahn sind üblicherweise im jeweiligen Führerstand links und rechts an den Front- und/oder Heckmasken im Front- und/oder Heckbereich des Schienenfahrzeugs 20 im unteren Bereich der Scheiben 24 wenigstens zwei Profilelemente 22 als Wasserablaufrinnen, in der Regel eine pro Seite, vorhanden. Durch die erfindungsgemäße Ausführung der Wasserablaufrinnen als Profilelement 22 mit Aufbau, Querschnitt und Eigenschaften gemäß
Zusammenfassend werden im Innenraum von Schienenfahrzeugen, insbesondere von Straßenbahnen, üblicherweise Profilelemente zu bestimmten Zwecken, beispielsweise als Wasserablaufrinnen im unteren Scheibenbereich links und rechts an den Front- und/oder Heckmasken von Führerständen eingesetzt. Durch den erfindungsgemäßen Einsatz beispielsweise eines brandgeschützten Hochleistungs-Carbon-Sandwich-Laminats werden diese Rinnen, die üblicherweise aus weniger steifen bzw. festen Materialien hergestellt sind, zu einem Versteifungselement erweitert und es ergibt sich somit eine Funktionskombination aus Wasserablauf und strukturellem Tragelement durch den Einsatz von Hochmodul-Carbonfasern. Dadurch kann eine Tragstruktur in die betreffenden Schienenfahrzeuge integriert werden, ohne zusätzlichen Bauraum zu benötigen.In summary, in the interior of rail vehicles, especially trams, profile elements are usually used for specific purposes, for example as water drainage channels in the lower pane area on the left and right of the front and/or rear masks of driver's cabs. By using, for example, a fire-protected high-performance carbon sandwich laminate according to the invention, these channels, which are usually made of less rigid or solid materials, are expanded to form a stiffening element and this results in a functional combination of water drainage and structural support element through the use of High modulus carbon fibers. As a result, a support structure can be integrated into the relevant rail vehicles without requiring additional installation space.
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- 2020-07-30 DE DE102020209625.2A patent/DE102020209625A1/en not_active Withdrawn
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