DE102021214650A1

DE102021214650A1 - Wagenkasten für ein Fahrzeug zur Personenbeförderung

Info

Publication number: DE102021214650A1
Application number: DE102021214650.3A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Langert; Stefan Schellhaus; Markus Wilhelm
Original assignee: Siemens Mobility GmbH
Current assignee: Siemens Mobility GmbH
Priority date: 2021-12-20
Filing date: 2021-12-20
Publication date: 2023-06-22
Also published as: CA3239839A1; EP4416029A1; WO2023117244A1; US20250058807A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wagenkasten für ein Fahrzeug zur Personenbeförderung, mit einem Wagenkasten-Rohbau (1), der mit Tür- und/oder Fensterausschnitten versehene Seitenwände, ein Dach (3) und Stirnwände aufweist, die aus Metallstrukturen aufgebaut sind, wobei der Wagenkasten-Rohbau (1) Wandsegmente (5) aufweist, die aus für Mobilfunkfrequenzen (Frequenz f > 700 MHz) durchlässigem Material gebildet und in Öffnungen in den Metallstrukturen eingesetzt sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wagenkasten für ein Fahrzeug zur Personenbeförderung, mit einem Wagenkasten-Rohbau, der mit Tür- und/oder Fensterausschnitten versehene Seitenwände, ein Dach und Stirnwände aufweist, die aus Metallstrukturen aufgebaut sind.
Beispielsweise wird ein Wagenkasten eines Schienenfahrzeugs zur Personenbeförderung derzeit aus Aluminium oder Stahl gefertigt, und zwar in variierenden Bauweisen, wie Intergral-, Differential und Hybridbauweise. Unabhängig von der Bauweise, hat der geschlossene Aufbau eines solchen Wagenkastens im Hinblick auf seine Durchdringung mit Funkwellen ähnliche Eigenschaften wie der bekannte Faradaysche Käfig, d.h. eine Transmission von Funkwellen ist sehr gering. Dies hat zur Folge, dass die Sende-/Empfangseigenschaften von mobilfunkbasierten Kommunikationsgeräten, wie Mobiltelefonen, Laptops, Tablets, u. a. m., innerhalb eines Schienenfahrzeugs deutlich schlechter sind als außerhalb.
Zur Verbesserung des Mobilfunkempfangs gibt es den Ansatz, über aktive Komponenten, wie einen sog. Repeater, die Mobilfunkwellen, die von z. B. Mobiltelefonen, die sich in einem Fahrgastraum des Schienenfahrzeugs befinden, ausgesendet werden, über eine Außenantenne des Schienenfahrzeugs auszustrahlen. Diese Lösung bringt einen erheblichen Aufwand an zusätzlichen Komponenten mit sich.
Des Weiteren wurden für Mobilfunkfrequenzen besonders durchlässige Fensterscheiben entwickelt. Dies verbessert die Transmission der Mobilfunkwellen durch die Fahrzeugfenster erheblich, wobei diese Vorteile allerdings auf den unmittelbaren Fensterbereich der Fahrzeuge begrenzt ist.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Wagenkasten der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass er insgesamt eine verbesserte Transmission für Mobilfunkwellen aufweist.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs beschriebenen Wagenkasten dadurch gelöst, dass der Wagenkasten-Rohbau Wandsegmente aufweist, die aus für Mobilfunkfrequenzen (Frequenz f > 700 MHz) durchlässigem Material gebildet und in Öffnungen in den Metallstrukturen eingesetzt sind.
Die vorgesehenen Wandsegmente des Wagenkasten-Rohbaus, die für Mobilfunkfrequenzen durchlässig sind, verbessern das gesamte Transmissionsverhalten des fertig ausgebauten Wagenkastens erheblich.
Mit Hilfe des für Mobilfunkfrequenzen besonders durchlässigen Wagenkastens könnten beispielsweise sonst für einen Mobilfunkempfang optimiert ausgeführte Fenster durch Standard-Glasfenster ersetzt werden. Es ist ebenfalls möglich, dass der für Mobilfunkfrequenzen besonders durchlässige Wagenkasten mit den für einen Mobilfunkempfang optimiert ausgeführten Fenstern ausgestattet ist, so dass ein Mobilfunkempfang im ganzen Wagenkasten oder in Teilen desselben verbessert wird, an denen diese Fenster nicht eingebaut werden können. Denn es gibt auch Wagenbereiche, in denen keine Fenster in der Nähe verbaut werden können.
Für einen Mobilfunkempfang besonders durchlässig ausgeführte Fenster sind besonders günstig für den Empfang von seitlich gelegenen Mobilfunk-Sendeinrichtungen. Der hier vorgestellte Wagenkasten könnte beispielsweise auch Empfang/Durchlässigkeit von Mobilfunkstrahlung durch entsprechende Ausbildung des Fahrzeugdaches nach oben ermöglichen.
Die Auswahl der Materialien richtet sich nach den jeweils vorliegenden Dämpfungseigenschaften für Mobilfunkfrequenzen. Beispielsweise in Deutschland sind für den LTE-Standard Frequenzbänder in den Bereichen 800 MHz, 1,8 Hz, 2 GHz und 2,6 GHz gebräuchlich. Für den kommenden 5 G-Standard sind Frequenzbänder bei 700 MHz, 3,4 bis 3,8 GHz vorgesehen.
Die Metallstrukturen können bevorzugt in Form von Strangpressprofilen (Integralbauweise) oder Sandwichplatten vorliegen. Die vorgesehenen Öffnungen, in welche die Wandsegmente aus für Mobilfunkfrequenzen durchlässigem Material einzusetzen sind, können derart groß bemessen sein, dass sie mehrere, sich beispielsweise in Vertikalrichtung einer Seitenwand aneinander anschließende Strangpressprofile überdecken. Typischer Weise kann eine Seitenwand eines Schienenfahrzeugs fünf Strangpressprofile umfassen, die jeweils in Längsrichtung des Schienenfahrzeugs ausgerichtet und vertikal übereinander angeordnet sind, wobei benachbarte Strangpressprofile z. B. durch Schweißen miteinander gefügt sind.
Die für Mobilfunkstrahlung durchlässigen Wandsegmente des Wagenkasten-Rohbaus sind bevorzugt jeweils in eine selbsttragende Tragstruktur eingebettet. Diese selbsttragende Tragstruktur wird beispielsweise dadurch gebildet, dass in den Voll-Metallstrukturen, wie Strangpressprofilen oder Sandwichplatten, geeignet positionierte Öffnungen geschaffen werden. Dies kann beispielsweise durch Fräsen realisiert sein. In die so geschaffenen Öffnungen werden die Wandsegmente aus für Mobilfunkfrequenzen durchlässigem Material eingesetzt.
Die selbsttragende Tragstruktur kann strebenförmige Tragstrukturelemente umfassen. Diese ergeben sich beispielsweise aus den nach dem Fräsen verbleibenden Resten der Metallstrukturen. Insofern kann ein strebenförmiges Tragstrukturelement aus sich vertikal aneinander anschließenden, nach dem Fräsen verbliebenen Längsabschnitten von Strangpressprofilen oder einem strebenförmigen Stück einer Sandwichplatte gebildet sein. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Tragstruktur wenigstens teilweise gitterartig ausgebildet ist.
Die selbsttragende Tragstruktur umfasst bevorzugt Eckbereiche der Tür- und/oder Fensterausschnitte. Grundsätzlich sollten die Wandsegmente aus für Mobilfunkfrequenzen durchlässigem Material nur in statisch gering beanspruchten Bereichen der Seitenwände, des Daches und der Stirnwände angeordnet sein. Umgekehrt ausgedrückt, wird es als günstig angesehen, dass die besonders stark statisch beanspruchten Eckbereiche der Tür- und/oder Fensterausschnitte in die selbsttragende Tragstruktur integriert sind.
In diesem Zuge ist es von Vorteil, wenn die Wandsegmente aus für Mobilfunkfrequenzen durchlässigem Material entfernt von insbesondere Eckbereichen der Tür- und/oder Fensterausschnitte angeordnet sind.
Zum Erreichen einer möglichst hohen Transmission des Wagenkasten-Rohbaus für Mobilfunkfrequenzen sollten die Wandsegmente aus für Mobilfunkfrequenzen durchlässigem Material einen Flächenanteil von wenigstens 20% der Seitenwand, der Stirnwand oder des Daches des Wagenkasten-Rohbaus einnehmen. Als Grundlage für die Berechnung eines solchen Flächenanteils kann der Quotient aus einer Teil-Außenhautfläche, gebildet aus Summe der Außenhautflächen der Wandsegmente aus für Mobilfunkfrequenzen durchlässigem Material, und einer Gesamt-Außenhautfläche, einschließlich Fenster- und Türflächen sowie Außenhautflächen der Wandsegmente, herangezogen werden.
Grundsätzlich ist der Flächenanteil der Wandsegmente so zu bemessen, dass sich eine erwünschte Transmission für den gesamten Wagenkasten ergibt. Falls ausreichend, kann der Flächenanteil folglich auf den Wert von 20% unterschreiten.
Das für Mobilfunkfrequenzen durchlässige Material ist bevorzugt metallfrei, um die erwünschten, günstigen Transmissionseigenschaften zu erhalten. Insbesondere kann das einzusetzende Material aus der Gruppe ausgewählt sein, die glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK) und Kohlenstofffaser verstärkten Kunststoff (CFK) umfasst.
Zum Fügen der Wandsegmente aus für Mobilfunkfrequenzen durchlässigem Material und den angrenzenden Bereichen der Metallstrukturen ist es möglich, auf Klebeverfahren zurückzugreifen, wie sie beispielsweise auch beim Einbau von Fenstern in einen Wagenkasten-Rohbau verwendet werden. Es ist jedoch auch möglich, die Wandsegmente aus für Mobilfunkfrequenzen durchlässigem Material mit den angrenzenden Bereichen der Metallstrukturen zu verschrauben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung noch näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische, perspektivische Ansicht auf einen Längsabschnitt eines Wagenkasten-Rohbaus für ein Schienenfahrzeug und
2 eine schematische Ansicht auf einen Seitenwandabschnitt des Wagenkasten-Rohbaus für ein Schienenfahrzeug nach 1.

Wie aus 1 hervorgeht, ist ein Wagenkasten-Rohbau 1 eines Schienenfahrzeugwagens, der in Integralbauweise hergestellt ist, d.h. dessen Seitenwand 2 und Dach 3 aus in Längsrichtung des Schienenfahrzeugwagens verlaufenden, miteinander verschweißten Strangpressprofilen (Aluminium) aufgebaut sind.
Die Seitenwand 2 des Wagenkasten-Rohbaus 1 ist in herkömmlicher Weise mit Fensterausschnitten 4 ausgestattet. Zusätzlich können insbesondere an Wagenenden Türöffnungen vorgesehen sein.
Wandsegmente 5 des Wagenkasten-Rohbaus 1 sind aus glasfaserverstärktem Kunststoff gebildet und in zugeordnete Öffnungen in der metallischen Tragstruktur eingesetzt. Die Außenhautfläche der Wandsegmente 5 nehmen wenigstens 20% der Gesamt-Außenhautfläche der Seitenwand 2 ein. Die Öffnungen zur Aufnahme der Wandsegmente 5 des Wagenkasten-Rohbaus 1 sind bei der Herstellung des Wagenkasten-Rohbaus 1 durch Fräsen gebildet worden. Dies kann beispielsweise in einem Arbeitsschritt mit dem Schaffen der erforderlichen Tür- und/oder Fensterausschnitte 4 erfolgen. Aus dieser Bearbeitung des zunächst voll-metallischen Wagenkasten-Rohbaus 1 entsteht eine metallische Tragstruktur, die aus nach der Fräsbearbeitung verbleibenden Längsstücken der einzelnen Strangpressprofile 6 (vgl. 2) aufgebaut ist.
Von der Formgebung her liegt die metallische Tragstruktur in Form von strebenartigen unteren Tragstrukturelementen 7 und oberen Tragstrukturelementen 8 vor.
2 zeigt einen Längsabschnitt der Seitenwand 2. Es wird veranschaulicht, dass die Fensterausschnitte 4 jeweils von metallischem Material umgrenzt sind. Untere strebenförmige Elemente 7 sind derart angeordnet, dass sie untere Eckbereiche der Fensterausschnitte 4 umfassen. Die unteren Tragstrukturelemente 7 erstrecken sich etwa von einem Punkt am unteren Rand der Seitenwand 2, der etwa mittig unterhalb eines Fensterausschnittes 4 liegt, schräg nach oben in Richtung eines unteren Eckbereichs des zugeordneten Fensterausschnittes 4 und von da aus weiter, bis wieder ein über die gesamte Höhe der Seitenwand 2 vollmetallischer Bereich 9 der Seitenwand 2 oder ein zwischen zwei benachbarten Fensteröffnungen 4 angeordneter vollmetallischer Bereich 10 erreicht ist. Obere Tragstrukturelemente 8 schließen an obere Enden der unteren Tragstrukturelemente 7 an, verlaufen in Richtung oberer Eckbereiche der Fensterausschnitten 4 und enden am oberen Rand der Seitenwand 2.
Durch die gewählte Anordnung der unteren Tragstrukturelemente 7, der oberen Tragstrukturelemente 8 und der vollmetallischen Bereiche 9, 10 bilden sich annähernde Dreiecksformen für die Wandsegmente 5 aus glasfaserverstärktem Kunststoff aus. Die Wandsegmente 5 schließen sich seitlich und entfernt von Eckbereichen an die Fensterausschnitte 4 an oder sind von den Tragstrukturelementen 7, 8 und vollmetallischen Bereichen der Seitenwand 2 umrahmt.
Die Teilbereiche 5 des Wagenkasten-Rohbaus 1 sind mit angrenzenden metallischen Strukturen, wie den Tragstrukturelementen 7, 8, den die Fensterausschnitte 4 umrahmenden vollmetallischen Bereichen und den Bereichen 9, 10 beispielsweise mittels Klebverbindungen verbunden. Alternativ dazu ist es auch möglich, Schraubverbindungen zur Befestigung der Wandsegmente 5 an angrenzende Metallstrukturen der genannten Art zu verwenden.
Obwohl die Erfindung anhand eines in Integralbauweise hergestellten und zum Schaffen der Öffnungen für die Wandsegmente (5) aus für Mobilfunkfrequenzen durchlässigem Material bearbeiteten Wagenkastens für ein Schienenfahrzeug erläutert worden ist, lässt sie sich auch bei in Differential- oder Hybridbauweise gefertigten Wagenkästen verwirklichen. Auch eine Anwendung bei Bussen ist denkbar.
Insbesondere können die strebenförmigen Tragstrukturelemente 7, 8 auch aus nach beispielsweise einer Fräsbearbeitung verbliebenen Sandwichplattenstrukturen gebildet sein. Dabei kommen Sandwichplatten mit zwei metallischen Deckschichten und einer zwischen diesen Deckschichten angeordneten, ebenfalls metallischen Wabenstruktur zum Aufbau von Seiten-, Stirn- und weiteren Wandungen zum Einsatz.
Auch ist es möglich, dass die strebenförmigen Tragstrukturelemente 7, 8 aus Einzelprofilen gebildet sind und der Aufbau des Wagenkasten-Rohbaus solche Einzelprofile, Sandwichplatten und/oder Strangpressprofile umfasst, die geeignet miteinander gefügt sind.

Claims

Wagenkasten für ein Fahrzeug zur Personenbeförderung, mit einem Wagenkasten-Rohbau (1), der mit Tür- und/oder Fensterausschnitten versehene Seitenwände, ein Dach (3) und Stirnwände aufweist, die aus Metallstrukturen aufgebaut sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Wagenkasten-Rohbau (1) Wandsegmente (5) aufweist, die aus für Mobilfunkfrequenzen (Frequenz f > 700 MHz) durchlässigem Material gebildet und in Öffnungen in den Metallstrukturen eingesetzt sind.
Wagenkasten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallstrukturen in Form von Strangpressprofilen (6) oder Sandwichplatten vorliegen.
Wagenkasten nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die für Mobilfunkstrahlung durchlässigen Wandsegmente (5) des Wagenkasten-Rohbaus (1) jeweils in eine selbsttragende Tragstruktur eingebettet sind.
Wagenkasten nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die selbsttragende Tragstruktur strebenförmige Tragstrukturelemente (7, 8) umfasst.
Wagenkasten nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die selbsttragende Tragstruktur Eckbereiche der Tür- und/ oder Fensterausschnitte (4) umfasst.
Wagenkasten nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandsegmente (5) aus für Mobilfunkfrequenzen durchlässigerem Material entfernt von Eckbereichen der Tür- und/oder Fensterausschnitte (4) angeordnet sind.
Wagenkasten nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandsegmente (5) aus für Mobilfunkfrequenzen durchlässigem Material einen Flächenanteil von wenigstens 20% der Seitenwand (2), der Stirnwand oder des Daches (3) des Wagenkasten-Rohbaus (1) einnehmen.
Wagenkasten nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das für Mobilfunkfrequenzen durchlässige Material metallfrei ist.
Wagenkasten nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das für Mobilfunkfrequenzen durchlässige Material aus der Gruppe ausgewählt ist, die glasfaserverstärkten Kunststoff und kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff umfasst.
Wagenkasten nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandsegmente (5) aus für Mobilfunkfrequenzen durchlässigerem Material in die Öffnungen in den Metallstrukturen eingeklebt sind.
Wagenkasten nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandsegmente (5) aus für Mobilfunkfrequenzen durchlässigerem Material mit angrenzenden Bereichen der Metallstrukturen verschraubt sind.