DE3318770A1 - Wagon body for a railway wagon - Google Patents

Wagon body for a railway wagon

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DE3318770A1
DE3318770A1 DE19833318770 DE3318770A DE3318770A1 DE 3318770 A1 DE3318770 A1 DE 3318770A1 DE 19833318770 DE19833318770 DE 19833318770 DE 3318770 A DE3318770 A DE 3318770A DE 3318770 A1 DE3318770 A1 DE 3318770A1
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DE19833318770
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Henry Dipl.-Ing. 72465 Västerås Halldin
Lage 72355 Västerås Marcusson
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    • B61—RAILWAYS
    • B61D—BODY DETAILS OR KINDS OF RAILWAY VEHICLES
    • B61D17/00—Construction details of vehicle bodies
    • B61D17/04—Construction details of vehicle bodies with bodies of metal; with composite, e.g. metal and wood body structures
    • B61D17/043—Construction details of vehicle bodies with bodies of metal; with composite, e.g. metal and wood body structures connections between superstructure sub-units

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Wagon body for a railway wagon constructed in the shell mode and made of lightweight metal. Some or all of the lightweight metal profile carriers, preferably the profile carriers (2) running in the longitudinal direction, which run together in the corners of the wagon body are connected to belts or rods (13) made of a composite fibre material, the fibres of which consist of a material which has a considerably higher modulus of elasticity than the material of the lightweight profile carriers (2). Carbon fibres are preferably used in the composite fibre material. The composite fibre material is preferably connected to the lightweight metal profile carriers in grooves (11) which run in the longitudinal direction of said carriers. By means of this structure, the rigidity, and thus the natural frequency, of the wagon body is increased without an accompanying appreciable increase in the weight. <IMAGE>

Description

Wagenkasten für Eisenbahnwagen Car body for railway wagons

Die Erfindung betrifft einen Wagenkasten für Eisenbahnwagen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a car body for railroad cars according to the preamble of claim 1.

Um den Energieverbrauch gering zu halten, ist es wichtig, das Gewicht von Eisenbahnwagen möglichst klein zu halten. Eine Möglichkeit zur Herabsetzung des Gewichtes besteht darin, daß man für den Wagenkasten eine Schalenbauweise aus Leichtmetall, vQrzugsweise Alumium, verwendet. Besonders wichtig ist die Gewichtseinsparung bei Triebwagen, die auf Strecken mit dichter Stationsfolge eingesetzt werden und dadurch häufig beschleunigt und gebremst werden müssen.In order to keep energy consumption down, it is important to keep your weight to keep rail cars as small as possible. One way to discount the weight consists in the fact that a shell construction is made for the car body Light metal, preferably aluminum, is used. Weight saving is particularly important for railcars that are used on routes with a close sequence of stations and as a result, they often have to be accelerated and braked.

Bei gleichbleibender Festigkeit wird ein Wagenkasten mit einer Leichtmetallkonstruktion erheblich leichter als ein entsprechender Wagenkasten mit einer Stahlkonstruktion. Dagegen ist die Steifigkeit des Wagenkastens bei der Leichtmetallkonstruktion bedeutend geringer, was damit zusammenhängt, daß der Elastizitätsmodul des Leichtmetalls niedriger als der des Stahls ist. Der E-Modul von Aluminium beträgt nur ein Drittel des E-Moduls von Stahl. Dies ist ein Nachteil, da die Steifigkeit für die Betriebs eigenschaften eines Eisenbahnwagens von großer Bedeutung ist. Bei hoher Steifigkeit liegt nämlich die Eigenschwingungsfrequenz des Wagens höher.With the same strength, a car body is made with a light metal construction considerably lighter than a corresponding car body with a steel construction. In contrast, the rigidity of the car body is important in the light metal construction lower, which is related to the fact that the modulus of elasticity of the light metal is lower than that of steel. The modulus of elasticity of aluminum is only one third of the modulus of elasticity of steel. This is a disadvantage, as the rigidity for the operating properties of a railroad car is of great importance. With high stiffness lies namely the natural frequency of oscillation of the car is higher.

Die Steifigkeit muß so groß sein, daß die Eigenfrequenz für Züge mit normaler Geschwindigkeit, wie Vorortzüge, 10 Hz oder mehr und für Schnellzüge oder Hochgeschwindigkeitszüge 12 Hz oder mehr beträgt, damit keine unerwünschten Schwingungen auftreten. Würde man die Steifig- keit eines Leichtmetallwagenkastens durch querschnittsstärkere Profile so weit vergrößern, daß die Steifigkeit des Wagenkastens die eines vergleichbaren Stahlwagenkastens erreicht, so würde nur eine unbedeutende oder gar keine Gewichtsersparnis erzielt werden.The rigidity must be so great that the natural frequency for trains with normal speed, such as suburban trains, 10 Hz or more and for express trains or High-speed trains are 12 Hz or more to avoid unwanted vibrations appear. If one were to ability of a light metal car body Enlarge by thicker cross-section profiles so much that the rigidity of the car body reached that of a comparable steel car body, only an insignificant one would be achieved or no weight savings at all can be achieved.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wagenkasten der eingangs genannten Art zu entwickeln, dessen Steifigkeit ohne nennenswerte Gewichtserhöhung größer als bei den bekannten Ausführungen ist.The invention is based on the object of a car body of the initially named type to develop its rigidity without significant increase in weight is larger than in the known designs.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Wagenkasten nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, der erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.A car body according to the preamble is used to solve this problem of claim 1 proposed according to the invention in the characterizing part of claim 1 has the features mentioned.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.Advantageous further developments of the invention are set out in the subclaims called.

Die in dem Faserverbundmaterial verwendbaren Kohlenstofffasern haben einen etwa vier- bis fünfmal so großen E-Modul wie Aluminium. Die Verbindung der Stangen oder Bänder aus dem Kohlenstoffaserverbundmaterial wird vorzugsweise durch Kleben mit den Aluminiumprofilträgem hergestellt. Die Bänder oder Stangen werden dabei vorzugsweise in Längsnuten oder Löchern der stranggepreßten Aluminiumprofilträger untergebracht.The carbon fibers that can be used in the fiber composite material have an elastic modulus about four to five times as large as aluminum. The connection of the Rods or ribbons made of the carbon fiber composite material is preferably made by Gluing made with the aluminum profile beams. The ribbons or rods will be preferably in longitudinal grooves or holes in the extruded aluminum profile supports housed.

Das Kohlenstoffaserverbundmaterial kann entweder aus vorgefertigten Stangen bestehen, die durch Kleben mit den Aluminiumprofilstangen verbunden werden, oder es kann aufgebaut werden aus nassen Bändern aus Kohlenstoffasern und ungehärtetem Kunststoff, wobei beide Komponenten in Aussparungen der Aluminiumprofilträger eingebracht werden und an Ort und Stelle der Kunststoff ausgehärtet wird.The carbon fiber composite material can either be made from pre-fabricated Consist of rods that are connected to the aluminum profile rods by gluing, or it can be constructed from wet ribbons of carbon fibers and uncured Plastic, with both components placed in recesses in the aluminum profile support and the plastic is cured on the spot.

Um die Kontaktfläche zwischen dem Kohlenstoffaserverbundmaterial und den Aluminiumprofilträgern zu vergrößern, kommen die Nuten in den AuminiuinT)roiilträüeI'fl mi t L;iiifrippen versehen sein Anhand des in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Wagenkastens gemäß der Erfindung, Fig. 2 3 und 4 Schnitte durch einen Dachträger, einen Bodenträger und einen Querträger an den durch die Kreise A und B und C in Fig. 1 gezeigten Stellen, wobei die Aluminiumprofilträger gemäß der Erfindung an bestimmten Querschnittsstellen mit Faserverbundmaterial versehen sind.To the contact area between the carbon fiber composite material and to enlarge the aluminum profile beams, the grooves come in the AuminiuinT) roiilträüeI'fl mit t L; iiifrippen be provided by means of the in the figures The invention is to be explained in more detail in the embodiment shown. Show it 1 shows an embodiment of a car body according to the invention, FIGS. 2 3 and 4 cuts through a roof rack, a floor beam and a cross beam the locations shown by circles A and B and C in Fig. 1, the aluminum profile supports according to the invention provided with fiber composite material at certain cross-sectional locations are.

Figur 1 zeigt einen Wagenkasten in Schalenbauweise mit stranggepreßten oberen und unteren in Längsrichtung verlaufenden Eckträgern 2 bzw. 3 sowie mit in Querrichtung verlaufenden Bodenträgern 4, in Querrichtung verlaufenden Dachträgern 5 und vertikal verlaufenden Seitenträgern 6 aus Aluminium.Figure 1 shows a car body in shell construction with extruded upper and lower longitudinal corner beams 2 and 3 as well as with in Transverse floor beams 4, transverse roof beams 5 and vertically extending side supports 6 made of aluminum.

Seiten, Dach, Stirnwände und Boden werden von Blechen 7, 8D 9, 10 gebildet9 die mit Öffnungen für Fenster, Türen usw. versehen sind. Die in Längsrichtung verlaufenden Eckträger 2 und 3 sind als Hohlprofilelmit Nuten 11 bzw. 12 ausgebildet, in welchen Stangen 13 bzw. 14 aus einem Kohlenstoffaserverbundmaterial eingefügt sind und durch Kleben mit den Profilträgern 2 bzw. 3 verbunden sind. Die äußeren Flächen diese Stangen schließen mit den Flächen der Profilträger bündig ab. In Querrichtung verlaufende Bodenprofilträger können ein U-förmiges Profil haben, wobei Stangen 15 aus Kohlenstoffaserverbundmaterial in die Nuten 16 in den Flanschen des Trägers 4 eingelegt sind.Sides, roof, end walls and floor are made of sheets 7, 8D 9, 10 formed9 which are provided with openings for windows, doors etc. The lengthways extending corner beams 2 and 3 are designed as hollow profiles with grooves 11 and 12 respectively, in which rods 13 and 14 respectively made of a carbon fiber composite material are and are connected by gluing with the profile beams 2 and 3 respectively. The outer The surfaces of these rods are flush with the surfaces of the profile beams. In the transverse direction extending floor profile supports can have a U-shaped profile, with rods 15 made of carbon fiber composite material in the grooves 16 in the flanges of the beam 4 are inserted.

Infolge der großen Festigkeit und des hohen Elastizitätsmoduls des Kohlenstoffaserverbundmaterials genügt eine geringe Querschnittsfläche der Stangen 13, 14, 15, um die gewünschte Erhöhung der Steifigkeit des Wagenkastens 1 zu erreichen. Die dabei auftretende Gewichtsvergrößerung ist unbedeutend.Due to the great strength and the high modulus of elasticity of the Carbon fiber composite material suffices a small cross-sectional area of the rods 13, 14, 15 to the Desired increase in the rigidity of the car body 1 to achieve. The resulting increase in weight is insignificant.

Claims (8)

Patentansprüche 1. Wagenkasten für Eisenbahnwagen in Schalenbauweise aus Leichtmetall 9 dadurch gekennzeichnet, daß zumindest in Längsrichtung verlaufende Eckprofilträger des Wagenkastens (1) aufgebaut sind aus Leichtmetallprofilträgern (2 3) und mit diesen verbundenen parallelen Bändern oder Stangen (13, 14) aus einem Faserverbundmaterial, dessen Fasern aus einem Material bestehen, das einen erheblich höheren E-Nodul als das Material der Leichtmetallprofilträger (2, 3) hat. Claims 1. Car body for railroad cars in shell construction made of light metal 9, characterized in that at least in the longitudinal direction Corner profile beams of the car body (1) are made up of light metal profile beams (2 3) and with these connected parallel strips or rods (13, 14) from one Fiber composite material, the fibers of which are made of a material that significantly affects you higher E-Nodul than the material of the light metal profile supports (2, 3). 2 Wagenkasten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leichtmetallprofilträger (2, 3) aus Aluminium bestehen 3. Wagenkasten nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Fasern des Faserverbundmaterials um Kohlenstoffasern handelt.2 car body according to claim 1, characterized in that the light metal profile carrier (2, 3) are made of aluminum 3. Car body according to claim 1 or 2, characterized in that that the fibers of the fiber composite material are carbon fibers. Wagenkasten nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bänder oder Stangen (13, 14) aus Kohlenstoffaserverbundmateri.al mit den Eckprofilträgern verbunden sind.Car body according to one of the preceding claims, characterized in that that the strips or rods (13, 14) made of carbon fiber composite material with the Corner profile beams are connected. 5. Wagenkasten nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stangen (13, 14) aus Kohlenstoffaserverbundmaterial in Längsnuten (11, 12) oder Löchern von stranggepreßten Aluminiumprofilstangen (2, 3) angeordnet sind.5. car body according to claim 4, characterized in that the rods (13, 14) made of carbon fiber composite material in longitudinal grooves (11, 12) or holes of extruded aluminum profile bars (2, 3) are arranged. 6. Wagenkasten nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daZegeennin Längsrichtung verlaufenden Eckprofilträgern (2, 3) auch in QUerrichtung verlaufende Stirnwandprofilträger (4) und Geräte tragende Profilträger mit Fasern mit einem höheren E-Modul als dem der Leichtmetallprofilträger verbunden sind.6. car body according to one of the preceding claims, characterized in that as a result, corner profile girders (2, 3) running in the longitudinal direction also in the transverse direction running end wall profile supports (4) and devices supporting Profile beam connected with fibers with a higher modulus of elasticity than that of the light metal profile beams are. 7. Wagenkasten nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden und/oder die Seiten der Nuten mit Längsrippen versehen sind.7. car body according to claim 5 or 6, characterized in that the bottom and / or the sides of the grooves are provided with longitudinal ribs. 8. Wagenkasten nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bänder oder Stangen (13, 14, 15) aus dem Faserverbundmaterial durch Kleben mit den Aluminiumprofilträgern (2, 3, 4) verbunden sind.8. car body according to one of the preceding claims, characterized in that that the strips or rods (13, 14, 15) made of the fiber composite material by gluing are connected to the aluminum profile supports (2, 3, 4).
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