DE60216891T2

DE60216891T2 - Structural damping of a car body of a rail vehicle

Info

Publication number: DE60216891T2
Application number: DE60216891T
Authority: DE
Inventors: Björn SVENDING; Dirk Von Werne
Original assignee: Bombardier Transportation GmbH
Current assignee: Alstom Transportation Germany GmbH
Priority date: 2001-01-26
Filing date: 2002-01-23
Publication date: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2022-01-24
Also published as: SE520995C2; WO2002058982A1; WO2002058982A8; EP1353833B1; SE0100231L; DE60216891D1; EP1353833A1; ATE348743T1; SE0100231D0; CN1307072C; CN1525918A

Abstract

In a carbody of a rail vehicle compring at least two structural members (1, 2, 3, 6, 7, 8) joined together by fastening means (10) at opposing surfaces of the structural members (1, 2, 3, 6, 7, 8). The opposing surfaces of the structural members (1, 2, 3, 6, 7, 8) are pressed together by the fastening means (10) for transmitting forces from one structural member to the other structural member by friction. The opposing surfaces have an area of direct contact between the structural members in the vicinity of the fastening means (10) and a vibration damping means (15) is disposed between the opposing surfaces in a distance (d) from the area of direct contact. The joints of the structural members exhibit vibration damping characteristics and a high strength at a long life time.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Dämpfung eines Wagenkastens für ein Schienenfahrzeug in modularer Bauweise.The The present invention relates to the damping of a car body for a rail vehicle Modular design.

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND THE INVENTION

Ein Wagenkasten ist das Tragwerk eines Schienenfahrzeugs. In allgemein bekannten Bauweisen sind Wagenkästen aus Aluminiumprofilen in Integralbauweise oder aus dünnen an einen Stahlrahmen geschweißten oder punktgeschweißten Stahlblechen in Differentialbauweise zusammengeschweißt. Ein Wagenkasten kann auch Module umfassen, die durch Schweißen, Klebstoffe, Nieten oder Bolzen zusammengefügt sind. Die Dynamik des Wagenkastens steht mit dem Fahrkomfort des Schienenfahrzeugs in direkter Wechselbeziehung. Während des Betriebs des Schienenfahrzeugs überträgt die Wiegenaufhängung zyklische Drehgestellbewegungen auf die Wagenkastenkonstruktion. Wenn die Erregerfrequenz mit einer der Eigenfrequenzen der Konstruktion zusammenfällt, können sich die erregten Schwingungen ungehindert ausbreiten und ihre Amplitude kann zunehmen, insbesondere wenn die Wagenkastenkonstruktion eine relativ niedrige Dämpfung aufweist. Deshalb müssen die Schwingungsfrequenz des Drehgestells und die kleinste Eigenfrequenz der Wagenkastenkonstruktion getrennt werden.One Car body is the structure of a rail vehicle. In general known constructions are car bodies made of aluminum profiles in integral construction or thin on welded a steel frame or spot-welded Steel sheets welded together in differential construction. One Car body can also include modules made by welding, adhesives, Rivets or bolts joined together are. The dynamics of the car body stands with the ride comfort of the Rail vehicle in direct correlation. During the Operation of the rail vehicle transmits the cradle suspension cyclic Bogie movements on the carbody construction. When the excitation frequency coincides with one of the eigenfrequencies of construction, can become the excited vibrations spread unhindered and their amplitude can increase, especially if the carbody construction a relatively low damping having. That's why the vibration frequency of the bogie and the smallest natural frequency the carbody construction are separated.

Die Eigenfrequenzanforderung führt oft zu einem erhöhten Wagenkastengewicht. Bei einer bestimmten strukturellen Dämpfung des Wagenkastens kann der Fahrkomfort durch zusätzliche Versteifungsmaßnahmen erhöht werden. Da der Wagenkastenquerschnitt eine feste Größe ist, wird dies durch Verwenden dickerer Strukturteile erreicht und führt zu einem erhöhten Wagenkastengewicht. Diese Wirkung nimmt bei langen Wagenkästen von Hochgeschwindigkeitszügen, wo jeder Wagenkasten ein zusätzliches Gewicht von 1 bis 2 Tonnen trägt, um die Steifigkeitsanforderungen zu erfüllen, außergewöhnlich zu. Dies wiederum erhöht zum Beispiel die Materialkosten, die Anforderungen an Räder und Achsen, die Schienenabnutzungsrate und die Energiekosten.The Natural frequency request leads often to an increased Car body weight. At a certain structural damping of the Car body can improve ride comfort through additional stiffening measures elevated become. Since the car body cross-section is a fixed size, This is achieved by using thicker structural parts and leads to a increased Car body weight. This effect decreases in long car bodies High-speed trains, where every carbody has an extra Weight of 1 to 2 tons, To meet the rigidity requirements, exceptionally good. This in turn increases, for example the material costs, the requirements for wheels and axles, the rail wear rate and the energy costs.

Neben Innenausstattung und Beschlagteilen, Lüftungskanälen und Außenausstattung wie geklebten Fensterbeschlägen, Türen und Faltenbalgübergängen, ergibt sich der Hauptbeitrag zur Schwingungsdämpfung der heutigen Fahrzeuge aus der Schwingungsdämpfung der Tragkonstruktion. Der Fahrkomfort hinsichtlich seitlicher Beschleunigung im Wagenkasten hängt von den grundlegenden Eigenfrequenzen des Wagenkastens und der strukturellen Dämpfung ab. Nach einer qualitativen allgemeinen Aussage ist die Wirkung erhöhter struktureller Dämpfung auf den Fahrkomfort umso größer, je niedriger die Wagenkasteneigenfrequenz ist. Der physikalische Grund dafür ist, dass die Dämpfung als eine Schwingungssteuerungsmaßnahme nur bei Frequenzen wirksam ist, bei denen die gedämpfte Struktur resonant ist. Desgleichen ist die Wirkung der Wagenkastendämpfung aufgrund höherer Erregungspegel in der Frequenzregion der elastischen Modi ausgeprägter, wenn die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs erhöht wird oder wenn das Fahrzeug auf schmäleren Gleisen gefahren wird.Next Interior and fittings, ventilation ducts and exterior equipment such as glued Window fittings, Doors and Bellows transitions, results the main contribution to the vibration damping of today's vehicles from the vibration damping the supporting structure. The ride comfort regarding lateral acceleration hangs in the car body from the fundamental natural frequencies of the car body and the structural damping. According to a qualitative general statement, the effect of increased structural is damping on the ride comfort the greater, ever lower is the carbody's natural frequency. The physical reason for that is, that damping acting as a vibration control measure only at frequencies is where the muted Structure is resonant. Likewise, the effect of the car body damping is due higher Excitation level in the frequency region of the elastic modes more pronounced when the speed of the rail vehicle is increased or if the vehicle on narrower Rail is driven.

Eine erhöhte Wagenkastendämpfung erlaubt daher das Senken des Wagenkastengewichts und/oder eine kleinere Sicherheitsspanne zwischen der Drehgestellschwingungsfrequenz und den niedrigsten Wagenkasteneigenfrequenzen.A increased Car body damping therefore allows lowering of the body weight and / or a smaller one Safety margin between the bogie vibration frequency and the lowest car body natural frequencies.

WO 00/44601 beschreibt ein Schienenfahrzeug mit einem selbsttragenden Wagenkasten, der einen Boden und ein Dach sowie Seitenwände hat, die Fenster und Zugangsbereiche aufweisen. Die Seitenwände sind jeweils aus einem Rahmen hergestellt, der starr mit dem Boden verbunden ist und Seitenwandelemente aufweist. Die Wagenkastenverkleidungselemente sind tragend ausgebildet und kraftschlüssig an Rahmenelementen befestigt, um eine gerippte Plattentragkonstruktion zu bilden. Die Wagenkastenverkleidungselemente umfassen eine integrierte Zwischenschicht mit schwingungsdämpfenden Eigenschaften. Es können kraftschlüssige Klebstoffverbindungen oder kraftschlüssige Schraub- oder Nietverbindungen zwischen den Rahmenelementen und tragenden Wagenkastenverkleidungselemente vorgesehen sein. Die tragenden Wagenkastenverkleidungselemente sind als tragende Sandwichelemente konfiguriert, die aus einer Außenschicht, einer Innenschicht und einer Zwischenschicht bestehen. Die Zwischenschicht hat wärme- und/oder schalldämmende und schwingungsdämpfende Eigenschaften und hält die Außen- und die Innenschicht voneinander beabstandet. Während erregte Wagenkastenschwingungen von den Klebstoffverbindungen gedämpft werden, ist es ein Problem derartiger Schienenfahrzeuge, dass sich dieselben Schwingungen über kraftschlüssige Nietverbindungen ausbreiten können.WHERE 00/44601 describes a rail vehicle with a self-supporting Car body having a floor and roof as well as side walls that Have windows and access areas. The side walls are each made from a frame that is rigidly connected to the floor is and has sidewall elements. The car body panel elements are load-bearing and frictionally attached to frame members, to form a ribbed plate support structure. The car body panel elements include an integrated intermediate layer with vibration damping Properties. It can non-positive adhesive connections or non-positive Screw or rivet connections between the frame elements and be provided supporting car body trim elements. The bearing ones Cart body paneling elements are as carrying sandwich panels configured, consisting of an outer layer, a Inner layer and an intermediate layer exist. The intermediate layer has heat and / or soundproofing and vibration damping Properties and holds the outside and the inner layer spaced from each other. While excited car body vibrations it is a problem to be dampened by the adhesive compounds such rail vehicles, that the same vibrations on non-positive riveted joints can spread.

Ein Wagenkasten für Schienenfahrzeuge wie in DE 42 18 751 A1 offenbart umfasst modular gegliederte Montageeinheiten, die in Differentialbauweise untereinander zusammengefügt sind und Außenhautbleche und transversale Verstärkungsprofile haben. Die benachbarten Endregionen der Montageeinheiten sind zu U- und entsprechenden Z-Profilen geformt, um knick- und schubsteife Längsprofile zu bilden. Diese Profile sind mittels der Druckfügetechnik miteinander und mittels kraftschlüssiger Verbindungselemente wie schnell setzbaren Bolzen mit anderen Teilen des Wagenkastens verbunden. Zur Akustikdämmung und zum Korrosionsschutz ist eine Zwischenschicht aus Elastomerkleber zwischen den einander gegenüberliegenden Oberflächen eingebracht. Die Dicke der Zwischenschicht wird von einem Distanzstück definiert, das von der Kraft der hochfest vorgespannten Befestigungselemente beaufschlagt wird. Die mögliche Festigkeit einer derartigen Verbindung wird von der Zwischenschicht verringert, weil im Betrieb eines solchen Schienenfahrzeugs entstehende Kräfte kraftschlüssig nur über den Bereich des Kontakts der einander gegenüberliegenden Oberflächen der Montageeinheitsprofile mit dem Distanzstück übertragen werden.A car body for rail vehicles as in DE 42 18 751 A1 discloses modularly-structured mounting units which are assembled together in differential construction and have outer skin panels and transverse reinforcing profiles. The adjacent end regions of the mounting units are formed into U and corresponding Z-profiles to form kink and shear stiff longitudinal profiles. These profiles are connected to each other by means of Druckfügetechnik and by means of non-positive fasteners such as quick-setting bolts with other parts of the car body. For acoustic insulation and corrosion protection is a Intermediate layer of elastomeric adhesive introduced between the opposing surfaces. The thickness of the intermediate layer is defined by a spacer, which is acted upon by the force of the high-strength prestressed fastening elements. The possible strength of such a connection is reduced by the intermediate layer, because forces arising during operation of such a rail vehicle are transmitted in a force-locking manner only over the area of contact of the opposing surfaces of the assembly unit profiles with the spacer.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY THE INVENTION

Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wagenkasten für ein Schienenfahrzeug mit hoher struktureller Dämpfung in Strukturelementen und in Verbindungen zwischen Strukturelementen bereitzustellen.The The object of the invention is a carbody for a rail vehicle with high structural damping in structural elements and in connections between structural elements provide.

Das Problem wird durch einen Wagenkasten nach Anspruch 1 gelöst, bei welchem die einander gegenüberliegenden Oberflächen der Strukturelemente eine Fläche mit direktem Kontakt in der Nähe der Befestigungseinrichtungen aufweisen, wodurch eine optimale Reibungsübertragung geschaffen wird. Zusätzliche Zwischeneinrichtungen begrenzter Dicke zwischen den einander gegenüberliegenden Oberflächen, die die Verbindungsfestigkeit schwächen oder die Dauerfestigkeit verringern könnten, werden vermieden. Da die Vibrationsdämpfungseinrichtungen zwischen den einander gegenüberliegenden Oberflächen in einem Abstand von Flächen mit direktem Kontakt angeordnet sind, reduzieren einerseits die Dämpfungseinrichtungen die Reibungsübertragung der Verbindung nicht und andererseits ist die vibrationsdämpfende Eigenschaft der Verbindung bereitgestellt. Infolgedessen kann die Gesamtdämpfung des Wagenkastens erhöht werden mit dem Vorteil einer größeren Spanne zwischen den Eigenfrequenzen des Wagenkastens und der Drehgestellschwingungsfrequenz. Außerdem oder alternativ kann das durch Versteifungsanforderungen bedingte Gewicht des Wagenkastens reduziert werden. Ein höherer Fahrkomfort für das Schienenfahrzeug kann noch durch Verwenden bekannter mechanischer Befestigungsverfahren wie Bolzen und Huck-Bolzen mit Reibkraftübertragung erreicht werden. Huck-Bolzen sind gerippte Bolzen, die mit einem so großen Drehmoment festgezogen werden, dass die Bolzen verformt werden. Die Vibrationsdämpfungseinrichtungen können zwischen den Befestigungseinrichtungen oder entlang der Verbindung in einem Abstand von den Befestigungseinrichtungen angeordnet sein.The Problem is solved by a carbody according to claim 1, at which the opposite ones surfaces the structural elements a surface with direct contact near the Have fastening means, whereby an optimal friction transmission is created. additional Intermediate devices of limited thickness between the opposite Surfaces, weaken the bond strength or the fatigue strength could reduce are avoided. Since the vibration damping devices between the opposite ones surfaces at a distance from surfaces arranged with direct contact, on the one hand reduce the damping devices the friction transmission of Connection not and on the other hand, the vibration-damping Property of the connection provided. As a result, the Total attenuation of the Car body increases be with the benefit of a wider range between the natural frequencies of the car body and the bogie vibration frequency. Furthermore or alternatively this may be due to stiffening requirements Weight of the car body can be reduced. A higher ride comfort for the rail vehicle can still by using known mechanical fastening methods how to achieve bolts and huck bolts with friction transmission. Huck bolts are ribbed bolts that have such a large torque be tightened that the bolts are deformed. The vibration damping devices can between the fastening devices or along the connection be arranged at a distance from the fastening devices.

Vorzugsweise werden Strukturelemente mit Dämpfungseigenschaften verwendet, wie Doppelhaut-Sandwich-Strukturelemente mit einem Zwischenkern, wobei die Schichten des Sandwichelements durch Kleben zusammengefügt sind. Der Kern besteht aus einem Material niedriger Dichte, wie einem geschäumten Kunststoff, und der Kern dämpft Vibrationen und dämmt Schall effektiv und ist auch ein guter Wärmedämmstoff.Preferably become structural elements with damping properties used as double-skin sandwich structural elements with an intermediate core, wherein the layers of the sandwich element are joined together by gluing. The core is made of a low density material, such as a foamed Plastic, and the core dampens vibrations and insulates Sound is effective and is also a good thermal insulation material.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung einer bevorzugten veranschaulichenden Ausgestaltung und über die Zeichnungen offengelegt.Further Advantages, features and details of the invention are disclosed in the following description of a preferred illustrative embodiment and over the drawings disclosed.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENSHORT DESCRIPTION THE DRAWINGS

1 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung einer modularen Wagenkastenbaugruppe. 1 Figure 11 is an exploded perspective view of a modular carbody assembly.

2 ist ein Schnittbild durch eine Verbindung zwischen einem Seitenwandmodul und dem Bodenmodul. 2 is a sectional view through a connection between a side wall module and the floor module.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSGESTALTUNGENDETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS

Ein Wagenkasten eines Schienenfahrzeugs umfasst, wie in 1 gezeigt, eine Mehrzahl von zusammenzufügenden Strukturelementen. Es gibt ein Bodenmodul 1, zwei Seitenwände, zwei Stirnseitenwände 2 und ein Dachmodul 3. Jede Seitenwand umfasst ein langes Seitenwandmodul 6 in der Mitte und zwei kurze Seitenwandmodule 7 an den Enden der Seitenwand, jedes Seitenwandmodul umfasst Fenster 17. Türmodule 8 sind zwischen dem langen Seitenwandelement 6 und den benachbarten kurzen Seitenwandelementen 7 angeordnet. Die Endwände 2 können Türöffnungen 9 umfassen. Die Wandmodule sind an ihren unteren Enden mit dem Bodenmodul 1, an vertikalen einander gegenüberliegenden Oberflächen miteinander und an ihren oberen Enden mit dem Dachmodul 3 verbunden. Die Module des Wagenkastens sind durch Befestigungseinrichtungen 10 (siehe 2) wie Bolzen, vorzugsweise Huck-Bolzen, oder Nieten, vorzugsweise Stanznieten, verbunden, um eine zeitsparende und einfache Montage zu erreichen. Die Wand- und Dachmodule sind aus geklebten Stahl-Divinycell-Stahl-Sandwichplatten hergestellt. Divinycell ist ein Warenzeichen für ein Schaumkunststoffkernmaterial. Das Kernmaterial hat vibrationsdämpfende Eigenschaften.A body of a rail vehicle comprises, as in 1 shown, a plurality of structural elements to be joined together. There is a floor module 1 , two side walls, two end walls 2 and a roof module 3 , Each sidewall includes a long sidewall module 6 in the middle and two short sidewall modules 7 at the ends of the sidewall, each sidewall module includes windows 17 , door modules 8th are between the long sidewall element 6 and the adjacent short sidewall elements 7 arranged. The end walls 2 can door openings 9 include. The wall modules are at their lower ends with the floor module 1 , on vertical opposite surfaces with each other and at their upper ends with the roof module 3 connected. The modules of the car body are by fasteners 10 (please refer 2 ), such as bolts, preferably huck bolts, or rivets, preferably punch rivets, connected to achieve a time-saving and easy installation. The wall and roof modules are made of glued steel Divinycell steel sandwich panels. Divinycell is a trademark for a foam plastic core material. The core material has vibration damping properties.

Gemäß 2 umfasst eine Verbindung zwischen zwei Strukturelementen des Wagenkastens, nämlich einem Seitenwandmodul 7 und einem Bodenmodul 1, eine Kombination aus einem Z-förmigen Profil 11, das am Bodenmodul 1 befestigt ist, und einem C-förmigen Profil 12, das mit Huck-Bolzen 13 mit dem Z-förmigen Profil 11 verbunden ist. In der Bodenregion umfasst das Seitenwandmodul 7 ein hohles rechteckiges Profil 14, das durch zwei Reihen von Huck-Bolzen als Befestigungseinrichtungen 10 an einander gegenüberliegenden Oberflächen dieser Profile am C-förmigen Profil 12 montiert ist. Das rechteckige Profil 14 und das C-förmige Profil 12 werden von den Befestigungseinrichtungen 10 zusammengepresst, wodurch eine Fläche mit direktem Kontakt in der Nähe der Befestigungseinrichtungen 10 gebildet wird zur Reibungsübertragung von Lasten zwischen den Strukturelementen. Zwischen den einander gegenüberliegenden Oberflächen sind in einem Abstand d von dem Direktkontaktbereich Vibrationsdämpfungseinrichtungen 15 angeordnet. Die Vibrationsdämpfungseinrichtungen 15 sind aus einem viskoelastischen Material, wie zum Beispiel Polyurethan, MS-Polymer, Silikon oder Butylgummi, hergestellt und sind zum Beispiel als Streifen entlang den Reihen von Befestigungseinrichtungen 10 montiert. Die Vibrationsdämpfungseinrichtungen 10 sind in einem engsten Abstand d von den Befestigungseinrichtungen angeordnet, der im Bereich von 30 bis 200 mm, vorzugsweise etwa 100 mm, liegt. Außerdem können die Vibrationsdämpfungseinrichtungen 15 an weiteren einzelnen Positionen zwischen der Innenauskleidung 16 und dem Seitenwandmodul 7 angeordnet sein. Die erfindungsgemäße Fügeverbindung wird zwar oben für die Verbindung zwischen einer Seitenwand und einem Bodenmodul beschrieben, sie ist aber nicht auf diese Anwendung begrenzt. Sie kann vielmehr auf jede beliebige Fügeverbindung zwischen Strukturelementen eines Wagenkastens angewendet werden.According to 2 comprises a connection between two structural elements of the car body, namely a side wall module 7 and a floor module 1 , a combination of a Z-shaped profile 11 at the floor module 1 attached, and a C-shaped profile 12 that with huck bolts 13 with the Z-shaped profile 11 connected is. In the bottom region, the sidewall module comprises 7 a hollow rectangular profile 14 Passing through two rows of huck bolts as fasteners 10 at opposite surfaces of these profiles on the C-shaped profile 12 is mounted. The rectangular profile 14 and the C-shaped profile 12 be from the fasteners 10 compressed, creating a surface with direct contact near the fasteners 10 is formed for the friction transfer of loads between the structural elements. Between the opposing surfaces are vibration damping devices at a distance d from the direct contact region 15 arranged. The vibration damping devices 15 are made of a viscoelastic material, such as polyurethane, MS polymer, silicone or butyl rubber, and are for example strips along the rows of fasteners 10 assembled. The vibration damping devices 10 are arranged at a closest distance d from the fastening means, which is in the range of 30 to 200 mm, preferably about 100 mm. In addition, the vibration damping devices 15 at further individual positions between the inner lining 16 and the sidewall module 7 be arranged. Although the joint connection according to the invention is described above for the connection between a side wall and a floor module, it is not limited to this application. Rather, it can be applied to any joint connection between structural elements of a car body.

Claims

Car body of a rail vehicle comprising at least two structural elements ( 1 . 2 . 3 . 6 . 7 . 8th ) secured by fasteners ( 10 ) on opposite surfaces of the structural elements ( 1 . 2 . 3 . 6 . 7 . 8th ), wherein the opposing surfaces of the structural elements ( 1 . 2 . 3 . 6 . 7 . 8th ) by the fastening devices ( 10 ) in order to transfer forces from one structural element to the other structural element by friction, characterized in that the opposing surfaces have a surface with direct contact between the structural elements in the vicinity of the fastening devices ( 10 ) and vibration damping devices ( 15 ) are disposed between the opposing surfaces at a distance (d) from the fasteners.

Car body according to claim 1, wherein the structural elements ( 1 . 2 . 3 . 6 . 7 . 8th ) a floor module ( 1 ), a door module ( 8th ), a wall module ( 6 . 7 ) and an end structure ( 2 ) or a roof module ( 3 ).

Car body according to claim 1 or 2, wherein the fastening devices ( 10 ) Have bolts, preferably huck bolts or rivets, preferably punch rivets.

Car body according to one of claims 1 to 3, in which vibration damping devices ( 15 ) are made of a viscoelastic material such as polyurethane, MS polymer, silicone or butyl rubber.

Car body according to one of claims 1 to 9, wherein the distance (d) between the vibration damping devices ( 15 ) and the fastening devices ( 10 ) in the range of 30 to 200 mm, preferably 100 mm.

Car body according to one of claims 1 to 5, wherein at least one of the structural elements of a sandwich construction with metal outer skin and an intermediate core and terminations, wherein the core vibration damping properties having.

Car body according to one of claims 1 to 6, in which panels, Ventilation ducts or Window with the car body over viscoelastic compounds, so that they are structural damping contribute.