DE60224258T2

DE60224258T2 - Modular ausgeführter schienenfahrzeugaufbau

Info

Publication number: DE60224258T2
Application number: DE60224258T
Authority: DE
Inventors: Conny SJÖBÄCK; Per Forsberg; Dirk Von Werne; Stefan Karlsson; Faruk Peco; Björn SVENDING
Original assignee: Bombardier Transportation GmbH
Current assignee: Alstom Transportation Germany GmbH
Priority date: 2001-01-26
Filing date: 2002-01-23
Publication date: 2008-12-11
Anticipated expiration: 2022-01-24
Also published as: EP1353832B1; SE521440C2; SE0100230L; WO2002058981A1; CN1307071C; EP1353832A1; DE60224258D1; ATE382006T1; SE0100230D0; WO2002058981A8; CN1489537A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein modulares Konzept einer Karosserie für ein Schienenfahrzeug, in dem alle Module strukturell sind.
Hintergrund der Erfindung
Konventionelle Schienenfahrzeuge haben häufig eine Karosseriestruktur, die ein lasttragendes Rahmenwerk aus länglichen, vertikalen und transversalen, zusammengeschweißten Balken hat. Eine äußere Platte aus flachem oder gewelltem Stahlmaterial ist mit den Balken verschweißt oder vernietet. Das isolierende Material wird zwischen Balken platziert und mit einer inneren Platte abgedeckt.
Diese Art von konventionellen Karosserien weist eine Reihe von Nachteilen auf: Die Montage ist zwangsläufig sequentiell, wodurch die Vorlaufzeit und die Montagezeit lang werden. Die Montage ist ebenfalls anfällig für Verzögerungen, da die nächste Operation nicht gestartet werden kann, bis die vorherige abgeschlossen ist. Die ergonomischen und logistischen Bedingungen des Prozesses sind schwierig.
Das Schweißen führt ästhetische und konstruktionsbedingte Schwächen in die fertige Karosserie ein.
Das Gewicht des Fahrzeugs ist groß, da ein großer Teil des Materials nicht strukturelle Platten und Isolationen bildet.
Die Wände sind dick, da schwere Balken zum Tragen der Struktur notwendig sind.
Viele Zughersteller versuchen, die Probleme mit konventionellen Schienenfahrzeugen durch das Einführen einer modularen Karosserie zu lösen.
Das Patent US 5.797.646 beschreibt ein modulares Schienen- oder Straßenfahrzeug mit einem Dach und einem Rahmen, das Rahmen umfassende Seitenwände hat. Die Rahmen sind die einzigen Strukturteile der Seitenwände. Ein Rahmen könnte durch eine Platte abgedeckt werden oder könnte Fenster oder Türen beinhalten. Es gibt auch nicht strukturelle Teile der Seitenwände, die Platten oder Fenster umfassen.
Ein Nachteil bei dieser Konstruktion ist, dass bei einer Frontalkollision sehr hohe Kräfte von den Strukturteilen aufgenommen werden müssen. Wenn große Teil der Seiten nicht strukturell sind, muss die gesamte Ladung durch die Dach- und Rahmenelemente aufgenommen werden.
Die Patentschrift EP 0605366 A1 zeigt eine Konstruktion einer ringförmigen Serie von hohlen Strukturplatten. Die länglichen Kanten jeder Strukturplatte sind steif mit den entsprechenden länglichen Kanten der anschließenden Platten durch kontinuierliche Verschweißungen verbunden.
Auf diese Weise konzipierte Fahrzeuge des Standes der Technik weisen die folgenden Nachteile auf: Das Verschweißen führt strukturelle und ästhetische Schwächen in die Konstruktion ein, und die Konstruktion lässt keinen hohen Grad einer Vormontage zu, da die elektrischen Armaturen, der Lack, die Einfassungen, die Fenster und anderen Ausrüstungen nach der Verschweißungsoperation angebracht werden müssen.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, eine Karosserie mit dünnen Wänden für einen größeren Innenraum zu erhalten. Die Wände sollten durch Streben, Balken und Rahmenwerk nicht unterbrochen sein. Der größere Innenraum ermöglicht es, mehr Sitzplätze für Menschen zu finden oder den Komfort der Fahrgäste zu erhöhen.
Ein weiterer Gegenstand ist die Vermeidung von Verschweißungen, um die strukturellen Schwächen und die unregelmäßigen Oberflächen auszuschalten, die durch das Verschweißen eingeführt werden.
Ein weiterer Gegenstand ist es, die Produktionszeit und die Arbeit effizient zu machen. Dies wird durch einen hohen Grad an Vormontage erreicht.
Ein weiterer Gegenstand ist die Reduzierung des Gewichts des Fahrzeugs durch Minimierung des Materials, das nicht zur Festigkeit des Fahrzeugs beiträgt. Ein geringeres Gewicht bietet mehrere positive Effekte, wie z. B. gesenkte Kosten für Treibstoff, geringerer Druck auf den Reifen und Achsen sowie weniger Verschleiß der Schienen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine modulare Karosserie für Schienenfahrzeuge und ein Verfahren zur Herstellung der Karosserie. Das Dach und der Boden sind separate Strukturelemente aus einem einzigen Teil: Dach- und Bodenelemente, die zusammen mit vertikalen Strukturelementen eine Karosseriestruktur bilden. Die vertikalen Elemente können eine Tür beinhalten und dann ein Türmodul oder ein Fenster bilden und dann ein Wandmodul bilden.
Zusätzliche Elemente schließen die Struktur in den Enden ab, die Giebel, die Fahrerkabine oder andere Endstrukturen bilden. Diese Elemente tragen nicht in erheblichem Maße zur Längsfestigkeit des Fahrzeugs bei, tragen jedoch hauptsächlich zur Querschnittsfestigkeit der Karosserie bei. Die Endstrukturen sind ebenfalls für die Integrität der Karosserie wichtig.
Die Wandmodule tragen hauptsächlich zu der Längsfestigkeit des Fahrzeugs bei. Die Türmodule und die Endstrukturen tragen hauptsächlich zur Querschnittsfestigkeit sowie zu möglichen internen Verstärkungen in der Form der Zwischenwände bei. Die Boden- und Dachmodule sind selbstverständlich sowohl in der Längsrichtung als auch in der Querrichtung fest. Versteifungsglieder könnten in die Dach- und Flurmodule integriert werden, wo eine Extrafestigkeit notwendig ist, wie z. B. in Verbindung mit Türmodulen und Drehgestellen. Die Versteifungsglieder könnten Balken aus Stahl mit derselben Dicke sein wie das Kernmaterial. Der Biegungswiderstand der Wandmodule, des Dachmoduls und des Bodenmoduls zusammen mit den Türmodulen wirken mit dem Dach und dem Boden zusammen, um einen festen Käfig zu bilden, der die Fahrgäste bei einer Entgleisung effektiv schützt.
Die Wandmodule sollten über die Länge des Moduls gleichmäßig dünn sein, bevorzugt 20–80 mm dick. Die dünnsten der heutigen konventionell konstruierten Karosserien haben eine Wanddicke von 72 mm. Je nach den Anforderungen an die Wärmeisolation und die Festigkeit kann eine Wand aus Strukturelementen mit einer Dicke von 20 mm hergestellt sein, doch eine Wanddicke von mehr als 30 mm wird bevorzugt, um das Einpassen der Fenster in die Wände zu erleichtern.
Ein weiterer Vorteil mit dem modularen Konzept der Erfindung ist, dass die Wandmodule und Türmodule einzeln ersetzbar sind. Wenn es an einem Modul zu einem örtlichen Schaden kommt, kann es entfernt und durch ein ähnliches Modul ersetzt werden. Es wäre ebenfalls möglich, das Fahrzeug nach einigen Jahren Nutzung umzukonzipieren, um mehr Türen mit einer unterschiedlichen Aufteilung zu haben.
Die Fenster könnten in die Wandmodule geklebt werden, um zur Abscherkraft beizutragen, oder können darin derart eingepasst werden, dass nur sehr geringe Kräfte auf das Glas übertragen werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine explodierte Ansicht einer erfindungsgemäßen modularen Karosserie.
2 zeigt ein Türmodul.
3 zeigt eine Karosserie mit einer internen Verstärkung für Querschnittsbelastungen.
4 zeigt ein Wandmodul, das aus sandwichartigem Material mit Endungen und internen Versteifungsgliedern konstruiert ist.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungen
1 zeigt eine modulare Karosserie für Schienenfahrzeuge gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung. Die Karosserie umfasst ein Dachmodul 3 und ein Bodenmodul 1. Das Dachmodul und die Bodenmodule sind separate Strukturelemente aus einem einzigen Teil, die zusammen mit den Modulen eine Karosseriestruktur bilden. Die Seitenmodule können eine Tür beinhalten und dann ein Türmodul 8 oder ein Fenster 17 bilden und dann ein Wandmodul 6, 7 bilden. Entweder die Wandmodule oder die Türmodule können einen oberen Flansch 18 um fassen, der in dem Verbindungsbereich hinter dem anschließenden Modul für die Verteilung von Lasten hervorsteht.
Die Module können mit internen Versteifungsgliedern 19 wie in 1 gezeigt angeordnet sein. Die Versteifungsglieder könnten in dem Dachmodul und Bodenmodul platziert sein, um Lasten zwischen Türmodulen oder oberhalb von Drehgestellen aufzunehmen. Die Versteifungsglieder könnten ebenfalls unterhalb der Fenster angeordnet sein, um die Montage von Sitzen zu unterstützen und zu erleichtern.
Zusätzliche Elemente schliefen die Struktur an den Enden ab und bilden Giebel, Artikulationen, die Fahrerkabine oder andere Endstrukturen 2.
2 zeigt ein Türmodul, das einen Türrahmen 21 und Türblätter 22 umfasst. Der Türrahmen ist konzipiert, um hauptsächlich Querschnittsladungen zu stützen. Die Türmodule sind vollständig vormontiert und mit dem Türblatt, der Türöffnungsmaschinerie 23 und einem Siegel zwischen den Türblättern und dem Türrahmen getestet. Das Modul kann mit Lack oder Einfassungen vorgesehen sein.
Die Wandmodule sind Fertigbauteile mit den am meisten benötigten Einzelheiten vor der Montage der Karosserie. Die Wandmodule können vollständig mit Fenstern, elektrischen Armaturen, Heizvorrichtungen, Luftleitungen und dekorativen Platten oder Lack ausgerüstet sein, wenn erforderlich. Auch Trägerstrukturen für die Sitze, Regale und Trennwände sind für die Vormontage möglich.
Das Bodenmodul ist vollständig vormontiert und wird mit einer schwimmenden Estrich-Anordnung, einem Innenboden, der auf Dämpfungsmitteln ruht, vorgesehen, wobei der Innenboden mit Teppichware eingepasst wird.
Das Bodenmodul beinhaltet in einer anderen Ausführung der Erfindung ebenfalls den Unterrahmen und die Unterrahmenausrüstung, wie z. B. die Verkablung, die Zugausrüstung, die Konverter, die Transformatoren, das (nicht dargestellte) pneumatische System, usw..
Das Dachmodul ist vollständig mit elektrischen Armaturen, Belüftungsmitteln, wie z. B. der Klimaanlagenausrüstung, Luftleitungen und Luftverteilungsmitteln, mit internen und/oder externen Platten, Verkleidungen oder Lackschichten und Beleuchtungseinrichtungen vormontiert. Auch Einrichtungen für Pfosten und Geländer könnten vormontiert werden. Selbst Pantographen könnten in das Dachmodul integriert werden.
Das in 3 gezeigte Segment einer Karosserie hat eine interne Verstärkung 31. Die Verstärkung ist angeordnet, um hauptsächlich zur Querschnittsfestigkeit eines Fahrzeugs beizutragen. Die Verstärkungen können für sehr lange Fahrzeuge mit langen Intervallen zwischen Türen und Giebeln verwendet werden. Die Verstärkungen können mit einer Zwischenwand zusammenfallen, wenn eine Zwischenwand im Fahrzeug gewünscht wird.
In einer Ausführung der Erfindung wird ein sandwichähnliches Material (siehe 4) mit einer äußeren Metallverkleidung 41, einem isolierenden Kern 42 und einer inneren Verkleidung 43 verwendet. Das sandwichartige Material, das sehr gute strukturelle, akustische und isolierende Eigenschaften hat, wird bevorzugt für Teile von Wandmodulen, Dachmodulen und Bodenmodulen verwendet, könnte jedoch auch in Verstärkungen oder Endstrukturen verwendet werden. In diese Art von sandwichartigem Material könnten ebenfalls Endungen 44 integriert werden, um den Kern zu schützen und die Verbindung von Modulen zu erleichtern. Die Schichten des Sandwichs werden bevorzugt durch viskoelastischen Kleber verbunden, der vib rationsdämpfende Eigenschaften sowie gute Bindungseigenschaften hat. Der Kleber kann zur Erdungszwecken ebenfalls elektrisch leitfähig gemacht werden.
In noch einer anderen Ausführung wird ein sandwichähnliches Material verwendet, das mit Metallverkleidungen und einem Stahlwabenkern verwendet wird.
In noch einer anderen Ausführung wird ein stranggepresstes Aluminiumprofil verwendet.
Die Verbindungen zwischen den unterschiedlichen Teilen des Fahrzeugs werden im Kaltverfahren hergestellt, bevorzugt mit Nieten oder Bolzen oder noch stärker bevorzugt mit so genannten Huck-Bolts^TM, die eine Art von ausgekehlten Befestigungsmitteln sind, die verformt werden, um eine Verbindung zu bilden. Die Kanten der Module werden vorbereitet, um gegen die Kante des anschließenden Moduls zu stützen und die anschließenden Mittel aufzunehmen.
Die Verbindung könnte ebenfalls ein Versiegelungsmittel beinhalten, das angeordnet ist, um einige Vibrationen in der Karosserie aufzunehmen und damit die strukturelle Dämpfung zu erhöhen. Derartige Versiegelungsmittel könnten einen Strang von viskoelastischem Material umfassen, der in der Verbindung in gewissem Abstand von den Verbindungsmitteln platziert wird.

Claims

Eine Karosserie für ein Schienenfahrzeug in Modulkonstruktion mit: – einem Bodenmodul (1) aus einem einzigen Teil in selbsttragender Struktur, – einem Dachmodul (3) aus einem einzigen Teil in selbsttragender Struktur, – zwei Endstrukturen (2) und – Seiten, wobei diese Seiten vertikale selbsttragende Strukturelemente umfassen, die oben mit dem Dachmodul, unten mit dem Bodenmodul und an der Seite mit einem anschließenden vertikalen Element oder einer Endstruktur befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß: Das Dach- und das Bodenmodul zusammen mit den Endstrukturen und den vertikalen Strukturelementen eine Karosserie bilden; Die vertikalen Strukturelemente Wandmodule (6, 7) und Türmodule (8) umfassen, wobei die Türmodule hauptsächlich zur Querschnittsfestigkeit des Fahrzeugs beitragen, und die Wandmodule hauptsächlich zur Längsfestigkeit des Fahrzeugs beitragen, dünn sind und eine sandwichartige Stahlverkleidung (41, 43) mit einem isolierenden Kern (42) aufweisen, wobei die besagten Türmodule und die besagten Wandmodule die einzigen Strukturteile der Seiten sind, und alle Verbindungen nur in Kaltverfahren hergestellt werden.
Eine Karosserie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Türmodule einen strukturellen Türrahmen mit einer Vorrichtung zur Türbedienung und eine Türplatte aufweisen, die an den Türrahmen montiert ist, sowie ein Dichtungsmittel zwischen dem besagten Türblatt und dem Türrahmen.
Eine Karosserie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandmodule mindestens einen verglasten Abschnitt (17) aufweisen und mit den erforderlichen Armaturen und Einfassungen versehen sind.
Eine Karosserie nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Dachmodul (3) ein Fertigbauteil und mit allen Armaturen und Einfassungen versehen ist.
Eine Karosserie nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bodenmodul (1) einen Innenboden umfaßt, der mit Teppichware versehen ist.
Eine Karosserie nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bodenmodul einen Unterrahmen und eine Unterrahmenausrüstung umfaßt.
Eine Karosserie nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle Verbindungen zwischen den Modulen durch Nieten oder Bolzen oder bevorzugt Huckbolzen gesichert sind.
Eine Karosserie nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen eine in einem Abstand von der Niete oder dem Bolzen in der Verbindung plazierte viskoelastische Dichtungsmasse umfassen, wobei diese viskoelastische Dichtungsmasse so angeordnet ist, daß sie zur Dämpfung von Strukturgeräuschen und Schwingungen in der Karosserie beiträgt.
Eine Karosserie nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Verstärkung (31) auf der Innenseite der Karosserie plaziert ist, wobei diese Verstärkung hauptsächlich zur Querschnittsfestigkeit des Fahrzeugs beiträgt, und diese Verstärkung mit einer Zwischenwand zusammenfällt.
Eine Karosserie nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandmodule, das Dachmodul und/oder das Bodenmodul eine sandwichartige Stahlverkleidung mit einem isolierenden Kern umfassen.
Eine Karosserie nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandmodule, das Dachmodul und/oder das Bodenmodul eine sandwichartige Stahlverkleidung (41, 43) mit einem isolierenden Kern (42) und Endungen (44, 45) aufweisen, die alle durch Klebemittel verbunden sind, wobei diese Endungen so angeordnet sind, daß sie das Kernmaterial schützen und Verbindungen mit dem anschließenden Modul, Fenster oder der Endstruktur herstellen.
Eine Karosserie nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandmodule, das Dachmodul und/oder das Bodenmodul eine sandwichartige Stahlverkleidung (41, 43) mit einem isolierenden Kern (42) und Versteifungsgliedern (19) aufweisen.
Eine Karosserie nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandmodule, das Dachmodul und/oder das Bodenmodul eine sandwichartige Stahlverkleidung und einen Stahlwabenkern aufweisen.
Eine Karosserie nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandmodule, das Dachmodul, das Bodenmodul und/oder die Verstärkung stranggepreßte Aluminiumabschnitte umfassen.
Eine Karosserie nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Wandmodule oder Türmodule einen oberen Flansch (18) umfaßt, der im Verbindungsbereich hinter dem anschließenden Modul hervorsteht, wobei dieser Flansch so angeordnet ist, daß er kontinuierlich Lasten verteilt.