DE9306853U1 - Wagenkasten mit Fachwerkseitenwand für einteilige und für Gelenkfahrzeuge - Google Patents

Description

Beschreibung

Wagenkasten mit Fachwerkseitenwand für einteilige und

für Gelenkfahrzeuge

Diese Erfindung betrifft Fahrzeugkästen, insbesondere von Schienen-Nahverkehrsfahrzeugen, welche als selbsttragende Konstruktion Gewichts- und übrige Lasten aufzunehmen haben.

Solche Fahrzeugkästen werden heute nach Art von Flugzeugrümpfen als geschlossene Schale gebaut, deren äußere Blechhaut, durch ein inneres Gerippe unterstützt, alle tragenden Funktionen erfüllt.

Beim Belastungsfall Biegung um die y-Achse (Bezeichnung der Achsenrichtungen siehe Figur 1) nehmen die einzelnen Bauteile diese Funktionen war:

- Dach- und Bodenblech nehmen Zug- und Druckspannungen in x-Richtung auf.

- Die Seitenwandbleche nehmen die Biegungs-Querkräfte auf und leiten, auf Schub beansprucht, die einander entgegengesetzten Längskräfte in Zug- und Druckzone ein. Sie halten außerdem Dach und Boden im richtigen Abstand, damit das gerechnete Trägheitsmoment garantiert ist.

Die in erster Linie schubbeanspruchten Seitenwände dürfen für Fenster nicht beliebig weit ausgeschnitten werden, das heißt es müssen genügend viele und genügend breite Fenstersäulen vorgesehen werden, um die tragende Funktion sicherzustellen. Daher werden zuweilen auch die -aufzuklebenden- Fensterscheiben zur Aufnahme der Schubspannungen mit herangezogen, was eine sorgfältige Dimensionierung und Gestaltung der Klebeverbindung vorrausset&zgr;t. (vergl. Offenlegungsschrift DE 28 41 177 Al vom 17. 4. 1980)

Dabei entstehen jedoch Probleme durch die verschiedenen Elastizitäten (und Wärmedehnungen) der Stah1konstruktion, der Glasscheiben und der Verklebung.

Ziel der Erfindung ist es daher, die tragende Funktion der Fahrzeugseitenwand zu erhalten, ohne auf schubbeanspruchte Wandfelder angewiesen zu sein.

Dazu wendet diese Erfindung die Fachwerkbauweise auf die Seitenwände an. Fachwerkkonstruktionen sind im Fahrzeugbau schon angewandt worden ("Dieselelektrische 1900 PS-Lokomotive für Ägypten", Hellmuth Gählert, Eisenbahntechnische Rundschau 4. 1957) .

Noch nicht genutzt wurde ihr besonderer Vorteil, daß keinerlei tragende Seitenwandbeb1echung mehr notwendig ist und daher Fenster in beliebiger Größe und Anordnung möglich werden.

Dach und Fußboden werden als Ober- und Untergurt eines Fachwerkträgers aufgefaßt und durch senkrechte und schräge Stäbe in Seitenwandebene verbunden, sodaß ein statisch bestimmtes Fachwerk gebildet wird.

Da die Fachwerk-Stäbe nicht auf Schub oder Biegung beansprucht sind, können sie in rel. geringer Breite ausgeführt werden, aus Vierkantrohr oder Profilen, und stellen dabei keine unzumutbare Sichtbehinderung dar.

Einzige Unterbrechung des Fachwerks stellen die nötigen, (rechteckigen) Türöffnungen dar. Sie müssen daher von ausreichend dimensionierten, biegesteifen Rahmen umschlossen werden. Ober- und Untergurt dieser Tür-Rahmen entsprechen in Bauform und Abmessung den Gurten der Fachwerkkonstruktion, sodaß sich ein stetiger übergang ergibt.

Eine Anordnung der Rahmen an Stellen des Wagenkastens, wo geringe Querkräfte auftreten, erlaubt eine leichtere Dimensionierung ihrer Ecken und senkrechten Säulen.

Dach und Fußboden des Wagenkastens erfüllen bei der beschriebenen Fachwerkkonstruktion die gleichen tragenden Aufgaben (Zug- und Druckzone bei Biegung) wie bei herkömmlichen Wagenkästen. Sie können daher in bekannten Technologien ausgeführt werden:

Differentialbauweise mit Glatt- oder Wellblech, Integralbauweise (Strangpreßprofile) oder Sandwich-Plattenbauweise. Querträger von Fußboden und Dach werden in der Ebene senkrechter Seitenwandstäbe eingesetzt, sodaß geschlossene Ringspanten gebildet werden und den Wagenkasten stabilisieren.

Die Fenster können als durchgehende Fensterbänder ausgebildet werden, welche von außen auf das Fachwerkgerippe geklebt werden. Die UV-Licht-emfind1ichen Klebestellen werden auf der Außenseite durch Klebefolie abgedeckt.

Seitenwandb1eche ober- und unterhalb der Fensterbänder erfüllen ebenso wie diese keinerlei tragende Funktion und werden in geringer Stärke ausgeführt. Zur Schalldämmung und Aussteifung können die Bleche mit der Isolierung und der Innenverkleidung als Sandwich verklebt werden. Diese vorgefertigten Seitenwandelemente werden dann auf das Fachwerk montiert.

Im Interesse geringer Baubreite können die Wandelemente in einer dem Fachwerk angepaßten Negativ-Kontur geformt werden, sodaß sie nach der Montage die Fachwerk-Zwischenräume bündig ausfüllen und eine glatte Innenwandfläche bilden. Die in voller Höhe sichtbaren Fachwerkstäbe werden dann als gestalterisches Element des Fahrgastraums eingesetzt und eine arbeitsaufwendige, von innen anzubringende Wandverkleidung entfälIt.

Der Zusammenbau des Wagenkastens geschieht am Besten in dieser Reihenfolge:

Nach Vorfertigung eventuell selbst anzufertigender abzukantender u. zusammenzuschweißender Profile werden zunächst die Seitenwandfachwerke, bestehend aus Obergurt (10), Untergurt (11), Stäben (12) und (13) sowie die Türrahmen (4), zusammengesetzt. Hierfür genügen einfache Vorrichtungen, da alle Bauteile in einer Ebene liegen.

Die so gefertigten Seitenwandtrager werden anschließend durch Fußboden-Querträger, Fußbodenblech, Dachspanten und Dachblech verbunden. Anschließend werden die Kopfstücke (5) angesetzt.

An den kompletten Wagenkastenträger werden nun die Seitenwandverkleidungen, Fensterbänder etc. angebracht.

Für viele Einsatzfälle, zum Beispiel Stadtbahnen, werden Gelenkfahrzeuge gebraucht.

Zwecks konstruktiver Vereinfachung setzt sich dabei immer mehr die asymmetrische Anordnung des mittleren Fahrwerks unter einem der benachbarten Wagenkastenenden anstelle der älteren symmetrischen Anordnung unter dem Gelenk (Jakobsdrehgestell) durch.

Das Kastengelenk muß dann einen Anteil der Gewichtslast übertragen. Für die Ausführung der Fachwerk-Wagenkästen muß eine konstruktiv ebenso einfache wie sich in den Kräftefluß organisch einfügende Gelenk-Bauart gefunden werden.

Dazu sieht die Erfindung eine Pendelaufhängung des Wagenkastens vor. Bei Bogenfahrt des Gelenkwagens kann die Knickbewegung zwischen den beiden Wagenkästen durch gegensinniges Auschlagen der Pendel aufgenommen werden.

Solche Pendelaufhängungen sind zum Beispiel von spanischen Gliederzug "TALGO" her bekannt. Bei Wagenkästen in Fachwerkbauweise bietet es sich an, die Pendel in Seitenwandebene anzuordnen, sodaß die vertikalen Kräfte momentenfrei ins Fachwerk eingeleitet werden. Die Länge der Pendel von über 2 Metern (zwischen Dach und Fußboden) läßt auch bei enger Bogenfahrt keine zu großen Winke lauslenkungen mit daraus resultierendem Anheben des getragenen Wagenkastens auftreten, Wenn eine gefederte Aufhängung des Wagenkastens gewünscht wird, kann eine Federung in die Zugpendel oder deren Gelenke integriert werden. Sie erlaubt auch Relativbewegungen beider Wagenkasten um die Rollachse (x-Achse), wenn Gleisverwindungen befahren werden.

Sollen größere gegenseitige Rollwinkel ohne elastisches Rückstellmoment aufgenommen werden, erhalten die Tragpendel eine Ausg1e ichsvorr i chtung.

Ein dicht unter der Fußbodenebene angeordnetes Kuppeldreieck überträgt alle horizontalen Zug- Brems- und Führungskräfte zwischen beiden Wagenkästen. Mit dem getragenen Wagenkasten ist es in der senkrechte Drehachse durch ein Kugelgelenk verbunden. Zum tragenden Wagenkasten besteht die Anlenkung aus zwei Bolzengelenken. Das Kuppeldreieck gestattet daher translatorisehe Relativbewegungen in z-Richtung und rotatorische um alle Achsen.

Da das Kuppeldreieck nur horizontale Kräfte überträgt, werden diese momentenfrei in den Fußboden des Wagenkastens weitergeleitet. Diese Gelenkbauart mit seitlichen Tragpendeln und einem Kuppeldreieck fügt sich also sinnvoll in die Fachwerkkonstruktion der Wagenkasten ein.

Die wesentlichen Vorteile der Fachwerkkonstruktion gegenüber herkömmlichen Bauarten von Wagenkasten sind in Stichworten:

- Gewichtseinsparung durch Verzicht auf tragende Blechfelder, deren Stärke nach der meistbeanspruchten Stelle dimensioniert werden müßte.

- Freizügigkeit in Anordnung und Größe der Fenster.

- Einfache und aufwandsarme Fertigung. Große Baugruppen, zB. Seitenwandfachwerk, Wandverkleidung (komplett mit Isolierung und Innenverkleidung) können vorgefertigt werden. Es werden nur einfache Vorrichtungen gebraucht.

Richtarbeiten an tragenden Blechfeldern entfallen.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung skizziert und beschrieben.

Figur 1 zeigt (unmaßstäblich) einen einteiligen Eisenbahntriebwagen, dessen Wagenkasten (1) auf zwei Drehgestellen (2) sitzt .

Der Wagenkasten bildet mit seinem Dach (Teile 8 und 10), Fußboden (9 u. 11) und den Stäben (12 u.13) der Seitenwand einen Fachwerkträger, an welchen die biegesteifen Türrahmen (4) und die Kopfstücke (5) stumpf angebunden sind.

In den Fig. 2a und 2b wird je ein Querschnitt in Richtung A durch den Fachwerk-Wagenkasten gezeigt.

In der Variante nach Fig. 2a ist der Dachvouten-Träger (10) aus zwei abgekanteten Blechen zusammengeschweißt. Zusammen mit dem Dach-Wellblech (8) bildet er den Fachwerk-Obergurt. Das Wellblech wird von Dachspanten (21) gestützt. Als Fußbodenkanten-Träger (11) dient ein C-Profil. Das Fußbodenblech wird von Querträgern (22) gestützt. Die Querträger liegen in einer Ebene mit den senkrechte Fachwerkstäben (13). Diese und die schrägen Stäbe (12) bestehen aus Vierkant rohren. Zur Verlegung von Steuer- und Energieleitungen zwischen Fußboden und Dach können Stäbe aus offenen Profile mit aufschraubbaren Deckplatten (Fig. 3a und b zeigen zwei Beispiele) eingebaut werden.

Seitenwandblech (14) und Dachvouten-Träger (10) sind an den Kanten eingefalzt, sodaß die Fensterscheiben (18) bündig eingesetzt werden können. Die Fensterscheiben werden mit dauerelastischem Dicht- und Klebemittel (19) befestigt. Um dem Anpreßdruck zu widerstehen, wird die obere Kante des Seitenblechs von einem Brüstungsgurt (17) unterstützt, unterschiedliche Stärken der Klebefugen (über den Teilen 10, 12 und 14) werden mit Zwischenlagen (19) ausgeglichen, die aus einem dem ausgehärteten Klebstoff gleichkommendem Werkstoff (gleiche Shore-Härte) bestehen. Folienstreifen (20) schützen die Klebestellen vor UV-Licht.

Die äußeren Seitenwandbleche (14) bilden mit der Hartschaumisolierung (15) und der GFK-Innenverk1eidung (16) Sandwichplatten, welche mit ihrer Innenkontur die Fachwerkzwischenräume ausfüllen (Fig. 4 zeigt dies im Schnitt B durch Fig. 2a). Nach dem Einschneiden der Fugen für die Fachwerkstäbe mit dem heißen Draht werden die Hartschaumplatten (15) auf die Wandbleche (14) geklebt. Anschließend wird die Innenverkleidung (16) auf laminiert und während des Aushärtens mit Vakuumkissen angepresst.

Die fertigen Wandelemente sind dann als Ganzes von außen zu montieren (und bei Reparaturen ebenso leicht zu entfernen), sodaß erheblicher Arbeitsaufwand beim Innenausbau eingespart wird. Profilgummi-Keder (24) schließen die Fugen zwischen den Wandelementen und den Fachwerkstäben.

In der Variante 2b wird der Fachwerk-Obergurt von dem Voutenprofil (10) (ein Strangpreßprofil, mit eingeformter Regenrinne) und der aufgeklebten Dachplatte (28) (Sandwichplatte) gebildet. Der Untergurt besteht aus dem Kantenprofil (11). Bei ausreichender Biegesteifigkeit der Sandwich-Platten sind Querträger in Dach und Boden nicht erforderlich, außer zur Aufhängung von Fahrwerk, Antriebsaggregaten etc.. Im gezeichneten Beispiel sind jedoch Fußboden-Querträger (22) nötig, weil die Fußbodenplatte zur Geräuschisolierung schwimmend gelagert ist (30). Sie kann deshalb nur eingeschränkt horizontale Lasten aufnehmen.

(Daher müssen hier die Kantenprofile (11) für die gesammten Längskräfte des Fußbodenbereichs dimensioniert sein.) Der Brüstungsgurt zum Abstützen der unteren Fensterklebekante ist hier in das Seitenwandb1ech (14) integriert.

Fig. 2c zeigt eine Ausführung für doppelt verglaste Fenster. Der grundsätzliche Aufbau entspricht der Variante 2a, wegen der Doppelscheiben ergibt sich aber eine höhere Baubreite. Um die Doppelscheiben mit ihrer höheren Masse sicher zu befestigen, erhalten die Klebefalze von Dachvoutent rager (10) und Seitenwandblech (14) eine z-förmige Kontur. Die äußeren Glasscheiben der Doppelscheiben weisen einen dazu passenden Randüberstand auf.

Senkrechte Stoßfugen zwischen benachbarten Fensterelementen werden über Stäben (13) angeordnet. Um genügend Klebefläche zu erhalten, besitzen sie auch hier z-förmige Ränder (Schnitt C, in Fig. 5) .

Die Figuren 6 (Seitenansicht), 7 (Unteransicht) und 8a bis c (perspektivische Detaildarstellung des Gelenks) zeigen ein Gelenkfahrzeug mit Fachvverk-Wagenkästen. Die wie oben beschrieben aufgebauten Wagenkästen werden gelenkseitig von je einem schrägen Stab-Paar abgeschlossen, sodaß senkrechte Zugpendel (41) eingesetzt werden können. Sie werden mit Kuge1-Ge lenk lagern (42) an den Wagenkastenecken angeschlossen. Wird eine gefederte Aufhängung gewünscht, kann die Federung in eines der Pendel-Gelenke integriert werden, als Schraubenfeder (43) wie in Fig. 8a oder zB. als Gummi-Ro11 feder.

Wenn unabhängige Rollbewegungen der Wagenkästen möglich sein sollen, werden die (oberen) Pendel-Gelenke durch eine Ausgleichsvorrichtung verbunden, bestehend aus zwei Winkelhebeln (44) und einer quer 1iegenden Zugstange (45) wie in Fig. 8b gezeigt oder einem Seil.

Federung der Pendel und Ausgleichsvorrichtung können kombiniert werden, sinnvo11erweise als querliegende Drehstabfeder (46), an deren gegenüberliegenden Hebelarmen die Zugpendel (41) aufgehängt sind. Die Lager der Drehstabfeder sind in Fig. 8c zur besseren Deutlichkeit nur innerhalb der Hebelarme gezeichnet, bei einer Ausführung sollten sie aber beiderseits der Hebelarme angeordnet sein, damit die Drehstabfeder nicht auf Biegung beansprucht wird.

Vertika1kräfte des getragenen Wagenkastens beanspruchen die Feder (46) auf Torsion, während Rollbewegungen um die x-Achse durch Drehen der Feder in ihren Lagern ohne zusätzliches Torsionsmoment aufgenommen werden.

Das Kupplungsdreieck (47) ist am getragenen Wagenkasten mit einem allseitig beweglichen Kuge 1-Ge 1 enklager (48) angeschlossen. Die Senkrechte durch dieses Lager definiert die senkr. Knickachse des Gelenkfahrzeugs. Am tragenden Wagenkasten ist das Kupplungsdreieck (47) mit zwei Schwenklagern (49) angeschlossen, soda/3 Höhendifferenzen der beiden Wagen ausgeglichen werden können. Diese Schwenklager werden von Si 1 entb1ocke1ementen gebildet, um Längs- und Querstöße zwischen den Wagenkasten abzufedern.

Claims (10)

Schutzansprüche

1. Wagenkasten, insbesondere für Personenfahrzeuge, gekennzeichnet durch Seitenwände in statisch bestimmter Fachwerkausführung mit senkrechten und schrägen Stäben zwischen dem Ober- und dem Untergurt, wodurch keine schubbeanspruchten Blechfelder notwendig sind.

2. Wagenkasten nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch durchlaufende Fensterbänder, welche auf dem Fachwerkgerippe anzubringen sind.

3. Wagenkasten nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Ober- und Untergurte aus Profilen, welche Einfalzungen zum bündigen Anschluß von Seitenwand-, Dach- und Fußbodenblechen besitzen.

4. Wagenkasten nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch Einfalzungen an Seitenwandblechen und Dachvoutenträgern so daß die Fensterbänder bündig aufzukleben sind bzw. durch Doppelfalze zum Aufkleben von Doppelglasscheiben.

5. Wagenkasten nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch Seitenwandb1eche, welche mit Isolierung und Innenverkleidung zu einem Sandwich verklebt werden, so daß dieses Wandelement als Ganzes auf dem Fachwerkgerippe zu montieren ist.

6. Wagenkasten nach Anspruch 1, 2, und 5, gekennzeichnet durch Wandelemente, deren Innenkontur die Zwischenräume der Fachwerkstäbe bündig ausfüllt.

7. Gelenkfahrzeug mit Fahrzeugkästen nach Anspr. 1, gekennzeichnet durch die Ausführung des Gelenks

- mit Zugpendeln zum Tragen der Auf 1ieger1 ast, welche in Seitenwandebene angeordnet die Last momentenfrei in die tragende Fachwerkstruktur einleiten

- und mit einem unter dem Fußboden liegenden Kupplungsdreieck zur Übertragung der horizontalen Zug- Brems- und Führungskräfte.

8. Gelenkfahrzeug nach Anspr. 7, dessen Zugpendel federnd aufgehängt sind, so daß Relativbewegungen beider Kästen vertikal und um die Rollachse gegen elastische Rückstellkräfte möglich sind.

9. Gelenkfahrzeug nach Anspr. 7, dessen Zugpendel über eine Ausgleichsvorrichtung aufgehängt sind, welche unabhängige Wank- und Rollbewegungen beider Fahrzeughälften erlaubt.

10. Gelenkfahrzeug nach Anspr. 7, dessen Zugpendel an einer gefederten Ausgleichsvorrichtung, bestehend aus einer querliegenden Drehstabfeder aufgehängt sind.