EP1144236A1 - Schienenfahrzeug mit selbsttragendem wagenkasten - Google Patents

Schienenfahrzeug mit selbsttragendem wagenkasten

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EP1144236A1
EP1144236A1 EP00906208A EP00906208A EP1144236A1 EP 1144236 A1 EP1144236 A1 EP 1144236A1 EP 00906208 A EP00906208 A EP 00906208A EP 00906208 A EP00906208 A EP 00906208A EP 1144236 A1 EP1144236 A1 EP 1144236A1
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EP
European Patent Office
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car body
rail vehicle
vehicle according
layer
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EP00906208A
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EP1144236B1 (de
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Heinz Klamka
Jan Prockat
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Alstom Transportation Germany GmbH
Original Assignee
Bombardier Transportation GmbH
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B61D17/08—Sides

Definitions

  • the invention relates to a rail vehicle with a self-supporting car body with a floor and a roof and with side walls, which have windows and entry areas, the side walls each being formed by a frame rigidly connected to the floor (truss, structure) with side wall elements.
  • Such a rail vehicle is known from DE 195 12 629 AI.
  • the side wall elements are stiff (not vibration-damping) and are fastened to the framework by means of an adhesive connection, the adhesive connection serving to dampen vibrations that occur during operation of the rail vehicle.
  • the adhesive must have a sufficient layer thickness in order to perform the damping work planned to absorb the vibrations. It is stated that an adhesive layer that is too thin would not result in damping but rather in stiffness of the construction, which would require other measures to control the disturbing vibrations and would only be achievable with side wall elements designed to be load-bearing.
  • the invention has for its object to provide a particularly light rail vehicle with a self-supporting car body of the type mentioned.
  • the car body skin elements are designed to be load-bearing and are non-positively attached to frame elements to form a ribbed panel support structure, and in that the car body skin elements have an integrated intermediate layer with vibration-damping properties.
  • the advantages which can be achieved with the invention consist in particular in that the frame elements of the rail vehicle designed according to the invention can be made lighter and smaller (slimmer) than in the known case. Since the body shell elements themselves are designed as load-bearing components, they take on part of the supporting function of the framework. Overall, you get a weight-reduced and therefore inexpensive car body.
  • FIG. 1 is a ribbed plate support according to a first embodiment
  • Fig. 4 shows an alternative non-positive connection for the ribbed plate support according to the second embodiment.
  • the ribbed slab support 1 shows a ribbed plate support according to a first embodiment.
  • the ribbed slab support 1 is made from frame elements 2 (truss elements, Structural elements) and 3 car body skin elements designed as load-bearing sandwich elements.
  • the body shell elements are understood in particular to be the side wall elements and, if appropriate, roof elements and or floor elements.
  • a load-bearing sandwich element 3 consists of an outer layer 4 (top layer, top layer, cover plate), a spacing intermediate layer 5 with heat and / or sound-insulating and vibration-damping properties and an inner layer 6 (bottom layer, underlay).
  • Outer layer 4 and / or inner layer 6 can be formed from sheet metal (aluminum), from a plastic laminate, from a fleece or from a fabric layer, wherein, for example, a carbon fabric layer can advantageously be used.
  • each sandwich element 3 is completely enclosed by the outer layer 4 and the inner layer 6, for which purpose the inner layer 6 on the narrow sides of the sandwich element 3 is bent at right angles all round and the outer edges of the outer layer 4 and the inner layer 6 are non-positively connected to one another are so as to form the circumferential web of the sandwich element 3 required for the gluing with the outwardly directed sides of the frame elements 2.
  • FIG. 2 shows a ribbed plate support according to a second embodiment.
  • the ribbed plate support 8 is in turn formed from frame elements 2 and car body skin elements designed as load-bearing sandwich elements 3.
  • a load-bearing sandwich element 3 in turn consists of an outer layer 4, a spacing intermediate layer 5 with heat and / or sound-insulating and vibration-damping properties and an inner layer 6.
  • there are separate non-positive adhesive connections 7 between the outwardly facing sides of the Frame elements 2 and the outer layer 4 and between the inward sides of the frame elements 2 and the inner layer 6 are provided.
  • the formation of the outer layer 4 and the inner layer 6 is as explained under FIG.
  • FIG. 3 shows an alternative non-positive connection for the ribbed plate support according to the first embodiment.
  • a non-positive screw or rivet connection 9 is used between the outwardly directed sides of the frame elements 2 and the sandwich elements 3 (with a circumferential web).
  • FIG. 4 shows an alternative non-positive connection for the ribbed plate support according to the second embodiment.
  • a force-locking screw or rivet connection 9 is used between the outwardly directed sides of the frame elements 2 and the outer layer 4 and between the inwardly directed sides of the frame elements 2 and the inner layer 6.
  • a particularly light, self-supporting car body is formed when the load-bearing car body skin elements have a material thickness and / or material characteristic distribution that is adapted to the load, which can be achieved, for example, when using fiber composite materials by targeted orientation of the fibers of the outer layer 4 and / or inner layer 6.
  • different sections of the car body which are subjected to different forces are used, the load actually occurring being exact and adapted in terms of weight reduction, in terms of strength in each case designed as load-bearing car body skin elements (sandwich elements 3), the corresponding frame elements 2 preferably also being different in the same way , optimized in terms of weight and adapted to the load.

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Description

Schienenfahrzeug mit selbsttragendem Wagenkasten
Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Schienenfahrzeug mit einem selbsttragenden Wagenkasten mit einem Boden und einem Dach sowie mit Seitenwänden, welche Fenster und Einstiegsbereiche aufweisen, wobei die Seitenwände jeweils von einem mit dem Boden biegesteif verbundenen Rahmen (Fachwerk, Tragwerk) mit Seitenwandelementen gebildet sind.
Ein derartiges Schienenfahrzeug ist aus der DE 195 12 629 AI bekannt. Beim bekannten Schienenfahrzeug sind die Seitenwandelemente steif (nicht schwingungsdämpfend) ausgebildet und am Fachwerk mittels Klebeverbindung nichttragend befestigt, wobei die Klebeverbindung zur Schwingungsdämpfung von beim Betrieb des Schienenfahrzeuges auftretenden Schwingungen dient. Die Klebung muß eine ausreichende Schichtdicke aufweisen, um die zur Absoφtion der Schwingungen eingeplante Dämpfungsarbeit zu leisten. Dabei wird ausgeführt, daß eine zu dünne Klebeschicht zu keiner Dämpfung sondern zu Steifigkeit der Konstruktion führen würde, was andere Maßnahmen zur Beherrschung der störenden Schwingungen erfordern würde und nur mit entsprechend festigkeitsmäßig als tragend ausgelegten Seitenwandelementen realisierbar wäre.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders leichtes Schienenfahrzeug mit einem selbsttragenden Wagenkasten der eingangs genannten Art anzugeben.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß die Wagenkastenhautelemente tragend ausgebildet und zur Bildung eines verrippten Plattentragewerks kraftschlüssig an Rahmenelementen befestigt sind und daß die Wagenkastenhautelemente eine integrierte Zwischenschicht mit schwingungsdämpfenden Eigenschaften aufweisen. Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Rahmenelemente des erfindungsgemäß ausgebildeten Schienenfahrzeuges leichter und geringer (schlanker) dimensioniert gestaltet werden können als beim bekannten Fall. Da die Wagenkastenhautelemente selbst als tragende Baukomponenten ausgeführt sind, übernehmen sie einen Teil der Tragefunktion des Fachwerkes. Insgesamt gelangt man zu einem gewichtsreduziertem und damit kostengünstigen Wagenkasten. Von großer Wichtigkeit sind dabei die als Klebe- oder Schraub- oder Nietverbindungen ausgeführten kraftschlüssigen Befestigungen zwischen Wagenkastenhautelementen und Rahmenelementen. Die Dämpfung von beim Betrieb des Schienenfahrzeuges auftretenden störenden Schwingungen (Biegeeigenschwingungen) erfolgt in ausreichendem Maße durch eine entsprechend gestaltete Zwischenschicht in den vorzugsweise in Form von Sandwichelementen ausgeführten Wagenkastenhautelementen. Es ist ein hohes Maß an Fahrkomfort über den gesamten angeregten Frequenzbereich gewährleistet.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Weitere Vorteile des vorgeschlagenen Schienenfahrzeuges sind aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein verripptes Plattentragewerk gemäß einer ersten Ausführungsform,
Fig. 2 ein verripptes Plattentragewerk gemäß einer zweiten Ausführungsform,
Fig. 3 eine alternative kraftschlüssige Verbindung für das verrippte Plattentragewerk gemäß der ersten Ausführungsform,
Fig. 4 eine alternative kraftschlüssige Verbindung für das verrippte Plattentragewerk gemäß der zweiten Ausführungsform.
In Fig. 1 ist ein verripptes Plattentragewerk gemäß einer ersten Ausführungsform dargestellt. Das verrippte Plattentragewerk 1 wird aus Rahmenelementen 2 (Fachwerkelementen, Tragwerkelementen) und als tragende Sandwichelemente 3 gestaltete Wagenkastenhautelementen gebildet. Unter den Wagenkastenhautelementen werden insbesondere die Seitenwandelemente sowie gegebenenfalls Dachelemente und oder Bodenelemente verstanden.
Ein tragendes Sandwichelement 3 besteht aus einer Außenschicht 4 (Oberschicht, Oberlage, Deckplatte), einer abstandshaltenden Zwischenschicht 5 mit wärme- und/oder schallisolierenden und schwingungsdämpfenden Eigenschaften und einer Innenschicht 6 (Unterschicht, Unterlage). Außenschicht 4 und/oder Innenschicht 6 können aus Blech (Aluminium), aus einem Kunststofflaminat, aus einem Vlies oder aus einer Gewebeschicht gebildet sein, wobei beispielsweise vorteilhaft eine Carbongewebeschicht verwendet werden kann.
Von besonderer Wichtigkeit ist die kraftschlüssige Klebeverbindungen 7 zwischen, den Rahmenelementen 2 und den tragenden Wagenkastenhautelementen, d. h. den Sandwichelementen 3. Dabei können geeignete Einkomponenten- oder Mehrkomponentenkleber verwendet werden. Bei der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist dabei jedes Sandwichelement 3 vollständig von der Außenschicht 4 und der Innenschicht 6 umschlossen, wozu die Innenschicht 6 an den Schmalseiten des Sandwichelementes 3 umlaufend rechtwinklig abgekantet ist und die Außenkanten von Außenschicht 4 und Innenschicht 6 miteinander kraftschlüssig verbunden sind, um derart den für die Verklebung mit den nach außen gerichteten Seiten der Rahmenelemente 2 erforderlichen umlaufenden Steg des Sandwichelementes 3 zu bilden.
In Fig. 2 ist ein verripptes Plattentragewerk gemäß einer zweiten Ausführungsform dargestellt. Das verrippte Plattentragewerk 8 wird wiederum aus Rahmenelementen 2 und als tragende Sandwichelemente 3 gestaltete Wagenkastenhautelementen gebildet. Ein tragendes Sandwichelement 3 besteht wiederum aus einer Außenschicht 4, einer abstandshaltenden Zwischenschicht 5 mit wärme- und/oder schallisolierenden und schwingungsdämpfenden Eigenschaften und einer Innenschicht 6. Im Unterschied zur Ausführungsform gemäß Fig. 1 sind getrennte kraftschlüssige Klebeverbindungen 7 zwischen den nach außen gerichteten Seiten der Rahmenelemente 2 und der Außenschicht 4 sowie zwischen den nach innen gerichteten Seiten der Rahmenelemente 2 und der Innenschicht 6 vorgesehen. Die Ausbildung der Außenschicht 4 und der Innenschicht 6 ist wie unter Fig. erläutert. In Fig. 3 ist eine alternative kraftschlüssige Verbindung für das verrippte Plattentragewerk gemäß der ersten Ausführungsform dargestellt. Dabei wird an Stelle der Klebeverbindung 7 eine kraftschlüssige Schraub- oder Nietverbindung 9 zwischen den nach außen gerichteten Seiten der Rahmenelemente 2 und den Sandwichelementen 3 (mit umlaufendem Steg) eingesetzt.
In Fig. 4 ist eine alternative kraftschlüssige Verbindung für das verrippte Plattentragewerk gemäß der zweiten Ausführungsform dargestellt. Dabei wird an Stelle der Klebeverbindung 7 eine kraftschlüssige Schraub- oder Nietverbindung 9 zwischen den nach außen gerichteten Seiten der Rahmenelemente 2 und der Außenschicht 4 sowie zwischen den nach innen gerichteten Seiten der Rahmenelemente 2 und der Innenschicht 6 eingesetzt.
Ein besonders leichter selbsttragender Wagenkasten wird gebildet, wenn die tragenden Wagenkastenhautelemente eine belastungsangepaßte Materialdicke und/oder Werkstoff- Kennwertverteilung aufweisen, was beispielsweise bei Einsatz von Faserverbundwerkstoffen durch gezielte Orientierung der Fasem der Außenschicht 4 und/oder Innenschicht 6 erfolgen kann. Bei dieser Ausführungsform gelangen an kräftemäßig unterschiedlich belasteten Abschnitten des Wagenkastens unterschiedliche, der tatsächlich auftretenden Belastung exakt und im Hinblick auf Gewichtsreduzierung angepaßte, festigkeitsmäßig jeweils als tragend ausgelegte Wagenkastenhautelemente (Sandwichelemente 3) zum Einsatz, wobei vorzugsweise auch die entsprechenden Rahmenelemente 2 in gleicher Weise jeweils unterschiedlich, hinsichtlich des Gewichtes optimiert und belastungsangepaßt ausgebildet sind.
Bezugszeichenliste
verripptes Plattentragwerk Rahmenelement tragendes Sandwichelement Außenschicht Zwischenschicht Innenschicht kraftschlüssige Klebeverbindung verripptes Plattentragwerk kraftschlüssige Schraub- oder Nietverbindung

Claims

Patentansprüche
1. Schienenfahrzeug mit einem selbsttragenden Wagenkasten mit einem Boden und einem Dach sowie mit Seitenwänden, welche Fenster und Einstiegsbereiche aufweisen, wobei die oberhalb des Bodens befindlichen Wagenkastenstrukturelemente von einem mit dem Boden biegesteif verbundenen Rahmen mit daran angebrachten Seitenwand- bzw. Dachelementen oder dergleichen gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Wagenkastenhautelemente tragend ausgebildet und zur Bildung eines verrippten Plattentragewerks (1, 8) definiert mittragend an Rahmenelementen (2) befestigt sind, und daß die Wagenkastenhautelemente eine integrierte Zwischenschicht (5) mit definiert schwingungsdämpfenden Eigenschaften aufweisen.
2. Schienenfahrzeug nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch kraftschlüssige Klebeverbindungen (7) zwischen Rahmenelementen (2) und den tragenden Wagenkastenhautelementen.
3. Schienenfahrzeug nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch kraftschlüssige Schrauboder Nietverbindungen (9) zwischen Rahmenelementen (2) und den tragenden Wagenkastenhautelementen.
-4. Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine
Ausbildung der tragenden Wagenkastenhautelemente als tragende Sandwichelemente (3), gebildet durch eine Außenschicht
(4), eine abstandshaltende Zwischenschicht (5) mit mechanischen und/oder wärme- und/oder schallisolierenden und schwingungsdämpfenden Eigenschaften und eine Innenschicht (6).
5. Schienenfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Außenschicht (4) und/oder Innenschicht (6) aus Blech gebildet sind.
6. Schienenfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Außenschicht (4= und/oder Innenschicht (6) aus Faserverbundwerkstoff gebildet sind.
7. Schienenfahrzeug nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Außenschicht (4) und/oder Innenschicht (6) aus einem Kunststofflaminat gebildet sind.
8. Schienenfahrzeug nach Anspruch 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Außenschicht (4) und/oder Innenschicht (6) aus einem Vlies gebildet sind.
9. Schienenfahrzeug nach Anspruch 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Außenschicht (4) und/oder Innenschicht (6) aus einer Gewebeschicht gebildet sind.
10. Schienenfahrzeug nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Carbonatgewebeschicht.
11. Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die tragenden Wagenkastenhautelemente eine belastungsangepaßte Materialdicke und/oder belastungsangepaßte Werkstoff-Kennwertverteilung aufweisen.
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