EP1144236B1 - Schienenfahrzeug mit selbsttragendem wagenkasten - Google Patents

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EP1144236B1
EP1144236B1 EP00906208A EP00906208A EP1144236B1 EP 1144236 B1 EP1144236 B1 EP 1144236B1 EP 00906208 A EP00906208 A EP 00906208A EP 00906208 A EP00906208 A EP 00906208A EP 1144236 B1 EP1144236 B1 EP 1144236B1
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EP
European Patent Office
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car body
rail vehicle
supporting
layer
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EP00906208A
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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 windows and have entry areas, those located above the floor Car body structure elements from a frame rigidly connected to the floor are formed with attached side wall or roof elements or the like, the car body skin elements designed to be load-bearing and to form a ribbed panel works are attached to the frame elements and the Car body skin elements have an integrated intermediate layer.
  • Such a rail vehicle is known from EP 0 474 510 A1.
  • the Car body skin elements are in their interior with honeycomb-shaped metal structures filled. They enable these sandwich elements to have a supporting effect the static requirements.
  • An indication of one being defined at the same time Vibration-damping design of such rail vehicles is given by EP 0 474 510 A1 however not.
  • a rail vehicle is known from DE 195 12 629 A1. Whose Sidewall elements rigid (not vibration-damping) and on the truss attached non-load-bearing by means of an adhesive connection, the adhesive connection for Vibration damping of those occurring during the operation of the rail vehicle Vibrations.
  • the bond must have a sufficient layer thickness in order to to perform the damping work planned to absorb the vibrations. there it is stated that a too thin adhesive layer does not cause any damping Rigidity of the construction would result in other measures to control which would require disruptive vibrations and only with appropriate strength would be realizable as load-bearing side wall elements.
  • the invention is based, with a particularly light rail vehicle with the task to specify a self-supporting car body type, which not only the static Sufficient requirements, but also offers the possibility that Vehicle defined to be vibration-damped.
  • the Frame elements of the rail vehicle designed according to the invention lighter and can be made smaller (slimmer) dimensioned than in the known case.
  • the Body elements are designed as load-bearing components themselves they are part of the supporting function of the framework. Overall you get to one weight-reduced and therefore inexpensive car body.
  • the non-positive connections designed as adhesive or screw or rivet connections Fastening between body panels and frame elements.
  • the damping of disturbing vibrations occurring during the operation of the rail vehicle (Bending natural vibrations) takes place to a sufficient extent by a correspondingly designed Intermediate layer in the preferably in the form of sandwich elements Car body skin elements. It is a high level of driving comfort across the board excited frequency range guaranteed.
  • the ribbed slab support 1 shows a ribbed plate support according to a first embodiment.
  • the ribbed slab support 1 is made of frame elements 2 (truss elements, Structural elements) and designed as load-bearing sandwich elements 3 Car body skin elements formed. Under the car body skin elements in particular the side wall elements and optionally roof elements and / or Floor elements understood.
  • a load-bearing sandwich element 3 consists of an outer layer 4 (top layer, top layer, Cover plate), a spacer intermediate layer 5 with heat and / or sound-insulating and vibration-damping properties and an inner layer 6 (Lower layer, underlay).
  • Outer layer 4 and / or inner layer 6 can be made of sheet metal (Aluminum), from a plastic laminate, from a fleece or from a fabric layer be formed, wherein, for example, a carbon fabric layer is advantageously used can.
  • each sandwich element 3 completely from the outer layer 4 and the inner layer 6 enclosed, 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 outer layer 4 and Inner layer 6 are non-positively connected to one another in order to bond the adhesive with the outward-facing sides of the frame elements 2 required circumferential Form web of the sandwich element 3.
  • Fig. 2 is a ribbed slab support according to a second embodiment shown.
  • the ribbed plate support 8 is in turn made of frame elements 2 and load-bearing sandwich elements 3 formed car body skin elements.
  • a supporting one Sandwich element 3 in turn consists of an outer layer 4, a spacer Intermediate layer 5 with heat and / or sound insulating and vibration damping Properties and an inner layer 6.
  • In contrast to the embodiment according to FIG. 1 are separate non-positive adhesive connections 7 between the outward Sides of the frame elements 2 and the outer layer 4 and between the inside facing sides of the frame elements 2 and the inner layer 6 are provided. Training the outer layer 4 and the inner layer 6 is as explained under FIG.
  • Fig. 3 is an alternative non-positive connection for the ribbed plate support shown according to the first embodiment.
  • Fig. 4 is an alternative non-positive connection for the ribbed plate support shown according to the second embodiment.
  • a non-positive screw or rivet 9 between the outward Sides of the frame elements 2 and the outer layer 4 and between the inside facing sides of the frame elements 2 and the inner layer 6 used.
  • a particularly light self-supporting car body is formed when the load-bearing Car body skin elements a load-adapted material thickness and / or material characteristic distribution have what, for example, when using fiber composite materials by targeted orientation of the fibers of the outer layer 4 and / or inner layer 6 can.
  • this embodiment arrive at differently loaded in terms of strength Sections of the car body different, the actually occurring load exactly and adapted in terms of weight reduction, each as load-bearing designed car body skin elements (sandwich elements 3) for use, wherein preferably also the corresponding frame elements 2 in the same way in each case different, optimized in terms of weight and adapted to the load are.

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Description

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 oberhalb des Bodens befindlichen Wagenkastenstrukurelemente von einem mit den Boden biegesteif verbundenen Rahmen mit daran angebrachten Seitenwand- bzw. Dachelementen oder dergleichen gebildet sind, wobei die Wagenkastenhautelemenete tragend ausgebildet und zur Bildung eines verrippten Plattenwerkes definiert mittragend an Rahmenelementen befestigt sind und die Wagenkastenhautelemente eine integrierte Zwischenschicht aufweisen.
Aus der EP 0 474 510 A1 ist ein derartiges Schienenfahrzeug bekannt. Die Wagenkastenhautelemente sind in ihrem Inneren mit wabenförmigen Metallstrukturen ausgefüllt. Sie ermöglichen eine Stützwirkung dieser Sandwichelemente zur Erfüllung der statischen Erfordernisse. Einen Hinweis auf eine gleichzeitig definiert schwingungsdämpfende Ausbildung solcher Schienenfahrzeuge gibt die EP 0 474 510 A1 indessen nicht.
Aus der DE 195 12 629 A1 ist ein Schienenfahrzeug bekannt. Dessen 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 Absorption der Schwingungen eingeplante Dämpfüngsarbeit zu leisten. Dabei wird ausgeführt, daß eine zu dünne Klebeschicht zu keiner Dämpfung sonder 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 Art anzugeben, welches nicht nur den statischen Erfordernissen genügt, sondern darüber hinaus noch die Möglichkeit bietet, daß Fahrzeug definiert schwingungsgedämpft auszubilden.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß die integrierte Zwischenschicht definiert schwingungsdämpfende Eigenschaften aufweist.
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 Fasern 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
1
verripptes Plattentragwerk
2
Rahmenelement
3
tragendes Sandwichelement
4
Außenschicht
5
Zwischenschicht
6
Innenschicht
7
kraftschlüssige Klebeverbindung
8
verripptes Plattentragwerk
9
kraftschlüssige Schraub- oder Nietverbindung

Claims (11)

  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 (2) mit daran angebrachten Seitenwand- bzw. Dachelementen oder dergleichen gebildet sind, wobei die Wagenkastenhautelemente (3) tragend ausgebildet und zur Bildung eines verrippten Plattentragewerks (1, 8) definiert mittragend an Rahmenelementen (2) befestigt sind und die Wagenkastenhautelemente (3) eine integrierte Zwischenschicht (5) aufweisen,
    dadurch gekennzeichnet, daß die integrierte Zwischenschicht (5) definiert schwingungsdämpfende Eigenschaften aufweist.
  2. Schienenfahrzeug nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch kraftschlüssige Klebeverbindungen (7) zwischen den Rahmenelementen (2) und den tragenden Wagenkastenhautelementen.
  3. Schienenfahrzeug nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch kraftschlüssige Schrauboder Nietverbindungen (9) zwischen den 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 die Außenschicht (4) und/oder die Innenschicht (6) aus Blech gebildet sind.
  6. Schienenfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschicht (4) und/oder die Innenschicht (6) aus Faserverbundwerkstoff gebildet sind.
  7. Schienenfahrzeug nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschicht (4) und/oder die Innenschicht (6) aus einem Kunststofflaminat gebildet sind.
  8. Schienenfahrzeug nach Anspruch 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschicht (4) und/oder die Innenschicht (6) aus einem Vlies gebildet sind.
  9. Schienenfahrzeug nach Anspruch 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschicht (4) und/oder die Innenschicht (6) aus einer Gewebeschicht gebildet sind.
  10. Schienenfahrzeug nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Carbonatgewebeschicht.
  11. Schienenfabxzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die tragenden Wagenkastenhautelemente eine belastungsangepaßte Materialdicke und/oder belastungsangepaßte Werkstoff-Kennwertverteilung aufweisen.
EP00906208A 1999-01-28 2000-01-19 Schienenfahrzeug mit selbsttragendem wagenkasten Expired - Lifetime EP1144236B1 (de)

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