EP2977287A1 - Parois structurelles pour une caisse de véhicule ferroviaire, procédé d'assemblage et véhicule ferroviaire associés - Google Patents

Parois structurelles pour une caisse de véhicule ferroviaire, procédé d'assemblage et véhicule ferroviaire associés Download PDF

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EP2977287A1
EP2977287A1 EP15177913.9A EP15177913A EP2977287A1 EP 2977287 A1 EP2977287 A1 EP 2977287A1 EP 15177913 A EP15177913 A EP 15177913A EP 2977287 A1 EP2977287 A1 EP 2977287A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
structural wall
outer layer
wall
type
structural
Prior art date
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Application number
EP15177913.9A
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German (de)
English (en)
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EP2977287B1 (fr
Inventor
Frédéric HALLONET
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Alstom Transport Technologies SAS
Original Assignee
Alstom Transport Technologies SAS
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Publication date
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Classifications

    • 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
    • B61D17/10—Floors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61D—BODY DETAILS OR KINDS OF RAILWAY VEHICLES
    • B61D1/00—Carriages for ordinary railway passenger traffic
    • B61D1/06—Carriages for ordinary railway passenger traffic with multiple deck arrangement

Definitions

  • the present invention relates to a structural wall for a railway vehicle, intended to form a flag or a lower floor, comprising a first portion comprising at least one hollow profile forming a closed section, the profile comprising a first envelope and a second superimposed envelope.
  • the present invention also relates to a method of assembling such a structural wall.
  • the body of a railway vehicle is generally designed from several walls or metal profiles assembled together by welding or riveting.
  • Such a structural wall is generally designed from a two-skinned aluminum alloy profile, that is to say with an outer casing and an interconnected inner envelope forming a rigid skeleton, covered with a coating of aluminum. Dressing adapted so that it is installed in pavilion or floor type.
  • an integral structural wall formed by a casing made of composite material in the form of a hollow profile encasing a foam core.
  • An object of the invention is to provide a structural wall for a railway vehicle, having at least locally a structural thickness of narrower dimension than in the state of the art, while maintaining the mechanical properties and rigidity of an element classical structural.
  • longitudinal direction a direction extending between the rear and the front of a railway vehicle
  • transverse direction a direction perpendicular to the longitudinal direction
  • the railway vehicle 1 comprises a structural box 4, delimiting a lower passenger compartment 6 at the first floor 2 and an upper passenger compartment 8 at the second floor 3, arranged one above the other.
  • each of the structural walls of the roof type 20 or lower floor type 10 comprises a first portion 26 and a second portion 28, said first portion 26 being interposed between the second portion 28 and the structural member of the skeleton type 24.
  • the first part 26 at least partially frames the second part.
  • the first part 26 completely frames the second part.
  • the first portion 26 comprises at least one closed section hollow profile, having a first envelope 32 and a second envelope 34 superimposed.
  • the first portion 26 is secured to the skeleton 24, for example by welding, riveting or bolting.
  • the first portion 26 is for example made of a metal alloy, preferably an aluminum alloy.
  • the first 32 and second 34 envelopes each have a respective longitudinal edge 36, illustrated on the figure 5 at one end extending along the longitudinal direction.
  • the second portion 28 comprises an outer layer 38 in the form of sheet metal and a plurality of cross members 40 bonded to the outer layer 38 so as to stiffen it.
  • the second portion 28 also comprises a covering element 42, adapted to the flag or lower floor function of the corresponding structural wall.
  • the outer layer 38 is delimited by longitudinal edges 44, extending in the longitudinal direction, and transverse edges 46, extending between the longitudinal edges in the transverse direction.
  • the outer layer 38 also has an inner face 48, facing the interior of the body 4, extending between the edges.
  • the outer layer 38 is for example made of metal alloy, preferably an aluminum alloy or a monolithic laminated fiberglass-elastomer-aluminum alloy complex.
  • the outer layer 38 is for example a sheet, with a thickness of between 1.5 and 5 mm, and advantageously equal to 3 mm.
  • each cross member 40 extends in the transverse direction, against the inner face 48 of the outer layer 38.
  • a useful volume 50 is delimited between each set of two adjacent crosspieces 40.
  • Each crosspiece 40 comprises at least a first flange 52 extending parallel to the inner face 48 of the outer layer 38, generally against this inner face 48, and at least one core 54 extending from the first flange 52, perpendicular to the inner face 48.
  • each crosspiece 40 has a second sole 56 parallel to the first sole 52.
  • the core 54 extends perpendicularly to the inner face 48 between the first 52 and second 56 soles.
  • Each sole 52, 56 and the core 54 of each crosspiece 40 have a thickness of between 1 and 3 mm, advantageously equal to 2 mm.
  • the cross member 40 is for example made of composite material.
  • the cross member is mainly unidirectional carbon fiber.
  • the cross member 40 is derived from a production method by direct pultrusion or uncured pultrusion followed by shaped firing in a mold.
  • the spacing between two adjacent crosspieces 40 is for example between 350 and 600 mm.
  • the spacing between an end cross member 40, located near a longitudinal end of the second portion 28, and the transverse edge 46 of the outer layer 38 is between 30 and 500 mm.
  • the structural wall 10, 20 has an interface piece 58 connecting the first portion 26 to the second portion 28. More particularly, the interface piece 58 connects the outer layer 38 to the first 32 and second 34 envelopes of the first part 26, as shown on the figure 5 .
  • the interface piece 58 extends transversely between the longitudinal edges 44 of the outer layer 38 of the second portion 28 and the ends 36 of the first 32 and second 34 envelopes of the first portion 26.
  • the interface piece 58 comprises first 62 and second 64 walls substantially parallel to each other.
  • the second wall 64 has a complementary contour to the outer layer 38 and to the second envelope 34.
  • the interface piece 58 also comprises a third vertical wall 66 perpendicular to the first 62 and second 64 walls, connecting ends facing the first 62 and second 64 walls, and a fourth vertical wall 68 extending parallel to the third wall 66 , arranged substantially in a central zone of the first 62 and second 64 walls defined in the transverse direction.
  • the interface piece 58 defines a first zone 70, extending transversely from the ends of the first 62 and second 64 walls in connection with the first portion 26, to the fourth wall 68, and a second zone 72 extending transversely from the third wall 66 to the fourth wall 68.
  • the second wall 64 extends between the longitudinal edge 44 of the outer layer 38 and the longitudinal edge 36 of the second envelope 34 of the first portion 26.
  • the first wall 62 extends transversely substantially parallel to the second wall 64 from the longitudinal edge 36 of the first envelope 32 of the first portion 26 to one end facing the longitudinal edge 44 of the outer layer 38 of the second portion 28.
  • the first 62 and second 64 walls are secured to the first portion 26 by a connection by welding or riveting.
  • the spacing between the first wall 62 and the second wall 64 is between 15 and 50 mm, advantageously equal to 25 mm.
  • the third 66 and fourth 68 walls extend substantially parallel between the lower wall 64 and the upper wall 62. They define a closed free volume 74.
  • the spacing between the first and second walls 66, 68 is between 50 and 100mm.
  • the spacing between the second portion 28 and the welding zone of the interface piece 58 with the first portion 26 is between 100 and 200 mm, advantageously equal to 150 mm.
  • the second part 28 also comprises a connecting piece 75 arranged between the outer layer 38 and the first part 26.
  • the connecting piece 75 extends between the transverse edge 46 of the outer layer 38 and the first part 26.
  • the connecting piece 75 comprises a first panel 76 extending against the inner face 48 of the outer layer 38, and a second panel 78 extending perpendicularly to the inner face 48 near one or at one end of the first panel 76. .
  • the first pan 76 is also in support against the first part 26.
  • the second pan 78 extends perpendicularly to the first portion 26 and has a face bearing against the first portion 26.
  • the connecting piece 75 is secured to the outer layer 38 and the first portion 26 by welding or riveting.
  • the covering element 42 extends against the inner face 48 of the outer layer.
  • the covering element 42 is integrated in each useful volume 50.
  • the covering element 42 is for example formed by a plurality of dressing units each housed in a respective working space 50.
  • the covering element 42 comprises a thermal and / or acoustic insulation layer and a specific coating of the lower floor or roof type.
  • a structural wall of roof type 20 according to the invention is illustrated on the Figures 2 to 5 .
  • This structural wall of the roof type 20 differs from the structural wall of the floor type 10 in particular in that its covering element 42 comprises a ceiling type coating.
  • the ceiling type coating includes, for example, an air gap, a heavy mass, a ceiling covering and needles.
  • the insulation layer of the covering element 42 is a melamine layer or any other thermal and / or acoustic insulation.
  • the insulation layer has a thickness of between 10 and 50 mm, advantageously equal to 25 mm.
  • Each crosspiece 40 of the structural wall of the roof type 20 has its first soleplate 52 arranged against the inner face 48 of the outer layer 38, and its core 54 protruding perpendicularly from the inner face 48.
  • each crossbar 40 considered between the inner face 48 of the outer layer 38 and the second sole 56 is between 15 and 55 mm, preferably equal to 22 mm.
  • the length of the second flange 56 of each crosspiece 40 advantageously has a length substantially equal to that of the first flange 52.
  • the structural wall of the roof type 20 has an overall thickness of less than 60 mm, advantageously less than or equal to 43 mm.
  • a structural wall of the lower floor type 10 according to the invention is illustrated on the Figures 6 to 8 .
  • This structural wall of the floor type 10 differs from the structural wall of the roof type 20 in particular in that the shape of the cross member 40 is adapted to a lower floor type of cladding element 42 and in that the cladding element is without ceiling type coverings.
  • the structural wall of the lower floor type 10 comprises two types of sleepers 80, 82 having different sections.
  • a first type of crosspiece 80 has a U-shaped section, formed by two parallel webs 54 protruding perpendicular to the outer layer 38, and a web 56 connecting the upper ends of the two webs 54.
  • Each first crosspiece 80 has a height, considered between the inner face 48 of the outer layer 38 and the sole 56 between 20 and 100 mm, preferably equal to 35 mm.
  • a second type of cross member 82 has a substantially rectangular section. Two parallel webs 54 protrude perpendicular to the outer layer 38 and first 52 and second 56 parallel webs connect the two webs 54, parallel to the outer layer 38.
  • Each second crosspiece 82 advantageously has a recess 84 parallel to the outer layer 38, extending the second sole 56.
  • each second crosspiece 82 is spaced from the inner face 48 of the outer layer 38 by a distance of between 30 and 100 mm, advantageously equal to 75 mm, and the second sole 56 of each second crosspiece 82 is spaced apart.
  • the inner face 48 of the outer layer 38 with a distance of between 30 and 100 mm, advantageously equal to 80 mm.
  • the flanges 52, 56 of each second through 82 have a transverse dimension of between 10 and 70 mm, advantageously equal to 25 mm, and a longitudinal dimension of between 1200 and 3200 mm, advantageously equal to 1500 mm.
  • the recess 84 of each second crosspiece 82 advantageously has a dimension substantially equal to a quarter of the second sole 56.
  • the covering element 42 comprises the lower floor 12 and a lower floor type covering.
  • the insulation layer is a layer of melamine or other thermal and acoustic insulation.
  • the insulation layer has a thickness of between 20 and 100 mm, advantageously equal to 50 mm.
  • the lower floor type structural wall 10 has an overall thickness of between 50 and 100 mm, advantageously equal to 67.5 mm.
  • the structural wall of the intermediate floor type 14 is illustrated on the Figures 9 and 10 .
  • This structural wall of the intermediate floor type 14 is similar to the structural walls described above, but differs from them in that its second portion 28 is devoid of sleepers 40 and a single outer layer 38.
  • the second portion 28 comprises a hollow profile of composite material or aluminum alloy having two coating layers, lower 90 and upper 92, delimiting between them a volume 94 comprising a honeycomb structure or material of souls of composite sandwich.
  • the bottom cover 90 or upper 92 preferably has a thickness of 2 mm.
  • the lower layer 90 comprises a flat portion 96 extending at least opposite and vertically to a corridor of the lower passenger compartment 6.
  • the flat 96 extends over a transverse length of between 600 and 1800 mm, advantageously equal to 1200 mm. .
  • the thickness between the lower 90 and upper 92 layers at flat level 96 is between 25 and 50 mm, advantageously equal to 30 mm.
  • the thickness between the inner 90 and upper 92 layers is between 40 and 70 mm, advantageously equal to 49 mm.
  • the railway vehicle 1 guarantees a maximum internal volume in the lower passenger compartment 6 and upper 8 by using structural walls 10, 14, 20 of minimum thickness, and having mechanical properties identical to those of structural walls of the state of the art. .
  • the rail vehicle 1 ensures increased habitability of the lower passenger compartment 6 and upper 8 by increasing the ceiling height to the right of corridors in particular, while maintaining an unchanged exterior template in relation to a rail vehicle of the state of the art.
  • the railway vehicle 1 also guarantees a decrease in its overall mass.
  • the structural wall type flag 20 or lower floor 10 ensures a reduction in the thickness of the structure by replacing the conventional structures with two aluminum skins by a structure comprising a sheet 38 and a plurality of cross members 40 of composite material defining a volume useful 50 own to integrate the elements of dressing 42.
  • the structural wall type flag 20 or lower floor 10 ensures mechanical reliability of the body 4 because this structural wall assembles the first 26 and the second part 28 by means of the interface piece 58 ensuring the preservation of the mechanical properties of composite materials during welding or riveting steps.
  • the interface piece 58 and the outer layer 38 are joined together, for example welded or riveted to one another.
  • the sleepers 40 are then fixed against the inner face 48 of the outer layer, for example by gluing or heat-sealing in the case of use of thermoplastic composite sleepers.
  • the covering element 42 is integrated in the useful volumes 50 defined between the crosspieces 40.
  • the second part 28 is then connected to the first part 26, for example by welding or riveting.
  • the interface piece 58 is advantageously cooled by forced convection or by any other equipment for cooling the interface piece 58.
  • the forced convection is performed by circulating a flow of fresh air into the closed volume 74 of the interface piece 58.
  • the method of assembling the structural element 10, 20 avoids any damage to the composite parts by ensuring a controlled heat flow during welding. Any overheating of the composite materials is guaranteed by a sufficient spacing between the zone to be welded and the composite parts or by forced convection cooling by a flow of fresh air in the dedicated volume 74.
  • the structural wall type flag 20 or lower floor 10 is adapted to a box 4 of railway vehicle 1 to a floor.

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Abstract

La paroi structurelle pour un véhicule ferroviaire, destinée à former un pavillon ou un plancher inférieur, comprend une première partie (26) comprenant au moins un profilé (30) creux formant une section fermée ayant une première enveloppe (32) et une seconde enveloppe (34) superposées. La paroi structurelle comprend une seconde partie (28) comprenant : - une couche extérieure (38) de revêtement comportant une face interne (48) et délimitée par des bords longitudinaux (44) et transversaux, - une pluralité de traverses (40), chacune reliée à la couche extérieure (38), s'étendant en saillie depuis cette face interne (48) de manière à délimiter un volume utile entre deux traverses (40) adjacentes, - au moins une pièce d'interface (58) reliant les première (26) et seconde (28) parties entre elles.

Description

  • La présente invention concerne une paroi structurelle pour un véhicule ferroviaire, destinée à former un pavillon ou un plancher inférieur, comprenant une première partie comprenant au moins un profilé creux formant une section fermée, le profilé comprenant une première enveloppe et une seconde enveloppe superposées.
  • La présente invention concerne également un procédé d'assemblage d'une telle paroi structurelle.
  • La caisse d'un véhicule ferroviaire est généralement conçue à partir de plusieurs parois ou profilés métalliques assemblés entre eux par soudage ou rivetage.
  • Une telle paroi structurelle est généralement conçue à partir d'un profilé en alliage d'aluminium à deux peaux, c'est-à-dire avec une enveloppe extérieure et une enveloppe intérieure interconnectées formant un squelette rigide, recouvert d'un revêtement d'habillage adapté afin qu'il soit installé en type pavillon ou plancher.
  • Pour optimiser l'assemblage des éléments structurels tout en conservant une rigidité suffisante, on connait déjà, notamment d'après FR-2 990 177 , une paroi structurelle d'un seul tenant, formé par une enveloppe en matériau composite en forme de profilé creux enrobant une âme en mousse.
  • Toutefois, une telle paroi structurelle ne donne pas entièrement satisfaction. En effet, la taille des hommes augmentant en moyenne de 11,6 mm par décennie, les parois structurelles occupent un encombrement trop important de l'espace intérieur disponible du compartiment passager d'un véhicule ferroviaire, notamment à la verticale des couloirs.
  • Un but de l'invention est de proposer une paroi structurelle pour un véhicule ferroviaire, ayant au moins localement une épaisseur structurelle de dimension plus étroite que dans l'état de la technique, tout en conservant les propriétés mécaniques et la rigidité d'un élément structurel classique.
  • A cet effet, l'invention a notamment pour objet une paroi structurelle du type précité dans laquelle elle comprend une seconde partie comprenant :
    • une couche extérieure de revêtement comportant une face interne et délimitée par des bords longitudinaux et transversaux,
    • une pluralité de traverses, de préférence en matériau composite, chacune reliée à la couche extérieure, s'étendant entre les bords transversaux sur la face interne, en saillie depuis cette face interne de manière à délimiter un volume utile entre deux traverses adjacentes,
    • au moins une pièce d'interface fixée d'une part aux première et seconde enveloppes de la première partie et d'autre part à l'un des bords longitudinaux de la couche extérieure de la seconde partie, reliant ainsi les première et seconde parties entre elles.
  • Suivant des modes particuliers de réalisation, la paroi structurelle selon l'invention comprend l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes combinaisons techniquement possibles :
    • au moins un élément d'habillage, l'élément d'habillage comprenant une couche d'isolation thermique/acoustique et un revêtement spécifique de type pavillon ou plancher inférieur ;
    • chaque élément d'habillage est logé dans l'un respectif des volumes utiles ;
    • chaque traverse comprend au moins une première semelle s'étendant parallèlement à la face interne, de préférence contre cette face interne, et au moins une âme sensiblement perpendiculaire à la première semelle et s'étendant en saillie de la face interne ;
    • chaque traverse comprend une seconde semelle sensiblement parallèle à la première semelle, l'âme s'étendant entre les première et seconde semelles ;
    • chaque traverse est en fibres de carbone unidirectionnelle ;
    • la pièce d'interface comporte une première paroi et une seconde paroi superposées, la première paroi étant interposée entre la première enveloppe de la première partie et la couche extérieure de la seconde partie, et la seconde paroi étant interposée entre la seconde enveloppe de la première partie et la couche extérieure de la seconde partie, les première et seconde parois définissant :
      • une première zone, dans laquelle les première et seconde parois de la pièce d'interface sont fixées respectivement à la première et seconde enveloppe de la première partie, et
      • une seconde zone dans laquelle l'une des première et seconde parois de la pièce d'interface est fixée au bord transversal de la couche extérieure de la seconde partie.
  • L'invention a également pour objet un procédé d'assemblage d'une paroi structurelle telle que définie plus haut, comprenant :
    • une étape de fourniture de ladite première partie ;
    • une étape de fourniture de ladite seconde partie ;
    • une étape de fixation de la pièce d'interface à la seconde partie et à la première partie, notamment par soudage ou rivetage ;
    • une étape d'insertion d'une pluralité d'éléments d'habillage dans les volumes utiles.
  • Le procédé selon l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes combinaisons techniquement possibles :
    • l'étape de fourniture de la seconde partie comprend :
      • la fixation d'une couche extérieure avec la pièce d'interface, notamment par soudage ou rivetage ;
      • la fixation des traverses sur la face interne de la couche extérieure ;
    • la pièce d'interface est fixée par soudage à la première et à la seconde partie, le procédé comprenant une étape de refroidissement de la pièce d'interface par convection forcée entre les première et seconde parois lors du soudage de la pièce d'interface sur la première partie.
  • L'invention a également pour objet un véhicule ferroviaire du type voiture à deux étages comprenant :
    • une première paroi structurelle du type pavillon telle que définie plus haut,
    • une deuxième paroi structurelle du type plancher inférieur telle que définie plus haut,
    • une troisième paroi structurelle du type plancher intermédiaire, comprenant une première partie comprenant au moins un profilé creux formant une section fermée, le profilé comprenant une première et une seconde enveloppe, et comprenant une seconde partie comprenant une première enveloppe et une seconde enveloppe, notamment en matériau composite ou en aluminium, délimitant entre elles un volume complété par une structure en nid d'abeille ou en matériau d'âme de sandwich, la première enveloppe définissant un méplat en regard et à la verticale d'un couloir d'un compartiment passager inférieur, et
    • un élément structurel de type squelette, reliant les première, seconde et troisième parois structurelles, de manière à former ensemble une caisse du véhicule ferroviaire.
  • L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels :
    • la figure 1 est une vue en coupe d'un véhicule ferroviaire selon un exemple de mode de réalisation de l'invention, selon un plan transversal à un axe longitudinal central du véhicule ferroviaire, représentant l'assemblage de parois structurelles formant une caisse du véhicule ferroviaire ;
    • la figure 2 est une vue en perspective de dessous, depuis l'intérieur de la caisse, représentant partiellement une paroi structurelle de type pavillon équipant le véhicule ferroviaire de la figure 1 ;
    • la figure 3 est une vue en coupe selon un plan A-A' de la figure 1 représentant partiellement la paroi structurelle de type pavillon de la figure 2 ;
    • la figure 4 est une vue en coupe selon un plan perpendiculaire au plan A-A' de la figure 1, représentant partiellement la paroi structurelle de type pavillon de la figure 2 sans l'habillage ;
    • la figure 5 est une vue en coupe d'une pièce d'interface entre un profil creux d'une première partie d'une paroi structurelle et une couche extérieure d'une seconde partie de la paroi structurelle ;
    • la figure 6 est une vue en perspective représentative d'une paroi structurelle de type plancher équipant le véhicule ferroviaire de la figure 1 ;
    • la figure 7 est une vue en coupe selon un plan B-B' de la figure 6, représentant partiellement la paroi structurelle de type plancher ;
    • la figure 8 est une vue en coupe selon un plan perpendiculaire au plan B-B' de la figure 6 représentant partiellement la paroi structurelle de type plancher sans l'habillage ;
    • la figure 9 est une vue en perspective d'une paroi structurelle formant un plancher intermédiaire du véhicule ferroviaire de la figure 1 ;
    • la figure 10 est une vue en coupe selon le plan C-C' de la figure 9 représentant la paroi structurelle de type plancher intermédiaire.
  • Dans tout ce qui suit, on entend par « direction longitudinale », une direction s'étendant entre l'arrière et l'avant d'un véhicule ferroviaire, et par « direction transversale », une direction perpendiculaire à la direction longitudinale.
  • Les termes « horizontal » et « vertical » sont définis selon leur sens usuel par rapport à un véhicule ferroviaire disposé sur des rails. Les termes inférieur et supérieur sont définis par rapport à une direction verticale.
  • On a représenté sur la figure 1, un véhicule ferroviaire 1 à deux étages 2, 3 selon un exemple de mode de réalisation de l'invention.
  • Le véhicule ferroviaire 1 comprend une caisse structurelle 4, délimitant un compartiment passagers inférieur 6 au premier étage 2 et un compartiment passagers supérieur 8 au second étage 3, agencés l'un au-dessus de l'autre.
  • La caisse 4 comprend :
    • une paroi structurelle de type plancher inférieur 10 définissant un plancher inférieur 12 du compartiment passagers inférieur 6,
    • une paroi structurelle de type plancher intermédiaire 14 définissant un plafond inférieur 16 au compartiment passagers inférieur 6 et un plancher supérieur 18 au compartiment passagers supérieur 8,
    • une paroi structurelle du type pavillon 20, définissant un plafond supérieur 22 au compartiment passagers supérieur 8, et
    • un élément structurel de type squelette 24, auxquelles sont reliées les parois structurelles de type plancher inférieur 10, de type plancher intermédiaire 14 et de type pavillon 20.
  • La paroi structurelle de type plancher inférieur 10 et la paroi structurelle de type pavillon 20 présentent des structures similaires. Ainsi, comme cela est illustré sur les figures 2 à 8, chacune des parois structurelles de type pavillon 20 ou de type plancher inférieur 10 comprend une première partie 26 et une seconde partie 28, ladite première partie 26 étant interposée entre la seconde partie 28 et l'élément structurel du type squelette 24. En d'autres termes, la première partie 26 encadre au moins partiellement la seconde partie 28.
  • Dans l'exemple de réalisation du pavillon 20 illustré sur les figures 2 et 4, la première partie 26 encadre entièrement la seconde partie 28.
  • La première partie 26 comprend au moins un profilé 30 creux à section fermée, comportant une première enveloppe 32 et une seconde enveloppe 34 superposées.
  • La première partie 26 est solidarisée au squelette 24, par exemple par soudage, rivetage ou boulonnage.
  • La première partie 26 est par exemple réalisée en un alliage métallique, avantageusement d'un alliage d'aluminium.
  • Les première 32 et seconde 34 enveloppes comportent chacune un bord longitudinal 36 respectif, illustré sur la figure 5, à une extrémité s'étendant le long de la direction longitudinale.
  • Comme cela est illustré sur les figures 3 à 5, la seconde partie 28 comprend une couche extérieure 38 en forme de tôle et une pluralité de traverses 40 liées à la couche extérieure 38 de manière à la rigidifier. Avantageusement, la seconde partie 28 comprend également un élément d'habillage 42, adapté à la fonction de pavillon ou de plancher inférieur de la paroi structurelle correspondante.
  • La couche extérieure 38 est délimitée par des bords longitudinaux 44, s'étendant dans la direction longitudinale, et des bords transversaux 46, s'étendant entre les bords longitudinaux dans la direction transversale. La couche extérieure 38 comporte par ailleurs une face interne 48, tournée vers l'intérieur de la caisse 4, s'étendant entre les bords.
  • La couche extérieure 38 est par exemple réalisée en alliage métallique, avantageusement d'un alliage d'aluminium ou d'un complexe stratifié monolithique fibre de verre-élastomère-alliage d'aluminium.
  • La couche extérieure 38 est par exemple une tôle, d'épaisseur comprise entre 1,5 et 5 mm, et avantageusement égale à 3 mm.
  • Comme cela est illustré sur les figures 4 et 8, chaque traverse 40 s'étend dans la direction transversale, contre la face interne 48 de la couche extérieure 38. Un volume utile 50 est délimité entre chaque ensemble de deux traverses 40 adjacentes.
  • Chaque traverse 40 comprend au moins une première semelle 52 s'étendant parallèlement à la face interne 48 de la couche extérieure 38, généralement contre cette face interne 48, et au moins une âme 54 s'étendant depuis la première semelle 52, perpendiculairement à la face interne 48.
  • Avantageusement chaque traverse 40 comporte une seconde semelle 56 parallèle à la première semelle 52. Ainsi, l'âme 54 s'étend perpendiculairement à la face interne 48 entre les première 52 et seconde 56 semelles.
  • Chaque semelle 52, 56 et l'âme 54 de chaque traverse 40 ont une épaisseur comprise entre 1 et 3 mm, avantageusement égale à 2 mm.
  • La traverse 40 est par exemple en matériau composite. Avantageusement la traverse est en fibre de carbone principalement unidirectionnelle. Dans ce cas, la traverse 40 est issue d'un procédé de fabrication par pultrusion directe ou par pultrusion non cuite suivie d'une cuisson en forme dans un moule.
  • L'espacement entre deux traverses 40 adjacentes est par exemple compris entre 350 et 600 mm. L'espacement entre une traverse 40 d'extrémité, située à proximité d'une extrémité longitudinale de la deuxième partie 28, et le bord transversal 46 de la couche extérieure 38 est compris entre 30 et 500 mm.
  • Par ailleurs, la paroi structurelle 10, 20 comporte une pièce d'interface 58 reliant la première partie 26 à la seconde partie 28. Plus particulièrement, la pièce d'interface 58 relie la couche extérieure 38 aux première 32 et seconde 34 enveloppes de la première partie 26, comme cela est représenté sur la figure 5.
  • La pièce d'interface 58 s'étend transversalement entre les bords longitudinaux 44 de la couche extérieure 38 de la seconde partie 28 et les extrémités 36 des première 32 et seconde 34 enveloppes de la première partie 26.
  • La pièce d'interface 58 comprend des première 62 et seconde 64 parois sensiblement parallèles entre elles. La seconde paroi 64 présente un contour complémentaire à la couche extérieure 38 et à la seconde enveloppe 34.
  • La pièce d'interface 58 comporte également une troisième paroi verticale 66 perpendiculaire aux première 62 et seconde 64 parois, reliant des extrémités en regard des première 62 et seconde 64 parois, et une quatrième paroi verticale 68 s'étendant parallèlement à la troisième paroi 66, agencée sensiblement dans une zone centrale des première 62 et seconde 64 parois définie dans la direction transversale.
  • La pièce d'interface 58 définit une première zone 70, s'étendant transversalement depuis les extrémités des première 62 et seconde 64 parois en liaison avec la première partie 26, jusqu'à la quatrième paroi 68, et une seconde zone 72 s'étendant transversalement depuis la troisième paroi 66 jusqu'à la quatrième paroi 68.
  • La seconde paroi 64 s'étend entre le bord longitudinal 44 de la couche extérieure 38 et le bord longitudinal 36 de la seconde enveloppe 34 de la première partie 26.
  • La première paroi 62 s'étend transversalement sensiblement parallèlement à la seconde paroi 64 depuis le bord longitudinal 36 de la première enveloppe 32 de la première partie 26 jusqu'à une extrémité en regard du bord longitudinal 44 de la couche extérieure 38 de la seconde partie 28.
  • Les première 62 et seconde 64 parois sont solidarisées à la première partie 26 par une liaison par soudage ou rivetage.
  • L'écartement entre la première paroi 62 et la seconde paroi 64 est compris entre 15 et 50 mm, avantageusement égale à 25 mm.
  • Les troisième 66 et quatrième 68 parois s'étendent sensiblement parallèlement entre la paroi inférieure 64 et la paroi supérieure 62. Elles délimitent un volume libre fermé 74.
  • L'écartement entre les première et seconde parois 66, 68 est compris entre 50 et 100mm. L'écartement entre la deuxième partie 28 et la zone de soudage de la pièce d'interface 58 avec la première partie 26 est compris entre 100 et 200 mm, avantageusement égal à 150 mm.
  • Comme cela est illustré sur la figure 4, la seconde partie 28 comprend également une pièce de raccord 75 agencée entre la couche extérieure 38 et la première partie 26.
  • La pièce de raccord 75 s'étend entre le bord transversal 46 de la couche extérieure 38 et la première partie 26.
  • La pièce de raccord 75 comprend un premier pan 76 s'étendant contre la face interne 48 de la couche extérieure 38, et un second pan 78 s'étendant perpendiculairement à la face interne 48 proche d'une ou à une extrémité du premier pan 76.
  • Le premier pan 76 est également en appui contre la première partie 26.
  • Le second pan 78 s'étend perpendiculairement à la première partie 26 et présente une face en appui contre la première partie 26.
  • La pièce de raccord 75 est solidarisée à la couche extérieure 38 et à la première partie 26 par soudage ou par rivetage.
  • Comme cela est illustré sur la figure 3, l'élément d'habillage 42 s'étend contre la face interne 48 de la couche extérieure. L'élément d'habillage 42 est intégré dans chaque volume utile 50. A cet effet, l'élément d'habillage 42 est par exemple formé par une pluralité d'unités d'habillage chacune logée dans un volume utile 50 respectif.
  • L'élément d'habillage 42 comprend une couche d'isolation thermique et/ou acoustique et un revêtement spécifique du type plancher inférieur ou pavillon.
  • Une paroi structurelle de type pavillon 20 selon l'invention est illustré sur les figures 2 à 5.
  • Cette paroi structurelle de type pavillon 20 diffère de la paroi structurelle de type plancher 10 notamment en ce que son élément d'habillage 42 comporte un revêtement de type plafond. Le revêtement de type plafond comprend par exemple une lame d'air, une masse lourde, un revêtement de plafond et des aiguilletées.
  • En outre, la couche d'isolation de l'élément d'habillage 42 est une couche de mélamine ou tout autre isolant thermique et/ou acoustique.
  • La couche d'isolation a une épaisseur comprise entre 10 et 50 mm, avantageusement égale à 25 mm.
  • Chaque traverse 40 de la paroi structurelle de type pavillon 20 présente sa première semelle 52 agencée contre la face interne 48 de la couche extérieure 38, et son âme 54 faisant saillie perpendiculairement de la face interne 48.
  • La hauteur de chaque traverse 40, considérée entre la face interne 48 de la couche extérieure 38 et la seconde semelle 56, est comprise entre 15 et 55 mm, avantageusement égale à 22 mm.
  • La longueur de la deuxième semelle 56 de chaque traverse 40 a avantageusement une longueur sensiblement égale à celle de la première semelle 52.
  • La paroi structurelle de type pavillon 20 a une épaisseur globale inférieure à 60 mm, avantageusement inférieure ou égale à 43 mm.
  • Une paroi structurelle du type plancher inférieur 10 selon l'invention est illustrée sur les figures 6 à 8.
  • Cette paroi structurelle de type plancher 10 diffère de la paroi structurelle de type pavillon 20 notamment en ce que la forme de la traverse 40 est adapté à un élément d'habillage 42 de type plancher inférieur et en ce que l'élément d'habillage est dépourvu de revêtements de type plafond.
  • La paroi structurelle du type plancher inférieur 10 comprend deux types de traverses 80, 82 présentant des sections différentes.
  • Un premier type de traverse 80 présente une section en forme de U, formée par deux âmes 54 parallèles faisant saillie perpendiculairement à la couche extérieure 38, et une semelle 56 reliant les extrémités supérieures des deux âmes 54.
  • Chaque première traverse 80 présente une hauteur, considérée entre la face interne 48 de la couche extérieure 38 et la semelle 56 comprise entre 20 et 100 mm, avantageusement égale à 35 mm.
  • Un second type de traverse 82 présente une section sensiblement rectangulaire. Deux âmes 54 parallèles font saillie perpendiculairement à la couche extérieure 38 et des première 52 et seconde 56 semelles parallèles relient les deux âmes 54, parallèlement à la couche extérieure 38.
  • Chaque seconde traverse 82 présente avantageusement un décrochement 84 parallèle à la couche extérieure 38, prolongeant la seconde semelle 56.
  • La première semelle 52 de chaque seconde traverse 82 est espacée de la face interne 48 de la couche extérieure 38 d'une distance comprise entre 30 et 100 mm, avantageusement égale à 75 mm, et la seconde semelle 56 de chaque seconde traverse 82 est espacée de la face interne 48 de la couche extérieure 38 d'une distance comprise entre 30 et 100 mm, avantageusement égale à 80 mm.
  • Les semelles 52, 56 de chaque seconde traverse 82 ont une dimension transversale comprise entre 10 et 70 mm, avantageusement égale à 25 mm, et une dimension longitudinale comprise entre 1200 et 3200 mm avantageusement égale à 1500 mm. Le décrochement 84 de chaque seconde traverse 82 a avantageusement une dimension sensiblement égale à un quart de la seconde semelle 56.
  • L'élément d'habillage 42 comprend le plancher inférieur 12 et un revêtement de type plancher inférieur.
  • La couche d'isolation est une couche de mélamine ou tout autre isolant thermique et acoustique. La couche d'isolation a une épaisseur comprise entre 20 et 100 mm, avantageusement égale à 50 mm.
  • La paroi structurelle de type plancher inférieur 10 a une épaisseur globale comprise entre 50 et 100 mm, avantageusement égale à 67,5 mm.
  • La paroi structurelle du type plancher intermédiaire 14 est illustré sur les figures 9 et 10.
  • Cette paroi structurelle du type plancher intermédiaire 14 est similaire aux parois structurelles décrites précédemment, mais diffère d'elles en ce que sa seconde partie 28 est dépourvue de traverses 40 et d'une unique couche extérieure 38.
  • Ainsi, comme cela est illustré sur les figures 9 et 10, la seconde partie 28 comprend un profilé creux en matériau composite ou en alliage d'aluminium ayant deux couches de revêtement, inférieure 90 et supérieure 92, délimitant entre elles un volume 94 comprenant une structure en nid d'abeilles ou matériau d'âmes de sandwich composite.
  • Le revêtement inférieur 90 ou supérieur 92 a avantageusement une épaisseur de 2 mm.
  • La couche inférieure 90 comprend un méplat 96 s'étendant au moins en regard et à la verticale d'un couloir du compartiment passagers inférieur 6. Le méplat 96 s'étend sur une longueur transversale comprise entre 600 et 1800mm, avantageusement égale à 1200 mm.
  • L'épaisseur entre les couches inférieure 90 et supérieure 92 au niveau de méplat 96 est comprise entre 25 et 50 mm, avantageusement égale à 30 mm.
  • En périphérie du méplat 96, l'épaisseur entre les couches intérieure 90 et supérieure 92 est comprise entre 40 et 70 mm, avantageusement égale à 49 mm.
  • Le véhicule ferroviaire 1 garantit un volume intérieur maximal dans les compartiments passagers inférieur 6 et supérieur 8 en utilisant des parois structurelles 10, 14, 20 à épaisseur minimale, et présentant des propriétés mécaniques identiques à celles de parois structurelles de l'état de la technique.
  • Le véhicule ferroviaire 1 assure une habitabilité accrue des compartiments passagers inférieur 6 et supérieur 8 en augmentant la hauteur sous plafond au droit des couloirs en particulier, tout en conservant un gabarit extérieur inchangé par rapport à un véhicule ferroviaire de l'état de la technique.
  • Le véhicule ferroviaire 1 garantit également une diminution de sa masse globale.
  • La paroi structurelle de type pavillon 20 ou plancher inférieur 10 assure une diminution de l'épaisseur de la structure en remplaçant les structures classiques à deux peaux en aluminium par une structure comprenant une tôle 38 et une pluralité de traverses 40 en matériau composite délimitant un volume utile 50 propre à intégrer les éléments d'habillage 42.
  • La paroi structurelle de type pavillon 20 ou plancher inférieur 10 garantit une fiabilité mécanique de la caisse 4 car cette paroi structurelle assemble la première 26 et la seconde partie 28 au moyen de la pièce d'interface 58 assurant la conservation des propriétés mécaniques des matériaux composites lors des étapes de soudage ou rivetage.
  • Un procédé d'assemblage d'un élément structurel de type pavillon 20 ou plancher inférieur 10 selon l'invention va maintenant être décrit.
  • Initialement, la pièce d'interface 58 et la couche extérieure 38 sont solidarisées entre elles, par exemple soudées ou rivetées l'une à l'autre.
  • Les traverses 40 sont ensuite fixées contre la face interne 48 de la couche extérieure, par exemple par collage ou thermocollage dans le cas d'emploi de traverses en composite thermoplastique.
  • L'élément d'habillage 42 est intégré dans les volumes utiles 50 définis entre les traverses 40.
  • La seconde partie 28 est ensuite reliée à la première partie 26, par exemple par soudage ou rivetage.
  • Lorsque la seconde partie 28 est solidarisée à la première partie 26 par soudage, la pièce d'interface 58 est avantageusement refroidie par convection forcée ou par tout autre équipement permettant de refroidir la pièce d'interface 58. A cet effet, la convection forcée est réalisée en faisant circuler un flux d'air frais dans le volume fermé 74 de la pièce d'interface 58.
  • Le procédé d'assemblage de l'élément structurel 10, 20 évite tout endommagement des parties composites en assurant un flux thermique contrôlé lors du soudage. Toute surchauffe des matériaux composites est garanti par un écartement suffisant entre la zone à souder et les parties en composite ou par le refroidissement par convection forcée par un flux d'air frais dans le volume 74 dédié.
  • On notera que l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation précédemment décrit, mais pourrait présenter diverses variantes.
  • En particulier, la paroi structurelle de type pavillon 20 ou plancher inférieur 10 est adaptée à une caisse 4 de véhicule ferroviaire 1 à un étage.

Claims (11)

  1. Paroi structurelle (10, 20) pour un véhicule ferroviaire, destinée à former un pavillon (20) ou un plancher inférieur (10), comprenant une première partie (26) comprenant au moins un profilé (30) creux formant une section fermée, le profilé (30) comprenant une première enveloppe (32) et une seconde enveloppe (34) superposées,
    caractérisée en ce qu'elle comprend une seconde partie (28) comprenant :
    - une couche extérieure (38) de revêtement comportant une face interne (48) et délimitée par des bords longitudinaux (44) et transversaux (46),
    - une pluralité de traverses (40), de préférence en matériau composite, chacune reliée à la couche extérieure (38), s'étendant entre les bords transversaux (46) sur la face interne (48), en saillie depuis cette face interne (48) de manière à délimiter un volume utile (50) entre deux traverses (40) adjacentes,
    - au moins une pièce d'interface (58) fixée d'une part aux première (32) et seconde (34) enveloppes de la première partie (26) et d'autre part à l'un des bords longitudinaux (44) de la couche extérieure (38) de la seconde partie (28), reliant ainsi les première (26) et seconde (28) parties entre elles.
  2. Paroi structurelle (10, 20) selon la revendication 1, comportant au moins un élément d'habillage (42), l'élément d'habillage (42) comprenant une couche d'isolation thermique/acoustique et un revêtement spécifique de type pavillon ou plancher inférieur.
  3. Paroi structurelle (10, 20) selon la revendication 2, dans laquelle chaque élément d'habillage (42) est logé dans l'un respectif des volumes utiles (50).
  4. Paroi structurelle (10, 20) selon l'une quelconques des revendications précédentes, dans laquelle chaque traverse (40) comprend au moins une première semelle (52) s'étendant parallèlement à la face interne (48), de préférence contre cette face interne (48), et au moins une âme (54) sensiblement perpendiculaire à la première semelle (52) et s'étendant en saillie de la face interne (48).
  5. Paroi structurelle (10, 20) selon la revendication 4, dans laquelle chaque traverse (40) comprend une seconde semelle (56) sensiblement parallèle à la première semelle (52), l'âme (54) s'étendant entre les première (52) et seconde (56) semelles.
  6. Paroi structurelle (10, 20) selon l'une quelconques des revendications précédentes, dans laquelle chaque traverse (40) est en fibres de carbone unidirectionnelle.
  7. Paroi structurelle (10, 20) selon l'une quelconques des revendications précédentes, dans laquelle la pièce d'interface (58) comporte une première paroi (62) et une seconde paroi (64) superposées, la première paroi (62) étant interposée entre la première enveloppe (32) de la première partie (26) et la couche extérieure (38) de la seconde partie (28), et la seconde paroi (64) étant interposée entre la seconde enveloppe (34) de la première partie (26) et la couche extérieure (38) de la seconde partie (28), les première (62) et seconde (64) parois définissant :
    - une première zone (70), dans laquelle les première (62) et seconde (64) parois de la pièce d'interface (58) sont fixées respectivement à la première (32) et seconde (34) enveloppe de la première partie (26), et
    - une seconde zone (72) dans laquelle l'une des première (62) et seconde parois (64) de la pièce d'interface (58) est fixée au bord transversal (44) de la couche extérieure (38) de la seconde partie.
  8. Procédé d'assemblage d'une paroi structurelle (10, 20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant :
    - une étape de fourniture de ladite première partie (26) ;
    - une étape de fourniture de ladite seconde partie (28) ;
    - une étape de fixation de la pièce d'interface (58) à la seconde partie (28) et à la première partie (26), notamment par soudage ou rivetage ;
    - une étape d'insertion d'une pluralité d'éléments d'habillage (42) dans les volumes utiles (50).
  9. Procédé d'assemblage d'une paroi structurelle (10, 20) selon la revendication 8, dans lequel l'étape de fourniture de la seconde partie (28) comprend :
    - la fixation d'une couche extérieure (38) avec la pièce d'interface (58), notamment par soudage ou rivetage ;
    - la fixation des traverses (40) sur la face interne (48) de la couche extérieure (38).
  10. Procédé d'assemblage d'une paroi structurelle (10, 20) selon la revendication 8 ou 9, dans lequel la pièce d'interface (58) est fixée par soudage à la première (26) et à la seconde (28) partie, le procédé comprenant une étape de refroidissement de la pièce d'interface (58) par convection forcée entre les première (62) et seconde (64) parois lors du soudage de la pièce d'interface (58) sur la première partie (26).
  11. Véhicule ferroviaire (1), du type voiture à deux étages, caractérisé en ce qu'il comprend :
    - une première paroi structurelle du type pavillon (20), selon l'une quelconque des revendications 1 à 7,
    - une deuxième paroi structurelle du type plancher inférieur (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7,
    - une troisième paroi structurelle du type plancher intermédiaire (14), comprenant une première partie (26) comprenant au moins un profilé (30) creux formant une section fermée, le profilé (30) comprenant une première (90) et une seconde enveloppe (92), et comprenant une seconde partie (28) comprenant une première enveloppe (90) et une seconde enveloppe (92), notamment en matériau composite ou en aluminium, délimitant entre elles un volume (94) complété par une structure en nid d'abeille ou en matériau d'âme de sandwich, la première enveloppe (90) définissant un méplat (96) en regard et à la verticale d'un couloir d'un compartiment passager inférieur (6), et
    - un élément structurel de type squelette (24), reliant les première (20), seconde (10) et troisième (14) parois structurelles, de manière à former ensemble une caisse (4) du véhicule ferroviaire (1).
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