EP3221202A1 - Längsträger und querträger für einen fahrwerksrahmen eines schienenfahrzeuges - Google Patents

Längsträger und querträger für einen fahrwerksrahmen eines schienenfahrzeuges

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EP3221202A1
EP3221202A1 EP16705499.8A EP16705499A EP3221202A1 EP 3221202 A1 EP3221202 A1 EP 3221202A1 EP 16705499 A EP16705499 A EP 16705499A EP 3221202 A1 EP3221202 A1 EP 3221202A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cross member
longitudinal
chassis frame
recesses
edges
Prior art date
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Granted
Application number
EP16705499.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP3221202B1 (de
Inventor
Markus Hubmann
Radovan Seifried
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Siemens Mobility Austria GmbH
Original Assignee
Siemens AG Oesterreich
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG Oesterreich filed Critical Siemens AG Oesterreich
Priority to PL16705499T priority Critical patent/PL3221202T3/pl
Publication of EP3221202A1 publication Critical patent/EP3221202A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3221202B1 publication Critical patent/EP3221202B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61F—RAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
    • B61F5/00—Constructional details of bogies; Connections between bogies and vehicle underframes; Arrangements or devices for adjusting or allowing self-adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves
    • B61F5/50—Other details
    • B61F5/52—Bogie frames
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61F—RAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
    • B61F5/00—Constructional details of bogies; Connections between bogies and vehicle underframes; Arrangements or devices for adjusting or allowing self-adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves
    • B61F5/26—Mounting or securing axle-boxes in vehicle or bogie underframes

Definitions

  • the invention relates to a side member for a
  • Chassis frame centrally located central portion of the side member a box-shaped first connection portion is provided
  • connection portion for this purpose an opening with a sectionally straight first circumferential edge
  • Rail vehicle comprising a cross member upper flange, a cross member lower flange, and two connecting the cross member upper flange and the cross member lower flange
  • Chassis frame seen at each end has a second box-shaped connection portion, which second connection portion a sectionwise straight second
  • the invention further relates to landing gear frames, which are composed of such longitudinal and transverse beams.
  • Bogies, also called bogies, of rail vehicles usually have two wheelsets, which on rails are guided, and are connected to car bodies of the rail vehicle.
  • An integral part of a chassis is a chassis frame to which the wheelsets, eg. Via a Radsatz Entry or a primary suspension, and the car body, eg. Via a secondary suspension and a device for power transmission, are connected.
  • the power flows between the individual components run mainly on the chassis frame.
  • the chassis frame usually includes two longitudinal beams, which are aligned parallel to a longitudinal direction, which the direction of travel of the rail vehicle in
  • Operating state corresponds, and one or more
  • the longitudinal members may also be designed as closed by means of headrests frame.
  • the longitudinal members have a central portion which, viewed in the longitudinal direction, is arranged in the middle of the longitudinal members. In this central portion is a first box-shaped connection portion for connection to the
  • Cross member having an opening which opening is open in the transverse direction, ie to the cross member.
  • the longitudinal members are designed cranked, so that an end portion of the longitudinal member is aligned parallel to the central portion, wherein the two portions are connected by a transition portion.
  • the cross member is formed in the H-shape as a box-shaped profile and includes a cross member upper flange, a cross member lower flange and two side walls, each consisting of individual sheets or plate-shaped
  • Chassis corresponds to the cross member respectively at the end a second connection portion for connection to one of the longitudinal members.
  • connection of the longitudinal members with the cross member at the connection sections is particularly high
  • the compound In order to meet the functional requirements and to provide the specified operational stability, the compound is usually made solid and thus very stiff. This stiff and massive design of the welds, which are usually used for connection, is made by large weld lengths and large
  • the longitudinal beam and cross member is also the Verwinde- rigidity of the chassis frame increases, so an increased resistance to twisting around a parallel to
  • Transverse transverse axis of the cross member which leads to a reduced derailment safety, as the verwindesteife chassis frame, for example
  • the invention relates to a side member for a chassis frame of a rail vehicle
  • Chassis frame centrally located central portion of the side member a box-shaped first connection portion is provided
  • connection portion for this purpose an opening with a sectionally straight first circumferential edge
  • the first peripheral edge is formed as four rectilinear first connecting edges, which connecting edges are formed by first
  • the peripheral edge is composed in a longitudinal beam according to the invention from those edges which form the outer boundary of the first terminal portion seen in the transverse direction, in other words are those edges, which in those
  • Normal level lie on the transverse direction, which normal plane limits the maximum extension of the first terminal section in the transverse direction.
  • Circumferential edge in four connecting edges are high quality Weld seams between the longitudinal member according to the invention and any cross member to produce.
  • box-shaped first terminal portion are arranged, prevent a collision of two first
  • the longitudinal member comprises a longitudinal member upper flange and a longitudinal member lower flange, wherein in the first connection portion two side members connecting the longitudinal member upper flange and the longitudinal member lower flange parallel to the transverse direction
  • the first connection portion can be easily produced if it comprises a portion of the side member upper belt and side member lower belt and the box shape is formed by two side members.
  • the side elements may be formed, for example, as bulges of side walls of the longitudinal member, although the side member has a box-shaped profile. It is also conceivable that the opening is arranged directly in a side wall of the longitudinal member and thus the side members are formed directly by the side wall itself. If an upper first connecting edge on the longitudinal member upper flange, on the longitudinal member lower flange a lower first connecting edge and on the side elements in each case a lateral first
  • Connection edge is formed, then in a further embodiment of the invention is a particularly favorable course of the first connecting edges and thus also the
  • the first recesses in a further preferred embodiment of the invention cover between 5% and 30%, preferably between 8% and 25%,
  • Terminal section are arranged, are the first
  • This rectangle thus corresponds to that rectangle which is formed by the imaginary extensions of the first connecting edges, in the normal plane to the transverse direction.
  • first recesses also extend in the transverse direction, wherein the extent of the first recesses in the transverse direction is greater than the covered area of the rectangle.
  • first recesses in the region of the first connecting edges for example by first rod-shaped sections for
  • Fillet welds ie welds with a triangular cross-section, which are usually attached to a rectangular edge, and are used for example according to the prior art for welding bulkhead plates, with the same amount of used welding material less load than for example
  • the first connecting edges are formed such that a full cross-section detecting connection with the cross member, preferably by means of a
  • Butt weld can be achieved. Apart from the increased load capacity of a full-cross-sectional connection, such can also be easier nachbes, ie
  • PT penetration test
  • MT magnetic particle inspection
  • UT ultrasonic test
  • RT radiographic examination
  • the longitudinal member upper flange and the longitudinal member lower flange are loaded by the forces to be introduced into the longitudinal member higher than the side elements and at the same time the post-processing of the side elements is often easier, provides a further embodiment of the invention that at least 70%, preferably at least 85% , the total area of each of the first recesses lies on one of the side elements.
  • the total area of the first recess refers to that theoretical flat surface which forms the first recess that would be seen if the
  • the longitudinal member is formed as I-beam and the side elements inserted into the I-beam, preferably welded, are.
  • Bridge longitudinal member between longitudinal member upper flange, side member lower flange and a bridge.
  • Such trained side elements are preferably connected by means of welds with the elements of the longitudinal member.
  • a further reduction in weight is achieved in a further embodiment in that the side elements have at least one side opening spaced from the first connection section.
  • the invention also relates to a cross member for a chassis frame of a rail vehicle, comprising a cross member upper flange, a cross member lower flange, and two side walls connecting the cross member upper flange and the cross member lower flange,
  • cross member relative to a transverse direction of the chassis frame seen at the end each having a second box-shaped connection portion, which second connection portion a sectionwise just second
  • connection edges are separated by second recesses.
  • the peripheral edge sits down at a Cross beams according to the invention from those edges, which form the outer boundary of the second connecting portion seen in the transverse direction, in other words are those edges which lie in the normal plane to the transverse direction, which normal plane the maximum
  • An embodiment variant of a cross member according to the invention provides that an upper second connecting edge is formed on the cross member upper flange, a lower second connecting edge on the cross member lower flange and a lateral second connecting edge on the side walls, wherein the second recesses are arranged at the imaginary intersections of the second connecting edges are.
  • the second cutouts cover between 5% and 30%, preferably between 8% and 25%,
  • Transverse direction is greater than the covered area of the
  • the second recesses in the region of the second connecting edges for example, narrowed by second rod-shaped sections for weld extension, and open seen in the transverse direction behind the second
  • connection with the longitudinal beam preferably by means of a butt weld, can be achieved. Apart from the increased load capacity of a full-cross-sectional connection, such can also be easier nachbes, ie
  • Connecting portions of the cross member, compared with that of the longitudinal member, is an approximately uniform distribution of Recess on two adjacent elements of the
  • Cross member so for example.
  • Cross member upper flange and side wall possible. Therefore, in another preferred
  • Embodiment variant of a cross member according to the invention provided that between 35% and 60% of the total area of each of the second recesses lies on one of the side walls and the rest of the total area on the respective cross member upper flange or cross member lower flange.
  • the total area of the second recess refers to that plane the second recess forming surface, which would be seen if the corresponding side wall by 90 ° in the plane of
  • Cross member lower flange form a common flat surface.
  • Cross member is formed as a bent part, wherein between the side walls and the cross member upper flange and between the side walls and the cross member lower flange each one
  • Bending area is formed. Bending parts are known in a bending process, also known as Abkant compiler,
  • Suitable manufacturing methods are, for example, the die bending or the swivel bending. Those areas that are plastically deformed are called bending areas and are characterized by a homogeneous and favorable
  • Bending areas refer to the respective plastically deformed, preferably curved, areas of the
  • Belt opening wherein at least one of the belt openings occupies at least 50% of the surface of the cross member upper belt or the cross member lower belt. Due to the relatively large belt opening, the torsion stiffness of the cross member is lowered even further, to a much improved
  • the object set in the beginning is also solved by a chassis frame for a rail vehicle, with two
  • Cross member connecting longitudinal members according to the invention wherein each of the second connection portions of the cross member is connected to a first connection portion of a longitudinal member.
  • chassis frame according to the invention is therefore intended that the first
  • Connecting edges of the side members are connected to the respective second connecting edges of the cross member by means of a weld.
  • interposed recesses allow connection of the first terminal portions to the second
  • the side members are designed as I-beams and if the cross member is designed as a bent part, the result is a chassis frame with low torsional rigidity and thus high safety against derailment.
  • this belt opening can serve as an access opening for
  • Fig. 1 is an axonometric view of an inventive
  • Fig. 2 is a detail view of the connection between
  • Fig. 3 is an axonometric view of a cross member.
  • FIG. 1 shows a three-dimensional representation of a
  • Embodiment of a chassis frame according to the invention for a rail vehicle This includes two
  • the longitudinal direction 11 corresponds to the direction of travel of the rail vehicle in the operating state.
  • the longitudinal members 1 are formed as I-beam and thus have a longitudinal beam upper flange 2, a longitudinal beam lower flange 3 and the two symmetrically connecting web 4 (see Fig. 2).
  • each longitudinal member 1 has two Radsatz Equipmentsbuchsen 29, which have a circular cross section and the
  • the cross member 18 is formed in the present embodiment as a one-piece box-shaped bent part, which seen in the transverse direction 12 each end forms a second box-shaped connection portion 24.
  • the second connection sections 24 of the cross member 18 are in each case connected via welds, in particular butt welds, with the respective first connection section 13 of a longitudinal member 1.
  • FIG. 2 shows an enlarged detail of the first connection section 13, wherein a part of the second connection section 24 of the cross member 18 can also be seen. For the sake of clarity, however, only the relevant parts of the first connection section 13 are in this figure
  • Side elements 5 have in the region of the web 4 a spaced from the web side opening 6, which has the shape of a triangle with rounded edges, wherein the longest edge of the triangle is parallel to the web 4.
  • a peripheral edge of the first connection section 13, that is to say that edge which lies in a normal plane of the transverse direction 12 and makes contact with the cross member 18, is composed of four first connecting edges 14, 15, 16: an upper first one
  • Terminal edges 14,15,16 are by first
  • Recesses 17 separated from each other, so that the first connecting edges 14,15,16 run only rectilinear and do not touch each other. Arranged are the first recesses 17 at the imaginary intersections of
  • Extensions of the first connecting edges 14,15,16 in other words at the corners of an imaginary rectangle on which the first connecting edges 14,15,16 lie.
  • the first recesses 17 cover about 17.5% of the circumference.
  • the first recesses 17 also extend in
  • Transverse direction 12 wherein in the side elements 5 results in a substantially U-shaped form, which accounts for about 80% of the total area of the first recess 17.
  • first rod-shaped portions 30 which in the direction of the longitudinal member upper belt 2 or the longitudinal beam lower belt 3 or parallel to a height direction, normal to the longitudinal direction 11 and transverse direction 12, are aligned. Seen in the transverse direction 12 behind the first rod-shaped
  • Sections 30, the first recess 17 is increased in the height direction, so that the first rod-shaped portions 30 by an undercut of the first lateral
  • Connecting edge 16 arise. Analogously, it is of course also conceivable that the upper first terminal edge 14 or the lower first terminal edge 15 also a further first rod-shaped portion for extending the
  • Figure 3 shows a cross member 18 with box-shaped profile, wherein the cross section is normal to the transverse direction 12.
  • the cross member comprises a cross member upper flange 19, which faces a car body of a rail vehicle in the installed state, a cross member lower flange 20, which faces the rails in the installed state, and two
  • cross member Seen in the transverse direction 12, the cross member 18 at each end, ie at the front and rear ends, a second connection portion 24. These second connection sections 24 serve to connect the
  • Cross member 18 to one longitudinal beam 1. It is in the second connection portions 24 in the second connection portions 24 in the second connection portions 24 in
  • the box-shaped profile of the cross member 18 is made from a flat settlement by means of a
  • the bending part is a single part, which is both cross member upper flange 19, cross member lower flange 20 and the
  • Cross member upper flange 19 and the right side wall 21 forms a bending region 22 in that area, which was plastically deformed in the manufacturing process.
  • Bending region 22 represents a curved region, which in the present example is designed as a transition radius with a bending radius. It is in the bending radius to a circle radius, in alternative embodiments, curves with different
  • Curvature for example ellipses, are conceivable.
  • a bending region 22 is also formed between the cross member upper flange 19 and the left side wall 21.
  • bending regions 22 in the same shape are also formed at the transition between side walls 21 and the cross member lower flange 20, so that the cross section of the cross member has the shape of a rectangle with rounded corners normal to the transverse direction 12.
  • a peripheral edge of the second connecting portion 24, ie that edge which lies in a normal plane of the transverse direction 12 and contacts the longitudinal member 1, is composed of four second connecting edges 25, 26, 27: an upper second connecting edge 25, which extends from the cross member upper flange 19
  • Recesses 28 separated from each other, so that the second connecting edges 25,26,27, as well as the first
  • Connecting edges 14,15,16 run only straight and do not touch each other. Arranged are the second recesses 28 at the imaginary intersections of
  • Extensions of the second connecting edges 25,26,27 in other words at the corners of an imaginary rectangle on which the second connecting edges 25,26,27 lie.
  • the second recesses 28 cover about 17.5% of the circumference.
  • the second recesses 28 also extend in
  • the second recesses 28 form a semicircular shape, which in
  • the second recesses 28 are approximately equally divided on cross member upper flange 19 and cross member lower flange 20 and the respective side wall 21. Since the second recesses 28 in the region of the second
  • Connecting edges 25,26,27 are narrowed, so form second rod-shaped sections 31, which serve as an extension of the second connecting edges 25,26,27 and the welds attached thereto.
  • the second rod-shaped sections 31 form an inner edge of the semicircular area of the second recesses 28.
  • first and second recesses 17, 28 form a common recess whose edges merge into one another, with the first and second rod-shaped portions 30, 31 protrude into the common recess.
  • cross member upper flange 19 has a belt opening 23 which has a substantially rectangular shape, wherein curves and
  • Belt opening 23 is aligned symmetrically to the cross member upper flange 19 both in the longitudinal direction 11 and in the transverse direction 12, taking about 30% of the surface of the
  • the cross member lower flange 20 has a belt opening 23 which is aligned both in the longitudinal direction 11 and in the transverse direction 12 symmetrical to the cross member lower flange 20.
  • Belt opening 23 formed elliptical and occupies about 75% of the surface of the cross member lower belt 20, so that the cross member lower flange 20 has a lower shear stiffness and torsional stiffness than the cross member upper flange 19.
  • the belt opening 23 of the cross member lower belt 20 serves as an access opening for processing, as through this the welds, which are the first

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Body Structure For Vehicles (AREA)
  • Connection Of Plates (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Längsträger (1) und Querträger (18) für einen Fahrwerksrahmen eines Schienenfahrzeuges, wobei der Längsträger (1) einen ersten kastenförmigen Anschlussabschnitt (13) mit einer abschnittweise geraden ersten Umlaufkante zum Anschluss des Querträgers (18) aufweist, wobei der Querträger (18) in einer Querrichtung des Fahrwerksrahmens jeweils endseitig einen zweiten kastenförmigen Anschlussabschnitt (24) mit einer abschnittweise geraden zweiten Umlaufkante zum Anschluss des Längsträgers (1) aufweist. Um eine Reduktion des Gewichts des Längsträgers (1) und des Querträgers (17) zu erreichen und die Verwinde-Steifigkeit des Fahrwerksrahmens zu senken, sind die erste und zweite Umlaufkante als jeweils vier erste und zweite Anschlusskanten (14,15,16) ausgebildet, welche Anschlusskanten (14,15,16) durch erste und zweite Ausnehmungen (17) voneinander getrennt sind.

Description

Beschreibung
Längsträger und Querträger für einen Fahrwerksrahmen eines Schienenfahrzeuges
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Längsträger für einen
Fahrwerksrahmen eines Schienenfahrzeuges,
wobei in einem, bezogen auf eine Längsrichtung des
Fahrwerksrahmens zentral liegenden Zentralabschnitt des Längsträgers ein kastenförmiger erster Anschlussabschnitt vorgesehen ist,
wobei der erste Anschlussabschnitt hierzu eine Öffnung mit einer abschnittsweise geraden ersten Umlaufkante zum
Anschluss eines Querträgers des Fahrwerksrahmens aufweist und wobei die Öffnung den ersten Anschlussabschnitt normal zur Längsrichtung in einer Querrichtung des Fahrwerksrahmens öffnet, sowie einen
Querträger für einen Fahrwerksrahmen eines
Schienenfahrzeuges, umfassend einen Querträger-Obergurt, einen Querträger-Untergurt, sowie zwei den Querträger- Obergurt und den Querträger-Untergurt verbindende
Seitenwände,
wobei der Querträger bezogen auf eine Querrichtung des
Fahrwerksrahmens endseitig gesehen jeweils einen zweiten kastenförmigen Anschlussabschnitt aufweist, welcher zweite Anschlussabschnitt eine abschnittsweise gerade zweite
Umlaufkante zum Anschluss eines Längsträgers des
Fahrwerksrahmens aufweist.
Die Erfindung bezieht sich weiters auf Fahrwerksrahmen, die aus solchen Längs-und Querträgern zusammengesetzt sind.
Stand der Technik
Fahrwerke, auch Drehgestelle genannt, von Schienenfahrzeugen weisen in der Regel zwei Radsätze auf, welche auf Schienen geführt sind, und sind mit Wagenkästen des Schienenfahrzeuges verbunden. Ein wesentlicher Bestandteil eines Fahrwerks ist ein Fahrwerksrahmen, an welchem die Radsätze, bspw. über eine Radsatzführung bzw. eine Primärfederung, und der Wagenkasten, bspw. über eine Sekundärfederung und eine Vorrichtung zur Kraftübertragung, angebunden sind. Die Kraftflüsse zwischen den einzelnen Komponenten verlaufen dabei hauptsächlich über den Fahrwerksrahmen. Der Fahrwerksrahmen umfasst in der Regel zwei Längsträger, welche parallel zu einer Längsrichtung ausgerichtet sind, welche der Fahrtrichtung des Schienenfahrzeuges im
Betriebszustand entspricht, und einen oder mehrere
Querträger, welche parallel zu einer normal auf die
Längsrichtung stehenden Querrichtung ausgerichtet ist, wobei die Ausführungsvariante mit einem Querträger als H-Bauform bezeichnet wird. Dabei können die Längsträger auch als mittels Kopfträgern geschlossener Rahmen ausgeführt sein. Die Längsträger weisen einen Zentralabschnitt auf, welcher in Längsrichtung gesehen in der Mitte der Längsträger angeordnet ist. In diesem Zentralabschnitt befindet sich ein erster kastenförmiger Anschlussabschnitt zum Anschluss an den
Querträger, der eine Öffnung aufweist, welche Öffnung in die Querrichtung, also zum Querträger hin geöffnet ist. Üblicher Weise sind die Längsträger gekröpft ausgeführt, sodass ein Endabschnitt des Längsträgers parallel zum Zentralabschnitt ausgerichtet ist, wobei die beiden Abschnitte durch einen Übergangsabschnitt verbunden sind.
Der Querträger ist bei der H-Bauform als kastenförmiges Profil ausgebildet und umfasst einen Querträger-Obergurt, einen Querträger-Untergurt und zwei Seitenwände, welche jeweils aus einzelnen Blechen bzw. plattenförmigen
Metallteilen bestehen. In einer Längenrichtung des
Querträgers gesehen, welche der Querrichtung des
Fahrwerksrahmens entspricht, weist der Querträger jeweils endseitig einen zweiten Anschlussabschnitt zum Anschluss an einen der Längsträger auf.
Meist ist der Querträger mit allen Hauptkräften belastet, welche über die Längsträger in die Radsätze weiter geleitet werden. Die Verbindung der Längsträger mit dem Querträger an den Anschlussabschnitten ist dabei besonders hoch
beansprucht. Um die funktionalen Anforderungen zu erfüllen und auch die vorgegebene Betriebsfestigkeit bereit zu stellen, ist die Verbindung in der Regel massiv ausgeführt und damit sehr steif. Diese steife und massive Gestaltung der Schweißnähte, welche in der Regel zur Verbindung herangezogen werden, wird durch große Schweißnahtlängen und große
Schweißnahtquerschnitte erreicht, um die geringe
Beanspruchbarkeit der Schweißnähte zu kompensieren. Ebenfalls bekannt ist die Verwendung von massiven Schottblechen, welche zwischen Querträger und Längsträger angeordnet und mit beiden verschweißt sind. Durch die hohe Steifigkeit der Verbindung zwischen
Längsträger und Querträger ist jedoch auch die Verwinde- Steifigkeit des Fahrwerksrahmens erhöht, also ein erhöhter Widerstand gegen Verdrillung um eine parallel zur
Querrichtung verlaufende Querachse des Querträgers, was zu einer verringerten Entgleisungssicherheit führt, da der verwindesteife Fahrwerksrahmen beispielsweise
unterschiedliche Höhen der beiden Schienen nicht ausgleichen kann. Ein weiterer Nachteil des Stands der Technik äußert sich in den hohen Fertigungs- und Materialkosten, sowie durch das hohe Gewicht der Verbindung, bedingt durch die oben beschriebene Ausführung der Schweißnähte bzw. Anbringung von Schottblechen .
Aufgabe der Erfindung
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden und eine Längsträger sowie einen Querträger für einen Fahrwerksrahmen vorzuschlagen, welche den Einsatz von hochwertigen und damit höher
belastbaren Schweißnähten zu ermöglichen.
Darstellung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch einen Längsträger mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und einen Querträger mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen definiert .
Die Erfindung betrifft einerseits einen Längsträger für einen Fahrwerksrahmen eines Schienenfahrzeuges,
wobei in einem, bezogen auf eine Längsrichtung des
Fahrwerksrahmens zentral liegenden Zentralabschnitt des Längsträgers ein kastenförmiger erster Anschlussabschnitt vorgesehen ist,
wobei der erste Anschlussabschnitt hierzu eine Öffnung mit einer abschnittsweise geraden ersten Umlaufkante zum
Anschluss eines Querträgers des Fahrwerksrahmens aufweist und wobei die Öffnung den ersten Anschlussabschnitt normal zur Längsrichtung in einer Querrichtung des Fahrwerksrahmens öffnet .
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die erste Umlaufkante als vier geradlinig verlaufende erste Anschlusskanten ausgebildet ist, welche Anschlusskanten durch erste
Ausnehmungen voneinander getrennt sind. Die Umlaufkante setzt sich bei einem erfindungsgemäßen Längsträger aus jenen Kanten zusammen, die in Querrichtung gesehen die äußere Begrenzung des ersten Anschlussabschnitts bilden, in anderen Worten handelt es sich um jene Kanten, welche in derjenigen
Normalebene auf die Querrichtung liegen, welche Normalebene die maximale Ausdehnung des ersten Anschlussabschnitts in Querrichtung begrenzt. Durch eine Unterteilung der
Umlaufkante in vier Anschlusskanten sind hochwertige Schweißnähte zwischen dem erfindungsgemäßen Längsträger und einem beliebigen Querträger herstellbar. Die ersten
Ausnehmungen, welche vorzugsweise an den Ecken des
kastenförmigen ersten Anschlussabschnitts angeordnet sind, verhindern ein Aneinanderstoßen zweier erster
Anschlusskanten, da sich bei einer Verschweißung in diesem Bereich, also beim Aneinanderstoßen zweier Schweißnähte, Spannungsspitzen ausbilden würden. Diese Spannungsspitzen werden durch die Ausnehmungen in den Eckbereichen vermieden, so dass die Schweißnähte an sich auf eine geringere Belastung ausgelegt werden müssen. Dadurch ergeben sich auch in
Hinsicht auf die Schweißnahtquerschnitte, die aufgrund der geringeren Belastung reduziert werden können, die benötigte Blechstärke des Längsträgers, die aufgrund der reduzierten Schweißnahtquerschnitte ebenfalls verringert werden kann, den Richtaufwand, der infolge der reduzierten Schweißnahtlängen und Querschnitte ebenfalls verringert wird, viele positive Effekte, welche eine Reduktion des Gesamtgewichts des
Fahrwerksrahmens und der Fertigungskosten nach sich ziehen.
Eine Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass der Längsträger einen Längsträger-Obergurt und einen Längsträger- Untergurt umfasst, wobei im ersten Anschlussabschnitt zwei den Längsträger-Obergurt und den Längsträger-Untergurt verbindende Seitenelemente parallel zur Querrichtung
angeordnet sind. Da der Längsträger jedenfalls den
Längsträger-Obergurt und den Längsträger-Untergurt umfasst, lässt sich der erste Anschlussabschnitt einfach herstellen, wenn dieser einen Abschnitt des Längsträger-Obergurts und Längsträger-Untergurts umfasst und die Kastenform durch zwei Seitenelemente ausgebildet ist. Die Seitenelemente können dabei beispielsweise als Auswölbungen von Seitenwänden des Längsträgers ausgebildet sein, wenn auch der Längsträger ein kastenförmiges Profil aufweist. Es ist dabei auch denkbar, dass die Öffnung direkt in einer Seitenwand des Längsträgers angeordnet ist und so die Seitenelemente direkt durch die Seitenwand selbst ausgebildet sind. Wenn am Längsträger-Obergurt eine obere erste Anschlusskante, am Längsträger-Untergurt eine untere erste Anschlusskante und an den Seitenelementen jeweils eine seitliche erste
Anschlusskante ausgebildet ist, dann ist in einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung ein besonders günstiger Verlauf der ersten Anschlusskanten und damit auch der
Schweißnähte erreichbar, wenn die ersten Ausnehmungen an den gedachten Schnittpunkten der ersten Anschlusskanten
angeordnet sind.
Um die gegenseitige Hitzeeinwirkung von zwei, an benachbarten ersten Anschlusskanten angebrachten, Schweißnähten effektiv zu verhindern, überdecken die ersten Ausnehmungen in einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung zwischen 5% und 30%, bevorzugt zwischen 8% und 25%,
insbesondere zwischen 10% und 20%, des Umfangs eines durch die gedachten Verlängerungen der ersten Anschlusskanten gebildeten Rechtecks. Dadurch, dass die ersten
Anschlusskanten an einem kastenförmigen ersten
Anschlussabschnitt angeordnet sind, sind die ersten
Anschlusskanten am Umfang eines Rechtecks angeordnet. Dieses Rechteck entspricht also jenem Rechteck, welches durch die gedachten Verlängerungen der ersten Anschlusskanten, in der Normalebene auf die Querrichtung, entsteht. Durch die
Überdeckung des Rechtecks durch die ersten Ausnehmungen, welche Überdeckung sich in der Regel gleichmäßig auf die einzelnen ersten Ausnehmungen aufteilt, wird ein
Mindestabstand zwischen den ersten Anschlusskanten
sichergestellt. Es versteht sich dabei von selbst, dass die ersten Ausnehmungen sich auch in Querrichtung erstrecken, wobei die Erstreckung der ersten Ausnehmungen in Querrichtung größer ist, als der überdeckte Bereich des Rechtecks. Dabei sind in alternativen Ausführungsvarianten der Erfindung die ersten Ausnehmungen im Bereich der ersten Anschlusskanten, beispielsweise durch erste stabförmige Abschnitte zur
Schweißnahtverlängerung, verengt und öffnen sich in
Querrichtung gesehen hinter den ersten Anschlusskanten bis zu einer maximalen Erstreckung normal zur Querrichtung. Kehlnähte, also Schweißnähte mit einem dreiecksförmigen Querschnitt, welche üblicher Weise an einer rechtwinkligen Kante angebracht sind, und beispielsweise gemäß dem Stand der Technik zum Anschweißen von Schottblechen verwendet werden, halten bei gleicher Menge an verwendetem Schweißmaterial einer geringeren Belastung stand als beispielsweise
Stumpfnähte, also Schweißnähte, welche zwei stumpfe Enden von Blechen verbinden und bei denen der gesamte, bspw.
rechteckige Querschnitt, der Schweißnaht
vollquerschnittserfassend ausgebildet ist. Daher ist in einer bevorzugten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Längsträgers vorgesehen, dass die ersten Anschlusskanten derart ausgebildet sind, dass eine vollquerschnittserfassende Verbindung mit dem Querträger, vorzugsweise mittels einer
Stumpfnaht, erreicht werden kann. Abgesehen von der erhöhten Tragkraft einer vollquerschnittserfassenden Verbindung, lässt sich eine solche auch einfacher nachbearbeiten, also
beispielsweise blecheben abschleifen, um die
Ermüdungsfestigkeit der Schweißnähte zu verbessern. Ebenfalls lassen sich derart gestaltete Verbindungen mit allen
bekannten Prüfverfahren prüfen, etwa mittels Eindringprüfung (PT) , Magnetpulverprüfung (MT) , Ultraschallprüfung (UT) oder Durchstrahlungsprüfung (RT) .
Da der Längsträger-Obergurt und der Längsträger-Untergurt durch die in den Längsträger einzuleitenden Kräfte höher belastet sind als die Seitenelemente und gleichzeitig die Nachbearbeitung der Seitenelemente oftmals einfacher ist, sieht eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung vor, dass zumindest 70%, bevorzugt zumindest 85%, der Gesamtfläche jeder der ersten Ausnehmungen auf einem der Seitenelemente liegt. Die Gesamtfläche der ersten Ausnehmung bezieht sich dabei auf jene theoretische ebene Fläche, welche die erste Ausnehmung ausbildet, die zu sehen wäre, wenn das
entsprechende Seitenelement um 90° in die Ebene des
Längsträger-Obergurts bzw. des Längsträger-Untergurts geklappt ist, sodass das Seitenelement und Längsträger- Obergurt bzw. Längsträger-Untergurt eine gemeinsame ebene Fläche ausbilden.
Zur Reduktion der Verwinde-Steifigkeit des Längsträgers und zur weiteren Reduktion des Gewichts ist in einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Längsträgers vorgesehen, dass der Längsträger als I-Träger ausgebildet ist und die Seitenelemente in den I-Träger eingesetzt, vorzugsweise eingeschweißt, sind. Bei den
Seitenelementen handelt es sich dabei um separat gefertigte Blechteile, welche vorzugsweise den gesamten Raum des
Längsträgers zwischen Längsträger-Obergurt, Längsträger- Untergurt und einem Steg überbrücken. Derart ausgebildete Seitenelemente sind dabei vorzugsweise mittels Schweißnähten mit den Elementen des Längsträgers verbunden.
Eine weitere Reduktion des Gewichts wird dabei in einer weiteren Ausführungsvariante dadurch erreicht, dass die Seitenelemente zumindest eine vom ersten Anschlussabschnitt beabstandete Seitenöffnung aufweisen.
Die Erfindung betrifft auch einen Querträger für einen Fahrwerksrahmen eines Schienenfahrzeuges, umfassend einen Querträger-Obergurt, einen Querträger-Untergurt, sowie zwei den Querträger-Obergurt und den Querträger-Untergurt verbindende Seitenwände,
wobei der Querträger bezogen auf eine Querrichtung des Fahrwerksrahmens endseitig gesehen jeweils einen zweiten kastenförmigen Anschlussabschnitt aufweist, welcher zweite Anschlussabschnitt eine abschnittsweise gerade zweite
Umlaufkante zum Anschluss eines Längsträgers des
Fahrwerksrahmens aufweist.
Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die zweite
Umlaufkante als vier geradlinig verlaufende zweite
Anschlusskanten ausgebildet ist, welche zweiten
Anschlusskanten durch zweite Ausnehmungen voneinander getrennt sind. Die Umlaufkante setzt sich bei einem erfindungsgemäßen Querträger aus jenen Kanten zusammen, die in Querrichtung gesehen die äußere Begrenzung des zweiten Anschlussabschnitts bilden, in anderen Worten handelt es sich um jene Kanten, welche in derjenigen Normalebene auf die Querrichtung liegen, welche Normalebene die maximale
Ausdehnung des zweiten Anschlussabschnitts in Querrichtung begrenzt. Durch eine Unterteilung der Umlaufkante in vier Anschlusskanten sind hochwertige Schweißnähte zwischen dem erfindungsgemäßen Querträger und einem beliebigen Längsträger herstellbar. Die zweiten Ausnehmungen, welche vorzugsweise an den Ecken des kastenförmigen zweiten Anschlussabschnitts angeordnet sind, verhindern ein Aneinanderstoßen zweier zweiter Anschlusskanten, da sich bei einer Verschweißung in diesem Bereich, also beim Aneinanderstoßen zweier
Schweißnähte, Spannungsspitzen ausbilden würden. Dadurch ergeben sich bei einem erfindungsgemäßen Querträger dieselben Vorteile wie bereits zuvor beim Längsträger beschrieben.
Eine Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Querträgers sieht vor, dass am Querträger-Obergurt eine obere zweite Anschlusskante, am Querträger-Untergurt eine untere zweite Anschlusskante und an den Seitenwänden jeweils eine seitliche zweite Anschlusskante ausgebildet ist, wobei die zweiten Ausnehmungen an den gedachten Schnittpunkten der zweiten Anschlusskanten angeordnet sind. Dadurch ist ein besonders günstiger und einfach herstellbarer Verlauf der zweiten Anschlusskanten und damit auch der Schweißnähte erreichbar.
Um die gegenseitige Hitzeeinwirkung von zwei an benachbarten zweiten Anschlusskanten angebrachten Schweißnähten effektiv zu verhindern, überdecken die zweiten Ausnehmungen in einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung zwischen 5% und 30%, bevorzugt zwischen 8% und 25%,
insbesondere zwischen 10% und 20%, des Umfangs eines durch die gedachten Verlängerungen der zweiten Anschlusskanten gebildeten Rechtecks. Dadurch, dass die zweiten
Anschlusskanten an einem kastenförmigen zweiten
Anschlussabschnitt angeordnet sind, sind die zweiten Anschlusskanten am Umfang eines Rechtecks angeordnet. Dieses Rechteck entspricht also jenem Rechteck, welches durch die gedachten Verlängerungen der zweiten Anschlusskanten, in der Normalebene auf die Querrichtung, entsteht. Durch die
Überdeckung des Rechtecks durch die zweiten Ausnehmungen, welche Überdeckungen sich in der Regel gleichmäßig auf die einzelnen zweiten Ausnehmungen aufteilen, wird ein
Mindestabstand zwischen den zweiten Anschlusskanten
sichergestellt. Es versteht sich dabei von selbst, dass die zweiten Ausnehmungen sich auch in Querrichtung erstrecken, wobei die Erstreckung der zweiten Ausnehmungen in
Querrichtung größer ist als der überdeckte Bereich des
Rechtecks. Dabei sind in alternativen Ausführungsvarianten der Erfindung die zweiten Ausnehmungen im Bereich der zweiten Anschlusskanten, beispielsweise durch zweite stabförmige Abschnitte zur Schweißnahtverlängerung, verengt und öffnen sich in Querrichtung gesehen hinter den zweiten
Anschlusskanten bis zu einer maximalen Erstreckung normal zur Querrichtung .
Da Kehlnähte, also Schweißnähte mit einem dreiecksförmigen Querschnitt, in der Regel die zuvor bereits erörterten
Nachteile aufweisen, ist in einer bevorzugten
Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Querträgers vorgesehen, dass die zweiten Anschlusskanten derart
ausgebildet sind, dass eine vollquerschnittserfassende
Verbindung mit dem Längsträger, vorzugsweise mittels einer Stumpfnaht, erreicht werden kann. Abgesehen von der erhöhten Tragkraft einer vollquerschnittserfassenden Verbindung, lässt sich eine solche auch einfacher nachbearbeiten, also
beispielsweise blecheben abschleifen, um die
Ermüdungsfestigkeit der Schweißnähte zu verbessern. Ebenfalls lassen sich derart gestaltete Verbindungen mit allen
bekannten Prüfverfahren prüfen.
Aufgrund der einfacheren Nachbearbeitung der zweiten
Anschlussabschnitte des Querträgers, verglichen mit der des Längsträgers, ist eine etwa gleichmäßige Aufteilung der Ausnehmung auf zwei aneinandergrenzende Elemente des
Querträgers, also bspw. Querträger-Obergurt und Seitenwand, möglich. Daher ist in einer weiteren bevorzugten
Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Querträgers vorgesehen, dass zwischen 35% und 60% der Gesamtfläche jeder der zweiten Ausnehmungen auf einer der Seitenwände liegt und der Rest der Gesamtfläche auf dem jeweiligen Querträger- Obergurt oder Querträger-Untergurt. Die Gesamtfläche der zweiten Ausnehmung bezieht sich dabei auf jene ebene die zweite Ausnehmung ausbildende Fläche, die zu sehen wäre, wenn die entsprechende Seitenwand um 90° in die Ebene des
Querträger-Obergurts bzw. des Querträger-Untergurts geklappt ist, sodass Seitenwand und Querträger-Obergurt bzw.
Querträger-Untergurt eine gemeinsame ebene Fläche ausbilden.
Um die Verwinde-Steifigkeit des Querträgers und damit die Verwinde-Steifigkeit des gesamten Fahrwerksrahmens zu reduzieren, ist in einer besonders bevorzugten
Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen, dass der
Querträger als Biegeteil ausgebildet ist, wobei zwischen den Seitenwänden und dem Querträger-Obergurt sowie zwischen den Seitenwänden und dem Querträger-Untergurt jeweils ein
Biegebereich ausgebildet ist. Biegeteile werden in einem Biegeverfahren, auch als Abkantverfahren bekannt,
hergestellt, indem sich durch Einleiten eines Biegemoments in einen ebenen Rohkörper, der sogenannten Abwicklung oder Blechabwicklung, der Rohkörper plastisch verformt und so in eine zwei- bzw. dreidimensionale Form gebracht wird.
Geeignete Herstellungsverfahren sind beispielsweise das Gesenkbiegen oder das Schwenkbiegen. Jene Bereiche, die plastisch verformt sind, werden als Biegebereiche bezeichnet und zeichnen sich durch einen homogenen und günstigen
Spannungsverlauf aus .
Der als Biegeteil ausgebildete Querträger, wobei sich das Biegeteil auch aus mehreren gebogenen Teilstücken zusammen setzen kann, weist daher einen besonders günstigen
Spannungsverlauf auf, da statt der Kante zwischen Querträger- Obergurt und Seitenwand, welche nach dem Stand der Technik mittels Schweißnaht verbunden ist, der Biegebereich den Querträger-Obergurt und die erste Seitenwand verbindet.
Analoges gilt dementsprechend auch für die Verbindung von Querträger-Obergurt und zweiter Seitenwand, bzw. Querträger- Untergurt und erster sowie zweiter Seitenwand. Die
Biegebereiche beziehen sich auf die jeweiligen plastisch verformten, vorzugsweise gekrümmten, Bereiche des
Querträgers. Durch den günstigen Spannungsverlauf kann einerseits die Stärke des Blechs, aus dem der Querträger gefertigt ist, reduziert werden und andererseits sind keine Kehlnähte zur Verbindung mehr nötig, so dass im Vergleich zum Stand der Technik sowohl Gewicht eingespart wird als auch die Verwinde-Steifigkeit gesenkt wird.
Eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass der Querträger zumindest am
Querträger-Obergurt und am Querträger-Untergurt eine
Gurtöffnung aufweist, wobei zumindest eine der Gurtöffnungen zumindest 50% der Fläche des Querträger-Obergurts bzw. des Querträger-Untergurts einnimmt. Durch die relativ große Gurtöffnung wird die Verwinde-Steifigkeit des Querträgers noch weiter gesenkt, um eine stark verbesserte
Entgleisungssicherheit des Schienenfahrzeuges zu erreichen.
Die eingangs gestellte Aufgabe wird auch gelöst, durch einen Fahrwerksrahmen für ein Schienenfahrzeug, mit zwei
erfindungsgemäßen Längsträgern und einem die beiden
Längsträger verbindenden erfindungsgemäßen Querträger, wobei jeder der zweiten Anschlussabschnitte des Querträgers mit einem ersten Anschlussabschnitt eines Längsträgers verbunden ist. In einer Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Fahrwerksrahmens ist daher vorgesehen, dass die ersten
Anschlusskanten der Längsträger mit den jeweiligen zweiten Anschlusskanten des Querträgers mittels einer Schweißnaht verbunden sind. Durch die zuvor im Detail beschriebene
Gestaltung der Anschlusskanten ergeben sich bei der
Kombination eines erfindungsgemäßen Querträgers mit zwei erfindungsgemäßen Längsträgern, eine Reihe vorteilhafter Effekte :
Die geradlinig verlaufenden Anschlusskanten und die
dazwischen angeordneten Ausnehmungen erlauben eine Verbindung der ersten Anschlussabschnitte an die zweiten
Anschlussabschnitte mit Schweißnähten, welche ausschließlich geradlinig verlaufen und einander nicht durch Hitzeeinwirkung negativ beeinflussen.
Durch die Ausbildung der Schweißnähte als
vollquerschnittserfassende Verbindungen, vorzugsweise als Stumpfnähte, können sowohl Schweißnahtquerschnitt als auch Schweißnahtlänge, sowie die Blechstärke des Querträgers und zumindest des ersten Anschlussabschnitts des Längsträgers reduziert werden.
Sind die Längsträger als I-Träger ausgebildet und ist der Querträger als Biegeteil ausgebildet, so ergibt sich ein Fahrwerksrahmen mit geringer Verwinde-Steifigkeit und damit hoher Entgleisungssicherheit.
Ist im Querträger-Obergurt oder im Querträger-Untergurt eine Gurtöffnung vorgesehen, die zumindest 50% der Fläche des Querträger-Obergurts bzw. des Querträger-Untergurts einnimmt, so kann diese Gurtöffnung als Zugangsöffnung für
Bearbeitungsverfahren genutzt werden. So können die
Schweißnähte zwischen den Anschlusskanten gegengeschweißt und beidseitig nachbehandelt, beispielsweise geschliffen, werden. Somit wird einerseits die Problematik der Korrosion gelöst, sodass die Gurtöffnungen nicht geschlossen werden müssen. Andererseits ist durch die Nachbehandlung und Gegenschweißung der Schweißnähte die Ermüdungsfestigkeit stark erhöht.
Zusätzlich ist auch eine Reparatur der Schweißnähte am
Fahrwerksrahmen möglich bzw. mit wesentlich geringerem
Aufwand verbunden, als bei gattungsgemäßen Fahrwerksrahmen. Kurzbeschreibung der Figuren
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im nachfolgenden Teil der Beschreibung auf die Figuren Bezug genommen, aus denen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung zu entnehmen sind. Die Figuren sind als beispielhaft zu verstehen und sollen den
Erfindungscharakter zwar darlegen, ihn aber keinesfalls einengen oder gar abschließend wiedergeben. Es zeigen:
Fig. 1 eine axonometrische Ansicht eines erfindungsgemäßen
Fahrwerksrahmens ;
Fig. 2 eine Detailansicht der Verbindung zwischen
Längsträger und Querträger;
Fig. 3 eine axonometrische Ansicht eines Querträgers.
Ausführung der Erfindung
Figur 1 zeigt eine dreidimensionale Darstellung einer
Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Fahrwerksrahmens für ein Schienenfahrzeug. Dieser umfasst dabei zwei
Längsträger 1, welche parallel zu einer Längsrichtung 11 ausgerichtet sind, sowie einen die beiden Längsträger 1 verbindenden Querträger 18, welcher parallel zu einer normal auf die Längsrichtung 11 stehenden Querrichtung 12
ausgerichtet ist. Die Längsrichtung 11 entspricht dabei der Fahrtrichtung des Schienenfahrzeuges im Betriebszustand.
Die Längsträger 1 sind dabei als I-Träger ausgebildet und weisen damit einen Längsträger-Obergurt 2, einen Längsträger- Untergurt 3 und einen die beiden symmetrisch verbindenden Steg 4 (siehe Fig. 2) auf. Eine gekröpfte Form des
Längsträgers 1 ist dadurch gegeben, dass dieser einen
Zentralabschnitt 7 und, jeweils in Längsrichtung 11 vor und hinter dem Zentralabschnitt 7, einen zum Zentralabschnitt 7 parallelen Endabschnitt 9 aufweist, welche Abschnitte 7,9 durch einen schräg verlaufenden Übergangsabschnitt 8
verbunden sind. Im Zentralabschnitt 7 des Längsträgers 1 verlaufen dabei der Längsträger-Obergurt 2 und der
Längsträger-Untergurt 3 parallel zueinander. Die Verbindung zwischen dem Querträger 18 und dem Längsträger 1 erfolgt auf Seiten des Längsträgers 1 über einen im Zentralabschnitt 7 angeordneten ersten kastenförmigen Anschlussabschnitt 13. Der erste Anschlussabschnitt 13 wird dabei von Längsträger- Obergurt 2, Längsträger-Untergurt 3, sowie zwei
Seitenelementen 5 gebildet und öffnet sich in Querrichtung 12 zum Querträger 18 hin.
Zur Verbindung des Fahrwerksrahmens mit einer Radsatzführung weist jeder Längsträger 1 zwei Radsatzführungsbuchsen 29 auf, welche einen kreisrunden Querschnitt aufweisen und zur
Aufnahme eines Bolzens der Radsatzführung dienen. Die
Längsachsen der Radsatz führungsbuchsen 29 sind dabei parallel zur Querrichtung 12 ausgerichtet. Der Querträger 18 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als ein einstückiges kastenförmiges Biegeteil ausgebildet, welches in Querrichtung 12 gesehen jeweils endseitig einen zweiten kastenförmigen Anschlussabschnitt 24 ausbildet. Die zweiten Anschlussabschnitte 24 des Querträgers 18 sind dabei jeweils über Schweißnähte, insbesondere Stumpfnähte, mit dem jeweiligen ersten Anschlussabschnitt 13 eines Längsträgers 1 verbunden .
In Figur 2 ist eine vergrößerte Detaildarstellung des ersten Anschlussabschnitts 13 dargestellt, wobei auch ein Teil des zweiten Anschlussabschnitts 24 des Querträgers 18 zu sehen ist. Der Übersicht halber sind in dieser Figur jedoch nur die relevanten Teile des ersten Anschlussabschnitts 13
gekennzeichnet, für den zweiten Anschlussabschnitt 24 sei auf Figur 3 verwiesen. Deutlich zu erkennen ist dabei, dass die
Seitenelemente 5 im Wesentlichen parallel zur Querrichtung 12 ausgerichtet sind und mit dem Längsträger-Obergurt 2,
Längsträger-Untergurt 3 und den Steg 4 mittels nicht dargestellter Schweißnähte verbunden sind. Die
Seitenelemente 5 weisen dabei im Bereich des Stegs 4 eine vom Steg beabstandete Seitenöffnung 6 auf, welche die Form eines Dreiecks mit abgerundeten Kanten aufweist, wobei die längste Kante des Dreiecks parallel zum Steg 4 verläuft. Eine
Öffnung 10 des ersten Anschlussabschnittes 13, welche durch Längsträger-Obergurt 2, Längsträger-Untergurt 3 und die Seitenelemente 5 gebildet ist, öffnet dabei den ersten
Anschlussabschnitt 13 in Querrichtung 12.
Eine Umlaufkante des ersten Anschlussabschnitts 13, also jene Kante, welche in einer Normalebene der Querrichtung 12 liegt und den Querträger 18 kontaktiert, setzt sich aus vier ersten Anschlusskanten 14,15,16 zusammen: Eine obere erste
Anschlusskante 14, welche vom Längsträger-Obergurt 2
ausgebildet ist, eine untere erste Anschlusskante 15, welche vom Längsträger-Untergurt 3 ausgebildet ist, sowie zwei seitliche erste Anschlusskanten 16, welche von jeweils einem der Seitenelemente 5 ausgebildet ist. Die ersten
Anschlusskanten 14,15,16 sind dabei durch erste
Ausnehmungen 17 voneinander getrennt, sodass die ersten Anschlusskanten 14,15,16 ausschließlich geradlinig verlaufen und einander nicht berühren. Angeordnet sind die ersten Ausnehmungen 17 an den gedachten Schnittpunkten der
Verlängerungen der ersten Anschlusskanten 14,15,16, also in anderen Worten an den Ecken eines gedachten Rechtecks, auf welchem die ersten Anschlusskanten 14,15,16 liegen.
Bezogen auf den Umfang des gedachten Rechtecks, überdecken die ersten Ausnehmungen 17 dabei etwa 17,5% des Umfangs. Die ersten Ausnehmungen 17 erstrecken sich auch in
Querrichtung 12, wobei sich dabei in den Seitenelementen 5 eine im Wesentlichen U-förmige Form ergibt, die etwa 80% der gesamten Fläche der ersten Ausnehmung 17 ausmacht. Im Bereich der ersten Anschlusskanten 14,15,16, ist die Ausnehmung 17 verengt, da die Seitenelemente 5 zur Verlängerung der ersten seitlichen Anschlusskante 16 bzw. der daran angebrachten Schweißnaht, erste stabförmige Abschnitte 30 aufweisen, die in Richtung des Längsträger-Obergurts 2 bzw. des Längsträger- Untergurts 3 bzw. parallel zu einer Höhenrichtung, normal zu Längsrichtung 11 und Querrichtung 12, ausgerichtet sind. In Querrichtung 12 gesehen hinter den ersten stabförmigen
Abschnitten 30 ist die erste Ausnehmung 17 in Höhenrichtung vergrößert, so dass die ersten stabförmige Abschnitte 30 durch eine Hinterschneidung der ersten seitlichen
Anschlusskante 16 entstehen. Analog dazu ist es natürlich auch denkbar, dass die obere erste Anschlusskante 14 oder die untere erste Anschlusskante 15 ebenfalls einen weiteren ersten stabförmigen Abschnitt zur Verlängerung der
Schweißnähte ausbilden, die parallel zur Längsrichtung 11 ausgerichtet sind. Figur 3 zeigt einen Querträger 18 mit kastenförmigem Profil, wobei der Querschnitt normal auf die Querrichtung 12 steht. Der Querträger umfasst einen Querträger-Obergurt 19, welcher im Einbauzustand einem Wagenkasten eines Schienenfahrzeuges zugewandt ist, einen Querträger-Untergurt 20, welcher im Einbauzustand den Schienen zugewandt ist, sowie zwei
Seitenwände 21, die die linke und rechte Seite des
Querträgers ausbilden. In Querrichtung 12 gesehen weist der Querträger 18 an jedem Ende, also am vorderen und hinteren Ende, einen zweiten Anschlussabschnitt 24 auf. Diese zweiten Anschlussabschnitte 24 dienen zur Anbindung des
Querträgers 18 an jeweils einen Längsträger 1. Dabei handelt es sich bei den zweiten Anschlussabschnitten 24 im
vorliegenden Beispiel um die offenen Enden des kastenförmigen Querträgers 18.
Um einen günstigen Spannungsverlauf im Querträger zu
erreichen, ist der Querträger 18 als Biegeteil, im
vorliegenden Fall als einstückiges Biegeteil, ausgebildet. Durch ein entsprechendes Herstellungsverfahren,
beispielsweise Abkanten, Schwenkbiegen oder Gesenkbiegen, wird das kastenförmige Profil des Querträgers 18 aus einer ebenen Abwicklung hergestellt, indem mittels eines
eingeleiteten Biegemoments die Abwicklung lokal plastisch verformt wird, sodass sich aus der im Wesentlichen
zweidimensionalen Abwicklung eine dreidimensionale Form ausbildet. Durch ein solches Herstellungsverfahren ergibt sich folgender positiver Effekt: Da es sich bei dem Biegeteil um ein einziges Teil handelt, welches sowohl Querträger- Obergurt 19, Querträger-Untergurt 20 als auch die
Seitenwände 21 ausbildet, ist nur mehr eine einzige
Verbindungschweißnaht nötig, um das Kastenprofil
herzustellen. Diese Verbindungsschweißnaht ist dabei
vorzugsweise außerhalb der Biegebereiche 22 angeordnet, beispielsweise verläuft sie parallel zur Querrichtung 12 in der Mitte des Querträger-Untergurts 20.
Der genaue Aufbau sei nun am Beispiel des Querträger- Obergurts 19 näher erläutert: Am Übergang zwischen dem
Querträger-Obergurt 19 und der rechten Seitenwand 21 bildet sich ein Biegebereich 22 in jenem Bereich aus, welcher beim Herstellungsverfahren plastisch verformt wurde. Der
Biegebereich 22 stellt dabei einen gekrümmten Bereich dar, welcher im vorliegenden Beispiel als Übergangsradius mit einem Biegeradius ausgebildet ist. Dabei handelt es sich bei dem Biegeradius um einen Kreisradius, wobei in alternativen Ausführungsvarianten auch Kurven mit unterschiedlicher
Krümmung, beispielsweise Ellipsen, denkbar sind.
Gleichermaßen ist auch zwischen dem Querträger-Obergurt 19 und der linken Seitenwand 21 ein Biegebereich 22 ausgebildet. Völlig analog ist auch am Übergang zwischen Seitenwänden 21 und dem Querträger-Untergurt 20 Biegebereiche 22 in gleicher Form ausgebildet, so dass der Querschnitt des Querträgers normal zur Querrichtung 12 die Form eines Rechtecks mit abgerundeten Ecken aufweist.
Eine Umlaufkante des zweiten Anschlussabschnitts 24, also jene Kante, welche in einer Normalebene der Querrichtung 12 liegt und den Längsträger 1 kontaktiert, setzt sich aus vier zweiten Anschlusskanten 25,26,27 zusammen: Eine obere zweite Anschlusskante 25, welche vom Querträger-Obergurt 19
ausgebildet ist, eine untere zweite Anschlusskante 26, welche vom Querträger-Untergurt 20 ausgebildet ist, sowie zwei seitliche zweite Anschlusskanten 27, welche von jeweils einer der Seitenwände 21 ausgebildet ist. Die zweiten
Anschlusskanten 25,26,27 sind dabei durch zweite
Ausnehmungen 28 voneinander getrennt, sodass die zweiten Anschlusskanten 25,26,27, wie auch die ersten
Anschlusskanten 14,15,16, ausschließlich geradlinig verlaufen und einander nicht berühren. Angeordnet sind die zweiten Ausnehmungen 28 an den gedachten Schnittpunkten der
Verlängerungen der zweiten Anschlusskanten 25,26,27, also in anderen Worten an den Ecken eines gedachten Rechtecks, auf welchem die zweiten Anschlusskanten 25,26,27 liegen.
Bezogen auf den Umfang des gedachten Rechtecks, überdecken die zweiten Ausnehmungen 28 dabei etwa 17,5% des Umfangs. Die zweiten Ausnehmungen 28 erstrecken sich auch in
Querrichtung 12, ausgehend von den zweiten
Anschlusskanten 25,26,27 in Richtung des Zentrums des
Querträgers 18. Betrachtet man nun einen theoretischen
Zustand, in dem Querträger-Obergurt 19 und die Seitenwände 21 eine ebene Fläche ausbilden, also jenen theoretischen Zustand in dem die Seitenwände 21 in Richtung des Querträger- Obergurts 19 um 90° aufgeklappt sind, so sind die obere zweite Anschlusskante 25 und die seitlichen zweiten
Anschlusskanten 27 entlang einer zur Querrichtung 12
parallelen Breitenrichtung ausgerichtet. In diesem
theoretischen Zustand, bilden die zweiten Ausnehmungen 28 eine halbkreisförmige Form aus, welche sich in
Breitenrichtung zumindest über den Biegenbereich 22
erstreckt. Die zweiten Ausnehmungen 28 sind dabei etwa zu gleichen Teilen auf Querträger-Obergurt 19 bzw. Querträger- Untergurt 20 und die jeweilige Seitenwand 21 aufgeteilt. Da die zweiten Ausnehmungen 28 im Bereich der zweiten
Anschlusskanten 25,26,27 verengt sind, bilden sich so zweite stabförmige Abschnitte 31 aus, welche als Verlängerung der zweiten Anschlusskanten 25,26,27 bzw. der daran angebrachten Schweißnähte dienen. Die zweiten stabförmigen Abschnitte 31 bilden dabei eine Innenkante des halbkreisförmigen Bereichs der zweiten Ausnehmungen 28 aus. Analoges gilt natürlich auch für einen zweiten theoretischen Zustand in dem die
Seitenwände 21 in die andere Richtung geklappt sind und mit dem Querträger-Untergurt 20 eine gemeinsame ebene Fläche ausbilden.
Betrachtet man nun im Hinblick auf die ersten und zweiten Ausnehmungen 17,28 nochmals Figur 2, so wird deutlich, dass die ersten und zweiten Ausnehmungen 17,28 eine gemeinsame Ausnehmung bilden, deren Kanten ineinander übergehen, wobei die ersten und zweiten stabförmigen Abschnitte 30,31 in die gemeinsame Ausnehmung hinein ragen.
In Figur 3 ist ebenfalls zu erkennen, dass der Querträger- Obergurt 19 eine Gurtöffnung 23 aufweist, welche eine im Wesentlichen rechteckige Form hat, wobei Rundungen und
Einschnürungen in der Form vorgesehen sind. Die
Gurtöffnung 23 ist sowohl in Längsrichtung 11 als auch in Querrichtung 12 symmetrisch zum Querträger-Obergurt 19 ausgerichtet und nimmt dabei etwa 30% der Fläche des
Querträger-Obergurts 19 ein. Auch der Querträger-Untergurt 20 weist eine Gurtöffnung 23 auf, die sowohl in Längsrichtung 11 als auch in Querrichtung 12 symmetrisch zum Querträger- Untergurt 20 ausgerichtet ist. Jedoch ist diese
Gurtöffnung 23 ellipsenförmig ausgebildet und nimmt etwa 75% der Fläche des Querträger-Untergurts 20 ein, sodass der Querträger-Untergurt 20 eine geringere Schubsteifigkeit und Verwinde-Steifigkeit als der Querträger-Obergurt 19 aufweist. Auf den Seitenwänden 21 sind ebenfalls jeweils vier weitere Gurtöffnungen 32 angeordnet.
Insbesondere die Gurtöffnung 23 des Querträger-Untergurts 20 dient dabei als Zugangsöffnung zur Bearbeitung, da durch diese die Schweißnähte, welche die ersten
Anschlusskanten 14,15,16 und die zweiten
Anschlusskanten 25,26,27, vorzugsweise mittels
vollquerschnitterfassender Stumpfnähte, miteinander verbinden sowohl beidseitig gegengeschweißt als auch entsprechend nachbearbeitet, etwa auf beiden Seiten der Schweißnaht blecheben abgeschliffen, werden können.
Bezugszeichenliste :
1 Längsträger
2 Längsträger-Obergurt
3 Längsträger-Untergurt
4 Steg
5 Seitenelemente
6 Seitenöffnung
7 Zentralabschnitt
8 Übergangsabschnitt
9 Endabschnitt
10 Öffnung
11 Längsrichtung
12 Querrichtung
13 erster Anschlussabschnitt
14 obere erste Anschlusskante
15 untere erste Anschlusskante
16 seitliche erste Anschlusskante
17 erste Ausnehmung
18 Querträger
19 Querträger-Obergurt
20 Querträger-Untergurt
21 Seitenwand
22 Biegebereich
23 Gurtöffnung
24 zweiter Anschlussabschnitt
25 obere zweite Anschlusskante
26 untere zweite Anschlusskante
27 seitliche zweite Anschlusskante
28 zweite Ausnehmung
29 Radsatzführungsbuchse
30 erste stabförmige Abschnitte
31 zweite stabförmige Abschnitte
32 weitere Gurtöffnung

Claims

Patentansprüche
1. Längsträger (1) für einen Fahrwerksrahmen eines
Schienenfahrzeuges,
wobei in einem, bezogen auf eine Längsrichtung (11) des Fahrwerksrahmens zentral liegenden Zentralabschnitt (7) des Längsträgers (1) ein kastenförmiger erster
Anschlussabschnitt (13) vorgesehen ist,
wobei der erste Anschlussabschnitt (13) hierzu eine
Öffnung (10) mit einer abschnittsweise geraden ersten Umlaufkante zum Anschluss eines Querträgers (18) des Fahrwerksrahmens aufweist und
wobei die Öffnung (10) den ersten Anschlussabschnitt (13) normal zur Längsrichtung (11) in einer Querrichtung (12) des Fahrwerksrahmens öffnet,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Umlaufkante als vier geradlinig verlaufende erste Anschlusskanten (14,15,16) ausgebildet ist, welche Anschlusskanten (14,15,16) durch erste Ausnehmungen (17) voneinander getrennt sind.
2. Längsträger (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Längsträger (1) einen Längsträger-Obergurt (2) und einen Längsträger-Untergurt (3) umfasst, wobei im ersten Anschlussabschnitt (13) zwei den Längsträger-
Obergurt (2) und den Längsträger-Untergurt (3) verbindende Seitenelemente (5) parallel zur Querrichtung (12)
angeordnet sind.
Längsträger (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Längsträger-Obergurt (2) eine obere erste
Anschlusskante (14), am Längsträger-Untergurt (3) eine untere erste Anschlusskante (15) und an den
Seitenelementen (5) jeweils eine seitliche erste
Anschlusskante (13) ausgebildet ist, wobei die ersten Ausnehmungen (17) an den gedachten Schnittpunkten der ersten Anschlusskanten (14,15,16) angeordnet sind.
Längsträger (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Ausnehmungen (17) zwischen 5% und 30%, bevorzugt zwischen 8% und 25%, insbesondere zwischen 10% und 20%, des Umfangs eines durch die
gedachten Verlängerungen der ersten
Anschlusskanten (14,15,16) gebildeten Rechtecks
überdecken .
Längsträger (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Anschlusskanten (14,15,16) derart ausgebildet sind, dass eine
vollquerschnittserfassende Verbindung mit dem Querträger, vorzugsweise mittels einer Stumpfnaht, erreicht werden kann .
6. Längsträger (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest 70%, bevorzugt zumindest 85%, der Gesamtfläche jeder der ersten Ausnehmungen (17) auf einem der Seitenelemente (5) liegt.
7. Längsträger (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Längsträger (1) als I-Träger ausgebildet ist und die Seitenelemente (5) in den I-Träger eingesetzt, vorzugsweise eingeschweißt, sind.
8. Längsträger (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenelemente (5) zumindest eine vom ersten Anschlussabschnitt (13) beabstandete Seitenöffnung (6) aufweisen .
9. Querträger (18) für einen Fahrwerksrahmen eines
Schienenfahrzeuges, umfassend einen Querträger- Obergurt (19), einen Querträger-Untergurt (20), sowie zwei den Querträger-Obergurt (19) und den Querträger- Untergurt (20) verbindende Seitenwände (21),
wobei der Querträger (18) bezogen auf eine
Querrichtung (12) des Fahrwerksrahmens endseitig gesehen jeweils einen zweiten kastenförmigen
Anschlussabschnitt (24) aufweist, welcher zweite
Anschlussabschnitt (24) eine abschnittsweise gerade zweite
Umlaufkante zum Anschluss eines Längsträgers (1) des
Fahrwerksrahmens aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass
die zweite Umlaufkante als vier geradlinig verlaufende zweite Anschlusskanten (25,26,27) ausgebildet ist, welche zweiten Anschlusskanten (25,26,27) durch zweite
Ausnehmungen (28) voneinander getrennt sind.
10. Querträger (18) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass am Querträger-Obergurt (19) eine obere zweite
Anschlusskante (25), am Querträger-Untergurt (20) eine untere zweite Anschlusskante (26) und an den
Seitenwänden (21) jeweils eine seitliche zweite
Anschlusskante (27) ausgebildet ist, wobei die zweiten Ausnehmungen (28) an den gedachten Schnittpunkten der zweiten Anschlusskanten (25,26,27) angeordnet sind.
11. Querträger (18) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch
gekennzeichnet, dass die zweiten Ausnehmungen (28)
zwischen 5% und 30%, bevorzugt zwischen 8% und 25%, insbesondere zwischen 10% und 20%, des Umfangs eines durch die gedachten Verlängerungen der zweiten
Anschlusskanten (25,26,27) gebildeten Rechtecks
überdecken .
12. Querträger (18) nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, dass die zweiten
Anschlusskanten (25,26,27) derart ausgebildet sind, dass eine vollquerschnittserfassende Verbindung mit dem Längsträger (1), vorzugsweise mittels einer Stumpfnaht, erreicht werden kann .
13. Querträger (18) nach einem der Ansprüche 9 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen 35% und 60% der Gesamtfläche jeder der zweiten Ausnehmungen (28) auf einer der Seitenwände (21) liegt und der Rest der Gesamtfläche auf dem jeweiligen Querträger-Obergurt (19) oder
Querträger-Untergurt (20) .
14. Querträger (18) nach einem der Ansprüche 9 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (18) als
Biegeteil ausgebildet ist, wobei zwischen den
Seitenwänden (21) und dem Querträger-Obergurt (19) sowie zwischen den Seitenwänden (21) und dem Querträger- Untergurt (20) jeweils ein Biegebereich (22) ausgebildet ist.
15. Querträger (18) nach einem der Ansprüche 9 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (18) zumindest am Querträger-Obergurt (19) und am Querträger- Untergurt (20) eine Gurtöffnung (23) aufweist, wobei zumindest eine der Gurtöffnungen (23) zumindest 50% der
Fläche des Querträger-Obergurts (19) bzw. des Querträger- Untergurts (20) einnimmt.
16. Fahrwerksrahmen für ein Schienenfahrzeug, mit zwei
Längsträgern (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und einem die beiden Längsträger (1) verbindenden Querträger (18) nach einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei jeder der zweiten Anschlussabschnitte (24) des
Querträgers (18) mit einem ersten Anschlussabschnitt (13) eines Längsträgers (1) verbunden ist.
17. Fahrwerksrahmen nach Anspruch 16, dadurch
gekennzeichnet, dass die ersten Anschlusskanten (14,15,16) der Längsträger (1) mit den jeweiligen zweiten
Anschlusskanten (25,26,27) des Querträgers (18) mittels einer Schweißnaht verbunden sind.
18. Fahrwerksrahmen nach Anspruch 17, dadurch
gekennzeichnet, dass die Schweißnähte als eine
vollquerschnittserfassende Verbindung, vorzugsweise als Stumpfnähte ausgeführt sind.
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