EP3374245B1 - Wagenkasten für ein passagierschienenfahrzeug - Google Patents

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EP3374245B1
EP3374245B1 EP17705137.2A EP17705137A EP3374245B1 EP 3374245 B1 EP3374245 B1 EP 3374245B1 EP 17705137 A EP17705137 A EP 17705137A EP 3374245 B1 EP3374245 B1 EP 3374245B1
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EP
European Patent Office
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car body
connecting beam
section
vehicle floor
vehicle
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Lars BEHRENDT
Andreas NIEDERSTÄTTER
Josef Wiesinger
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Siemens Mobility Austria GmbH
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Siemens Mobility Austria GmbH
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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
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    • B61F1/10—End constructions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
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    • B61F1/00—Underframes
    • B61F1/08—Details
    • B61F1/14—Attaching or supporting vehicle body-structure

Definitions

  • the invention relates to a car body for a passenger rail vehicle.
  • Such a passenger rail vehicle is, for example, from US 2015/047530 A1 known.
  • Rail vehicles in particular passenger vehicles, are mostly produced today as self-supporting metal structures.
  • a vehicle body is built up from an underframe, end walls and a roof.
  • the underframe must withstand the operating forces, especially the loading, clutch pressure and tensile forces.
  • the underframe is often designed as a frame construction and usually comprises two external longitudinal members and possibly a central longitudinal member as well as several cross members connecting the longitudinal members and is reinforced at the ends of the vehicle. This reinforcement takes place by means of so-called end pieces at the vehicle end and main cross members, which also include the bearings of the bogies (or individual axles).
  • end pieces at the vehicle end and main cross members, which also include the bearings of the bogies (or individual axles).
  • the invention is therefore based on the object of specifying a car body for a passenger rail vehicle which, even with high axial pressure forces, only has low stress peaks on components of the underframe, in particular at the transition between the vehicle floor and the front end.
  • the basic idea of the invention is a car body for a passenger rail vehicle, comprising an underframe with a front end at each end of the vehicle, the underframe comprising two external longitudinal members, between which a vehicle floor is arranged, the vehicle floor being made of profiled sheet metal with a trapezoidal cross-section, with the The corrugation of the profile sheet extends in the longitudinal direction of the Car body extend constructed, the vehicle floor being firmly connected to the respective front structure at the transition points to one of the front structures by means of a connecting beam oriented transversely to the longitudinal direction of the car body, and the connecting beam being designed as a profiled sheet with a substantially L-shaped cross-section, and where the with a stem connected section of the connecting beam is equipped with a trapezoidal bead.
  • the connecting beam is essentially designed with an L-shaped cross section and is attached to the vehicle floor and the front end by means of welded connections.
  • welded connections in particular the welded connection to the front end, are subject to particularly high constraining forces when the car body is deformed, so that their durability can be endangered.
  • connection beam which has a higher elasticity, so that the constraining forces due to the deformation of the car body are significantly reduced. In this way, both the main dimensions and the wall thicknesses and materials of the connecting beam can be retained.
  • the connecting beam On the side facing the front end, the corresponding leg of the L-shaped cross-section, the connecting beam is equipped with a feature that increases the elasticity.
  • This section is designed with a trapezoidal bead, so that the moment of resistance of the connecting beam is greatly reduced.
  • the connecting support is equipped with recesses through which a section of the vehicle floor can be passed. In this way, a particularly firm connection to the vehicle floor can be established, since the length of the weld seam connecting the connection beam to the vehicle floor is increased.
  • connection carrier It is advantageous to equip the connection carrier with at least one water drainage hole, so that in the Water collected in cavities in the vehicle floor can drain away.
  • connection carrier can be constructed from a plurality of individual metal sheets that are welded to one another.
  • a second embodiment provides for the connection carrier to be produced from a single sheet metal (in one piece) by means of a forming process.
  • Fig. 1 shows an example and schematically a cross section through a vehicle floor.
  • a section is shown transversely to the longitudinal direction of a rail vehicle, further components, such as a central longitudinal support or transverse support, not being shown for the sake of simplicity.
  • the underframe of the vehicle comprises two external longitudinal members 1, between which a vehicle floor 2 is arranged.
  • the vehicle floor 2 is typically welded to the side members and is designed as a so-called trapezoidal sheet.
  • This trapezoidal sheet consists of sheet metal with a trapezoidal edge in cross section, the beads of the profiled sheet extending in the longitudinal direction of the car body.
  • Fig. 2 shows by way of example and schematically a vehicle floor at the point of transition to a front end with a conventional connection beam according to the prior art. It shows a section along the longitudinal direction of a rail vehicle through the undercarriage.
  • the vehicle floor 2 made of trapezoidal sheet metal ends at this transition point and is connected to the front end 4 of the vehicle.
  • a connection beam 3 of conventional design is provided, oriented transversely to the longitudinal axis of the vehicle, which essentially has an L-shaped cross section and which is firmly and permanently connected to both the vehicle floor 2 and the front end 6, typically by means of welded connections.
  • connection beam 3 of conventional design is provided with recesses which allow a partial passage of the vehicle floor 2 through a section of the connection beam 3, so that a welded connection can be produced at this connection point with high strength.
  • the weld seam 6 for connecting the connecting beam 3 to the front end 4 is subjected to very high loads, since a twisting of the front end 4 with respect to the vehicle floor 2 occurs with high axial loads.
  • the small wall thickness of the connecting beam 3 compared to the front structure 4 also increases the probability of failure of the weld 6.
  • Fig. 3 shows an example and schematically a vehicle floor at the point of transition to a front end with a
  • connection beam 5 is inserted between the vehicle floor 2 and the front end 4.
  • This connection carrier 5 is equipped with a bead 7 in a trapezoidal shape. This bead significantly reduces the moment of resistance of the connection carrier against deformations due to the introduction of torque at high axial loads, so that the connection carrier 5 can be more easily deformed and the load on the weld seam 6 is significantly reduced.
  • Fig. 4 shows by way of example and schematically a conventional connection carrier.
  • An oblique view of a connection carrier 3 is shown as it is shown, for example, in a FIG Fig. 2 application shown can be used.
  • the connection carrier 3 has an essentially L-shaped cross section, one section being equipped with recesses 9. Furthermore, the connection carrier 3 comprises two water drainage bores 8.
  • Fig. 5 shows an example and schematically a connection beam.
  • An oblique view of a connection carrier 5 according to the invention is shown as it is, for example, in a FIG Fig. 3 application shown can be used.
  • the connection carrier 5 has an essentially L-shaped cross section, one section being equipped with recesses 9.
  • the second section of the connecting beam 5 is designed with a trapezoidal bead 7.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft einen Wagenkasten für ein Passagierschienenfahrzeug.
  • Ein solches Passagierschienenfahrzeug ist z.B. aus der US 2015/047530 A1 bekannt.
    • Stand der Technik
  • Schienenfahrzeuge, insbesondere Passagierfahrzeuge werden heute meistens als selbsttragende Metallkonstruktionen hergestellt. Dabei wird ein Fahrzeugkasten aus einem Untergestell, Stirnwänden und einem Dach aufgebaut. Das Untergestell muss den Betriebskräften, besonders den Beladungs- Kupplungsdruck- und Zugkräften standhalten. Dazu wird das Untergestell häufig als Rahmenkonstruktion ausgeführt und umfasst üblicherweise zwei außenliegende Längsträger und ggf. einen Mittellangträger sowie mehrere die Längsträger verbindende Querträger und ist an den Fahrzeugenden verstärkt. Diese Verstärkung erfolgt mittels sogenannter Endstücke am Fahrzeugende und Hauptquerträgern, welche auch die Lagerungen der Drehgestelle (bzw. Einzelachsen) umfassen. Zur Zulassung von Schienenfahrzeugen ist es erforderlich bestimmte, oft für jedes Land unterschiedliche Normen zu erfüllen. Diese Normen fordern unter anderem den Nachweis, dass das Schienenfahrzeug einer bestimmten Längskraft (Kupplungsdruck) beschädigungsfrei widerstehen kann. Die für Europa gültige Norm UIC-566 fordert einen nachzuweisenden Kupplungsdruck von 2000kN, die für die USA gültige Norm fordert 3560kN. Bei diesen Kräften, welche weit oberhalb der im Betrieb auftretenden Längsdruckkräfte liegen kommt es zu elastischen Verformungen des Wagenkastens. Diese Verformungen bewirken Spannungsspitzen in verschiedenen Bauteilen, sodass eine genaue Auslegung der Konstruktion darauf Rücksicht nehmen muß. Diese Spannungsspitzen können insbesondere an Bauteilen am Übergang zwischen dem Vorbau und dem Untergestell zum Versagen von Schweißnähten, bzw. zum Bruch der betreffenden Bauteils führen. Es ist möglich, diese Bauteile mit einer wesentlich dickeren Wandstärke auszuführen, was jedoch das Fahrzeuggewicht erhöht.
    • Darstellung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Wagenkasten für ein Passagierschienenfahrzeug anzugeben, welcher auch bei hohen Axialdruckkräften nur geringe Spannungsspitzen an Bauteilen des Untergestells, insbesondere am Übergang zwischen dem Fahrzeugboden in den Vorbau aufweist.
  • Die Aufgabe wird durch einen Wagenkasten für ein Passagierschienenfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.
  • Dem Grundgedanken der Erfindung nach ist ein Wagenkasten für ein Passagierschienenfahrzeug, umfassend ein Untergestell mit je einem Vorbau an jedem Fahrzeugende, wobei das Untergestell zwei außenliegende Längsträger umfasst, zwischen welchen ein Fahrzeugboden angeordnet ist, wobei der Fahrzeugboden aus im Querschnitt trapezähnlich gekantetem Profilblech, wobei die Sicken des Profilblechs sich in Längsrichtung des Wagenkastens erstrecken aufgebaut, wobei der Fahrzeugboden an den Übergangstellen zu je einem der Vorbauten mittels eines quer zur Längsrichtung des Wagenkastens orientierten Verbindungsträger an dem jeweiligen Vorbau fest verbunden ist und wobei der Verbindungsträger als Profilblech mit im Wesentlichen L-förmigen Querschnitt ausgeführt ist, und wobei der mit einem Vorbau verbundene Abschnitt des Verbindungsträgers mit einer trapezähnlichen Sicke ausgestattet ist.
  • Dadurch ist der Vorteil erzielbar, einen Anschluß eines Fahrzeugbodens zu einem Vorbau herstellen zu können, welcher auch bei sehr hohen Längsdruckkräften die Spannungsspitzen an den Befestigungsstellen zu dem Vorbau auf wesentlich geringere Werte reduziert als es mit Lösungen aus dem Stand der Technik möglich ist.
  • Längsdruckkräfte, die über die Mittelpufferkupplungen auf einen Wagenkasten einwirken bedingen eine Verformung des Wagenkastens. Dabei wird der sehr massiv ausgeführte Endbereich (Vorbau) wesentlich weniger stark verformt als der im Verhältnis weicher ausgeführte Mittelbereich des Wagenkastens. Der Übergang zwischen dem gering verformten Endbereich und dem verformten Mittelbereich eines Wagenkastens ist besonders kritisch, da an dieser Stelle die höchsten Spannungsspitzen entstehen.
    Wagenkästen von Schienenfahrzeugen sind häufig mit einem Fahrzeugboden aus Trapezblech gefertigt auf welchen ein Passagierraumboden aufgebracht wird. In den durch die Trapezform entstehenden Hohlräumen kann sich durch Kondensation Wasser bilden, welches abzuführen ist. Diese Wasserabführung muß durch möglichst kleine Öffnungen erfolgen, da sonst die Druckdichtheitseigenschaften kompromittiert werden. Es ist daher üblich, den Fahrzeugboden (das Trapezblech) mit einem Verbindungsträger abzuschließen und mit dem Vorbau zu verbinden, sowie eine oder mehrere Wasserablauföffnungen an dem Verbindungsträger vorzusehen. Der Verbindungsträger ist im Wesentlichen mit L-förmigem Querschnitt ausgeführt und wird mittels Schweißverbindungen an dem Fahrzeugboden und dem Vorbau befestigt.
  • Diese Schweißverbindungen, insbesondere die Schweißverbindung zu dem Vorbau ist bei Verformung des Wagenkastens besonders hohen Zwangskräften unterworfen, sodass ihre Haltbarkeit gefährdet sein kann.
  • Erfindungsgemäß ist deshalb ein Verbindungsträger vorgesehen, welcher eine höhere Elastizität aufweist, sodass die Zwangskräfte durch die Verformung des Wagenkastens deutlich reduziert sind. Solcherart können sowohl die Hauptabmessungen, als auch die Wandstärken und Materialien des Verbindungsträgers beibehalten werden.
  • Der Verbindungsträger ist an der dem Vorbau zugewandten Seite, dem entsprechenden Schenkel des L-förmigen Querschnitts mit einem die Elastizität erhöhendem Merkmal ausgestattet. Dabei wird dieser Abschnitt mit einer trapezähnlichen Sicke ausgeführt, sodass das Widerstandsmoment des Verbindungsträgers stark reduziert ist.
  • Erfindungsgemäß ist der Verbindungsträger mit Ausnehmungen ausgestattet, durch welche ein Abschnitt des Fahrzeugbodens durchführbar ist. Dadurch kann eine besonders feste Verbindung mit dem Fahrzeugboden herstellt werden da die Länge der den Verbindungsträger mit dem Fahrzeugboden verbindende Schweißnaht erhöht wird.
  • Es ist vorteilhaft, den Verbindungsträger mit mindestens einer Wasserablaufbohrung auszustatten, sodass das in den Hohlräumen des Fahrzeugbodens gesammelte Wasser abfließen kann.
  • Ein erfindungsgemäßer Wagenkasten kann auf zwei Arten hergestellt werden. Gemäß einer Ausführungsform kann der Verbindungsträger aus mehreren untereinander verschweißten einzelnen Blechen aufgebaut werden.
    Eine zweite Ausführungsform sieht die Herstellung des Verbindungsträgers mittels eines Umformverfahrens aus einem einzelnen Blech (einstückig) vor.
    • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Es zeigen beispielhaft:
    • Fig.1 Fahrzeugboden Querschnitt.
    • Fig.2 Fahrzeugboden, Übergang zu einem Vorbau mit einem herkömmlichen Verbindungsträger.
    • Fig.3 Fahrzeugboden, Übergang zu einem Vorbau mit einem Verbindungsträger.
    • Fig.4 Herkömmlicher Verbindungsträger.
    • Fig.5 Verbindungsträger.
    Ausführung der Erfindung
  • Fig.1 zeigt beispielhaft und schematisch einen Querschnitt durch einen Fahrzeugboden. Es ist ein Schnitt quer zur Längsrichtung eines Schienenfahrzeugs dargestellt, wobei zur Vereinfachung weitere Bauteile, etwa ein Mittellangträger oder Querträger nicht dargestellt sind. Das Untergestell des Fahrzeugs umfasst zwei außenliegende Längsträger 1, zwischen welchen ein Fahrzeugboden 2 angeordnet ist. Der Fahrzeugboden 2 ist typischerweise mit den Längsträgern verschweißt und ist als sogenanntes Trapezblech ausgeführt. Dieses Trapezblech besteht aus im Querschnitt trapezähnlich gekantetem Blech, wobei die Sicken des Profilblechs sich in Längsrichtung des Wagenkastens erstrecken.
  • Fig.2 zeigt beispielhaft und schematisch einen Fahrzeugboden an der Stelle des Übergangs zu einem Vorbau mit einem herkömmlichen Verbindungsträger nach dem Stand der Technik. Es ist ein Schnitt entlang der Längsrichtung eines Schienenfahrzeugs durch das Untergestell dargestellt. An dieser Übergangsstelle endet der Fahrzeugboden 2 aus Trapezblech und ist mit dem Vorbau 4 des Fahrzeugs verbunden. Dazu ist ein Verbindungsträger 3 nach herkömmlicher Bauart quer zur Fahrzeuglängsachse orientiert vorgesehen, welche im Wesentlichen einen L-förmigen Querschnitt aufweist und welcher sowohl mit dem Fahrzeugboden 2 als auch mit dem Vorbau 6, typischerweise mittels Schweißverbindungen fest und unlösbar verbunden ist. Der Verbindungsträger 3 nach herkömmlicher Bauart ist mit Ausnehmungen versehen, welche ein teilweises Durchführen des Fahrzeugbodens 2 durch einen Abschnitt des Verbindungsträgers 3 erlauben, sodass eine Schweißverbindung an dieser Verbindungsstelle mit hoher Festigkeit herstellbar ist. Die Schweißnaht 6 zur Verbindung des Verbindungsträgers 3 mit dem Vorbau 4 ist sehr hohen Belastungen unterworfen, da bei hohen Axiallasten eine Verdrehung des Vorbaus 4 gegenüber dem Fahrzeugboden 2 auftritt. Die im Vergleich zu dem Vorbau 4 geringe Wandstärke des Verbindungsträgers 3 erhöht auch die Versagenswahrscheinlichkeit der Schweißnaht 6.
  • Fig.3 zeigt beispielhaft und schematisch einen Fahrzeugboden an der Stelle des Übergangs zu einem Vorbau mit einem
  • Verbindungsträger. Es ist die Übergangsstelle aus Fig. 2 dargestellt, wobei jedoch ein erfindungsgemäßer Verbindungsträger 5 zwischen dem Fahrzeugboden 2 und dem Vorbau 4 eingesetzt ist. Dieser Verbindungsträger 5 ist mit einer Sicke 7 in trapezähnlicher Form ausgestattet. Diese Sicke reduziert das Widerstandsmoment des Verbindungsträgers gegen Verformungen aufgrund der Drehmomenteinbringung bei hohen Axiallasten wesentlich, sodass der Verbindungsträger 5 leichter verformbar ist und die Belastung der Schweißnaht 6 deutlich reduziert ist.
  • Fig.4 zeigt beispielhaft und schematisch einen herkömmlichen Verbindungsträger. Es ist eine Schrägansicht auf einen Verbindungsträger 3 dargestellt wie er beispielsweise bei einer in Fig.2 gezeigten Anwendung einsetzbar ist. Der Verbindungsträger 3 weist einen im Wesentlichen L-förmigen Querschnitt auf, wobei ein Abschnitt mit Ausnehmungen 9 ausgestattet ist. Weiters umfasst der Verbindungsträger 3 zwei Wasserablaufbohrungen 8.
  • Fig.5 zeigt beispielhaft und schematisch einen Verbindungsträger. Es ist eine Schrägansicht auf einen erfindungsgemäßen Verbindungsträger 5 dargestellt wie er beispielsweise bei einer in Fig.3 gezeigten Anwendung einsetzbar ist. Der Verbindungsträger 5 weist einen im Wesentlichen L-förmigen Querschnitt auf, wobei ein Abschnitt mit Ausnehmungen 9 ausgestattet ist. Der zweite Abschnitt des Verbindungsträgers 5 ist mit einer trapezähnlichen Sicke 7 ausgeführt.
    • Liste der Bezeichnungen
    • 1
    Längsträger
    2
    Fahrzeugboden
    3
    Verbindungsträger alt
    4
    Vorbau
    5
    Verbindungsträger
    6
    Schweißnaht
    7
    Sicke
    8
    Wasserablaufbohrung
    9
    Ausnehmung

Claims (4)

  1. Wagenkasten für ein Passagierschienenfahrzeug, umfassend ein Untergestell mit je einem Vorbau (4) an jedem Fahrzeugende, wobei das Untergestell zwei außenliegende Längsträger (1) umfasst, zwischen welchen ein Fahrzeugboden (2) angeordnet ist, wobei der Fahrzeugboden (2) aus im Querschnitt trapezähnlich gekantetem Profilblech ausgeführt ist, wobei die Sicken des Profilblechs sich in Längsrichtung des Wagenkastens erstrecken, und wobei der Fahrzeugboden (2) an den Übergangstellen zu je einem der Vorbauten (4) mittels eines quer zur Längsrichtung des Wagenkastens orientierten Verbindungsträger (5) an dem jeweiligen Vorbau (4) 2 fest verbunden ist und wobei der Verbindungsträger (5) als Profilblech mit im Wesentlichen L-förmigen Querschnitt ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der mit einem Vorbau (4) verbundene Abschnitt des Verbindungsträgers (5) mit einer trapezähnlichen Sicke (7) ausgestattet ist und wobei der Verbindungsträger (5) Ausnehmungen (9) aufweist, durch welche ein Abschnitt des Fahrzeugbodens (2) durchgeführt ist.
  2. Wagenkasten für ein Passagierschienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsträger (5) mindestens eine Wasserablaufbohrung (8) aufweist.
  3. Wagenkasten für ein Passagierschienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsträger (5) aus mehreren untereinander verschweißten einzelnen Blechen aufgebaut ist.
  4. Wagenkasten für ein Passagierschienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsträger (5) einstückig mittels eines Umformverfahrens aus einem einzelnen Blech hergestellt ist.
EP17705137.2A 2016-02-17 2017-02-15 Wagenkasten für ein passagierschienenfahrzeug Active EP3374245B1 (de)

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EP (1) EP3374245B1 (de)
CN (1) CN108602520B (de)
AT (1) AT518382B1 (de)
PL (1) PL3374245T3 (de)
WO (1) WO2017140717A1 (de)

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