EP3478550A1 - AUßENVERKLEIDUNGSELEMENT FÜR EIN FAHRZEUG - Google Patents

AUßENVERKLEIDUNGSELEMENT FÜR EIN FAHRZEUG

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Publication number
EP3478550A1
EP3478550A1 EP17735131.9A EP17735131A EP3478550A1 EP 3478550 A1 EP3478550 A1 EP 3478550A1 EP 17735131 A EP17735131 A EP 17735131A EP 3478550 A1 EP3478550 A1 EP 3478550A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
equipotential bonding
conductor
bonding conductor
rail vehicle
vehicle
Prior art date
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Granted
Application number
EP17735131.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3478550B1 (de
Inventor
Jörg-Torsten MAASS
Jakob Senge
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alstom Transportation Germany GmbH
Original Assignee
Bombardier Transportation GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Bombardier Transportation GmbH filed Critical Bombardier Transportation GmbH
Publication of EP3478550A1 publication Critical patent/EP3478550A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3478550B1 publication Critical patent/EP3478550B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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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
    • B61D17/06—End walls
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61D—BODY DETAILS OR KINDS OF RAILWAY VEHICLES
    • B61D17/00—Construction details of vehicle bodies
    • B61D17/005—Construction details of vehicle bodies with bodies characterised by use of plastics materials

Definitions

  • the invention relates to an outer lining element for a vehicle, in particular for a rail vehicle, wherein the outer lining element has at least one first and one second surface portion adjacent to each other, wherein the surface portions at least partially made of substantially electrically non-conductive material.
  • railcar bodies are typically made of metallic materials, e.g. Aluminum or steel. These materials have good electrical conductivity.
  • metallic materials e.g. Aluminum or steel. These materials have good electrical conductivity.
  • the high current pulse of the resulting fault current can be discharged through the car body into the rails.
  • Even fault currents that arise from flashovers or short circuits of components of the power supply are derived due to the good electrical conductivity of the car body.
  • the derivation of electrical energy occurs in metallic car bodies through the outer shell of the car body. According to the Faraday cage principle, the occurrence of dangerous contact voltages is prevented. In addition, the dissipation of energy through the outer hull of the vehicle ensures that passengers are protected from the secondary effects of fault currents, such as explosions, fire and smoke.
  • New generations of car bodies are provided with outer panels, which are at least partially made of composite materials.
  • Composite materials are a good way to save weight and also allow an economical production complex or complicated shapes.
  • fiber-reinforced plastic in particular fiberglass is often used. Fiber composites are also increasingly being used in roof cladding, aprons, etc.
  • Object of the present invention is therefore to protect the interior of an electrically powered vehicle reliably against fault currents from high voltage sources.
  • the object is achieved by an outer lining element according to claim 1, a rail vehicle according to claim 10 and a method for mounting the rail vehicle according to claim 15.
  • a potential equalization conductor is arranged for connection to the ground potential of the vehicle.
  • the proposed solution has the advantage that the protection of the driver or the passengers can be realized in a simple manner and with a low cost of materials.
  • an arrangement of line-shaped protective earth conductors which has been optimized according to a hazard analysis, has a significantly lower overall weight compared to planar grounding conductors with the same protective effect.
  • the first and the second surface portion have mutually different material compositions or orientations.
  • the material composition of the first surface section may have different electrically insulating properties than the material composition of the second surface section.
  • First and second surface portion may be in particular portions of the outer surface of the outer lining element, ie outwardly facing surfaces.
  • the surface sections of the outer lining element on the rail vehicle according to the invention can be, in particular, outwardly, surfaces of the vehicle facing the interior of the rail vehicle.
  • the equipotential bonding conductor is at least partially arranged directly on the outer surface of the fairing of the vehicle.
  • the equipotential bonding conductor adjoins the outer surface of the cladding along most of its longitudinal extent.
  • the equipotential bonding conductor forms part of the outer surface of the cladding.
  • the equipotential bonding conductor can in particular run without coating along the outer surface of the cladding.
  • the equipotential bonding conductor may be coated according to an alternative embodiment.
  • the equipotential bonding conductor may be provided on its outwardly facing surface with a lacquer layer.
  • the lacquer layer may have a layer thickness of not more than 250 ⁇ m, preferably a layer thickness of not more than 150 ⁇ m, ideally a layer thickness of not more than 60 ⁇ m.
  • first surface portion may be angled relative to the second surface portion.
  • the adjoining ends of the surface portions may form a protrusion in the outer cladding such that the portions of the outer cladding in which the equipotential bonding conductor is disposed project from adjacent regions. In this way, the likelihood is increased that a striking the outer panel arc reaches a short path to the equipotential bonding conductor.
  • the potential equalization conductor is preferably suitable for dissipating the currents occurring in the power supply of a rail vehicle, in particular in the event of a short circuit.
  • the potential equalization conductor can be provided with a corresponding electrical conductivity and / or strong current carrying dimensioning.
  • the equipotential bonding conductor may preferably be suitably configured, which in a traction power supply with 750 V, 1.5 kV, 5 kV, 15 kV and / or 25 kV, especially in the case of a short circuit, to derive currents occurring.
  • the equipotential bonding conductor is designed to dissipate a current which is transmitted via an arc and is generated from one of the aforementioned voltage sources.
  • a short-circuit current from a traction power supply can last up to approximately 100 milliseconds until the infrastructure-side protection of the traction power supply responds.
  • the equipotential bonding conductor can be designed to transmit the short-circuit current over a period of at least 50 ms, 100 ms or at least 150 ms, preferably over a period of more than 200 ms.
  • the equipotential bonding conductor can be designed to dissipate the current introduced from a traction power supply, in particular via an arc from a traction current voltage source of 15 kV or 20 kV.
  • the equipotential bonding conductor is preferably designed to transmit a short-circuit current of about 40 kA over a period of at least 50 ms, 100 ms or at least 150 ms, preferably over a duration of more than 200 ms.
  • the equipotential bonding conductor is preferably designed to transmit a short-circuit current of about 15 kA over a period of at least 50 ms, 100 ms or at least 150 ms, preferably over a duration of more than 200 ms.
  • the potential equalization conductor is preferably designed in such a way that the surrounding areas of the outer weathering element do not catch fire when a short-circuit current is dissipated and / or no contact voltage occurs when the outer weathering element is touched.
  • the material properties and dimensions of the equipotential bonding conductor can be chosen such that the potential equalization conductor is not deformed or melted when passing a short-circuit current, and / or that the structure of the equipotential bonding conductor is not changed.
  • the equipotential bonding conductor can completely surround a surface section.
  • the cross section of the equipotential bonding conductor may preferably be at least 16 mm 2 , 25 mm 2 , 50 mm 2 , 80 mm 2 or about 95 mm 2 .
  • the cross section of the equipotential bonding conductor can be more than 95 mm 2 in order to dissipate very strong currents.
  • the first Surface portion comprise a glass pane. Windows and / or windscreens can form one of the above-mentioned surface sections.
  • a high voltage for example, directly from a faulty overhead line or from an arc on the glass pane, can not get into the interior of the vehicle.
  • the due to the insulating properties of the glass with high probability to the edge of the glass pane continuing high voltage can be controlled discharged by a potential equalization conductor arranged at the edge.
  • a metallic frame near the outer edge of the windshield may provide a suitable low impedance foot to an arc striking the windshield.
  • One or more metallic connections to the ground potential of the car body are preferably provided on the metallic frame, which provide the fault current with a low-impedance path.
  • the metallic frame is preferably provided with a suitable electrotechnical or strong current carrying dimensioning to derive the currents occurring in the power supply of a rail vehicle.
  • the equipotential bonding conductor can form, at least in sections, a window fastening or a force-transmitting part of a window fastening.
  • the equipotential bonding conductor can form a window frame in which the window pane is enclosed.
  • the windshield may preferably be secured with a metallic frame which forms the potential equalization conductor. In the event of a defect of the windshield, this can be replaced much easier by a purely mechanical attachment, the attachment of the windshield also takes over the protective function of a potential equalization conductor.
  • the solution is to be represented on the basis of the risk assessment by a defective, electrically live contact wire, in which a rail vehicle enters the front.
  • the drooping overhead line is likely to hit the large windshield of the cab.
  • the electrically insulating windshield is dimensioned for the strong mechanical impact and will withstand this.
  • a potentially against a metallic conductor in the windshield, eg by the windscreen wiper, ignited arc, is due to the high thermal stability of the windshield hindered from directly entering the driver's cab or the passenger area.
  • the fault current requires a path to the car body, which is defined as protective ground or earth potential. The lower this way, the lower the error voltage in terms of electrical safety.
  • a low-impedance path to the earth potential reduces the amount of energy released and thus the temperature at the fault location, as well as the risk of fire and the danger of an explosion.
  • At least one of the surface sections may comprise a composite material, in particular glass fiber reinforced plastic (GRP).
  • GFP glass fiber reinforced plastic
  • Surface sections made of GRP have, according to a preferred embodiment of the invention, a minimum width dimension of a maximum of 30 cm.
  • surface sections of fiberglass can have a minimum width dimension of a maximum of 20 cm.
  • the width dimension corresponds in each case to the shortest path along the surface of a surface section between two edges of the surface section.
  • the minimum width dimension can be significantly larger.
  • the minimum width dimension of glass surface portions may be 2 m or more. Accordingly, the distance between two equipotential bonding conductors on an outer cladding element can be at most 30 cm and preferably at most 20 cm.
  • the second surface portion of the first surface portion sections or substantially completely surrounded.
  • the first surface portion may be formed by the windshield of the vehicle while the second surface portion may be formed by the trim surrounding the windshield.
  • the equipotential bonding conductor may preferably be embedded between the first and second surface sections.
  • the equipotential bonding conductor can form a transition between the first and second surface sections.
  • the equipotential bonding conductor can be arranged particularly easily at a position that is favorable for its function, ideally exposed.
  • a simplified installation of the Equipotential bonding possible, especially if the first and second surface portion according to another preferred embodiment form separate components.
  • a projection or an edge may extend between the first and second surface section.
  • the equipotential bonding conductor may form the projection or the edge at least in sections and / or be embedded in the projection or the edge.
  • the potential equalization conductor can thus be arranged protruding from surrounding areas, whereby the probability that a high voltage source striking the vehicle finds its way to the equipotential bonding conductor is increased.
  • the equipotential bonding conductor is preferably arranged adjacent to one or more concave surface sections.
  • the concave design of adjacent surfaces ensures that the equipotential bonding conductor protrudes from surrounding areas.
  • the equipotential bonding conductor is preferably made of a material that is as electrically conductive as possible, preferably a metallic material.
  • the material of the equipotential bonding conductor may comprise aluminum, copper and / or iron.
  • the equipotential bonding conductor may be made of a metal such as copper, an aluminum alloy, galvanized steel or a chromium-nickel alloy.
  • the equipotential bonding conductor can preferably also be used for further functions in addition to the function of deriving fault currents.
  • the shape of the equipotential bonding conductor can be varied depending on the function on the vehicle.
  • aluminum profiles can be used as equipotential bonding conductors. To increase the electrical conductivity of the aluminum profiles, these may be plated with copper.
  • the equipotential bonding conductor can according to a further advantageous embodiment form or comprise fastening means for fastening one or more adjacent cladding elements.
  • the equipotential bonding conductor can comprise, for example, a metal rail which is attached at the edge to a cladding element.
  • the cladding element can be attached to the car body or connected to other cladding elements.
  • a fastener can take pictures like Holes, slots and threads or extensions such as pins or threaded bolts may be provided.
  • the outer lining element may have at least three, four or more surface portions, wherein the equipotential bonding conductor between third and first and / or between third and second surface portion extends or adjacent to each of the surface portions.
  • At least one outer lining element according to one of the described embodiments or more of the embodiments according to the invention is used.
  • the equipotential bonding conductor is connected directly to the ground potential of the rail vehicle in order to derive fault currents as best as possible.
  • the outer lining element may be part of a driver's cab of a rail vehicle.
  • rail vehicles in particular cabs are often made of composite materials to produce even complicated shapes with low weight can.
  • Also intended to improve the aerodynamic properties or the aesthetic impression of the vehicle edges or projections may accommodate the potential equalization ladder or at least partially formed by this.
  • stall edges which already occupy an outstanding position on the vehicle trim due to their aerodynamic function, are suitable for accommodating an equipotential bonding conductor.
  • the equipotential bonding conductor is arranged directly on the stall edge or the equipotential bonding conductor can form the stall edge.
  • the potential equalization conductor may further comprise fastening means for connecting the outer lining element to the carbody and / or to adjacent outer lining elements.
  • the outer lining element may be part of a roof lining of the rail vehicle in another embodiment of the invention. Because damage to overhead lines can have an effect on the roof area in particular because, for example, a damaged overhead line can come into contact with a current collector arranged on the roof or can only be damaged by a damaged current collector, as a result of which one ends destroyed overhead line can fall on the roof, can be achieved with an arrangement of an outer cladding element according to the invention with equipotential bonding conductor in the roof area a significant improvement in passenger safety.
  • equipotential bonding conductors can be provided in roof structures provided with electrically non-conductive materials or in car transitions.
  • one or more components which protrude from the vehicle surface or form elevations on the vehicle are provided or connected to a potential equalization conductor.
  • Components that form protrusions on the vehicle due to their primary function, such as windshield wipers, exterior mirrors and / or handles, can thus pick up and discharge the high voltage from arcing.
  • a receptacle for fastening an equipotential bonding conductor is first introduced into an outer lining element.
  • an outer lining element can be produced with a receptacle for an outer lining element.
  • the equipotential bonding conductor is positioned and fixed, i. screwed or glued.
  • the outer lining element can be mounted on the car body of the rail vehicle, wherein the equipotential bonding conductor can be provided with fastening elements for attachment to the car body.
  • the connection of the equipotential bonding conductor to the ground potential of the rail vehicle e.g. to a conductive surface of a metallic car body.
  • An inventive kit for the production or retrofitting of an outer lining element of a rail vehicle comprises a potential equalization conductor, a surface element with a receptacle for the equipotential bonding conductor, fastening means for fixing the equipotential bonding conductor in the receptacle and connecting means for connecting the equipotential bonding conductor to the ground potential of the rail vehicle.
  • the equipotential bonding conductor can at the same time be designed as a fastening means in order to connect surface elements to one another.
  • Fig. 1 is a front view of an outer lining element according to the invention.
  • FIG. 2 is a side view of a first embodiment of a rail vehicle according to the invention with an outer lining element according to FIG. 1.
  • Fig. 3 is a perspective view of a second embodiment of a rail vehicle according to the invention.
  • Fig. 1 shows an outer lining element 1 for a cab of a rail vehicle, which is provided according to the invention with equipotential bonding conductors.
  • the outer lining element 1 comprises a plurality of surface portions 301, 302, 303, 304, 305, 306, 307, 308, 309, 310. It is provided with a windshield 2, which at the same time forms a surface portion. Between the surface portions 301-310, equipotential bonding conductors 401, 402, 403, 404, 405 are provided, e.g.
  • obliquely or horizontally extending potential equalization conductors 401, 402 and 403 are arranged in the vertical direction between surface portions 301, 302, 303, 305, while further, substantially vertically extending potential equalization conductors 404, 405 between surface portions 306 and 302, 307 and 303 and 308 and 305 ,
  • Another potential equalization conductor 406 is arranged in the window frame 5.
  • the potential equalization conductor 406 may be part of the window frame 5 and comprise fastening means for fastening the window frame to the surrounding surface portions or to the car body.
  • the equipotential bonding conductor 406 may form the window frame 5.
  • Individual or several potential equalization conductors 401, 402, 403, 404, 405, 406 can be designed as fastening means.
  • equipotential bonding conductors for example, eyelets, bolts, detents or other connection means may be provided. In this way, the assembly and connection of the surface portions 301-314 and / or the equipotential bonding conductors 401, 402, 403, 404, 405, 406 can be simplified.
  • equipotential bonding conductors 401, 402, 403, 404, 405, 406, 407 may be embedded between area sections 301-314.
  • a potential equalization conductor can already be arranged during the manufacture of the outer lining element, for example by lamination, between two surface portions and / or glued or screwed with these.
  • projections on the outer lining are suitable for the arrangement of equipotential bonding conductors 404.
  • the stall edge 7 is already exposed exposed due to their aerodynamic function. Equipotential bonding conductors at these exposed points can best assume the function of a capture line.
  • Fig. 1 also roof panels 6 are shown. Because these roof linings protrude from the outer lining element 1 or in the mounted state of the rail vehicle, forming in the region of these roof panels equipotential bonding conductor due to their proximity to the overhead line of the rail vehicle ideal capture lines for resulting from fault currents from the overhead line arcing.
  • Potential equalization conductor 407 may be provided on the underside of the roof panels 6.
  • Equipotential bonding conductors are preferably positioned on upwardly directed outer edges of the roof linings 6, wherein equipotential bonding conductors 408 can be arranged between two surface sections 309 and 310 or equipotential bonding conductors 409 can form an outer edge of the roof cladding 6.
  • Fig. 2 is a side view of a cab 8 of a rail vehicle equipped with an outer lining element 1 according to Fig. 1. Also in the side view designed as a stall edge outer edge 7 is shown.
  • the outer edge 7 projecting from the outer lining comprises the potential equalization conductor 404 and is formed by the latter.
  • a transition zone 10 is provided, which is formed by a parting line. Also in the region of this transition zone 10, a potential equalization conductor 410 may be arranged. Especially with high voltage sources in the rail area thus the penetration of a fault current is prevented in the vehicle.
  • Another transition zone 11 on the back of the outer lining element 1 extends in the vertical direction and forms the connection to the car body.
  • a potential equalization conductor 411 may be arranged both for the mechanical connection of the outer lining element 1 to the car body and for the equipotential bonding.
  • a laterally provided on the cab 8 window 12 is surrounded by a potential equalization conductor 412.
  • the potential equalization conductor 4m may be embedded in the window frame or in the window seal or form the window frame.
  • a further potential equalization conductor 413 which is preferably connected to the equipotential bonding conductor 4m, can be arranged in or form a window web 13 of the window 12.
  • a further outer lining element 14 is positioned, which is particularly suitable for the arrangement of a further equipotential bonding conductor 414 due to its exposed position in the roof area.
  • a further potential equalization conductor 415 runs along the highest end of the center line or along the crest line of the driver's cab 8.
  • FIG. 3 shows a perspective view of a further embodiment of a rail vehicle according to the invention. Similar or identical parts are each provided with the same reference numerals.
  • equipotential bonding conductors 416 extend in the longitudinal direction of the vehicle in the roof region of the outer lining element 1.
  • the vehicle head shown in FIG. 3 also has an outer edge 7 into which a potential equalization conductor 404 is accommodated.
  • a spoiler 15 is integrated with a stall edge 151.
  • the stall edge 151 protrudes from surrounding areas of the outer lining element.
  • the flow separation edge 151 as the outer edge 7 is suitable for receiving a potential equalization conductor 417th
  • a further edge projecting from the outer lining element 1, the inner edge 16, together with the outer edge 7 delimits a concave-shaped surface section 314.
  • the concave surface section 314 forms a transition between the surface sections 311, 314 adjoining the windshield 2 and further surface sections 312.
  • the edges 7, 16 extending on both sides of the concave surface section 314 consequently protrude out of the surrounding surfaces and are outstandingly suitable for receiving equipotential bonding conductors.
  • the inner edge 16 may also have an equipotential bonding conductor 419 or be formed by it.
  • the windshield 2 has a subdivision 201 configured as a transverse strut and subdivisions 202 configured as longitudinal struts. Like the window frame 5, these subdivisions may comprise a potential equalization conductor or be formed by a potential equalization conductor.
  • the windshield wiper 18 can be configured as an equipotential bonding conductor by dimensioning the electrically conductive material of the windshield wiper correspondingly as an electrical conductor and connecting the windshield wiper to the ground potential of the rail vehicle 17. Due to its exposed position, the windshield wiper 18 is particularly suitable as a catch conductor for striking the vehicle high voltage.
  • a further potential equalization conductor 418 extends, which subdivides the area sections 311 and 314 which are adjacent to one another along the equipotential bonding conductor 418.
  • the equipotential bonding conductor 418 connects the windshield wiper or the equipotential bonding conductor 406 to the equipotential bonding conductor 419.

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Abstract

Außenverkleidungselement (1, 6, 14) für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Schienenfahrzeug (17), wobei das Außenverkleidungselement (1, 6, 14) wenigstens einen ersten und einen zweiten Flächenabschnitt (301-314) aufweist, die aneinander angrenzen, wobei die Flächenabschnitte (301-314) wenigstens abschnittsweise aus elektrisch nicht leitfähigen Werkstoff gefertigt sind. Um den Schutz der Insassen des Fahrzeugs zu verbessern, ist zwischen erstem und zweitem Flächenabschnitt (301-314) ein Potentialausgleichsleiter (401-421) zum Anschluss an das Erdpotential des Fahrzeuges angeordnet.

Description

Außenverkleidungselement für ein Fahneug
Die Erfindung betrifft ein Außenverkleidungselement für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Schienenfahrzeug, wobei das Außenverkleidungselement wenigstens einen ersten und einen zweiten Flächenabschnitt aufweist, die aneinander angrenzen, wobei die Flächenabschnitte wenigstens abschnittsweise aus im Wesentlichen elektrisch nicht leitfähigem Material bestehen.
In der Vergangenheit und auch gegenwärtig werden Wagenkästen von Schienenfahrzeugen in der Regel aus metallischen Werkstoffen hergestellt, z.B. Aluminium oder Stahl. Diese Werkstoffe weisen eine gute elektrische Leitfähigkeit auf. So kann im Falle eines Blitzeinschlags oder einer Berührung mit einer mechanisch defekten, unter Spannung stehenden Oberleitung der hohe Stromimpuls des entstehenden Fehlerstroms durch den Wagenkasten in die Schienen abgeleitet werden. Auch Fehlerströme, die aus Überschlägen oder Kurzschlüssen von Komponenten der Energieversorgung entstehen, werden aufgrund der guten elektrischen Leitfähigkeit des Wagenkastens abgeleitet.
Die Ableitung der elektrischen Energie erfolgt bei metallischen Wagenkästen durch die äußere Hülle des Wagenkastens. Nach dem Prinzip des Faraday' sehen Käfigs wird ein Auftreten von gefährlichen Berührungsspannungen verhindert. Zudem stellt die Ableitung der Energie durch die äußere Hülle des Fahrzeugs sicher, dass Fahrgäste vor sekundären Auswirkungen der Fehlerströme, wie Explosionen, Feuer und Rauch geschützt sind.
Neue Generationen von Wagenkästen sind mit Außenverkleidungen versehen, die zumindest abschnittsweise aus Verbundwerkstoffen gefertigt sind. Verbundwerkstoffe sind eine gute Möglichkeit zur Gewichtseinsparung und lassen auch eine wirtschaftliche Fertigung aufwendiger bzw. komplizierter Formgebungen zu. Für Verkleidungen von Schienenfahrzeugen, z.B. für Führerstandsverkleidungen, wird häufig faserverstärkter Kunststoff, insbesondere GFK verwendet. Faserverbundwerkstoffe finden zudem zunehmend Verwendung in Dachverkleidungen, Schürzen usw.
Aus der immer umfangreicheren Anwendung von nicht leitenden Verbundwerkstoffen entsteht das Problem, dass die bisher verlässliche Schutzwirkung der metallischen Außenhaut zunehmend eingeschränkt wird.
Aus dem Flugzeugbau ist bekannt, die elektrische Leitfähigkeit der Verbundwerkstoffe zur Erhöhung der elektrischen Sicherheit gegen Blitzeinschläge durch Einlage dünner, leitfähiger Folien in den äußeren Schichten der Verbundwerkstoffe zu erhöhen. Lösungen aus dem Flugzeugbau lassen sich allerdings nicht ohne weiteres auf Anwendungen in Schienenfahrzeuge übertragen. Aus den Wetterverhältnissen induzierte Blitze erzeugen Ströme mit hoher Amplitude, die für eine sehr kurze Dauer im Bereich von einigen zehn bis einigen hundert Mikrosekunden fließen. Lichtbögen aus Oberleitungs- oder Komponentenkurzschlüssen zeichnen sich durch ähnlich hohe Amplituden aus, der Stromfluss dauert aber mit bis zu ca. 100 Millisekunden deutlich länger. Damit kann die bei Oberleitungs- und Komponentenkurzschlüssen übertragene Energie wesentlich größer als durch wetterbedingte Blitze eingebrachte Energie sein. Schutzmaßnahmen müssen entsprechend stärker dimensioniert werden, wofür die bisher im Bau von Flugzeugen und Windkraftanlagen verwendeten Materialien nicht ausreichen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist folglich, den Innenraum eines elektrisch betriebenen Fahrzeuges zuverlässig vor Fehlerströmen aus Hochspannungsquellen zu schützen.
Die Aufgabe wird durch ein Außenverkleidungselement gemäß Anspruch 1, ein Schienenfahrzeug gemäß Anspruch 10 sowie ein Verfahren zur Montage des Schienenfahrzeuges nach Anspruch 15 gelöst.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass zwischen erstem und zweitem Flächenabschnitt des eingangs genannten Außenverkleidungselementes ein Potentialausgleichsleiter zum Anschluss an das Erdpotential des Fahrzeuges angeordnet ist. Die vorgeschlagene Lösung hat den Vorteil, dass sich der Schutz des Fahrers bzw. der Fahrgäste auf einfache Weise und mit geringem Materialaufwand verwirklichen lässt. Zudem hat sich gezeigt, dass eine gemäß einer Gefährdungsanalyse optimierte Anordnung von linienförmigen Schutzerdungsleitern gegenüber flächenhaft angeordneten Erdungsleitern bei gleicher Schutzwirkung ein deutlich geringeres Gesamtgewicht aufweist.
Weitere Ausführungsformen, Modifikationen und Verbesserungen ergeben sich anhand der folgenden Beschreibung und der beigefügten Ansprüche.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen der erste und der zweite Flächenabschnitt voneinander unterschiedliche Werkstoffzusammensetzungen oder Ausrichtungen auf. Die Werkstoffzusammensetzung des ersten Flächenabschnitts kann gegenüber der Werkstoffzusammensetzung des zweiten Flächenabschnitts unterschiedliche elektrisch isolierende Eigenschaften aufweisen. Erster und zweiter Flächenabschnitt können insbesondere Abschnitte der Außenfläche des Außenverkleidungselementes sein, also nach außen weisende Flächen. Entsprechend können die Flächenabschnitte des Außenverkleidungselementes an dem erfindungsgemäßen Schienenfahrzeug nach Anspruch 10 insbesondere nach außen, vom Innenraum des Schienenfahrzeugs wegweisende Flächen des Fahrzeuges sein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Potentialausgleichsleiter wenigstens abschnittsweise unmittelbar an der Außenfläche der Verkleidung des Fahrzeugs angeordnet. Idealerweise grenzt der Potentialausgleichsleiter entlang des Großteils seiner Längserstreckung an die Außenfläche der Verkleidung. Bevorzugt bildet der Potentialausgleichsleiter einen Teil der Außenfläche der Verkleidung. Für eine optimierte Einsammelfunktion, durch die auf die Außenhaut des Fahrzeugs treffende Hochspannung und daraus resultierende Ströme eingesammelt werden, kann der Potentialausgleichsleiter insbesondere ohne Beschichtung entlang der Außenfläche der Verkleidung verlaufen.
Um die ästhetischen Eigenschaften des Potentialausgleichsleiters und/oder seinen Korrosionsschutz zu verbessern, kann dieser gemäß einer alternativen Ausführungsform beschichtet sein. Insbesondere kann der Potentialausgleichsleiter an seiner nach außen weisenden Fläche mit einer Lackschicht versehen sein. Die Lackschicht kann eine Schichtdicke von maximal 250 μηΊ aufweisen, vorzugsweise eine Schichtdicke von maximal 150 μηι, idealerweise eine Schichtdicke von maximal 60 μηι.
Des Weiteren kann der erste Flächenabschnitt gegenüber dem zweiten Flächenabschnitt abgewinkelt sein. Die aneinander angrenzenden Enden der Flächenabschnitte können in der Außenverkleidung einen Vorsprung bilden, so dass die Bereiche der Außenverkleidung, in denen der Potentialausgleichsleiter angeordnet ist, aus angrenzenden Bereichen hervorragen. Auf diese Weise wird die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass ein auf die Außenverkleidung treffender Lichtbogen auf kurzem Wege zum Potentialausgleichsleiter gelangt.
Der Potentialausgleichsleiter ist vorzugsweise geeignet, die in der Stromversorgung eines Schienenfahrzeuges auftretenden Ströme, insbesondere im Kurzschlussfall, abzuleiten. Der Potentialausgleichsleiter kann mit einer entsprechenden elektrischen Leitfähigkeit und/oder starkstromtragfähigen Dimensionierung versehen sein. Der Potentialausgleichsleiter kann vorzugsweise geeignet ausgestaltet sein, die in einer Bahnstromversorgung mit 750 V, 1,5 kV, 5 kV, 15 kV und/oder 25 kV, insbesondere im Falle eines Kurzschlusses, auftretenden Ströme abzuleiten. Bevorzugt ist der Potentialausgleichsleiter ausgelegt, einen über einen Lichtbogen übertragenen, aus einer der zuvor genannten Spannungsquellen erzeugten Strom, abzuleiten.
Ein Kurzschlussstrom aus einer Bahnstromversorgung kann bis zu ca. 100 Millisekunden andauern, bis der infrastrukturseitige Schutz der Bahnstromversorgung anspricht. Der Potentialausgleichsleiter kann erfindungsgemäß entsprechend ausgelegt sein, den Kurzschlussstrom über eine Dauer von wenigstens 50 ms, 100 ms oder wenigstens 150 ms zu übertragen, vorzugsweise über eine Dauer von mehr als 200 ms. Der Potentialausgleichsleiter kann in einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ausgelegt sein, den aus einer Bahnstromversorgung eingeleiteten Strom, insbesondere den über einen Lichtbogen aus einer Bahnstrom-Spannungsquelle von 15 kV oder 20 kV, abzuleiten. Für ein für eine Versorgungsspannung von 15 kV ausgelegtes Schienenfahrzeug ist der Potentialausgleichsleiter vorzugsweise ausgelegt, einen Kurzschlussstrom von etwa 40 kA über eine Dauer von wenigstens 50 ms, 100 ms oder wenigstens 150 ms zu übertragen, vorzugsweise über eine Dauer von mehr als 200 ms. Für ein für eine Versorgungsspannung von 25 kV ausgelegten Schienenfahrzeug ist der Potentialausgleichsleiter vorzugsweise ausgelegt, einen Kurzschlussstrom von etwa 15 kA über eine Dauer von wenigstens 50 ms, 100 ms oder wenigstens 150 ms zu übertragen, vorzugsweise über eine Dauer von mehr als 200 ms.
Der Potentialausgleichsleiter ist bevorzugt derart ausgelegt, dass die umgebenden Bereiche des Außenverkieidungselementes bei Ableitung eines Kurzschlussstroms nicht in Brand geraten und/oder keine Berührungsspannung bei Berührung des Außenverkieidungselementes auftritt. Die Materialbeschaffenheit und Dimensionierung des Potentialausgleichsleiters kann derart gewählt sein, dass der Potentialausgleichsleiter bei Durchleitung eines Kurzschlussstroms nicht verformt oder aufgeschmolzen wird, und/oder dass die Struktur des Potentialausgleichsleiters nicht verändert wird.
Der Potentialausgleichsleiter kann einen Flächenabschnitt vollständig umgeben. Der Querschnitt des Potentialausgleichsleiters kann vorzugsweise wenigstens 16 mm2, 25 mm2, 50 mm2, 80 mm2 oder etwa 95 mm2 betragen. In einer Weiterbildung der Erfindung kann zur Ableitung sehr starker Ströme der Querschnitt des Potentialausgleichsleiters mehr als 95 mm2 betragen. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung kann der erste Flächenabschnitt eine Glasscheibe umfassen. Fensterscheiben und/oder Windschutzscheiben können einen der o.g. Flächenabschnitte bilden. Aufgrund der stark elektrisch isolierenden Eigenschaften des Glases kann eine Hochspannung, die z.B. unmittelbar aus einer defekten Oberleitung oder aus einem Lichtbogen auf die Glasscheibe trifft, nicht in den Innenraum des Fahrzeuges gelangen. Die sich aufgrund der isolierenden Eigenschaften des Glases mit hoher Wahrscheinlichkeit zum Rand der Glasscheibe fortsetzende Hochspannung kann durch einen randseitig angeordneten Potentialausgleichsleiter kontrolliert abgeführt werden. Ein metallischer Rahmen nahe des äußeren Randes der Windschutzscheibe kann einem auf die Windschutzscheibe treffenden Lichtbogen einen geeigneten niederohmigen Fußpunkt bieten. An dem metallischen Rahmen sind bevorzugt eine oder mehrere metallische Verbindungen zum Erdpotential des Wagenkastens vorgesehen, die dem Fehlerstrom einen niederohmigen Weg bieten. Der metallische Rahmen ist vorzugsweise mit einer geeigneten elektrotechnischen oder starkstromtragfähigen Dimensionierung versehen, um die in der Stromversorgung eines Schienenfahrzeuges auftretenden Ströme abzuleiten.
Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung kann der Potentialausgleichsleiter zumindest abschnittsweise eine Fensterbefestigung bzw. einen kraftübertragenden Teil einer Fensterbefestigung bilden. Der Potentialausgleichsleiter kann einen Fensterrahmen bilden, in welchem die Fensterscheibe eingefasst ist. Insbesondere die Windschutzscheibe kann bevorzugt mit einem metallischen Rahmen befestigt sein, der den Potentialausgleichsleiter bildet. Für den Fall eines Defektes der Windschutzscheibe lässt sich diese durch eine rein mechanische Befestigung deutlich einfacher austauschen, wobei die Befestigung der Windschutzscheibe zugleich die Schutzfunktion eines Potentialausgleichsleiters übernimmt.
Beispielhaft soll die Lösung anhand der Gefährdungsbetrachtung durch einen defekten, elektrisch unter Spannung stehenden Fahrdraht dargestellt werden, in welchen ein Schienenfahrzeug frontal einfährt. Die herabhängende Oberleitung wird mit großer Wahrscheinlichkeit auf die großflächige Windschutzscheibe des Führerstandes treffen. Die elektrisch isolierende Windschutzscheibe ist für den starken mechanischen Aufprall geeignet dimensioniert und wird diesem standhalten. Ein möglichweise gegenüber einem metallischen Leiter im Bereich der Windschutzscheibe, z.B. durch den Scheibenwischer, gezündeter Lichtbogen, wird durch die hohe thermische Stabilität der Windschutzscheibe am direkten Eindringen in den Führerstand oder den Fahrgastbereich gehindert. Der Fehlerstrom benötigt einen Weg zum Wagenkasten, der als Schutzerde bzw. Erdpotential definiert ist. Je niederohmiger dieser Weg ist, desto geringer ist die Fehlerspannung im Sinne der elektrischen Sicherheit. Bei einem niederohmigen Weg zum Erdpotential verringern sich die Menge der freigesetzten Energie und damit die Temperatur an der Fehlerstelle sowie die Brandgefahr und die Gefahr einer Explosion.
Vorzugsweise kann wenigstens einer der Flächenabschnitte einen Verbundwerkstoff, insbesondere Glasfaserkunststoff (GFK) umfassen. Die Verwendung von Verbundwerkstoffen erlaubt bei einer erheblichen Gewichtsersparnis eine einfache Herstellung auch komplexer Formen, um ästhetische und aerodynamische Anforderungen zu erfüllen. Zugleich bleiben durch die erfindungsgemäße Anordnung eines Potentialausgleichsleiters gegenüber dem Stand der Technik erhöhte Sicherheitsanforderungen bei Fehlerströmen gewahrt.
Flächenabschnitte aus GFK weisen gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ein minimales Breitenmaß von maximal 30 cm auf. Insbesondere können Flächenabschnitte aus GFK ein minimales Breitenmaß von maximal 20 cm aufweisen. Das Breitenmaß entspricht jeweils der kürzesten Wegstrecke entlang der Oberfläche eines Flächenabschnittes zwischen zwei Rändern des Flächenabschnittes. Bei Flächenabschnitten aus Glas kann das minimale Breitenmaß deutlich größer sein. Das minimale Breitenmaß von Flächenabschnitten aus Glas kann 2 m oder mehr betragen. Entsprechend kann der Abstand zwischen zwei Potentialausgleichsleitern an einem Außenverkleidungselement maximal 30 cm und bevorzugt maximal 20 cm betragen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der zweite Flächenabschnitt den ersten Flächenabschnitt abschnittsweise oder im Wesentlichen vollständig umgeben. Der erste Flächenabschnitt kann von der Windschutzscheibe des Fahrzeuges gebildet sein, während der zweite Flächenabschnitt von der die Windschutzscheibe umgebenden Verkleidung gebildet sein kann.
Der Potentialausgleichsleiter kann bevorzugt zwischen erstem und zweitem Flächenabschnitt eingebettet sein. Somit kann der Potentialausgleichsleiter einen Übergang zwischen erstem und zweitem Flächenabschnitt bilden. Auf diese Weise lässt sich der Potentialausgleichsleiter besonders einfach an einer für seine Funktion günstigen, idealerweise exponierten Position anordnen. Zudem ist eine erleichterte Montage des Potentialausgleichsleiters möglich, insbesondere falls erster und zweiter Flächenabschnitt gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform separate Bauteile bilden.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform des Verkleidungselementes kann sich zwischen erstem und zweitem Flächenabschnitt ein Vorsprung oder eine Kante erstrecken. Der Potentialausgleichsleiter kann den Vorsprung oder die Kante zumindest abschnittsweise bilden und/oder in den Vorsprung bzw. die Kante eingebettet sein. Der Potentialausgleichsleiter kann somit aus umgebenden Bereichen herausstehend angeordnet sein, wodurch die Wahrscheinlichkeit, dass eine auf das Fahrzeug treffende Hochspannungsquelle den Weg zum Potentialausgleichsleiter findet, erhöht wird.
Der Potentialausgleichsleiter ist bevorzugt benachbart zu einem oder mehreren konkav ausgestalteten Flächenabschnitten angeordnet. Durch die konkave Gestaltung benachbarter Flächen ist sichergestellt, dass der Potentialausgleichsleiter aus umgebenden Bereichen heraussteht.
Der Potentialausgleichsleiter ist bevorzugt aus einem elektrisch möglichst gut leitenden Werkstoff, vorzugsweise einem metallischen Werkstoff gefertigt. Das Material des Potentialausgleichsleiters kann Aluminium, Kupfer und/oder Eisen umfassen. Der Potentialausgleichsleiter kann aus einem Metall wie Kupfer, einer Aluminiumlegierung, verzinktem Stahl oder einer Chrom-Nickel-Legierung hergestellt sein.
Der Potentialausgleichsleiter kann vorzugsweise zusätzlich zur Funktion des Ableitens von Fehlerströmen auch für weitere Funktionen verwendet werden. Dabei kann die Formgebung des Potentialausgleichsleiters je nach Funktion am Fahrzeug variiert werden. Es können beispielsweise Aluminiumprofile als Potentialausgleichsleiter verwendet werden. Um die elektrische Leitfähigkeit der Aluminiumprofile zu erhöhen, können diese mit Kupfer plattiert sein.
Der Potentialausgleichsleiter kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung Befestigungsmittel zur Befestigung eines oder mehrerer angrenzender Verkleidungselemente bilden oder umfassen. Der Potentialausgleichsleiter kann beispielsweise eine Metallschiene umfassen, die randseitig an ein Verkleidungselement angefügt ist. Über an dem Potentialausgleichsleiter vorgesehene Befestigungsmittel kann das Verkleidungselement am Wagenkasten befestigt oder mit weiteren Verkleidungselementen verbunden werden. Als Befestigungsmittel können Aufnahmen wie Bohrungen, Schlitze und Gewinde oder Fortsätze wie Stifte oder Gewindebolzen vorgesehen sein.
Um die Wirksamkeit der Abschirmung des Fahrzeuginneren zu verbessern, kann das Außenverkleidungselement wenigstens drei, vier oder mehr Flächenabschnitte aufweisen, wobei der Potentialausgleichsleiter zwischen drittem und ersten und/oder zwischen drittem und zweitem Flächenabschnitt verläuft oder an jeden der Flächenabschnitte angrenzt.
In einem erfindungsgemäßen Schienenfahrzeug findet wenigstens ein Außenverkleidungselement gemäß einer der beschriebenen Ausführungsformen oder mehrere der erfindungsgemäßen Ausführungsformen Anwendung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Potentialausgleichsleiter unmittelbar an das Erdpotential des Schienenfahrzeugs angeschlossen, um Fehlerströme bestmöglich abzuleiten.
Das Außenverkleidungselement kann Teil eines Führerhauses eines Schienenfahrzeuges sein. In modernen Schienenfahrzeugen sind insbesondere Führerhäuser oft aus Verbundwerkstoffen gefertigt, um auch komplizierte Formgebungen bei geringem Gewicht fertigen zu können. Auch zur Verbesserung der aerodynamischen Eigenschaften oder des ästhetischen Eindrucks des Fahrzeuges vorgesehene Kanten oder Vorsprünge können den Potentialausgleichsleiter aufnehmen oder zumindest abschnittsweise von diesem gebildet sein. So hat sich gezeigt, dass insbesondere Strömungsabrisskanten, die bereits aufgrund ihrer aerodynamischen Funktion eine herausragende Position auf der Fahrzeugverkleidung einnehmen, zur Aufnahme eines Potentialausgleichsleiters geeignet sind. Vorzugsweise ist der Potentialausgleichsleiter unmittelbar auf der Strömungsabrisskante angeordnet bzw. der Potentialausgleichsleiter kann die Strömungsabrisskante bilden.
Der vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff hergestellte Potentialausgleichsleiter kann zudem Befestigungsmittel umfassen, um Außenverkleidungselement mit dem Wagenkasten und/oder mit angrenzenden Außenverkleidungselementen zu verbinden.
Das Außenverkleidungselement kann in einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung Teil einer Dachverkleidung des Schienenfahrzeugs sein. Weil sich Schäden an Oberleitungen insbesondere auf den Dachbereich auswirken können, weil z.B. eine beschädigte Oberleitung mit einem auf dem Dach angeordneten Stromabnehmer in Kontakt kommen oder erst durch einen beschädigten Stromabnehmer beschädigt werden kann, in Folge dessen Enden einer zerstörten Oberleitung auf das Dach fallen können, kann mit einer Anordnung eines erfindungsgemäßen Außenverkleidungselementes mit Potentialausgleichsleiter im Dachbereich eine erhebliche Verbesserung der Fahrgastsicherheit erreicht werden.
In einer weiteren bevorzugten Variante der Erfindung können Potentialausgleichsleiter in mit elektrisch nichtleitenden Materialien versehenen Dachaufbauten oder in Wagenübergängen vorgesehen werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind eine oder mehrere Komponenten, die aus der Fahrzeugoberfläche herausstehen oder auf dem Fahrzeug Erhöhungen bilden, mit einem Potentialausgleichsleiter versehen oder verbunden. Komponenten, die aufgrund ihrer primären Funktion Vorsprünge auf dem Fahrzeug bilden, wie Scheibenwischer, Außenspiegel und/oder Griffe, können somit die Hochspannung aus Lichtbögen aufnehmen und ableiten.
In einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Montage eines Schienenfahrzeuges gemäß einer der oben genannten Ausführungsformen wird zunächst eine Aufnahme zur Befestigung eines Potentialausgleichsleiters in ein Außenverkleidungselement eingebracht. Alternativ kann ein Außenverkleidungselement mit einer Aufnahme für ein Außenverkleidungselement gefertigt werden. Anschließend wird der Potentialausgleichsleiter positioniert und befestigt, d.h. verschraubt oder verklebt. Das Außenverkleidungselement kann an dem Wagenkasten des Schienenfahrzeugs montiert werden, wobei der Potentialausgleichsleiter mit Befestigungselementen zur Befestigung an dem Wagenkasten versehen sein kann. Schließlich erfolgt der Anschluss des Potentialausgleichsleiters an das Erdpotential des Schienenfahrzeuges, z.B. an eine leitende Oberfläche eines metallischen Wagenkastens.
Ein erfindungsgemäßer Bausatz zur Herstellung oder zur Nachrüstung eines Außenverkleidungselementes eines Schienenfahrzeuges umfasst einen Potentialausgleichsleiter, ein Flächenelement mit einer Aufnahme für den Potentialausgleichsleiter, Befestigungsmittel zur Befestigung des Potentialausgleichsleiters in der Aufnahme sowie Anschlussmittel zum Anschluss des Potentialausgleichsleiters an das Erdpotential des Schienenfahrzeugs. Gemäß den zuvor ausgeführten Varianten der Erfindung kann der Potentialausgleichsleiter zugleich als Befestigungsmittel ausgestaltet sein, um Flächenelemente miteinander zu verbinden. Die beiliegenden Zeichnungen veranschaulichen erfindungsgemäße Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung der Veranschaulichung der Prinzipien der Erfindung. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen jeweils identische oder ähnliche Teile.
Fig. 1 ist eine Frontansicht eines erfindungsgemäßen Außenverkleidungselementes.
Fig. 2 ist eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schienenfahrzeuges mit einem Außenverkleidungselement gemäß Figur 1.
Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schienenfahrzeuges.
Fig. 1 zeigt ein Außenverkleidungselement 1 für ein Führerhaus eines Schienenfahrzeuges, das erfindungsgemäß mit Potentialausgleichsleitern versehen ist. Das Außenverkleidungselement 1 umfasst eine Vielzahl von Flächenabschnitten 301, 302, 303, 304, 305, 306, 307, 308, 309, 310. Es ist mit einer Windschutzscheibe 2 versehen, die zugleich einen Flächenabschnitt bildet. Zwischen den Flächenabschnitten 301-310 sind Potentialausgleichsleiter 401, 402, 403, 404, 405 vorgesehen, wobei z.B. schräg oder horizontal verlaufende Potentialausgleichsleiter 401, 402 und 403 in vertikaler Richtung zwischen Flächenabschnitten 301, 302, 303, 305 angeordnet sind, während weitere, im Wesentlichen vertikal verlaufende Potentialausgleichsleiter 404, 405 zwischen Flächenabschnitten 306 und 302, 307 und 303 sowie 308 und 305 verlaufen.
Ein weiterer Potentialausgleichsleiter 406 ist im Fensterrahmen 5 angeordnet. Der Potentialausgleichsleiter 406 kann Teil des Fensterrahmens 5 sein und Befestigungsmittel zur Befestigung des Fensterrahmens an den umliegenden Flächenabschnitten bzw. am Wagenkasten umfassen. Alternativ kann der Potentialausgleichsleiter 406 den Fensterrahmen 5 bilden.
Einzelne oder mehrere der Potentialausgleichsleiter 401, 402, 403, 404, 405, 406 können als Befestigungsmittel ausgestaltet sein. In den Potentialausgleichsleitern können beispielsweise Ösen, Bolzen, Rasten oder andere Verbindungsmittel vorgesehen sein. Auf diese Weise kann die Montage und Verbindung der Flächenabschnitte 301-314 und/oder der Potentialausgleichsleiter 401, 402, 403, 404, 405, 406 vereinfacht sein.
Alternativ können Potentialausgleichsleiter 401, 402, 403, 404, 405, 406, 407 zwischen Flächenabschnitten 301-314 eingebettet sein. Bilden z.B. mehrere Flächenabschnitte aus Verbundwerkstoffen ein einteiliges Außenverkleidungselement, kann ein Potentialausgleichsleiter bereits während des Herstellens des Außenverkleidungselementes, z.B. durch Laminieren, zwischen zwei Flächenabschnitten angeordnet und/oder mit diesen verklebt oder verschraubt werden.
Insbesondere Vorsprünge an der Außenverkleidung, wie für aerodynamische oder ästhetische Zwecke vorgesehene Außenkanten 7, eignen sich für die Anordnung von Potentialausgleichsleitern 404. Die Strömungsabrisskante 7 ist bereits aufgrund ihrer aerodynamischen Funktion exponiert angeordnet. Potentialausgleichsleiter an diesen exponierten Stellen können bestmöglich die Funktion einer Fangleitung übernehmen.
In Fig. 1 sind zudem Dachverkleidungen 6 gezeigt. Weil diese Dachverkleidungen aus dem Außenverkleidungselement 1 bzw. im montierten Zustand aus dem Schienenfahrzeug emporragen, bilden im Bereich dieser Dachverkleidungen angeordnete Potentialausgleichsleiter aufgrund ihrer Nähe zur Oberleitung des Schienenfahrzeuges ideale Fangleitungen für aus Fehlerströmen aus der Oberleitung entstehenden Lichtbögen. Potentialausgleichsleiter 407 können auf der Unterseite der Dachverkleidungen 6 vorgesehen sein. Bevorzugt sind Potentialausgleichsleiter an nach oben weisenden Außenkanten der Dachverkleidungen 6 positioniert, wobei Potentialausgleichsleiter 408 zwischen zwei Flächenabschnitten 309 und 310 angeordnet sein können oder Potentialausgleichsleiter 409 eine Außenkante der Dachverkleidung 6 bilden können.
Fig. 2 ist eine Seitenansicht eines Führerhauses 8 eines Schienenfahrzeuges, der mit einem Außenverkleidungselement 1 gemäß Fig. 1 ausgestattet ist. Auch in der Seitenansicht ist die als Strömungsabrisskante konzipierte Außenkante 7 gezeigt. Die aus der Außenverkleidung hervorstehende Außenkante 7 umfasst den Potentialausgleichsleiter 404 und ist von diesem gebildet. Indem die Oberfläche des Potentialausgleichsleiters 404 freiliegend gestaltet ist, ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass das Abfangen eines Fehlerstroms, z.B. aus einer zerstörten Oberleitung, gelingt.
Zwischen dem Außenverkleidungselement 1 und der Schürze 9 ist eine Übergangszone 10 vorgesehen, die von einer Trennfuge gebildet ist. Auch im Bereich dieser Übergangszone 10 kann ein Potentialausgleichsleiter 410 angeordnet sein. Insbesondere bei Hochspannungsquellen im Schienenbereich wird somit das Eindringen eines Fehlerstromes in das Fahrzeug verhindert. Eine weitere Übergangszone 11 auf der Rückseite des Außenverkleidungselementes 1 verläuft in vertikaler Richtung und bildet den Anschluss an den Wagenkasten. Auch hier kann sowohl für die mechanische Anbindung des Außenverkleidungselementes 1 an den Wagenkasten als auch für den Potentialausgleich ein Potentialausgleichsleiter 411 angeordnet sein.
Ein seitlich am Führerhaus 8 vorgesehenes Fenster 12 ist von einem Potentialausgleichsleiter 412 umgeben. Der Potentialausgleichsleiter 4m kann in den Fensterrahmen bzw. in die Fensterdichtung eingebettet sein oder den Fensterrahmen bilden. Ein weiterer Potentialausgleichsleiter 413, der vorzugsweise mit dem Potentialausgleichsleiter 4m verbunden ist, kann in einem Fenstersteg 13 des Fensters 12 angeordnet sein oder diesen bilden. Somit wird die Abschirmung des Innenraums im Sinne eines Faraday' sehen Käfigs verbessert.
Im Dachbereich des Führerhauses 8 ist ein weiteres Außenverkleidungselement 14 positioniert, das sich aufgrund seiner exponierten Lage im Dachbereich besonders für die Anordnung eines weiteren Potentialausgleichsleiters 414 eignet. Ein weiterer Potentialausgleichsleiter 415 verläuft entlang dem höchstgelegenen Ende der Mittellinie bzw. entlang der Scheitellinie des Führerhauses 8.
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs. Ähnliche oder identische Teile sind jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Neben einem mittig angeordneten Potentialausgleichsleiter 415 verlaufen im Dachbereich des Außenverkleidungselements 1 weitere Potentialausgleichsleiter 416 in Längsrichtung des Fahrzeugs. Wie das Außenverkleidungselement aus Fig. 1 verfügt auch der in Fig. 3 gezeigte Fahrzeugkopf über eine Außenkante 7, in welche ein Potentialausgleichsleiter 404 aufgenommen ist. Zusätzlich ist unterhalb der Windschutzscheibe 2 ein Spoiler 15 mit einer Strömungsabrisskante 151 integriert. Wie die seitlich verlaufende Außenkante 7, die ebenfalls eine Strömungsabrisskante bildet, tritt die Strömungsabrisskante 151 aus umgebenden Bereichen des Außenverkleidungselements hervor. Somit eignet sich die Strömungsabrisskante 151 wie die Außenkante 7 zur Aufnahme eine Potentialausgleichsleiters 417. Eine weitere, aus dem Außenverkleidungselement 1 herausstehende Kante, die I nnenkante 16, begrenzt gemeinsam mit der Außenkante 7 einen konkav geformten Flächenabschnitt 314. Der konkave Flächenabschnitt 314 bildet einen Übergang zwischen den an die Windschutzscheibe 2 angrenzenden Flächenabschnitten 311, 314 und weiter außen angeordneten Flächenabschnitten 312. Die beidseitig des konkaven Flächenabschnittes 314 verlaufenden Kanten 7, 16 stehen folglich aus den umliegenden Flächen heraus und eignen sich hervorragend zur Aufnahme von Potentialausgleichsleitern. Auch die I nnenkante 16 kann einen Potentialausgleichsleiter 419 aufweisen bzw. von diesem gebildet sein.
Die Windschutzscheibe 2 weist eine als Querstrebe ausgestaltete Unterteilung 201 sowie als Längsstreben ausgestaltete Unterteilungen 202 auf. Wie der Fensterrahmen 5 können diese Unterteilungen einen Potentialausgleichsleiter umfassen oder von einem Potentialausgleichsleiter gebildet sein.
Unterhalb der Windschutzscheibe 2 ist ein Scheibenwischer 18 befestigt. Der Scheibenwischer 18 kann als Potentialausgleichsleiter ausgestaltet sein, indem das elektrisch leitende Material des Scheibenwischers entsprechend als elektrischer Leiter dimensioniert und der Scheibenwischer mit dem Erdpotential des Schienenfahrzeugs 17 verbunden wird. Aufgrund seiner exponierten Position eignet sich der Scheibenwischer 18 besonders als Fangleiter für auf das Fahrzeug treffende Hochspannung.
Unterhalb des Scheibenwischers 18 verläuft ein weiterer Potentialausgleichsleiter 418, der die aus den Flächenabschnitten 311 und 314 in zwei entlang dem Potentialausgleichsleiter 418 aneinander angrenzende Flächenabschnitte unterteilt. Der Potentialausgleichsleiter 418 verbindet den Scheibenwischer bzw. den Potentialausgleichsleiter 406 mit dem Potentialausgleichsleiter 419.
Die beschriebenen und dargestellten spezifischen Ausführungsformen sind für die Ausführung der Erfindung nicht bindend, sondern können im Rahmen der vorliegenden Erfindung geeignet modifiziert werden, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. So führen unterschiedliche Geometrien der Außenverkleidung zu anderen Vorsprüngen, Kanten und Anordnungen von Komponenten, die unterschiedliche Anordnungen der Potentialausgleichsleiter im Sinne der Erfindung bedingen. Bezugszeichenliste
1 Au enverkleidungselement
2 Windschutzscheibe
301-314 Flächenabschnitte
401-421 Potentialausgleichsleiter
5 Fensterrahmen
6 Dachverkleidung
7 Außenkante
8 Führerhaus
9 Schürze
10 Übergangszone
11 Übergangszone
12 Fenster
13 Fenstersteg
14 Außenverkleidungselement
15 Spoiler
151 Strömungsabrisskante
16 Innenkante
17 Schienenfahrzeug
18 Scheibenwischer

Claims

Patentansprüche
1. Außenverkleidungselement (1, 6, 14) für ein Fahrzeug, insbesondere für ein
Schienenfahrzeug (17), wobei das Außenverkleidungselement (1, 6, 14) wenigstens einen ersten und einen zweiten Flächenabschnitt (301-314) aufweist, die aneinander angrenzen, wobei beide Flächenabschnitte (301-314) wenigstens abschnittsweise aus im Wesentlichen elektrisch nicht leitfähigem Material bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen erstem und zweitem Flächenabschnitt (301-314) ein
Potentialausgleichsleiter (401-421) zum Anschluss an das Erdpotential des Fahrzeuges angeordnet ist.
2. Außenverkleidungselement (1, 6, 14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Potentialausgleichsleiter (401-421) an die Außenfläche der Verkleidung grenzt, insbesondere entlang des Großteils seiner Längserstreckung.
3. Außenverkleidungselement (1, 6, 14) nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass erster und zweiter Flächenabschnitt (301-314) eine
voneinander unterschiedliche Werkstoffzusammensetzung und/oder Ausrichtung aufweisen.
4. Außenverkleidungselement (1, 6, 14) nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Flächenabschnitt (301-314) eine Glasscheibe umfasst.
5. Außenverkleidungselement (1, 6, 14) nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Flächenabschnitte (301-314) einen Verbundwerkstoff, insbesondere Glasfaserkunststoff (GFK) umfasst.
6. Außenverkleidungselement (1, 6, 14) nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Flächenabschnitt (301-314) den ersten
Flächenabschnitt (301-314) wenigstens abschnittsweise umgibt.
7. Außenverkleidungselement (1, 6, 14) nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Potentialausgleichsleiter zwischen erstem und zweitem Flächenabschnitt (301-314) eingebettet ist.
8. Außenverkleidungselement (1, 6, 14) nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen erstem (301-314) und zweitem Flächenabschnitt (301-314) ein Vorsprung oder eine Kante erstreckt, wobei der
Potentialausgleichsleiter (404, 419) den Vorsprung oder die Kante (7, 151, 16) bildet und/oder in den Vorsprung bzw. die Kante (7, 151, 16) eingebettet ist.
9. Außenverkleidungselement (1, 6, 14) nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Potentialausgleichsleiter (401-421) Befestigungsmittel zur Befestigung eines oder mehrerer angrenzender Außenverkleidungseiemente (1, 6, 14) umfasst.
10. Außenverkleidungselement (1, 6, 14) nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Flächenabschnitt (301-314) vorgesehen ist, wobei der Potentialausgleichsleiter (401-421) zwischen drittem und erstem und/oder zwischen drittem und zweiten Flächenabschnitt (301-314) verläuft.
11. Schienenfahrzeug (17), gekennzeichnet durch ein Außenverkleidungselement (1, 6, 14) nach einem der obigen Ansprüche.
12. Schienenfahrzeug (17) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der
Potentialausgleichsleiter (401-421) an das Erdpotential des Schienenfahrzeugs (17) angeschlossen ist.
13. Schienenfahrzeug (17) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenverkleidungselement (1) Teil eines Führerhauses (8) des Schienenfahrzeuges (17) ist.
14. Schienenfahrzeug (17) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenverkleidungselement (1, 6, 14) wenigstens eine aus der
Fahrzeugoberfläche herausstehende Komponente (14, 18) aufweist, wie einen Scheibenwischer oder Außenspiegel, wobei die Komponente elektrisch leitend mit einem Potentialausgleichsleiter (401-421) verbunden und/oder mit einem
Potentialausgleichsleiter (401-421) versehen ist.
15. Verfahren zur Montage eines Schienenfahrzeugs (17) gemäß einem der obigen
Ansprüche 11 bis 14, gekennzeichnet durch die Schritte: a. Einbringen einer Aufnahme in einem Außenverkleidungselement (1, 6, 14) zur Befestigung eines Potentialausgleichsleiters (401-421),
b. Positionierung und Befestigung des Potentialausgleichsleiters (401-421), c. Anschluss des Potentialausgleichsleiters (401-421) an das Erdpotential des Schienenfahrzeugs.
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