JP2002504041A - 繊維合成材料から成るヘッドモジュールを有するレール車両 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、繊維合成材料から成るヘッドモジュールを有するレール車両に関する。この場合、台枠（３）上には、高さ誤差補償手段（５）を有する接合域が配置され、かつ車体モジュール（２）に沿って、縦方向・横方向誤差補償手段（７及び８）を有する接合エッジが配置されている。ヘッドモジュールは、車体モジュール（２）及び台枠（３）に面した方の接合エッジに、繊維合成材料内に組込まれた補強成形材（１８，１９）を備えている。ヘッドモジュールは、台枠（３）及び少なくとも車体モジュール（２）の車体側壁（９）に、シフト不能な結合を生ぜしめるように予荷重緊締力を生成する固定手段（２０，２１）によって固定されている。これによって、製造法に起因した寸法偏差を克服し、接合時に不特定の固有応力を回避し、繊維合成材料から成るヘッドモジュールと車体モジュールとの異なった熱膨張を無害に吸収すると共に、繊維合成材料から成るヘッドモジュール及び、車体モジュール（２）と台枠（３）とに対するヘッドモジュールの継手を、自己支持式だけでなく共支持式にかつ補修容易に構成することが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】 繊維合成材料から成るヘッドモジュールを有するレール車両 本発明は、請求項１に発明の上位概念として詳細に規定した形式の、繊維合成 材料から成るヘッドモジュールを備えたレール車両に関する。 質量平衡を改善し、設計上の高い形成自由度を得ることができ、かつ繊維合成 材料及びモジュール構造の技術上の利点を高いプレハブ度及び前検査度で活用で きるようにするために、レール車両は、例えば運転室のようなヘッドモジュール を繊維合成材料から構成する傾向が益々増強している。 このような車両は欧州特許第０５３３５８２号明細書に基づいてすでに公知に なっている。その場合レール車量の運転室は、別体の構成群（モジュール）とし て繊維合成材料から製造されており、しかも運転室の壁は、運転台の支持構造と 共にモノブロック・ユニットを形成し、かつ運転室はねじ締結によって、レール 車両の台枠並びに側壁上部フレームの上部縦桁に固定される。必要に応じて、要 するにトレランスを補償するため、及び力のピークを減成するために、その固定 は弾性的な緩衝材を介して行なわれる。正面に作用しかつ車両のリフトの結果生 じる力は、固定ストッパを 介して台枠及び上部縦桁に伝達できるようになっている。しかしながら当該明細 書には、運転室と台枠及び上部縦桁との間の接合部位をどのように構成すべきで あるのか、その記載は全く含まれていない。上部縦桁への力の導入部位がほぼ点 状であるので、運転室の特定領域は格別強化されねばならず、運転室の他の領域 は力の導入に関与することがないので、運転室は不均質に構成せねばならないと いう欠点が生じ、ひいては特に製造技術上の難点とコスト高の要因となる。それ ばかりでなく、この技術思想は、特例的な負荷事例：すなわち ａ）軌条に載設するためにレール車両をリフトする場合 ｂ）端壁圧（例えば３００ｋＮ）の場合、 ｃ）中央連結圧縮力（例えば１５００ｋＮ）の場合、 ｄ）中央連結引張り力（例えば１０００ｋＮ）の場合を考慮してレール車両の車 体構造を設計せねばならない際に、運転室によって一緒に支持可能な荷重分を制 限する。従来慣用の解決手段によれば、残りの車体構造を台枠及び上部縦桁と共 に特に剛性的に構成することが必要であり、その結果、付加的な製造経費と不都 合な質量増加が生じる。全車両長に対して１つのヘッドモジュール測定長比率が 大きくなるに応じて、前記の関係は益々不都合になる。 繊維合成材料から成る運転室を有する別のレール車 両は「スイス鉄道展望」誌、１９９１年第１２号、第４３６頁〜第４４２頁収録 のA.Cortesi,T.Issenmann,T.Kalbermatten共著“Leichte Nasen fuer schnelle Lokomotiven（高速機関車用の軽量ノーズ）”に記載されている。この場合運転 室は、サンドイッチ構造の複数の構成部分から構成されており、前記構成部分は 構造用接着継手によって互いに接合されている。運転室は自己支持性のユニット として構成されており、要するに前記の特例的な負荷事例における実質的な荷重 分を吸収することはできない。これは、台枠及び車体との結合方式によって、並 びに車体の機械的強度及び僅かな曲げ剛さによって考慮されている。すなわち１ 〜５ｍｍの製造誤差を補償し、接合域における気密性と全天候安定性を保証し、 プラスチック製運転室と金属製車体との間の著しく相異した熱膨張を吸収し、か つ高い耐用寿命を保証し得るようにするために、運転室は弾性的な接着剤で接着 され、しかも台枠寄りでは弾性的な緩衝材がスペーサとして間挿され、かつ不可 避的な製造誤差は１０ｍｍの接着継目厚で受け止められた。このような構成は、 レール車両のヘッドモジュールが、単に自己支持性であるばかりでなく、一緒に 支持するように（共支持能を有するように）構成されて残りの車体構造と固定的 かつ剛性的に結合されていなければならない場合には、全く適していない。 ヘッドモジュールを別個に製作して組付けたレール 車両の別の解決手段がドイツ連邦共和国特許出願公開第４３４３８００号明細書 に開示されている。このヘッドモジュールも自己支持性ユニットとして構成され ており、かつ全部で６つの自由度を形成して台枠と着脱可能にかつ摩擦接続式に 結合され、弾性的な中間部材を介して車体と結合されている。この解決手段も矢 張り、車体構造の著しい荷重分を引受ることができず、かつ種々異なった車軸位 置における台枠に対するボルト／孔継手部品の適合能を得るために高い精度を要 求している。台枠に対する継手部位は運転室の内部に位置しかつ容易にアプロー チ可能でなければならないので、高いプレハブ度は得られない。 本発明の課題は、従来技術に付随する欠点を回避するように明細書冒頭で述べ た形式のレール車両を改良し、かつ繊維合成材料から成るヘッドモジュールを、 新規な形式で車体モジュール及び台枠と固定的に結合し、しかも繊維合成材料か ら成るヘッドモジュールと、車体モジュール及び台枠との間の（レール車両に関 して）鉛直方向、長手方向及び横方向の製造上の形状誤差及び寸法誤差を簡単に かつ低廉な経費で補償し、接合時に不特定固有応力を発生させず、かつ繊維合成 材料から成るヘッドモジュールと車体モジュールとの熱膨張差を損傷無く吸収で きるようにすることである。 また更なる課題は、繊維合成材料から成るヘッドモ ジュールを共支持能に構成しかつ台枠と結合された車体モジュールと結合して、 ヘッドモジュールと車体モジュール並びに台枠との間に特に摩擦接続式に固定的 かつ剛性的な継手を形成し、これによってヘッドモジュールが、前記負荷事例及 び運転負荷に相当する顕著な荷重分を共支持して車体構造に導入できるようにす る点に在る。 前記課題は、請求項１の特徴部に記載した構成手段を備えた、明細書冒頭に述 べた形式のレール車両によって解決される。本発明の有利な構成及び改良は、請 求項２以降の記載から容易に推考することができる。 車体モジュール及び台枠に対する接合部位を本発明のように構成することによ って、ヘッドモジュールを、不特定固有応力なしに固定的に車体モジュール並び に台枠と結合することが可能になり、しかも車両鉛直方向、車両長手方向並びに 車両横方向におけるヘッドモジュールの製作上の寸法偏差並びに車体モジュール 及び台枠の製作誤差を、技術的に単純な方式でかつ経済的に補償することが可能 になる。 剪断剛さをもった継手のために見出された解決手段が側壁域にだけ設けられ、 屋根域では公知のように、高さ寸法差も良好に補償できる弾性的な接着継手が製 作される場合には、車体モジュールに対するヘッドモジュールのトレランス補償 が一層簡単になる。 本発明の実施形態で設けられた側壁終端成形材と車 体終端成形材との継手は、車体モジュールの製造費とトレランス補償費を削減す る。 精度要求が低くなるために今やヘッドモジュール及びレール車両は一層低廉に 製作することができる。 更なる利点として、冷間接合技術で実施される結合は、車体モジュールが鋼構 造で構成されているか、軽金属構造で構成されているか、それともその他の構造 で構成されているかには無関係である。この形式の継手は、補修目的のためにヘ ッドモジュール及び車体モジュールを損傷無く取り外すことができる。 本発明によって得られる別の重要な利点は、繊維補強材料から成るヘッドモジ ュールを有するレール車両を製造することが可能になり、しかも共支持能を有す るように形成されたヘッドモジュールが、車体構造の荷重分を受け止めて、固定 的かつ剛性的な接合継手を介して、接続する車体モジュール内へ導入することが できる点にある。 特に少なくともヘッドモジュールの側壁と車体モジュールの側壁との間に２面 剪断式に構成された継手によって、高い剪断剛さが得られるので、ヘッドモジュ ール並びに車体モジュールの側壁は材料及び質量を節減するように設計すること ができる。この高い剪断剛さは、ヘッドモジュールの補強成形材を接合エッジ側 に組込み、該補強成形材に固定手段を支持し、前記補強成形材によって、台枠と ヘッドモジュールとの間の 接合面を介して伝達される緊締力と応力を吸収して面状に隣接繊維合成材料へ移 送するようにすることによって助成され、従って該繊維合成材料の点状の過負荷 が回避され、或いは該繊維合成材料を過剰設計する必要が避けられる。 台枠に対する接合継手を片面的に台枠の下から形成できるので、本発明によっ て構成されたヘッドモジュールは、高いプレハブ度をもって形成され、かつ該ヘ ッドモジュールを車体モジュールに接合する以前に、前検査することが可能であ る。 図１は本発明によって構成されかつ接合されたレール車両の側面図である。 図２はヘッドモジュールと台枠との間の接合部位の横断面図である。 図３はヘッドモジュール側壁と車体側壁との間の接合部位の横断面図である。 次に図面に基づいて本発明の実施例を詳説する。但し本発明は図示の実施例の みに限定されるものではない。 図１ではレール車両１のために、台枠３上に車体モジュール２がプレハブ式に 製作されている。台枠３はレール車両の抗張・抗圧装置（図示せず）を受容し、 輪軸又はボギー台車のため並びにレール車両のその他の機能ユニットのための取 付け部（矢張り図示せず）を有し、かつ機能上及び形態上の理由から部分的に外 装パネルを有している。ヘッドモジュール１２は本実施例では少なくとも、１つ のヘッドモジュール端壁１３と２つのヘッドモジュール側壁１４と１つのヘッド モジュール屋根２２とから成り、これらは個別にプレハブ製造され、次いでヘッ ドモジュール１２を構成するためにに接合されるか、或いは一緒にモノブロック （一体）構造のヘッドモジュール１２として製作することもできる。 ヘッドモジュール１２を、ほぼ水平な接合平面に沿って（該接合平面は傾斜又 は湾曲されていてもよく、かつ／又は段付けされていてもよい）台枠３と結合し 、かつその際、寸法上の偏差を修正できるようにするために、図２に示したよう に台枠３の縦桁４上に、材料増厚寸法分が高さ誤差補償手段５として設けられて おり、該高さ誤差補償手段は、プレハブのヘッドモジュール１２及び台枠を計測 した後に、必要な分だけ機械的に切除される。しかし又、縦桁４の材料増厚寸法 分の代わりに、高さ差に適合された単数又は複数の付加的なシムを設けることも 可能であり、該シムは、ヘッドモジュールの接合エッジを包囲するＵ形成形材の 形状を有することもでき、或いは前記材料増厚寸法分に代えて別種の高さ誤差補 償手段を使用することも可能である。図２に示した材料増厚寸法分の形状は、縦 桁４が軽金属から成っている場合、押出しプレス成形材の一体的な構成部分であ ることができるが、この材 料増厚寸法分を機械的に切削する場合、縦桁４の強度上必要とする材料領域に作 用しないようにするために視覚的なチェックが必要になる。ヘッドモジュール１ ２の仕上げ寸法に縦桁４を適合させた後、かつヘッドモジュールを載設した後に 、縦桁４の下側から所要部位にかつ所要数だけ孔が穿設され、該孔はヘッドモジ ュール側壁１４の接合エッジに作用しかつ其処に組込まれた補強成形材１８を貫 通する。該補強成形材は本実施例ではＵ形横断面を有し、かつコア１５と層構造 １６，１７とから成るヘッドモジュール側壁１４のサンドイッチ構造の内部に配 置されている。本実施例では前記孔内には、片側セット可能な盲リベットが固定 手段２０として挿入され、かつ前記補強成形材１８の内面と縦桁４の下面との間 に緊締されるので、ヘッドモジュール側壁１４と台枠３とは予荷重を受けて摩擦 接続式に固定的かつ剛性的に互いに結合されている。補強成形材１８の形状及び 肉厚は、運搬時及び組付け時にヘッドモジュール側壁１４の安定性を助成し、か つ固定手段２０のセット後には緊締力及び負荷力を共に縦方向、横方向及び鉛直 方向でヘッドモジュール側壁１４の繊維合成材料内へ十分に面状に導入するよう に設計されているのが有利である。 ヘッドモジュール側壁１４と縦桁４との間の接合部位において伝達される力を 摩擦接続によって伝達できる限り、孔径は大きく設計することが可能である。し かしながら前記接合部位が、摩擦接続とリベット孔壁面との組合せによってしか 伝達できないような力を考慮して設計されねばならない場合には、孔径は、固定 手段２０のシャンク径に対比して狭幅にすることが許される。 本実施例では、ヘッドモジュール端壁１３と台枠３との間の接合部位（図示せ ず）も同様の構成を有していなければならない。 ほぼ垂直な接合平面（該接合平面は傾斜又は湾曲していても、かつ／又は段付 けされていてもよい）内においてヘッドモジュール１２を車体モジュール２と結 合するために、図３に示したこの接合域では車体側壁９はインナー接合ウェブ７ とアウター接合ウェブ８を有し、両接合ウェブ間にヘッドモジュール側壁１４が 挿嵌されている。両接合ウェブ７，８の脚片長、両接合ウェブの間隔及び両接合 ウェブの車両横方向弾性率は、補強成形材１９を組込んだヘッドモジュール側壁 １４の接合エッジが形状嵌合式に包囲されかつ車両長手方向及び車両横方向の寸 法偏差が考慮されるように選ばれている。両接合ウェブ７，８とヘッドモジュー ル側壁１４とを通って複数の共通の貫通孔が穿設されており、本実施例では前記 貫通孔内に、両側でセット可能なかつ予荷重を発生する閉鎖リングボルトが固定 手段２１として挿入され、かつ補強成形材１９に支持されて緊締されている。該 貫通孔の孔径については、 ヘッドモジュール側壁１４と台枠３との間の接合部位について既に述べた事項が 相応に当てはまる。接合部位をこのように２面剪断式に構成することによって、 ヘッドモジュール側壁１４と車体側壁９とは、摩擦接続式に固定的かつ特に剛性 的に互いに結合されており、しかも固定手段２１は、アウター接合ウェブ８と面 整合されて、視覚的に目立たないように形成されている。 ヘッドモジュール屋根２２と車体屋根１０との間の接合部位も同様に形成する ことができる。しかしながら側壁域の強度が充分である場合には、本発明の（図 示を省いた）１実施形態によれば、この接合部位を、慣用の弾性的な接着継手１ １として形成し、これによって屋根領域における寸法誤差を付加的に容易に補償 することも可能である。 共支持能を有するように構成されたヘッドモジュールを装備した本発明のレー ル車両では、ヘッドモジュール端壁１３、ヘッドモジュール側壁１４及びヘッド モジュール屋根２２のサンドイッチ構造を、少なくとも１つのコア材料から製造 されたコア１５と、該コア１５の少なくとも両面に被着された、配向繊維構造を 有する繊維合成材料から製造された層構造１６，１７とから構成し、かつヘッド モジュール１２をモノブロック構造に形成するのが有利と判った。前記のような コア１５は軽構造コア材料、例えば軽構造硬質フォー ムから製造するのが特に有利である。伝達すべき剪断力が必要とする限り、補強 成形材１８，１９は、ヘッドモジュールの相応部分の接合エッジ内へ引込んで成 層されて両層構造１６，１７によって封じ込められているのが有利である。勿論 また、補強成形材１８，１９の別の形状、ヘッドモジュール１２の接合エッジに おける補強成形材１８，１９の別の配置・結合も可能である。例えば車体モジュ ール側壁９寄りのヘッドモジュール側壁１４の接合エッジは開放接合エッジとし て形成されており、伝達すべき力が、補強成形材１９によって補強されたヘッド モジュール側壁１４と両接合ウェブ７，８との間の摩擦接続だけによって、或い は繊維合成材料内の孔壁だけによって伝達可能である場合には、前記開放接合エ ッジではコア材料が所々除去されて補強成形材１９だけが挿嵌されている。両補 強成形材は軽金属から成ることができるが、充分な機械的強度と耐久的な耐食性 を有している限りでは別の材料から成ることもできる。両補強成形材は、接合エ ッジの全長にわたって延在することができるが、隣り合わせに又は相互間隔をお いて挿入された個々の部分から成ることもできる。 ヘッドモジュール側壁１４と車体側壁９との間の接合部位については、補強成 形材１９に代えて、補強成形材１８又は中空成形材の形式の補強成形材を設ける こと、かつ貫通孔及び両側からセット可能な固定手段 ２１に代えて、両側から互いに独自に穿設された複数の孔及び、補強成形材のサ イドウェブを通して盲リベット打ちされた片側でセット可能な固定手段２０を設 けることも可能である。 本発明の別の実施形態では、両接合ウェブ７，８の少なくとも１つが、個別に 車体モジュールに装着可能な別体の構成部品として構成されている。車体モジュ ール２とヘッドモジュール１２を組立るためには、アウター接合ウェブ８が個別 に形成されて装着されるのが特に有利である。該構成部品の形状を変化させて、 レール車両の外部設計に変化を与えることも可能である。 この解決手段の実施形態では、車体に相互間隔をおいて組付け補助材２５（図 ３）を設け、該組付け補助材内に、アウター接合ウェブ８を、その装着時に挿入 し、かつ付加的な補助手段なしに摩擦接続又は係合によって組付け位置に保持す るのが有利である。 本発明の別の実施形態では、インナー接合ウェブ７もしくはアウター接合ウェ ブ８を有する車体モジュール部分は、車体終端成形材６であり、該車体終端成形 材は、開式又は閉式の溶接構造として構成することもできるが、中空室形軽金属 押出しプレス成形材から寸法正しく成形されているのが特に有利であり、かつレ ール車両の外側輪郭に相応して門形の形状に屈曲成形されて、台枠３の上に載設 されている。このような成 形材は、優れた精度をもって製造可能であり、かつ車体モジュール２のプレハブ 時に車体側壁９及び車体屋根１０を寸法正しく適合させるための有利な補助手段 となる。門形状の車体終端成形材６は、図３に示したように、ヘッドモジュール を閉鎖する中間壁の支持体であることができる。 本発明の実施形態では車体側壁９は、車体終端成形材６に直接接続されている のではなくて、側壁終端成形材２３，２４を介在させて車体終端成形材６に接続 されている。このような車体終端成形材は、機械的に容易に切削加工可能であり 、かつ完全な車体側壁として適合可能であるので、接合経費が高くなるにも拘わ らず、より迅速かつ簡便な寸法適合が得られる。側壁終端成形材２４は、形状を 変化させることによって、レール車両形状の設計変更に容易に追従することがで きる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウルズラ ヴァーグナー ドイツ連邦共和国 ヘニッヒスドルフ エ ディソンシュトラーセ 15 (72)発明者 ブルクハルト リーゼンベルク ドイツ連邦共和国 グリーニッケ ブライ トシャイトシュトラーセ 109 (72)発明者 エルヴィン シュメルツァー ドイツ連邦共和国 ゼーヴェタール オー ベラー ブラントホルツヴェーク 54 【要約の続き】 る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. 台枠に結合されたプレハブの車体モジュールと、繊維合成材料から成るプ レハブのヘッドモジュールとを有するレール車両において、 ａ）ヘッドモジュール（１２）に面した方の台枠（３）の接合域が、高さ誤差補 償手段（５）を備え、 ｂ）前記ヘッドモジュール（１２）に面した方の車体モジュール（２）の接合域 が、少なくとも車体側壁（９）の領域に接合エッジとして、縦方向・横方向誤差 補償手段（接合ウェブ７及び接合ウェブ８）を備え、 ｃ）前記ヘッドモジュール（１２）が、前記車体モジュール（２）及び前記台枠 （３）に面した方の、ヘッドモジュール端壁（１３）及びヘッドモジュール側壁 （１４）の接合エッジに、繊維合成材料内に組込まれた補強成形材（１８，１９ ）を備え、 ｄ）前記ヘッドモジュール端壁（１３）及びヘッドモジュール側壁（１４）が、 予荷重緊締力を生成して前記補強成形材（１８）に支持される固定手段（２０） によって台枠（３）と耐剪断式に結合されており、かつ ｅ）少なくともヘッドモジュール側壁（１４）が、予荷重緊締力を生成して補強 成形材（１９）に支持される固定手段（２１）によって少なくとも車体側壁（９ ）と耐剪断式に結合されていること を特徴とする、繊維合成材料から成るヘッドモジュールを有するレール車両。 2. ヘッドモジュール（１２）と車体モジュール（２）との接合域に、車体側 壁（９）とヘッドモジュール側壁（１４）との間だけにシフト不能な継手が製作 されており、かつ車体屋根（１０）とヘッドモジュール屋根（２２）との接合エ ッジが接着結合のために形成されて互いに弾性的な接着継手（１１）によって接 合されている、請求項１記載のレール車両。 3. ヘッドモジュール（１２）の繊維合成材料が、少なくとも１つのコア材料 （コア１５）と、少なくともその両面に被着された配向繊維構造を有する繊維合 成材料（層構造１６及び１７）とから成るサンドイッチ成層体である、請求項１ 又は２記載のレール車両。 4. 補強成形材（１８，１９）が、ヘッドモジュール（１２）の繊維合成材料 内に積層されており、かつ両面に被着された層構造（１６及び１７）によって包 囲されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のレール車両。 5. 補強成形材（１８，１９）が軽金属から成っている、請求項１から４まで のいずれか１項記載のレール車両。 6. 高さ誤差補償手段（５）が、台枠（３）から機械的に切削加工可能な材料 増厚寸法分である、請求項１から５までのいずれか１項記載のレール車両。 7. 接合ウェブ（７及び８）を有している車体モジュール（２）の部分が、車 体終端成形材（６）である、請求項１から６までのいずれか１項記載のレール車 両。 8. 車体終端成形材（６）が、レール車両（１）の外側輪郭に適合された中空 室形成形材である、請求項７記載のレール車両。 9. 車体終端成形材（６）が、中空室形軽金属押出しプレス成形材である、請 求項８記載のレール車両。 10．ヘッドモジュール（１２）から離反した方に向いた車体終端成形材（６） の部分が、結合のために、縦方向・横方向誤差補償手段（側壁終端成形材２３， ２４）を有するように形成されている、請求項７から９までのいずれか１項記載 のレール車両。 11．少なくとも１つの接合ウェブ（８）が別体部分として車体モジュール（２ ）に装着可能である、請求項１から１０までのいずれか１項記載のレール車両。 12．第２の接合ウェブが組付け補助材（２５）によって接合位置にもたらされ て保持される、請求項１１記載のレール車両。