WO2014206744A1 - Schienenfahrzeug mit vor schotterflug zu schützender komponente - Google Patents

Schienenfahrzeug mit vor schotterflug zu schützender komponente Download PDF

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WO2014206744A1
WO2014206744A1 PCT/EP2014/062213 EP2014062213W WO2014206744A1 WO 2014206744 A1 WO2014206744 A1 WO 2014206744A1 EP 2014062213 W EP2014062213 W EP 2014062213W WO 2014206744 A1 WO2014206744 A1 WO 2014206744A1
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baffle plate
rail vehicle
component
composite
vehicle according
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Inventor
Thomas Baumann
Mihail Calomfirescu
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Classifications

    • 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
    • B61F19/00—Wheel guards; Bumpers; Obstruction removers or the like

Definitions

  • the invention relates to a rail vehicle with a component to be protected against ballast, such as a bottom flap, with a baffle plate, which is arranged on an outer side of the component.
  • the invention has the object, a rail vehicle of the type mentioned in such a way that a used for ballast missile baffle brings a lower maintenance costs.
  • the baffle plate a composite of stacked, woven and with a Tough elastic material as binders interconnected mats made of solid plastic fibers or glass fibers has.
  • Such a composite of solid plastic fibers (Kevlar) or glass fibers has the advantage that the baffle plate has a compliance, whereby they are when charged with
  • the mat composite acts in a similar manner to a tennis racket, i. An impinging scotch deflects the matting from a flat position, then swings back and carries the ballast in a direction away from the component to be protected.
  • a binder for the mat composite is preferably a thermoplastic used, which is characterized by a high toughness.
  • the baffle plate can be constructed in a simple embodiment exclusively from the composite of the mats.
  • the baffle plate may be formed as a sandwich plate having a core layer, on one side of which
  • Mats composite are attached.
  • the core layer has a stiffness that is so pronounced that the flapper acts in a similar manner to the fabric of a tennis racket.
  • the core layer ensures a lower overall thickness.
  • Such a sandwich panel is characterized by a high availability under reliable ballast protection.
  • superficial damage can be easily repaired by subsequent application of, for example, thermoplastic. the.
  • thermal loads can be recycled with low energy consumption.
  • the materials that make up the panels are light-weight fabrics that have a lower density compared to traditional solutions, which opens up the possibility of reducing weight and reducing energy consumption.
  • the structure of the sandwich panel can be adapted to particular applications. Thus, their properties can be varied and optimized by the mat construction of individual layers and the thickness of the mat, the number of layers, and in particular the stiffness and elasticity of the sandwich panel. It is possible to absorb large impact forces in the way of lightweight construction.
  • the two mat composites may be bonded together with the core layer by thermoplastic material or tough elastic adhesive. It is particularly possible that the baffle plate is made in a single process step of the superposed mats and the core layer using a viscoelastic binder.
  • the core layer may preferably be formed by a (tough) elastic honeycomb or rigid foam structure.
  • Honeycomb known honeycomb structure may be metallic, for example.
  • the baffle plate is arranged such that one of the mat composites facing the component and the other mat composite is directed outwards, wherein the outwardly facing mat composite has a higher layer thickness than the component facing mat composite.
  • the outer mat composite layer is thus thicker than the inner, to ensure better protection against ballast.
  • the values for the entire thickness of the baffle plate as well as those for the inner and the outer has a thickness in the range of 10 mm - 30 mm, the component facing mat composite has a thickness of 1 mm - 5 mm and the outwardly facing mat composite has a thickness in the range of 1.5 mm - 10 mm, in particular Baffle plate has a thickness in the range of 15mm - 25mm, the component facing mat composite has a thickness of 1mm - 3mm and the outwardly facing mat composite has a thickness in the range of 2mm - 6mm.
  • the baffle plate may be attached directly to the component to be protected. This would be the case, for example, when using the baffle plate to protect a bottom flap of a high-speed vehicle.
  • the baffle plate is suitably arranged at a distance from a component to be protected. Examples of components to be protected may be: cables, tubes, a car transition area, antennas, etc.
  • the antenna it is important to dispense with metal parts, in which case the material hard foam, for example polyurethane, is used for the core layer would come.
  • Figure 1 is a cross-sectional view of a baffle plate for a
  • Rail vehicle and Figure 2 is a simplified side view of the baffle plate of
  • FIG. 1 The cross-sectional illustration of a section of a baffle plate shown in FIG. 1 shows a total of three layers, with a core layer 1, which is formed from a honeycomb or hard foam structure, facing a component (not shown) facing a ballast flight. mats composite 2, as well as an outward-facing
  • Mats composite 3 The three layers form a total of an elastic baffle plate 4 from.
  • the two mat composites are made of stacked glass fiber mats.
  • plastic fibers such as Kevlar, can also be used for the mats.
  • the individual glass fiber mats and the core layer are superimposed in the above-mentioned arrangement.
  • a suitable binder such as a thermoplastic
  • Mats composites 1, 3 produced as well as initially loosely superimposed glass fiber mats converted into a mat composite.
  • Mat composites 2, 3 and the core layer 1 can be used as an alternative to the thermoplastic binder and a viscoelastic adhesive.
  • FIG. 2 shows the baffle plate 4 in an initial position (solid line) as well as in a total of 3 deflected positions (dashed lines) when exposed to a ballast stone 5.
  • the functional principle of the baffle plate 4 becomes apparent insofar as the ballast stone 5 is the baffle plate 4 first deflects in its direction of movement, but subsequently it is pushed back due to the spring force of the baffle plate 4.
  • the present embodiment is explained with reference to an embodiment arranged at a distance from a component.
  • the baffle plate 4 to be applied directly to the outside of a component to be protected against ballast flight.
  • a baffle plate may be provided which is similar in function to that explained with reference to FIGS. 1 and 2, but which is formed exclusively of glass fiber mats or fiber mats of other suitable solid material.
  • Such a baffle plate has a significantly greater thickness than the intended in sandwich construction and above-explained baffle plate 4th

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug mit einer vor Schotterflug zu schützenden Komponente, wie einer Bodenklappe, mit einer Prallplatte (4), die auf einer Außenseite der Komponente angeordnet ist, wobei die Prallplatte (4) einen Verbund (2) von übereinander angeordneten, gewebten und mit einem zähelastischen Material als Bindemittel miteinander verbundenen Matten aus festen Kunststofffasern oder Glasfasern aufweist.

Description

Beschreibung
Schienenfahrzeug mit vor Schotterflug zu schützender
Komponente
Die Erfindung bezieht sich auf ein Schienenfahrzeug mit einer vor Schotterflug zu schützenden Komponente, wie einer Bodenklappe, mit einer Prallplatte, die auf einer Außenseite der Komponente angeordnet ist.
Insbesondere bei Hochgeschwindigkeitsfahrzeugen, die mit Geschwindigkeiten von mehr als 200 km/h verkehren, tritt Schotterflug auf, wobei in einem Unterflurbereich des Schienen- fahrzeugs aufprallende Schottersteine erhebliche Beschädigungen nach sich ziehen können.
Zum Schutz dieser Komponenten ist es beispielsweise aus der DE 10 2005 032 582 AI bekannt, eine formstabile Prallplatte einzusetzen, an der anfliegende Schottersteine zertrümmert werden können. Solche starren Platten sind bei Hochgeschwindigkeitsfahrzeugen zwar im Hinblick auf eine Verminderung des Luftwiderstands und zur Energieeinsparung als günstig anzusehen, da mit ihnen glatte Flächen realisierbar sind, und zwar nicht nur im Seitenbereich des Schienenfahrzeugs sondern auch unter dem Wagenkasten. Allerdings wird es bei solchen Platten als nachteilig empfunden, dass diese relativ spröde sind und sehr schwer, was einen großen Wartungs-, Kostenaufwand und Energieverbrauch zur Folge hat.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Schienenfahrzeug der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine für den Schotterflugschutz eingesetzte Prallplatte einen geringeren Wartungsaufwand mit sich bringt.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Prallplatte einen Verbund von übereinander angeordneten, gewebten und mit einem zähelastischen Material als Bindemittel miteinander verbundenen Matten aus festen Kunststofffasern oder Glasfasern auf- weist. Ein solcher Verbund aus festen Kunststofffasern (Kevlar) oder Glasfasern hat den Vorteil, dass die Prallplatte eine Nachgiebigkeit aufweist, wodurch sie bei Beaufschlagung mit
Schottersteinen weniger stark beschädigt wird, gleichermaßen allerdings die Schutzeigenschaft der Prallplatte nicht gerin- ger ist als bei den im Stand der Technik bekannten starren Platten. Der Mattenverbund wirkt in ähnlicher Weise wie ein Tennisschläger, d.h. ein auftreffender Schottstein lenkt den Mattenverbund aus einer ebenen Lage aus, schwingt dann zurück und befördert den Schotterstein in eine Richtung fort von der zu schützenden Komponente.
Als Bindemittel für den Mattenverbund kommt bevorzugt ein Thermoplast zum Einsatz, welches sich durch eine hohe Zähelastizität auszeichnet.
Die Prallplatte kann in einer einfachen Ausführungsform ausschließlich aus dem Verbund aus den Matten aufgebaut sein.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Prallplatte jedoch als Sandwichplatte ausgebildet sein, die eine Kernschicht aufweist, auf deren einer Seite der
Mattenverbund und auf deren anderer Seite ein weiterer
Mattenverbund angebracht sind. Die Kernschicht besitzt eine Steifigkeit, die derart ausgeprägt ist, dass die Prallplatte in ähnlicher Weise wie die Bespannung eines Tennisschlägers wirkt. Im Vergleich zu der Ausführungsform der Prallplatte ausschließlich aus übereinander gelegten Matten gewährleistet die Kernschicht eine geringere Gesamtdicke. Eine solche Sandwichplatte zeichnet sich durch eine hohe Verfügbarkeit unter zuverlässigem Schotterschutz aus. Zudem können oberflächliche Beschädigungen einfach durch nachträgliches Auftragen von beispielsweise Thermoplast repariert wer- den. Auch lassen sich Thermo laste mit geringem Energieaufwand recyceln. Nicht zuletzt sind die Materialien, die die Platten bilden, leichte Stoffe, die im Vergleich mit herkömmlichen Lösungen eine niedrigere Dichte aufweisen und dadurch eröffnet sich die Möglichkeit, das Gewicht zu reduzieren und den Energieverbrauch zu senken.
Der Aufbau der Sandwichplatte kann an jeweilige Anwendungsfälle angepasst werden. So können ihre Eigenschaften durch den Mattenaufbau aus einzelnen Lagen und die Dicke der Matte, die Anzahl der Schichten variiert und optimiert werden, insbesondere auch die Steifigkeit und Elastizität der Sandwichplatte. Es wird ermöglicht, im Wege des Leichtbaus große Prallkräfte aufnehmen zu können.
Die beiden Mattenverbünde können mit der Kernschicht durch thermoplastisches Material oder zähelastischen Klebstoff miteinander verbunden sein. Dabei ist es insbesondere möglich, dass die Prallplatte in einem einzigen Verfahrensschritt aus den übereinander angeordneten Matten und der Kernschicht unter Verwendung eines zähelastischen Bindemittels hergestellt ist .
Die Kernschicht kann bevorzugt von einer ( zäh) -elastischen Waben- oder Hartschaumstruktur gebildet sein. Die auch als
„Honeycomb" bekannte Wabenstruktur kann beispielsweise metallisch sein.
Vorteilhafterweise ist die Prallplatte derart angeordnet, dass einer der Mattenverbünde der Komponente zugewandt und der andere Mattenverbund nach außen gerichtet ist, wobei der nach außen gerichtete Mattenverbund eine höhere Schichtdicke als der der Komponente zugewandte Mattenverbund aufweist. Die äußere Mattenverbundschicht ist somit dicker als die innere, um einen besseren Schotterschutz zu gewährleisten. Je nach Einsatzort und zu erwartender Beaufschlagung mit Schottersteinen können die Werte für die gesamte Dicke der Prallplatte sowie diejenigen für die innere und die äußere Mattenverbundschicht sowie die Kernschicht angepasst sein, wobei die Prallplatte eine Dicke im Bereich von 10mm - 30mm, der der Komponente zugewandte Mattenverbund eine Dicke von 1mm - 5mm und der nach außen gerichtete Mattenverbund eine Dicke im Bereich von 1,5mm - 10mm aufweist, insbesondere die Prallplatte eine Dicke im Bereich von 15mm - 25mm, der der Komponente zugewandte Mattenverbund eine Dicke von 1mm - 3mm und der nach außen gerichtete Mattenverbund eine Dicke im Bereich von 2mm - 6mm aufweist.
Die Prallplatte kann unmittelbar auf der zu schützenden Komponente befestigt sein. Dies wäre beispielsweise beim Einsatz der Prallplatte zum Schutz einer Bodenklappe eines Hochgeschwindigkeitsfahrzeugs der Fall. Ebenso ist aber denkbar, dass die Prallplatte in einem Abstand zu einer zu schützenden Komponente geeignet angeordnet ist. Beispiele von zu schützenden Komponenten können sein: Kabel, Röhren, ein Wagenübergangsbereich, Antennen usw. Für den Anwendungsfall bei der Antenne ist es wichtig, auf Metallteile zu verzichten, so dass in diesem Fall für die Kernschicht das Material Hartschaum, beispielsweise Polyurethan, zum Einsatz kommen würde.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen noch näher erläutert. Es zei- gen:
Figur 1 eine Querschnittsansicht einer Prallplatte für ein
Schienenfahrzeug und Figur 2 eine vereinfachte Seitenansicht der Prallplatte von
Figur 1 in verschiedenen Auslenkungszuständen bei Beaufschlagung mit einem Schotterstein.
Die in Figur 1 gezeigte Querschnittsdarstellung eines Ab- Schnitts einer Prallplatte zeigt insgesamt drei Schichten, mit einer Kernschicht 1, die aus einer Waben- oder Hartschaumstruktur gebildet ist, einen einer vor Schotterflug zu schützenden Komponente (nicht dargestellt) zugewandten inne- ren Mattenverbund 2, sowie einem nach außen gerichteten
Mattenverbund 3. Die drei genannten Schichten bilden insgesamt eine elastische Prallplatte 4 aus. Die beiden Mattenverbünde sind aus aufeinander gelegten Glasfasermatten hergestellt. Alternativ können für die Matten auch Kunststofffasern, wie Kevlar, zum Einsatz kommen.
Zur Herstellung der Prallplatte 4 werden die einzelnen Glas- fasermatten sowie die Kernschicht in der angesprochenen Anordnung übereinander gelegt. Mit Hilfe eines geeigneten Bindemittels, wie eine Thermoplast, wird durch Erhitzen sowohl die Verbindung der Kernschicht 2 mit den beiden
Mattenverbünden 1, 3 hergestellt als auch die zunächst lose übereinander liegenden Glasfasermatten zu einem Mattenverbund umgeformt .
Typische Dickenmaße für die beiden Mattenverbünde 2, 3 sowie die Prallplatte insgesamt sind: a (Prallplatte) = 20mm, b (innerer Mattenverbund) = 2mm, und c (äußerer Mattenverbund) = 3mm. Die Werte können an den jeweiligen Einsatzort der Prallplatte 4 angepasst werden.
Zur Herstellung der Verbindung zwischen den beiden
Mattenverbünden 2, 3 und der Kernschicht 1 kann alternativ zu dem thermoplastischen Bindemittel auch ein zähelastischer Klebstoff zum Einsatz kommen.
Figur 2 zeigt die Prallplatte 4 sowohl in einer Ausgangsposi- tion (durchgezogene Linie) als auch in insgesamt 3 ausgelenkten Positionen (gestrichelte Linien) bei Beaufschlagung mit einem Schotterstein 5. Das Funktionsprinzip der Prallplatte 4 wird dadurch insofern ersichtlich, dass der Schotterstein 5 die Prallplatte 4 zunächst in seiner Bewegungsrichtung auslenkt, im Anschluss daran jedoch aufgrund der Federkraft der Prallplatte 4 zurückgestoßen wird. Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist anhand einer in einem Abstand zu einer Komponente angeordneten Ausführungsform erläutert. Zudem ist es denkbar, dass die Prallplatte 4 unmittelbar auf die Außenseite einer vor Schotterflug zu schützen- den Komponente aufgebracht ist.
Bei einer einfacheren Ausführungsform kann eine Prallplatte vorgesehen sein, die von ihrer Funktion ähnlich derjenigen ist, die anhand der Figuren 1 und 2 erläutert wurde, jedoch ausschließlich aus Glasfasermatten oder Fasermatten aus anderem geeignet festem Material gebildet ist. Eine solche Prallplatte besitzt eine deutlich höhere Dicke als die in Sandwichbauart vorgesehene und oben erläuterte Prallplatte 4.

Claims

Patentansprüche
1. Schienenfahrzeug mit einer vor Schotterflug zu schützenden Komponente, wie einer Bodenklappe, mit einer Prallplatte (4), die auf einer Außenseite der Komponente angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass
die Prallplatte (4) einen Verbund (2) von übereinander angeordneten, gewebten und mit einem zähelastischen Material als Bindemittel miteinander verbundenen Matten aus festen Kunst- stofffasern oder Glasfasern aufweist.
2. Schienenfahrzeug nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Bindemittel von einem Thermoplast gebildet ist.
3. Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
die Prallplatte (4) ausschließlich aus dem Verbund (1) aus den Matten aufgebaut ist.
4. Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
die Prallplatte (4) als Sandwichplatte ausgebildet ist, die eine Kernschicht (1) aufweist, auf deren einer Seite der Mattenverbund (2) und auf deren anderer Seite ein weiterer Mattenverbund (3) angebracht sind.
5. Schienenfahrzeug nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die beiden Mattenverbünde (2, 3) mit der Kernschicht (1) durch thermoplastisches Material oder zähelastischen Klebstoff verbunden sind.
6. Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass
die Kernschicht (1) von einer elastischen Waben- oder Hartschaumstruktur gebildet ist.
7. Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Prallplatte (4) derart angeordnet ist, dass einer der Mattenverbünde (2) der Komponente zugewandt und der andere Mattenverbund (3) nach außen gerichtet ist, wobei der nach außen gerichtete Mattenverbund (3) eine höhere Schichtdicke als der der Komponente zugewandte Mattenverbund (2) aufweist.
8. Schienenfahrzeug nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Prallplatte (4) eine Dicke im Bereich von 10mm - 30mm, der der Komponente zugewandte Mattenverbund (2) eine Dicke von 1mm - 5mm und der nach außen gerichtete Mattenverbund (3) eine Dicke im Bereich von 1,5mm - 10mm aufweist.
9. Schienenfahrzeug nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Prallplatte (4) eine Dicke im Bereich von 15mm - 25mm, der der Komponente zugewandte Mattenverbund eine Dicke von 1mm - 3mm und der nach außen gerichtete Mattenverbund eine Dicke im Bereich von 2mm - 6mm aufweist.
10. Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass
die Prallplatte (4) unmittelbar auf der zu schützenden Komponente befestigt ist.
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