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Dokumentenidentifikation DE60216891T2 18.10.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001353833
Titel Strukturelle Dämpfung eines Wagenkastens eines Schienenfahrzeugs
Anmelder Bombardier Transportation GmbH, 10785 Berlin, DE
Erfinder SVENDING, Björn, S-394 77 Kalmar, SE;
VON WERNE, Dirk, B-2650 Edegem, BE
Vertreter COHAUSZ & FLORACK, 40211 Düsseldorf
DE-Aktenzeichen 60216891
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE, TR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 23.01.2002
EP-Aktenzeichen 027165109
WO-Anmeldetag 23.01.2002
PCT-Aktenzeichen PCT/SE02/00117
WO-Veröffentlichungsnummer 2002058982
WO-Veröffentlichungsdatum 01.08.2002
EP-Offenlegungsdatum 22.10.2003
EP date of grant 20.12.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.10.2007
IPC-Hauptklasse B61D 17/04(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft die Dämpfung eines Wagenkastens für ein Schienenfahrzeug in modularer Bauweise.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Ein Wagenkasten ist das Tragwerk eines Schienenfahrzeugs. In allgemein bekannten Bauweisen sind Wagenkästen aus Aluminiumprofilen in Integralbauweise oder aus dünnen an einen Stahlrahmen geschweißten oder punktgeschweißten Stahlblechen in Differentialbauweise zusammengeschweißt. Ein Wagenkasten kann auch Module umfassen, die durch Schweißen, Klebstoffe, Nieten oder Bolzen zusammengefügt sind. Die Dynamik des Wagenkastens steht mit dem Fahrkomfort des Schienenfahrzeugs in direkter Wechselbeziehung. Während des Betriebs des Schienenfahrzeugs überträgt die Wiegenaufhängung zyklische Drehgestellbewegungen auf die Wagenkastenkonstruktion. Wenn die Erregerfrequenz mit einer der Eigenfrequenzen der Konstruktion zusammenfällt, können sich die erregten Schwingungen ungehindert ausbreiten und ihre Amplitude kann zunehmen, insbesondere wenn die Wagenkastenkonstruktion eine relativ niedrige Dämpfung aufweist. Deshalb müssen die Schwingungsfrequenz des Drehgestells und die kleinste Eigenfrequenz der Wagenkastenkonstruktion getrennt werden.

Die Eigenfrequenzanforderung führt oft zu einem erhöhten Wagenkastengewicht. Bei einer bestimmten strukturellen Dämpfung des Wagenkastens kann der Fahrkomfort durch zusätzliche Versteifungsmaßnahmen erhöht werden. Da der Wagenkastenquerschnitt eine feste Größe ist, wird dies durch Verwenden dickerer Strukturteile erreicht und führt zu einem erhöhten Wagenkastengewicht. Diese Wirkung nimmt bei langen Wagenkästen von Hochgeschwindigkeitszügen, wo jeder Wagenkasten ein zusätzliches Gewicht von 1 bis 2 Tonnen trägt, um die Steifigkeitsanforderungen zu erfüllen, außergewöhnlich zu. Dies wiederum erhöht zum Beispiel die Materialkosten, die Anforderungen an Räder und Achsen, die Schienenabnutzungsrate und die Energiekosten.

Neben Innenausstattung und Beschlagteilen, Lüftungskanälen und Außenausstattung wie geklebten Fensterbeschlägen, Türen und Faltenbalgübergängen, ergibt sich der Hauptbeitrag zur Schwingungsdämpfung der heutigen Fahrzeuge aus der Schwingungsdämpfung der Tragkonstruktion. Der Fahrkomfort hinsichtlich seitlicher Beschleunigung im Wagenkasten hängt von den grundlegenden Eigenfrequenzen des Wagenkastens und der strukturellen Dämpfung ab. Nach einer qualitativen allgemeinen Aussage ist die Wirkung erhöhter struktureller Dämpfung auf den Fahrkomfort umso größer, je niedriger die Wagenkasteneigenfrequenz ist. Der physikalische Grund dafür ist, dass die Dämpfung als eine Schwingungssteuerungsmaßnahme nur bei Frequenzen wirksam ist, bei denen die gedämpfte Struktur resonant ist. Desgleichen ist die Wirkung der Wagenkastendämpfung aufgrund höherer Erregungspegel in der Frequenzregion der elastischen Modi ausgeprägter, wenn die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs erhöht wird oder wenn das Fahrzeug auf schmäleren Gleisen gefahren wird.

Eine erhöhte Wagenkastendämpfung erlaubt daher das Senken des Wagenkastengewichts und/oder eine kleinere Sicherheitsspanne zwischen der Drehgestellschwingungsfrequenz und den niedrigsten Wagenkasteneigenfrequenzen.

WO 00/44601 beschreibt ein Schienenfahrzeug mit einem selbsttragenden Wagenkasten, der einen Boden und ein Dach sowie Seitenwände hat, die Fenster und Zugangsbereiche aufweisen. Die Seitenwände sind jeweils aus einem Rahmen hergestellt, der starr mit dem Boden verbunden ist und Seitenwandelemente aufweist. Die Wagenkastenverkleidungselemente sind tragend ausgebildet und kraftschlüssig an Rahmenelementen befestigt, um eine gerippte Plattentragkonstruktion zu bilden. Die Wagenkastenverkleidungselemente umfassen eine integrierte Zwischenschicht mit schwingungsdämpfenden Eigenschaften. Es können kraftschlüssige Klebstoffverbindungen oder kraftschlüssige Schraub- oder Nietverbindungen zwischen den Rahmenelementen und tragenden Wagenkastenverkleidungselemente vorgesehen sein. Die tragenden Wagenkastenverkleidungselemente sind als tragende Sandwichelemente konfiguriert, die aus einer Außenschicht, einer Innenschicht und einer Zwischenschicht bestehen. Die Zwischenschicht hat wärme- und/oder schalldämmende und schwingungsdämpfende Eigenschaften und hält die Außen- und die Innenschicht voneinander beabstandet. Während erregte Wagenkastenschwingungen von den Klebstoffverbindungen gedämpft werden, ist es ein Problem derartiger Schienenfahrzeuge, dass sich dieselben Schwingungen über kraftschlüssige Nietverbindungen ausbreiten können.

Ein Wagenkasten für Schienenfahrzeuge wie in DE 42 18 751 A1 offenbart umfasst modular gegliederte Montageeinheiten, die in Differentialbauweise untereinander zusammengefügt sind und Außenhautbleche und transversale Verstärkungsprofile haben. Die benachbarten Endregionen der Montageeinheiten sind zu U- und entsprechenden Z-Profilen geformt, um knick- und schubsteife Längsprofile zu bilden. Diese Profile sind mittels der Druckfügetechnik miteinander und mittels kraftschlüssiger Verbindungselemente wie schnell setzbaren Bolzen mit anderen Teilen des Wagenkastens verbunden. Zur Akustikdämmung und zum Korrosionsschutz ist eine Zwischenschicht aus Elastomerkleber zwischen den einander gegenüberliegenden Oberflächen eingebracht. Die Dicke der Zwischenschicht wird von einem Distanzstück definiert, das von der Kraft der hochfest vorgespannten Befestigungselemente beaufschlagt wird. Die mögliche Festigkeit einer derartigen Verbindung wird von der Zwischenschicht verringert, weil im Betrieb eines solchen Schienenfahrzeugs entstehende Kräfte kraftschlüssig nur über den Bereich des Kontakts der einander gegenüberliegenden Oberflächen der Montageeinheitsprofile mit dem Distanzstück übertragen werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wagenkasten für ein Schienenfahrzeug mit hoher struktureller Dämpfung in Strukturelementen und in Verbindungen zwischen Strukturelementen bereitzustellen.

Das Problem wird durch einen Wagenkasten nach Anspruch 1 gelöst, bei welchem die einander gegenüberliegenden Oberflächen der Strukturelemente eine Fläche mit direktem Kontakt in der Nähe der Befestigungseinrichtungen aufweisen, wodurch eine optimale Reibungsübertragung geschaffen wird. Zusätzliche Zwischeneinrichtungen begrenzter Dicke zwischen den einander gegenüberliegenden Oberflächen, die die Verbindungsfestigkeit schwächen oder die Dauerfestigkeit verringern könnten, werden vermieden. Da die Vibrationsdämpfungseinrichtungen zwischen den einander gegenüberliegenden Oberflächen in einem Abstand von Flächen mit direktem Kontakt angeordnet sind, reduzieren einerseits die Dämpfungseinrichtungen die Reibungsübertragung der Verbindung nicht und andererseits ist die vibrationsdämpfende Eigenschaft der Verbindung bereitgestellt. Infolgedessen kann die Gesamtdämpfung des Wagenkastens erhöht werden mit dem Vorteil einer größeren Spanne zwischen den Eigenfrequenzen des Wagenkastens und der Drehgestellschwingungsfrequenz. Außerdem oder alternativ kann das durch Versteifungsanforderungen bedingte Gewicht des Wagenkastens reduziert werden. Ein höherer Fahrkomfort für das Schienenfahrzeug kann noch durch Verwenden bekannter mechanischer Befestigungsverfahren wie Bolzen und Huck-Bolzen mit Reibkraftübertragung erreicht werden. Huck-Bolzen sind gerippte Bolzen, die mit einem so großen Drehmoment festgezogen werden, dass die Bolzen verformt werden. Die Vibrationsdämpfungseinrichtungen können zwischen den Befestigungseinrichtungen oder entlang der Verbindung in einem Abstand von den Befestigungseinrichtungen angeordnet sein.

Vorzugsweise werden Strukturelemente mit Dämpfungseigenschaften verwendet, wie Doppelhaut-Sandwich-Strukturelemente mit einem Zwischenkern, wobei die Schichten des Sandwichelements durch Kleben zusammengefügt sind. Der Kern besteht aus einem Material niedriger Dichte, wie einem geschäumten Kunststoff, und der Kern dämpft Vibrationen und dämmt Schall effektiv und ist auch ein guter Wärmedämmstoff.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung einer bevorzugten veranschaulichenden Ausgestaltung und über die Zeichnungen offengelegt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung einer modularen Wagenkastenbaugruppe.

2 ist ein Schnittbild durch eine Verbindung zwischen einem Seitenwandmodul und dem Bodenmodul.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSGESTALTUNGEN

Ein Wagenkasten eines Schienenfahrzeugs umfasst, wie in 1 gezeigt, eine Mehrzahl von zusammenzufügenden Strukturelementen. Es gibt ein Bodenmodul 1, zwei Seitenwände, zwei Stirnseitenwände 2 und ein Dachmodul 3. Jede Seitenwand umfasst ein langes Seitenwandmodul 6 in der Mitte und zwei kurze Seitenwandmodule 7 an den Enden der Seitenwand, jedes Seitenwandmodul umfasst Fenster 17. Türmodule 8 sind zwischen dem langen Seitenwandelement 6 und den benachbarten kurzen Seitenwandelementen 7 angeordnet. Die Endwände 2 können Türöffnungen 9 umfassen. Die Wandmodule sind an ihren unteren Enden mit dem Bodenmodul 1, an vertikalen einander gegenüberliegenden Oberflächen miteinander und an ihren oberen Enden mit dem Dachmodul 3 verbunden. Die Module des Wagenkastens sind durch Befestigungseinrichtungen 10 (siehe 2) wie Bolzen, vorzugsweise Huck-Bolzen, oder Nieten, vorzugsweise Stanznieten, verbunden, um eine zeitsparende und einfache Montage zu erreichen. Die Wand- und Dachmodule sind aus geklebten Stahl-Divinycell-Stahl-Sandwichplatten hergestellt. Divinycell ist ein Warenzeichen für ein Schaumkunststoffkernmaterial. Das Kernmaterial hat vibrationsdämpfende Eigenschaften.

Gemäß 2 umfasst eine Verbindung zwischen zwei Strukturelementen des Wagenkastens, nämlich einem Seitenwandmodul 7 und einem Bodenmodul 1, eine Kombination aus einem Z-förmigen Profil 11, das am Bodenmodul 1 befestigt ist, und einem C-förmigen Profil 12, das mit Huck-Bolzen 13 mit dem Z-förmigen Profil 11 verbunden ist. In der Bodenregion umfasst das Seitenwandmodul 7 ein hohles rechteckiges Profil 14, das durch zwei Reihen von Huck-Bolzen als Befestigungseinrichtungen 10 an einander gegenüberliegenden Oberflächen dieser Profile am C-förmigen Profil 12 montiert ist. Das rechteckige Profil 14 und das C-förmige Profil 12 werden von den Befestigungseinrichtungen 10 zusammengepresst, wodurch eine Fläche mit direktem Kontakt in der Nähe der Befestigungseinrichtungen 10 gebildet wird zur Reibungsübertragung von Lasten zwischen den Strukturelementen. Zwischen den einander gegenüberliegenden Oberflächen sind in einem Abstand d von dem Direktkontaktbereich Vibrationsdämpfungseinrichtungen 15 angeordnet. Die Vibrationsdämpfungseinrichtungen 15 sind aus einem viskoelastischen Material, wie zum Beispiel Polyurethan, MS-Polymer, Silikon oder Butylgummi, hergestellt und sind zum Beispiel als Streifen entlang den Reihen von Befestigungseinrichtungen 10 montiert. Die Vibrationsdämpfungseinrichtungen 10 sind in einem engsten Abstand d von den Befestigungseinrichtungen angeordnet, der im Bereich von 30 bis 200 mm, vorzugsweise etwa 100 mm, liegt. Außerdem können die Vibrationsdämpfungseinrichtungen 15 an weiteren einzelnen Positionen zwischen der Innenauskleidung 16 und dem Seitenwandmodul 7 angeordnet sein. Die erfindungsgemäße Fügeverbindung wird zwar oben für die Verbindung zwischen einer Seitenwand und einem Bodenmodul beschrieben, sie ist aber nicht auf diese Anwendung begrenzt. Sie kann vielmehr auf jede beliebige Fügeverbindung zwischen Strukturelementen eines Wagenkastens angewendet werden.


Anspruch[de]
Wagenkasten eines Schienenfahrzeugs, umfassend mindestens zwei Strukturelemente (1, 2, 3, 6, 7, 8), die durch Befestigungseinrichtungen (10) an einander gegenüberliegenden Oberflächen der Strukturelemente (1, 2, 3, 6, 7, 8) miteinander verbunden werden, wobei die einander gegenüberliegenden Oberflächen der Strukturelemente (1, 2, 3, 6, 7, 8) durch die Befestigungseinrichtungen (10) zusammengepresst werden, um Kräfte von einem Strukturelement zu dem anderen Strukturelement durch Reibung zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, dass die einander gegenüberliegenden Oberflächen eine Fläche mit direktem Kontakt zwischen den Strukturelementen in der Nähe der Befestigungseinrichtungen (10) aufweisen und Vibrationsdämpfungseinrichtungen (15) zwischen den einander gegenüberliegenden Oberflächen in einem Abstand (d) von den Befestigungseinrichtungen angeordnet sind. Wagenkasten nach Anspruch 1, bei welchem die Strukturelemente (1, 2, 3, 6, 7, 8) ein Bodenmodul (1), ein Türmodul (8), ein Wandmodul (6, 7) und eine Endstruktur (2) oder ein Dachmodul (3) umfassen. Wagenkasten nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Befestigungseinrichtungen (10) Bolzen aufweisen, vorzugsweise Huck-Bolzen oder Nieten, vorzugsweise Stanznieten. Wagenkasten nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem Vibrationsdämpfungseinrichtungen (15) aus einem viskoelastischen Material, wie zum Beispiel Polyurethan, MS-Polymer, Silikon oder Butylgummi hergestellt sind. Wagenkasten nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei welchem der Abstand (d) zwischen den Vibrationsdämpfungseinrichtungen (15) und den Befestigungseinrichtungen (10) im Bereich von 30 bis 200 mm, vorzugsweise 100 mm, liegt. Wagenkasten nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem mindestens eines der Strukturelemente einen Sandwichaufbau mit Metall-Außenhaut und einem dazwischenliegenden Kern und Abschlüssen aufweist, wobei der Kern vibrationsdämpfende Eigenschaften aufweist. Wagenkasten nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem Verkleidungen, Belüftungskanäle oder Fenster mit dem Wagenkasten über viskoelastische Verbindungen verbunden sind, sodass sie zur strukturellen Dämpfung beitragen.






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