[0001] Die Erfindung betrifft einen Hauptquerträger für ein Schienenfahrzeug des Personenverkehrs
[0002] Ein Hauptquerträger ist Bestandteil eines Untergestells eines Wagenkastens eines
Schienenfahrzeugs, insbesondere eines Niederflurschienenfahrzeugs des Personennahverkehrs.
Er umfasst üblicherweise eine Anzahl miteinander verbundener, insbesondere miteinander
verschweißter, Bleche, Guss-, Fräs- und Schmiedeteile als Einzelkomponenten. Der prinzipielle
Aufbau eines Wagenkastens eines Schienenfahrzeugs des Personenverkehrs mit mehreren
Längs- und Querträgern ist beispielsweise aus der
EP 2 144 802 A1 bekannt.
[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kostengünstig herzustellenden, eine
hohe Festigkeit aufweisenden Hauptquerträger vorzuschlagen.
[0004] Gelöst wird die Aufgabe durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Weiterbildungen
und Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Merkmalen der abhängigen Patentansprüche
wieder.
[0005] Ein erfindungsgemäßer Hauptquerträger für ein Schienenfahrzeug des Personenverkehrs,
insbesondere für ein Niederflurschienenfahrzeug, umfasst zwei obere Traversen und
eine untere Traverse zwischen den oberen Traversen. Der Hauptquerträger ist gekröpft,
so dass er einen Durchgang für Fahrgäste auf der unteren und zwischen den zwei oberen
Traversen bildet, wobei die oberen Traversen Anschraubtöpfe zur Aufnahme von Sekundärfedern
umfassen.
[0006] Der Hauptquerträger ist somit ausgebildet, in Auflage auf zumindest zwei Sekundärfedern
eines Fahrwerks zu kommen. Die oberen Traversen mit den Anschraubtöpfen fungieren
jeweils als Auflagen. Zwischen den oberen Traversen, insbesondere mittig zwischen
den oberen Traversen, ist ein Durchgang gebildet. Dieser ist insbesondere eben ausgebildet,
womit die untere Traverse zumindest im Bereich des Durchgangs eben ausgebildet ist.
Die untere Traverse kann daher als Bodenplatte des Wagenkastens des Schienenfahrzeugs
dienen. Der Hauptquerträger ist in den Übergängen zwischen der unteren Traverse und
den oberen Traversen und somit seitlich gekröpft. Daher kommt er auch seitlich in
Auflage auf die Sekundärfedern. Der Hauptquerträger dient somit zur Herstellung einer
Verbindung eines Wagenkastens des Schienenfahrzeugs mit einem Fahrwerk.
[0007] Der Hauptquerträger mit der unteren Traverse, den oberen Traversen und den Anschraubtöpfen
ist erfindungsgemäß monolithisch ausgebildet. Umgangssprachlich kann der Hauptquerträger
mit der unteren Traverse, den oberen Traversen und den Anschraubtöpfen auch als einstückig
bezeichnet werden. Die untere Traverse ist mit den oberen Traversen, beispielsweise
über Verbindungshochträger, und die Anschraubtöpfe sind mit den oberen Traversen fügestellenfrei
verbunden. Durch Verbindungshochträger, welche die untere Traverse mit den oberen
Traversen verbinden, entsteht die Kröpfung des Hauptquerträgers. Beispielsweise sind
die untere und die oberen Traversen versetzt zueinander und parallel zueinander angeordnet.
Die Verbindungshochträger überbrücken den Versatz zwischen der unteren und den oberen
Traversen, z.B. indem diese senkrecht zur unteren Traverse an die untere Traverse
und an die oberen Traversen anschließen.
[0008] Herstellbar ist ein erfindungsgemäßer Hauptquerträger mittels eines Urformverfahrens.
Insbesondere wird er mittels eines Gießverfahrens in einem Guss hergestellt. Dann
handelt es sich bei dem Hauptquerträger zunächst um ein gegossenes Werkstück, ein
Gussteil, welches gegebenenfalls weiterer mechanischer, insbesondere spanender Nachbearbeitung
bedarf.
[0009] Die Geometrie des Hauptquerträgers ist dabei abgestimmt auf das Fahrwerk, insbesondere
ein Drehgestell. Der Hauptquerträger dient der Aufnahme von Kräften an vorgegebenen
Krafteinleitungsstellen als Schnittstellen zum Fahrwerk. So nimmt er ein Biegemoment
auf, welches zwischen den Anschraubtöpfen zur Aufnahme von Sekundärfedern auftritt.
Daneben dient er als Auflageflächen für den Fußboden des Schienenfahrzeugs in zwei
Ebenen, der unteren Ebene der unteren Traverse, und damit für einen Durchgang für
die Fahrgäste im Mittelbereich, und der oberen Ebene der oberen Traversen. An den
Hauptquerträger können auch Radkästen angebunden werden.
[0010] Neben den Anschraubtöpfen zur Aufnahme von Sekundärfedern kann der Hauptquerträger
weitere Komponenten umfassen, wie z.B.:
- zumindest eine Anschlagplatte zur Längsmitnahme des Hauptquerträgers durch ein Fahrwerk
und/oder zur Längsmitnahme eines Fahrwerks durch den Hauptquerträger;
- zumindest einen Vertikalanschlag für ein Fahrwerk;
- zumindest eine Aufnahme zur Lagerung von zumindest einer Wankstütze eines Fahrwerks.
[0011] Diese weiteren Komponenten des Hauptquerträgers sind insbesondere ebenfalls monolithisch
mit der unteren und/oder den oberen Traversen ausgebildet und entsprechend fügestellenfrei
mit diesen verbunden. Ist der Hauptquerträger mittels eines Gießverfahrens in einem
Guss hergestellt, so können auch einzelne oder sämtliche der weiteren Komponenten
des Hauptquerträgers zusammen mit der unteren Traverse, den oberen Traversen und den
Anschraubtöpfen in einem Guss hergestellt sein.
[0012] So ist beispielsweise die zumindest eine Anschlagplatte zur Längsmitnahme des Hauptquerträgers
durch ein Fahrwerk und/oder zur Längsmitnahme eines Fahrwerks durch den Hauptquerträger
unterhalb der unteren Traverse angeordnet und mit dieser monolithisch ausgebildet.
Der Wagenkasten des Schienenfahrzeugs, welcher den Hauptquerträger umfasst wird durch
ein angetriebenes Fahrwerk mittels der Anschlagplatte mitgenommen. Im Gegensatz dazu
wird ein nicht angetriebenes Fahrwerk entsprechend vom Wagenkasten mit dem Hauptquerträger
mittels der Anschlagplatte mitgenommen. Die zumindest eine Anschlagplatte wirkt als
axialer Anschlag für eine entsprechend ausgestaltete Längsmitnahme des Fahrwerks,
beispielsweise eine Gummi-Metall-Feder. Gemäß einer Ausführungsform weist der Hauptquerträger
zwei, insbesondere einander gegenüberliegende, Anschlagplatten zur Längsmitnahme des
Hauptquerträgers durch ein Fahrwerk und/oder zur Längsmitnahme eines Fahrwerks durch
den Hauptquerträger auf.
[0013] Der zumindest eine Vertikalanschlag für ein Fahrwerk ist vorteilhaft ebenfalls unterhalb
der unteren Traverse angeordnet und mit der unteren Traverse monolithisch ausgebildet.
Gemäß einer Ausgestaltung umfasst der Hauptquerträger mindestens zwei Vertikalanschläge.
[0014] Auch die zumindest eine Aufnahme zur Lagerung von zumindest einer Wankstütze eines
Fahrwerks kann unterhalb der unteren Traverse angeordnet und mit der unteren Traverse
monolithisch ausgebildet sein.
[0015] Weitergebildet umfasst der Hauptquerträger zumindest zwei, insbesondere genau vier
Aufnahmen zur Lagerung von jeweils einer Wankstütze eines Fahrwerks. Diese sind dann
insbesondere symmetrisch am Hauptquerträger angeordnet, insbesondere symmetrisch zu
einer Querschnittebene, in welcher die zwei Anschraubtöpfe liegen. Weiterbildungsgemäß
umfasst der Hauptquerträger genau zwei Anschraubtöpfe zur Aufnahme von jeweils einer
Sekundärfeder, welche in einer gemeinsamen Querschnittebene durch den Hauptquerträger
liegen. Jede der zwei oberen Traversen umfasst insbesondere genau einen Anschraubtopf
zur Aufnahme exakt einer Sekundärfeder. Die Querschnittebene durch den Hauptträger
verläuft senkrecht zu einer Längsachse des Hauptquerträgers, welche ihrerseits in
Längsrichtung des Wagenkastens des Schienenfahrzeugs und damit in Fahrtrichtung des
Schienenfahrzeugs weist. Eine Verbindungslinie zwischen den Flächenschwerpunkten,
insbesondere zwischen den Mittelpunkten, der Anschraubtöpfe zur Aufnahme von jeweils
einer Sekundärfeder liegt ausgestaltungsgemäß in der Querschnittebene.
[0016] Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel sind genau zwei Vertikalanschläge vorgesehen,
welche ebenfalls in der Querschnittebene zwischen den Anschraubtöpfen zur Aufnahme
von jeweils einer Sekundärfeder liegen.
[0017] Eine weitere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Hauptquerträgers sieht vor, dass
der Hauptquerträger Verstärkungsrippen aufweist, wobei zumindest eine Verstärkungsrippe
mit einer der oberen Traversen und mit einem der Anschraubtöpfe monolithisch ausgebildet
ist. Diese zumindest eine Verstärkungsrippe, welche mit einer der oberen Traversen
und mit einem der Anschraubtöpfe monolithisch ausgebildet ist, ist insbesondere unterhalb
der entsprechenden oberen Traverse angeordnet. Darüber hinaus kann sie auch mit der
unteren Traverse fügestellenfrei verbunden und damit mit dieser monolithisch ausgebildet
sein.
[0018] Gemäß einer weiteren Weiterbildung der Erfindung umfasst zumindest die untere Traverse
eine untere und eine obere Schale, so dass zumindest die untere Traverse eine Kastenträgerstruktur
aufweist. Eine solche Kastenträgerstruktur ist mittels Kernen einfach mittels eines
Gießverfahrens herzustellen. Um die Kerne nach dem Gießen wieder zu entfernen und/oder
um Gewicht zu sparen, weist der Hauptquerträger Öffnungen in der unteren Traverse
auf. Gegebenenfalls weisen auch die oberen Traversen Kastenträgerstrukturen auf. Auch
Verbindungshochträger können entsprechend ausgebildet sein.
[0019] Ein monolithischer Hauptquerträger weist im Vergleich zu einem konventionell geschweißten
Hauptquerträger eine höhere Festigkeit auf, da er frei ist von Kerbfaktoren von Schweißnähten.
Die lokalen Verstärkungsrippen erhöhen die Festigkeit weiter. Daneben ist der monolithische
Hauptquerträger in wenigen Verfahrensschritten herzustellen.
[0020] Ein erfindungsgemäßes Schienenfahrzeug, insbesondere ein Niederflurschienenfahrzeug
des Personennahverkehrs, umfasst zumindest einen erfindungsgemäßen Hauptquerträger.
Dieser ist insbesondere Teil eines Wagenkastens des Schienenfahrzeugs. Ein Fahrwerk
des Schienenfahrzeugs, insbesondere ein Drehgestell, ist unterhalb des Hauptquerträgers
montiert. Es weist komplementäre Schnittstellen zur fahrwerkseitigen Aufnahme und
Lagerung der Sekundärfedern, Wankstützen, Längsmitnahme etc. auf. Dabei kann das Fahrwerk
auch eine zum Wagenkasten und insbesondere zum Hauptquerträger komplementär ausgestaltete
Geometrie aufweisen. Das Fahrwerk weist weitergebildet vier Räder zweier paralleler
Achsen auf. Dabei stehen sich jeweils zwei Räder einer Achse gegenüber. Es ist nicht
zwingend vorgesehen, dass die sich gegenüberstehenden Räder einer Achse auch mechanisch,
insbesondere durch eine Welle, miteinander verbunden sind. Es kann sich auch um sogenannte
Losradsätze handeln. Darüber hinaus sind zwei Sekundärfedern und vier Wankstützen
mit dem Fahrwerk verbunden, wobei die Sekundärfedern fahrzeugseitig in den Anschraubtöpfen
zur Aufnahme der Sekundärfedern des Hauptquerträgers gelagert sind und wobei die Wankstützen
fahrzeugseitig in den Aufnahmen zur Lagerung der Wankstützen des Hauptquerträgers
gelagert sind. Die Wankstützen sind weiterbildungsgemäß zwischen den Rädern des Fahrwerks
angeordnet, sowohl in Längs- als auch in Querrichtung.
[0021] Auf einem Fahrwerk, insbesondere einem Drehgestell liegt jeweils nur ein Wagenkasten
des Schienenfahrzeugs über einen Hauptquerträger auf. Ein Wagenkasten des Schienenfahrzeugs
weist weitergebildet nur jeweils einen Hauptquerträger auf. Insbesondere weist jeder
Wagenkasten des Schienenfahrzeugs jeweils höchstens einen Hauptquerträger auf.
[0022] Ist ein erfindungsgemäßer Hauptquerträger mittels eines Gießverfahrens in einem Guss
hergestellt, so werden weiterbildungsgemäß zumindest die Anschraubtöpfe zur Aufnahme
von Sekundärfedern und/oder zumindest die zumindest eine Anschlagplatte zur Längsmitnahme
und/oder zumindest der zumindest eine Vertikalanschlag für ein Fahrwerk und/oder zumindest
die zumindest eine Aufnahme zur Lagerung von zumindest einer Wankstütze eines Fahrwerks
mechanisch, insbesondere spanend, nachbearbeitet, beispielsweise durch Fräsen. Dies
erfolgt selbstverständlich nach dem Gießen und insbesondere nach Erkalten des gegossenen
Werkstücks.
[0023] Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Sie wird anhand der nachfolgenden
Figuren näher erläutert, in denen jeweils ein Ausgestaltungsbeispiel dargestellt ist.
Gleiche Elemente in den Figuren sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
- Fig. 1
- zeigt einen erfindungsgemäßen Hauptquerträger schematisch in der Draufsicht,
- Fig. 2
- zeigt den Hauptquerträger aus Fig. 1 schematisch in der Vorderansicht,
- Fig. 3
- zeigt den Hauptquerträger aus Fig. 1 schematisch in der Seitenansicht,
- Fig. 4
- zeigt einen erfindungsgemäßen Hauptquerträger perspektivisch von unten.
[0024] In Fig. 1, Fig. 2 und Fig. 3 ist ein erfindungsgemäßer Hauptquerträger für ein Schienenfahrzeug
des Personenverkehrs in verschiedenen Ansichten dargestellt, welcher seitlich gekröpft
und mittig eben ausgebildet ist, so dass er einen Durchgang 9 für Fahrgäste auf einer
unteren Traverse 7 und zwischen zwei oberen Traversen 5 bildet, welche oberen Traversen
5 Anschraubtöpfe 1 zur Aufnahme von Sekundärfedern umfassen, wobei der Hauptquerträger
mit der unteren Traverse 7, den oberen Traversen 5 und den Anschraubtöpfen 1 monolithisch
ausgebildet ist.
[0025] Darüber hinaus weist er zwei sich gegenüberstehende Anschlagplatten 2 zur Längsmitnahme
des Hauptquerträgers durch ein Fahrwerk und/oder zur Längsmitnahme eines Fahrwerks
durch den Hauptquerträger, zwei Vertikalanschläge 3 für ein Fahrwerk und vier Aufnahmen
4 zur Lagerung von jeweils einer Wankstütze auf. Des Weiteren sind Verstärkungsrippen
6 zur mechanischen Verstärkung unterhalb der oberen Traversen 5 vorgesehen. Der Hauptquerträger
mit sämtlichen genannten Komponenten ist in einem Guss hergestellt und daher monolithisch
ausgebildet. Die Komponenten sind somit fügestellenfrei miteinander verbunden.
[0026] Sowohl die untere Traverse 7, als auch die oberen Traversen 5 weisen eine Kastenträgerstruktur
auf. Der Hauptquerträger ist seitlich der unteren Traverse 7, welche ihrerseits hier
auf ihrer Oberseite eben ausgebildet ist und somit als Bodenplatte des Wagenkastens
des Schienenfahrzeugs dienen kann, gekröpft. Zwischen der unteren Traverse 7 und den
hierzu parallelen oberen Traversen 5 weist der Hauptquerträger dazu Verbindungshochträger
8 senkrecht zur unteren Traverse 7 auf. Auch die Verbindungshochträger 8 weisen eine
Kastenträgerstruktur auf. Selbstverständlich sind die untere Traverse7, die oberen
Traversen 5 und die Verbindungshochträger 8 in einem Guss hergestellt und daher monolithisch
ausgebildet.
[0027] Geometrisch ist der Hauptquerträger hier so ausgestaltet, dass die zwei Anschraubtöpfe
1 zur Aufnahme von jeweils einer Sekundärfeder auf einer Linie liegen, welche in einer
Symmetrieebene des Hauptquerträgers liegt. Auch die zwei Vertikalanschläge 3 für ein
Fahrwerk des Schienenfahrzeugs liegen in dieser Symmetrieebene. Der Hauptquerträger
ist in diesem Ausführungsbeispiel, wie in Fig. 1 angedeutet, spiegelsymmetrisch aufgebaut,
wobei er zwei Symmetrieebenen aufweist, eine Längs- und eine Quersymmetrieebene. Nicht
skizziert ist, dass die zwei Anschraubtöpfe 1 zur Aufnahme von jeweils einer Sekundärfeder
auch zwischen den Rädern einer Wagenseite des Fahrwerks, insbesondere eines Drehgestells,
unter dem Hauptquerträger liegen. Auch die vier Aufnahmen 4 zur Lagerung von jeweils
einer Wankstütze liegen zwischen den Rädern einer Wagenseite des Fahrwerks. Der Hauptquerträger
ist zentral über dem Fahrwerk, insbesondere einem Drehgestell, angeordnet und auf
diesem abgestützt. Nur ein Wagenkasten ist über seinen Hauptquerträger auf einem Fahrwerk
abgestützt. Es handelt sich somit nicht um ein Jacobs-Drehgestell, auf welchem zwei
Wagenkästen abgestützt sind.
[0028] Auch der Hauptquerträger in Fig. 4 umfasst eine untere Traverse 7 und zwei seitlich
der unteren Traverse angeordnete obere Traversen 5, wobei der Übergang zwischen der
unteren Traverse 7 und den oberen Traversen 5 durch Verbindungshochträger 8 gebildet
ist, wodurch der Hauptquerträger gekröpft ist. Die mittige untere Traverse 7 bildet
eine Bodenplatte für einen ebenen Durchgang für Fahrgäste, welcher durch die oberen
Traversen 5 durch die Verbindungshochträger 8 seitlich begrenzt ist. Auf den Unterseiten
der oberen Traversen 5 sind jeweils ein Anschraubtopf 1 zur Aufnahme von Sekundärfedern
zwischen einem Fahrwerk und dem Hauptquerträger angeordnet. Auf der Unterseite der
untere Traverse 7 sind zwei sich gegenüberstehende Anschlagplatten 2 zur Längsmitnahme
des Hauptquerträgers durch ein Fahrwerk und/oder zur Längsmitnahme eines Fahrwerks
durch den Hauptquerträger, zwei Vertikalanschläge 3 für ein Fahrwerk und vier Aufnahmen
4 zur Lagerung von jeweils einer Wankstütze angeordnet. Der Hauptquerträger mit sämtlichen
Komponenten ist monolithisch ausgebildet.
[0029] Die untere Traverse 7 weist eine obere und eine untere Schale auf, welche übereinander
angeordnet sind und eine Kastenträgerstruktur bilden. Auch die Verbindungshochträger
8 und die oberen Traversen 5 weisen eine Kastenträgerstruktur auf. Mehrere Öffnungen
10 und 11 sind in der unteren Traverse 7 und den Verbindungshochträgern 8 vorgesehen,
welche das Gewicht des Hauptquerträgers deutlich reduzieren, ohne dass dieser mechanische
Stabilität einbüßt. Gleichzeitig können durch diese Öffnungen Gusskerne zur Herstellung
des Hautquerträgers nach dem Gießen wieder entfernt werden.
1. Hauptquerträger für ein Schienenfahrzeug des Personenverkehrs, welcher seitlich gekröpft
ist, so dass er einen Durchgang für Fahrgäste auf einer unteren (7) und zwischen zwei
oberen Traversen (5) bildet, welche oberen Traversen (5) jeweils zumindest einen Anschraubtopf
(1) zur Aufnahme von Sekundärfedern umfassen, wobei der Hauptquerträger mit der unteren
Traverse (7), den oberen Traversen (5) und den Anschraubtöpfen (1) monolithisch ausgebildet
ist.
2. Hauptquerträger nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass er zumindest eine Anschlagplatte (2) zur Längsmitnahme des Hauptquerträgers durch
ein Fahrwerk und/oder zur Längsmitnahme eines Fahrwerks durch den Hauptquerträger
umfasst, welche mit der unteren Traverse (7) monolithisch ausgebildet ist.
3. Hauptquerträger nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass er zumindest einen Vertikalanschlag (3) für ein Fahrwerk umfasst, welcher mit der
unteren Traverse (7) monolithisch ausgebildet ist.
4. Hauptquerträger nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass er zumindest eine Aufnahme (4) zur Lagerung von zumindest einer Wankstütze eines
Fahrwerks umfasst, welche Aufnahme (4) mit der unteren Traverse (7) monolithisch ausgebildet
ist.
5. Hauptquerträger nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass er Verstärkungsrippen (6) umfasst, wobei zumindest eine Verstärkungsrippe (6) mit
einer der oberen Traversen (5) und mit einem der Anschraubtöpfe (1) monolithisch ausgebildet
ist.
6. Hauptquerträger nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest die untere Traverse (7) eine untere und eine obere Schale umfasst, so dass
zumindest die untere Traverse (7) eine Kastenträgerstruktur aufweist.
7. Hauptquerträger nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass er zwei Anschraubtöpfe (1) zur Aufnahme von jeweils einer Sekundärfeder umfasst,
welche Anschraubtöpfe (1) in einer Querschnittebene durch den Hauptquerträger liegen.
8. Hauptquerträger nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass er vier Aufnahmen (4) zur Lagerung von jeweils einer Wankstütze eines Fahrwerks umfasst.
9. Schienenfahrzeug des Personenverkehrs mit zumindest einem Hauptquerträger nach einem
der Ansprüche 1 bis 8.
10. Schienenfahrzeug nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Schienenfahrzeug als Niederflurschienenfahrzeug ausgebildet ist.
11. Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass es zumindest ein Fahrwerk mit vier Rädern zweier paralleler Achsen, zwei Sekundärfedern
und vier Wankstützen umfasst, wobei die Sekundärfedern fahrzeugseitig in den Anschraubtöpfen
(1) zur Aufnahme der Sekundärfedern des Hauptquerträgers gelagert sind und wobei die
Wankstützen fahrzeugseitig in den Aufnahmen (4) zur Lagerung der Wankstützen des Hauptquerträgers
gelagert sind.
12. Verfahren zur Herstellung eines Hauptquerträgers nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass er mittels eines Gießverfahrens in einem Guss hergestellt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass nach dem Gießen die Anschraubtöpfe zur Aufnahme von Sekundärfedern und/oder die zumindest
eine Anschlagplatte zur Längsmitnahme und/oder der zumindest eine Vertikalanschlag
für ein Fahrwerk und/oder die zumindest eine Aufnahme zur Lagerung von zumindest einer
Wankstütze eines Fahrwerks mechanisch nachbearbeitet werden.