ANORDNUNG ZUR ERHÖHUNG DER BELASTBARKEIT EINES STRUKTURBAUTEILS EINES SCHIENENFAHRZEUGS

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erhöhung der Belastbarkeit eines Strukturbauteils eines Schienenfahrzeugs, insbesondere der Zugsteifigkeit und der Drucksteifigkeit.

[0002] Unter der Bezeichnung Strukturbauteil eines Schienenfahrzeugs werden beispielsweise, jedoch nicht abschließend, ein Lokomotivkasten, ein Wagenkasten, ein Rahmen, beispielswiese ein Druckluftgerüst-Rahmen, oder auch eine räumliche Struktur verstanden, in dem Schienenfahrzeug-Komponenten montiert bzw. gehaltert sind. Ebenfalls werden darunter Dachstrukturen verstanden, die zur Übertragung von Belastungen ausgebildet sind und dafür benutzt werden.

[0003] Als Lokomotivkasten wird ein Aufbau einer Tragstruktur einer Lokomotive bezeichnet, der in verschiedenen Bauweisen ausgeführt wird.

[0004] Der Lokomotivkasten kann in Rahmenbauweise ausgeführt werden, bei der an einen tragenden Rahmen nicht tragende Anbauten angebracht werden.

[0005] Als weiter Bauform des Lokomotivkastens ist die integrale Ganzstahlbauweise bekannt.

[0006] Bei Eisenbahnwagen und Wagen eines Triebzugs wird ein entsprechendes Bauteil als Wagenkasten bezeichnet.

[0007] Für Wagenkästen unterscheidet man folgende Bauweisen:
Bei der sogenannten Differenzial- oder Rohkastenbauweise wird zunächst ein tragendes Stahl- oder Aluminiumskelett erstellt, auf das anschließend nichttragende Bleche zur Beplankung angebracht werden.

[0008] Bei der sogenannten Integralbauweise werden Strangpressprofile eingesetzt, die sich über die gesamte Länge des Kastens erstrecken. Die Steifigkeit des Kastens wird bei durch die Struktur der Strangpressprofile erreicht. Es werden keine zusätzlichen, tragenden Elemente benötigt, eine Leichtbauweise wird dadurch ermöglicht.

[0009] Bei der sogenannten Verbundbauweise, die der Differenzialbauweise ähnelt, werden auf ein tragendes Kasten-Gerüst aus metallischen Werkstoffen nicht-tragende Verkleidungen angebracht. Diese bestehen jedoch im Gegensatz zur Differenzialbauweise aus nicht-metallischen Werkstoffen.

[0010] In jüngerer Vergangenheit werden die Kästen zunehmend nach Sicherheitsaspekten bei Unfällen optimiert.

[0011] Das Strukturbauteil wird dabei derart dimensioniert, dass das Strukturbauteil auf das Strukturbauteil wirkende, oft wechselnden Belastungen langzeitstabil standhält.

[0012] Unter diesen Belastungen werden insbesondere Zugkräfte und Druckkräfte verstanden.

[0013] Es ist üblich, für unterschiedliche Einsatzgebiete eines Strukturbauteils jeweilige Lösungen zu entwickeln, um das Strukturbauteil mit Blick auf die wechselnden Belastungen langzeitstabil zu dimensionieren.

[0014] So wird beispielsweise ein Lokomotivkasten in Abhängigkeit davon dimensioniert, ob die zugehörige Lokomotive im schweren Güterzugdienst oder im Personenverkehr eingesetzt werden soll.

[0015] Dies steht jedoch einem Ziel einer "Universallokomotive" entgegen, deren Kasten-Bauart zumindest teilweise oder komplett unabhängig vom beabsichtigten Einsatzzweck der Lokomotive sein soll.

[0016] Bei Lokomotiven ist besonders die Doppeltraktion, d.h. das Fahren mit zwei Lokomotiven, und die Mehrfachtraktion, d.h. das Fahren mit mehr als zwei Lokomotiven, kritisch für die Festigkeit des Lokomotivkastens.

[0017] In diesen Fällen wirken hohe Zug- bzw. Druckkräfte, die einander abwechseln, auf einen betrachteten Lokomotivkasten. Die von den Lokomotiven zu übertragende Kraft variiert. Für einen Lokomotivverband, der einen Zug anführt, gilt, dass die am Wagenverband angekoppelte Lokomotive die maximalsten Kräfte ertragen muss, während die Lokomotive, die den Zug anführt die geringsten Kräfte ertragen muss.

[0018] Um diesen Kräften langzeitstabil zu begegnen, werden Lokomotivkästen in ihrer Bauweise mechanisch entsprechend massiv dimensioniert bzw. vom verwendeten Material her entsprechend massiv ausgestaltet.

[0019] Dies führt jedoch zu Gewichtsproblemen, insbesondere bei Mehrsystemlokomotiven, die für einen länderübergreifenden Betrieb ausgebildet sind.

[0020] FIG 3 zeigt als bekannten Stand der Technik einen Lokomotivkasten LOK3 als Strukturbauteil.

[0021] Eine Zugkraft FZ wirkt an einem ersten Anschlusspunkten ASP1 auf den Lokomotivkasten LOK3.

[0022] Eine Druckkraft FD wirkt wechselweise zur Zugkraft FZ auf den Lokomotivkasten LOK3, ebenfalls am ersten Anschlusspunkt ASP1.

[0023] Der Lokomotivkasten LOK3 ist mit Blick auf Struktur, Material und Gewicht massiv ausgestaltet und überträgt die Zugkraft FZ bzw. die Druckkraft FD zu einem zweiten Anschlusspunkt ASP2.

[0024] Durch die Ausgestaltung wirkt der Lokomotivkasten LOK3 als erster Lastpfad LPF1, wobei der erste Lastpfad LPF1 insbesondere durch einen Rahmen RAH des Lokomotivkastens LOK3 realisiert ist.

[0025] Beide Kräfte FZ, FD werden zwischen den Anschlusspunkten ASP1, ASP2 über den ersten Lastpfad LPF1 durch den Lokomotivkasten LOK3 übertragen.

[0026] Beim Lokomotivkasten LOK3 bildet beispielsweise eine Kombination aus Zughaken und Puffern der zugehörigen Lokomotive den jeweiligen Anschlusspunkt ASP1 bzw. ASP2.

[0027] Aus Druckschrift DE 855 658 B ist ein Bauelement bekannt, bei dem mit Hilfe eines waagrecht verlaufenden, vorgespannten Spanndrahts einer vertikal erfolgenden Verformung des Bauelements entgegengewirkt wird.

[0028] Eine ähnliche Lösung schildert Druckschrift FR 2 697 099 A1, bei der mit Hilfe eines Sensors eine benötigte Vorspannkraft ermittelt und mit Hilfe einer Kabelspannbuchse eingestellt wird.

[0029] Aus Druckschrift DE 100 53 125 A1 ist ein modular aufgebauter Wagenkasten bekannt, dessen Module käfigartig ausgebildet und mit Hilfe von Drahtseilen aufgereiht und verbunden sind.

[0030] Aus Druckschrift WO 2019/166378 A2 ist ein Wagenkasten für ein Schienenfahrzeug bekannt, bei dem zwischen Punkten des Wagenkastens Zugmittel angeordnet sind, um niederfrequente Frequenzen unterhalb des menschlichen Hörbereichs in ihrer Ausbreitung zu verhindern.

[0031] Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung zur Erhöhung der Belastbarkeit eines Strukturbauteils eines Schienenfahrzeugs anzugeben, mit der die oben genannten Probleme mit Blick auf das Gewicht und auf die Langzeitstabilität des Strukturbauteils minimiert werden.

[0032] Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

[0033] Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erhöhung der Belastbarkeit eines Strukturbauteils eines Schienenfahrzeugs.

[0034] Das Strukturbauteil weist einen ersten Anschlusspunkt und einen zweiten Anschlusspunkt auf.

[0035] Zwischen den beiden Anschlusspunkten ist ein erster Lastpfad angeordnet. Eine am ersten Anschlusspunkt wirkende Kraft wird über den ersten Lastpfad zum zweiten Anschlusspunkt übertragen.

[0036] Der erste Lastpfad ist zur Übertragung von Druckkräften ausgebildet, ist in dieser Hinsicht optimiert und wird dafür auch hauptsächlich verwendet.

[0037] Zusätzlich zum ersten Lastpfad ist zwischen den beiden Anschlusspunkten ein zweiter Lastpfad angeordnet.

[0038] Die beiden Lastpfade des Strukturbauteils wirken parallel zueinander, sind jedoch funktional getrennt.

[0039] Der zweite Lastpfad ist zur Übertragung von Zugkräften ausgebildet, ist in dieser Hinsicht optimiert und wird dafür auch hauptsächlich verwendet.

[0040] Diese Teilung der Kraftübertragung wird durch unterschiedliche Steifigkeiten der beiden Lastpfade erreicht.

[0041] Der erste Lastpfad ist drucksteif bzw. als drucksteife Konstruktion ausgebildet. Beispielsweise handelt es sich dabei um einen aus Metall bzw. aus Stahl gefertigten Rahmen, der integrierter Bestandteil des Strukturbauteils ist.

[0042] Bei der Übertragung der Druckkraft, die einen vorbestimmten Wert aufweist, wird der drucksteif ausgebildete, erste Lastpfad nicht bzw. lediglich minimal, d.h. innerhalb vorgegebener und tolerierbarer Grenzen, verformt.

[0043] Der zweite Lastpfad beinhaltet Zugelemente, deren Drucksteifigkeit in Bezug zum ersten Lastpfad deutlich kleiner ist bzw. bei dem die Zugelemente ohne Drucksteifigkeit ausgebildet sind.

[0044] Die Zugelemente sind erfindungsgemäß als Seile ausgebildet, die bevorzugt aus Kevlar oder aus Kohlefaser gefertigt sind. Bei der Übertragung der Zugkraft, die einen vorbestimmten Wert aufweist, wird der zweite Lastpfad innerhalb vorgegebener und tolerierbarer Grenzen verformt.

[0045] Aufgrund der minimierten bzw. fehlenden Drucksteifigkeit beim zweiten Lastpfad werden hier lediglich vernachlässigbare bzw. keine Druckkräfte übertragen.

[0046] Damit wird der erste Lastpfad von Zugkräften entlastet und kann in seiner Dimensionierung reduziert werden bzw. kann bei gleichbleibender Dimensionierung höhere Druckkräfte aufnehmen.

[0047] Ein entscheidender Vorteil ist, dass bei gleichem Gewicht des Lokomotivkastens höhere Kräfte übertragbar sind.

[0048] Bei einem Lokomotivkasten als Strukturbauteil besteht der erste Lastpfad aus Elementen des klassisch auskonstruierten Lokomotivkastens - erfindungsgemäß aus dem Rahmen des Lokomotivkastens. Dieser ist hinsichtlich Gewicht und Druckkraft-Übertragung optimierbar.

[0049] Beim Lokomotivkasten bildet erfindungsgemäß eine Kombination aus Zughaken und Puffern der zugehörigen Lokomotive den jeweiligen Anschlusspunkt, über den die Kräfte auf den Lokomotivkasten wirken bzw. in den Lokomotivkasten eingeleitet werden.

[0050] Durch die vorliegende Erfindung wird eine geringere Dimensionierung des Strukturbauteils hinsichtlich des Gewichts ermöglicht und gleichzeitig die Langzeitstabilität erhöht.

[0051] Durch die vorliegende Erfindung werden für die Kräfte und für die wechselseitigen Belastungen, die auf das Strukturbauteil wirken, jeweilige optimierte Lastpfade zur Verfügung gestellt bzw. implementiert. Dadurch können dauerhaft höhere Kräfte übertragen werden, ohne dass ein Versagen des Strukturbauteils eintritt.

[0052] Durch die vorliegende Erfindung können bei einer gleichbleibenden Ausgestaltung des Strukturbauteils höhere Kräfte übertragen werden. Dies wird durch die jeweiligen, optimierten lastpfade ermöglicht.

[0053] Durch die Optimierung und die mögliche Gewichteinsparung werden neue Konstruktionskonzepte eröffnet, die hinsichtlich der Fertigungskosten optimiert sind und die zusätzlich eine größere Einsatzvielfalt eines Strukturbauteils erlauben. Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung beispielhaft anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

FIG 1

die Erfindung anhand einer prinzipiellen Darstellung eines Lokomotivkastens eines Schienenfahrzeugs,

FIG 2

mit Bezug auf FIG 1 eine konkretisierte Darstellung der Erfindung, und

FIG 3

den in der Einleitung beschriebenen, vorbekannten Stand der Technik.

[0054] FIG 1 zeigt die Erfindung anhand einer prinzipiellen Darstellung eines Lokomotivkastens LOK1 eines Schienenfahrzeugs.

[0055] Eine Zugkraft FZ wirkt an einem ersten Anschlusspunkten ASP1 auf den Lokomotivkasten LOK1.

[0056] Entsprechend wirkt eine Druckkraft FD im Wechsel zur Zugkraft FZ am ersten Anschlusspunkten ASP1 auf den Lokomotivkasten LOK1.

[0057] Der Lokomotivkasten LOK1 überträgt über nachfolgend beschriebene Lastpfade LPF1, LPF2 die Zugkraft FZ und die Druckkraft FD vom ersten Anschlusspunkt ASP1 zu einem zweiten Anschlusspunkt ASP2.

[0058] Die Druckkraft FD wird über einen ersten Lastpfad LPF1, der zwischen den beiden Anschlusspunkten ASP1, ASP2 angeordnet ist, übertragen.

[0059] Die Zugkraft FZ wird über einen zweiten Lastpfad LPF2, der zwischen den beiden Anschlusspunkten ASP1, ASP2 angeordnet ist, übertragen.

[0060] Die beiden Lastpfade LPF1, LPF2 sind von ihrer Funktionalität her getrennt, wirken jedoch ergänzend bzw. parallel zueinander.

[0061] Die Teilung der beschriebenen Kraftübertragung wird durch unterschiedliche Steifigkeiten der beiden Lastpfade LPF1, LPF2 erreicht.

[0062] Der erste Lastpfad LPF1 ist als drucksteife Konstruktion ausgebildet. Wie vorstehend ausgeführt handelt es sich beispielsweise dabei um einen aus Metall bzw. aus Stahl gefertigten Rahmen RAH, der integrierter Bestandteil des Strukturbauteils bzw. des Lokomotivkastens LOK1 ist.

[0063] Damit ist der erste Lastpfad LPF1 zur Übertragung von Drucckräften optimiert und ausgebildet und wird dafür entsprechend hauptsächlich benutzt.

[0064] Der zweite Lastpfad LPF2 beinhaltet Zugelemente ohne Drucksteifigkeit. Die Zugelemente sind beispielsweise als Seile ausgebildet, die wiederum bevorzugt aus Kevlar oder aus Kohlefaser gefertigt sind.

[0065] Damit ist der zweite Lastpfad LPF2 zur Übertragung von Zugkräften optimiert und ausgebildet und wird dafür entsprechend ausschließlich benutzt.

[0066] Die auf den Lokomotivkasten LOK1 wirkende Zugkraft FZ wird durch die Zugelemente bzw. Seile des zweiten Lastpfads LPF2 zwischen den beiden Anschlusspunkten ASP1, ASP2 übertragen. Dies erfolgt mit geringerer Verformung der Zugelemente.

[0067] Die auf den Lokomotivkasten LOK1 wirkende Druckkraft FD wird durch den drucksteif ausgebildeten ersten Lastpfad LPF1 zwischen den beiden Anschlusspunkten ASP1, ASP2 übertragen. Dies erfolgt ohne Verformung der beteiligten Elemente, hier des Rahmens RAH, des Lokomotivkastens LOK1.

[0068] Beim Lokomotivkasten LOK1 bildet beispielsweise eine Kombination aus Zughaken und Puffer der zugehörigen Lokomotive den ersten Anschlusspunkt ASP1 bzw. den Anschlusspunkt ASP2.

[0069] FIG 2 zeigt mit Bezug auf FIG 1 eine konkretisierte Darstellung der Erfindung.

[0070] In der hier gezeigten Ausgestaltung sind die Seile des zweiten Lastpfads LPF2 im Lokomotivkasten LOK1 aus konstruktiven Gründen an einigen Punkten umgelenkt. Dies wird durch die geknickte Form des zweiten Lastpfads LPF2 symbolisiert.

[0071] In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung werden zusätzliche Zugkräfte in den zweiten Lastpfad LPF2 eingeleitet, z.B. über entsprechende Verbindungspunkte von Zugstangen, Zugdruckstangen oder Drehzapfen mit dem zweiten Lastpfad LPF2.

Ansprüche

1. Anordnung zur Erhöhung der Belastbarkeit eines Strukturbauteils (LOK1) eines Schienenfahrzeugs,

- bei der das Strukturbauteil (LOK1) einen ersten Anschlusspunkt (ASP1) und einen zweiten Anschlusspunkt (ASP2) aufweist, wobei eine am ersten Anschlusspunkt (ASP1) wirkende Zugkraft (FZ) oder eine am ersten Anschlusspunkt wirkende Druckkraft (FD) zum zweiten Anschlusspunkt (ASP2) übertragen wird,

- bei der zwischen dem ersten Anschlusspunkt (ASP1) und dem zweiten Anschlusspunkt (ASP2) ein erster Lastpfad (LPF1) angeordnet ist, der zur Übertragung der Drucckraft (FD) ausgebildet ist,

- bei der zwischen dem ersten Anschlusspunkt (ASP1) und dem zweiten Anschlusspunkt (ASP2) ein zweiter Lastpfad (LPF2) angeordnet ist, der zur Übertragung der Zugkraft (FZ) ausgebildet ist,

- wobei die beiden Lastpfade parallel zueinander wirken, jedoch funktional getrennt sind,

- bei der der erste Lastpfad (LPF1) und der zweite Lastpfad (LPF2) unterschiedliche Drucksteifigkeiten aufweisen, so dass eine Teilung der Kraftübertragung durch die unterschiedlichen Drucksteifigkeiten erreicht wird,

- bei der der erste Lastpfad (LPF1) drucksteif ausgebildet ist,

- bei der das Strukturbauteil als Lokomotivkasten (LOK1) ausgebildet ist, wobei der erste Lastpfad (LPF1) aus einem Rahmen (RAH) des Lokomotivkastens (LOK1) besteht, wobei der Rahmen (RAH) integrierter Bestandteil des Lokomotivkastens (LOK1) ist,

- bei der beim Lokomotivkasten eine Kombination aus Zughaken und Puffern einer zugehörigen Lokomotive den jeweiligen Anschlusspunkt bildet, über den die Kräfte auf den Lokomotivkasten wirken,

- bei der der zweite Lastpfad (LPF2) durch Seile als Zugelemente ohne Drucksteifigkeit realisiert ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der die Seile aus Kevlar oder aus Kohlefaser gefertigt sind.

Claims

1. Assembly for increasing the load-bearing capacity of a structural component (LOK1) of a rail vehicle,

- in the case of which assembly the structural component (LOK1) has a first connector point (ASP1) and a second connector point (ASP2), a tensile force (FZ) which acts at the first connector point (ASP1) or a compressive force (FD) which acts at the first connector point being transmitted to the second connector point (ASP2),

- in the case of which assembly a first load path (LPF1) which is configured for the transmission of the compressive force (FD) is arranged between the first connector point (ASP1) and the second connector point (ASP2),

- in the case of which assembly a second load path (LPF2) which is configured for the transmission of the tensile force (FZ) is arranged between the first connector point (ASP1) and the second connector point (ASP2),

- the two load paths acting parallel to one another, but being functionally separate,

- in the case of which assembly the first load path (LPF1) and the second load path (LPF2) have different compressive rigidities, with the result that a division of the transmission of force is achieved by way of the different compressive rigidities,

- in the case of which assembly the first load path (LPF1) is of compressively rigid configuration,

- in the case of which assembly the structural component is configured as a locomotive body (LOK1), the first load path (LPF1) consisting of a frame (RAH) of the locomotive body (LOK1), the frame (RAH) being an integrated constituent part of the locomotive body (LOK1),

- in the case of which assembly, in the case of the locomotive body, a combination of coupling hooks and buffers of an associated locomotive forms the respective connector point, via which the forces act on the locomotive body,

- in the case of which assembly the second load path (LPF2) is realized by way of cables as tensile elements without compressive rigidity.

2. Assembly according to Claim 1, in the case of which the cables are manufactured from Kevlar or from carbon fibre.

Revendications

1. Agencement pour augmenter la capacité de charge d'un élément de structure (LOK1) d'un véhicule ferroviaire,

- dans lequel l'élément de structure (LOK1) présente un premier point de raccordement (ASP1) et un deuxième point de raccordement (ASP2), une force de traction (FZ) agissant au premier point de raccordement (ASP1) ou une force de compression (FD) agissant au premier point de raccordement étant transmise au deuxième point de raccordement (ASP2),

- dans lequel un premier chemin de charge (LPF1) est disposé entre le premier point de raccordement (ASP1) et le deuxième point de raccordement (ASP2), lequel est conçu pour transmettre la force de pression (FD),

- dans lequel un deuxième chemin de charge (LPF2) est disposé entre le premier point de raccordement (ASP1) et le deuxième point de raccordement (ASP2), lequel est conçu pour transmettre la force de traction (FZ),

- où les deux chemins de charge agissent parallèlement l'un à l'autre, mais sont fonctionnellement séparés,

- dans lequel le premier chemin de charge (LPF1) et le deuxième chemin de charge (LPF2) présentent des rigidités à la compression différentes, de sorte qu'une répartition de la transmission de force est obtenue par les différentes rigidités à la compression,

- dans lequel le premier chemin de charge (LPF1) est rigide à la compression,

- dans lequel l'élément de structure est réalisé sous la forme d'une caisse de locomotive (LOK1), le premier chemin de charge (LPF1) étant constitué d'un cadre (RAH) de la caisse de locomotive (LOK1), le cadre (RAH) faisant partie intégrante de la caisse de locomotive (LOK1),

- dans le cas de la caisse de locomotive, une combinaison de crochets de traction et de tampons d'une locomotive correspondante forme le point de raccordement respectif par lequel les forces agissent sur la caisse de locomotive,

- dans lequel le deuxième chemin de charge (LPF2) est réalisé par des câbles comme éléments de traction sans rigidité à la compression.

2. Agencement selon la revendication 1, dans lequel les câbles sont fabriqués en Kevlar ou en fibres de carbone.

Zeichnung