Längs erstärktes Schienenfahrzeug

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein längsverstärktes Schienenfahrzeug.

Stand der Technik

Schienenfahrzeuge, insbesondere Passagierfahrzeuge werden heute meistens als selbsttragende Metallkonstruktionen hergestellt. Dabei wird ein Fahrzeugkasten aus einem

Untergestell, Stirnwänden und einem Dach aufgebaut. Das

Untergestell muss den Betriebskräften, besonders den

Beladungs- Kupplungsdruck- und Zugkräften standhalten. Dazu wird das Untergestell häufig als Rahmenkonstruktion

ausgeführt und umfasst üblicherweise zwei außenliegende

Längsträger, mehrere diese Längsträger verbindende Querträger und ist an den Fahrzeugenden verstärkt. Diese Verstärkung erfolgt mittels sogenannter Endstücke am Fahrzeugende und Hauptquerträgern, welche auch die Lagerungen der Drehgestelle (bzw. Einzelachsen) umfassen. Zur Zulassung von

Schienenfahrzeugen ist es erforderlich bestimmte, oft für jedes Land unterschiedliche Normen zu erfüllen. Diese Normen fordern unter anderem den Nachweis, dass das Schienenfahrzeug einer bestimmten Längskraft (Kupplungsdruck)

beschädigungsfrei widerstehen kann. Die für Europa gültige

Norm UIC-566 fordert einen nachzuweisenden Kupplungsdruck von 2000kN, die für die USA gültige Norm fordert 3550kN. Ist die europäische Norm mittels zweier Längsträger noch gut

erfüllbar, so erfordert ein Schienenfahrzeug, welches in den USA zugelassen werden soll einen höheren konstruktiven

Aufwand. Typischerweise werden dabei zusätzliche Längsträger eingebaut, welche als sogenannte Mittellangträger bekannt sind. Mittellangträger wurden bereits im Jahr 1911 bei einem der ersten Personenwaggons aus Stahl verwendet. („Pullman Sleeping Car Glengyle; The American Society of Mechanical Engineers ;

http://files. asme . org/ASMEORG/Communities/History/Landmarks/5 629.pdf) .

Dem Fachmann sind mehrere konstruktive Lösungen für den

Aufbau von Mittellangträgern bekannt, beispielsweise wird in US2002/0029721 ein Untergestellaufbau aus zwei außenliegenden und zwei innenliegenden Trägern vorgeschlagen. US 4,195,451 zeigt einen einzelnen Mittellangträger, ebenso US 3,631,811. Eine besonders aufwendige Konstruktion ist in US 5,746,335 offenbart. Diese Konstruktion entkoppelt den Fahrzeugkasten vom Mittellangträger (engl, „center sill") mittels

hydraulischer Komponenten.

Keine der bekannten Bauweisen ermöglicht es,

Schienenfahrzeuge aufzubauen, welche sehr hohem

Kupplungsdruck widerstehen können, dabei aber mit geringem Konstruktions- und Materialaufwand herstellbar sind. Außerdem ist der Platzbedarf herkömmlicher Mittellangträger

nachteilig .

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Aufbau eines Schienenfahrzeugs anzugeben, welches einem hohen

Kupplungsdruck widerstehen kann und dabei einfach und günstig herstellbar ist. Die Aufgabe wird durch ein längsverstärktes Schienenfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte

Ausgestaltungen sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche. Dem Grundgedanken der Erfindung nach wird mindestens ein Verstärkungsrohr zwischen den verstärkten Wagenenden in

Ausnehmungen der Querträger geführt und mit den verstärkten Wagenenden verbunden. Dabei werden die Verstärkungsrohre in den Ausnehmungen der Querträger nicht mit den Querträgern verbunden, insbesondere nicht verschweißt. Die

Verstärkungsrohre werden an ihren Enden mittels geeigneter Krafteinleitungsvorrichtungen mit den verstärkten Wagenenden verbunden . Dadurch ist der Vorteil erzielbar, ein längsverstärktes Schienenfahrzeug mit wesentlich geringerem Bauaufwand

herstellen zu können als es mit den Lösungen gemäß dem Stand der Technik möglich ist. Insbesondere entfällt der Bauaufwand für einen geschweißten Mittelangträger, ebenso bleibt der sonst von einem Mittellangträger eingenommene Raum für andere Einbauten frei.

Die erfindungsgemäße Lösung erleichtert den Bau eines längsverstärkten Schienenfahrzeugs, da erfindungsgemäß die Verstärkungsrohre mit den Querträgern nicht verschweißt werden. Dadurch entfällt eine hohe Anzahl von komplizierten Schweißnähten .

Weiters ist es vorteilhaft, dass gemäß der vorgeschlagenen Lösung die gesamte Druckfestigkeit der Verstärkungsrohre genutzt wird, da durch die Führung in Ausnehmungen der

Querträger kein Ausknicken dieser der Verstärkungsrohre möglich ist. Der bei Schienenfahrzeugen übliche Abstand zwischen den Querträgern ist im Allgemeinen ausreichend um ein Ausknicken der Verstärkungsrohre zu verhindern.

Eine wesentliche Eigenschaft gegenständlicher Erfindung ist der komplette Entfall aller Schweißverbindungen zwischen den Verstärkungsrohren und den Querträgern, wodurch auch die Verwendung nichtschweißbarer Materialien für die

Verstärkungsrohre ermöglicht wird. Beispielsweise können somit auch Kohlefaser- oder Kevlarrohre eingesetzt werden. Insbesondere ist dadurch auch der Einsatz von

(nichtschweißbaren) hochfesten Stählen vereinfacht.

Die Einleitung der Druckkräfte von den verstärkten Wagenenden in die Verstärkungsrohre erfolgt mittels geeigneter

Krafteinleitungsvorrichtungen, welche entsprechend den jeweiligen Materialpaarungen und räumlichen Gegebenheiten auszuführen sind. Ist die Materialpaarung aus verstärkten Wagenenden und Verstärkungsrohren schweißbar, so empfiehlt sich eine Verschweißung dieser Bauteile. Ist keine

Verschweißung möglich, bzw. vorgesehen, so sind geeignete Vorrichtungen vorzusehen, welche eine verläßliche

Krafteinleitung in die Verstärkungsrohre gewährleisten und die unvermeidlichen Längentoleranzen des Schienenfahrzeugs ausgleichen. Beispielsweise empfehlen sich dazu

Führungshülsen und in diese Führungshülsen eingelegte Keile, welche die Längetoleranzen ausgleichen.

Die Verstärkungsrohre können ebenfalls aus vollem Material bestehen (Verstärkungsstangen) .

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Verstärkungsrohre

zwischen den verstärkten Wagenenden anzuordnen. Dabei ist es einerseits möglich, die Verstärkungsrohre zwischen den beiden Hauptträgern oder alternativ zwischen den beiden Kopfstücken anzuordnen, wobei in letzterer Ausführung die

Verstärkungsrohre durch Ausnehmungen der Hauptträger geführt werden .

In einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung werden die Verstärkungsrohre zusätzlich zur Führung von flüssigen oder gasförmigen Medien genutzt. Dabei sind die Stirnflächen der Verstärkungsrohre zu verschließen und geeignete

Anschlußvorrichtungen vorzusehen und die Dimensionierung der Verstärkungsrohre gemäß der durch diese Anschlußvorrichtungen erfolgten Schwächung der Druckfestigkeit festzulegen.

Ebenso ist die Verwendung der Verstärkungsrohre zur Führung von elektrischen Leitungen vorteilhaft. Insbesondere zur Führung elektrischer Hochspannungsleitungen, welche ohnedies in leitfähigen Rohren geführt werden müssen. Dabei ist auch wesentlich, dass die Verstärkungsrohre nicht mit den

Querträgern verschweißt werden, da solcherart sichergestellt ist, dass keine von Schweißnähten hervorgerufenen

Unregelmäßigkeiten der innerer Rohroberfläche entstehen können, welche die Hochspannungsleitungen beschädigen

könnten .

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht die Führung der Verstärkungsrohre in Hülsen vor, welche in die Zwischenräume zwischen den Ausnehmungen der Querträger und den

Verstärkungsrohren eingeführt werden. Diese Hülsen werden typischerweise aus Kunststoff gefertigt und verbessern die Führung der Verstärkungsrohre, wodurch auch geringes

Ausknicken unterbunden wird und eliminieren praktisch

jegliche von den Verstärkungsrohren hervorgerufenen

Geräusche. Weiters erhöhen diese Hülsen die Belastbarkeit der Verstärkungsrohre in axialer Richtung, da sie auch geringstes Ausknicken der Verstärkungsrohre verhindern.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Es zeigen beispielhaft:

Fig.l ein Schienenfahrzeug gemäß dem Stand der Technik.

Fig.2 ein Untergestell eines Schienenfahrzeugs gemäß dem Stand der Technik.

Fig.3 eine Schnittdarstellung durch ein Untergestell eines Schienenfahrzeugs gemäß dem Stand der Technik.

Fig.4 eine Schnittdarstellung durch ein Untergestell eines erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs .

Fig.5 die Durchführung eines Verstärkungsrohres durch einen Querträger .

Fig.6 eine Hülse.

Fig.7 ein Untergestell eines erfindungsgemäßen

Schienenfahrzeugs bei Krafteinleitung aus dem

Hauptquerträger .

Fig.7 ein Untergestell eines erfindungsgemäßen

Schienenfahrzeugs bei Krafteinleitung aus dem Kopfstück.

Ausführung der Erfindung

Fig.l zeigt beispielhaft und schematisch ein Schienenfahrzeug gemäß dem Stand der Technik. Ein Schienenfahrzeug umfasst einen Wagenkasten 1 und ein Untergestell 11 sowie weitere Bauteile (Achsen, Räder, etc.) - Das Untergestell 11 ist mit dem Wagenkasten 1 verbunden und trägt gemeinsam mit dem

Wagenkasten 1 die Eigenlasten und die Beladung. Zug- und Druckkräfte werden allein durch das Untergestell 11

aufgenommen und übertragen, wozu an beiden Enden des

Untergestells 11 ein verstärktes Wagenende 4 vorgesehen ist. Dieses verstärkte Wagenende 4 nimmt die von den Puffern bzw. Zughaken (oder Mittelkupplung) eingeleiteten Kräfte auf. Fig .2 zeigt beispielhaft und schematisch ein Untergestell eines Schienenfahrzeugs gemäß dem Stand der Technik. Es ist die Untersicht auf ein Untergestell 11 dargestellt. Das

Untergestell 11 umfasst zwei Längsträger 2, mehrere

Querträger 3, einen Hauptquerträger 7 und ein Kopfstück 8. Die Längsträger 2 erstrecken sich über die gesamte Länge des Schienenfahrzeugs zwischen den Kopfstücken 8 und bilden zusammen mit den Querträgern 3 einen Rahmen, welcher dem Schienenfahrzeug die erforderliche Festigkeit verleiht.

Dieser Rahmen ist mit einem Boden 9 beplankt, welcher

beispielsweise aus gewelltem Metallblech bestehen kann und welcher die Basis des Passagierfußbodenaufbaus bildet. An beiden Enden des Untergestells 11 ist jeweils ein verstärktes Wagenende 4 vorgesehen. Dieses verstärkte Wagenende 4 umfasst ein Kopfstück 8 und einen Hauptquerträger 7. Diese Bauteile sind äußerst massiv aufgebaut, da durch sie alle Beladungs ^¬ und Betriebskräfte eingeleitet werden. Die Hauptquerträger 7 sind mit einer Aufnahmevorrichtung für ein Drehgestell bzw. für eine Achse ausgestattet, die Kopfstücke 8 weisen

Aufnahmevorrichtungen für Puffer und Kupplungen auf. Der Hauptquerträger 7 und das Kopfstück 8 eines verstärkten

Wagenendes sind in dem in Fig.2 gezeigten Ausführungsbeispiel mit einem kurzen, mittig liegenden Längsträger verbunden. Druckkräfte in Längsrichtung des Schienenfahrzeugs können fast ausschließlich durch die beiden Längsträger 2 übertragen werden, da der Wagenkasten 1 (in Fig.2 nicht dargestellt) sich aufgrund seines Aufbaus nicht zur Übertragung von

Druckkräften eignet.

Fig.3 zeigt beispielhaft und schematisch eine

Schnittdarstellung durch ein Untergestell eines

Schienenfahrzeugs gemäß dem Stand der Technik. Es ist ein Schnitt durch ein Untergestell 11 quer zur Längsrichtung des Schienenfahrzeugs dargestellt. Die beiden Längsträger 2 sind mit einem Querträger 3 verbunden, welche zur

Gewichtsersparnis Löcher aufweisen. In gezeigtem

Ausführungsbeispiel sind die beiden Längsträger 2 im

Wesentlichen U-förmig ausgebildet. Ein Boden 9 aus gewelltem Metallblech bildet die untere Außenhülle des

Schienenfahrzeugs .

Fig.4 zeigt beispielhaft und schematisch eine

Schnittdarstellung durch ein Untergestell eines

erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs. Es ist der Schnitt durch ein Untergestell 11 quer zur Längsrichtung des

Schienenfahrzeugs wie in Fig.3 dargestellt. Erfindungsgemäß umfassen die Querträger 3 Ausnehmungen 6, durch welche

Verstärkungsrohre 5 geführt sind. Diese Verstärkungsrohre 5 sind an den Stellen der Durchdringung durch die Querträger 3 erfindungsgemäß nicht mit den Querträgern 3, bzw. den

Ausnehmungen 6 der Querträger 3 verbunden, insbesondere sind sie nicht angeschweißt. Die Verstärkungsrohre 5 verlaufen lose durch die Ausnehmungen 6 der Querträger 3. In gezeigtem Ausführungsbeispiel sind zwei Verstärkungsrohre 5

dargestellt, es ist jedoch jede andere Anzahl an Verstärkungsrohren 5 möglich. Die Ausnehmungen 6 sind so gestaltet, dass sie ein Ausknicken der Verstärkungsrohre 5 verhindern. Dazu ist es erforderlich, dass die Ausnehmungen 6 nur minimal größere Durchmesser als die Verstärkungsrohre 5 aufweisen.

Fig.5 zeigt beispielhaft und schematisch die Durchführung eines Verstärkungsrohres durch einen Querträger. Es ist ein Längsschnitt durch ein Verstärkungsrohr 5 im Bereich der Durchdringung durch einen Querträger 3 dargestellt. Eine Hülse 10 umschließt das Verstärkungsrohr 5 und führt es in einer Ausnehmung 6 des Querträgers 3. Diese Hülse 10 wird beim Zusammenbau des Untergestells 11 auf das

Verstärkungsrohr 5 aufgeschoben und anschließend in die

Ausnehmung 6 gedrückt. Dadurch wird das Verstärkungsrohr 5 spielfrei in der Ausnehmung 6 geführt, wodurch jegliche

Geräuschentwicklung unterbunden wird und aufgrund der

verbesserten Führung des Verstärkungsrohres ein Ausknicken im Belastungsfall weiter verringert wird.

Fig.6 zeigt beispielhaft und schematisch eine Hülse. Es ist die dreidimensionale Ansicht eines Schnitts durch eine Hülse 10 dargestellt. Diese einteilige Hülse 10 kann ebenso

zweiteilig hergestellt werden um sie auch nach erfolgtem Zusammenbau des Untergestells 11 montieren zu können.

Fig.7 zeigt beispielhaft und schematisch ein Untergestell eines erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs bei Krafteinleitung aus dem Hauptquerträger. Es ist die Aufsicht auf ein

Untergestell 11 eines Endes eines Schienenfahrzeugs dargestellt. Das andere Ende des Schienenfahrzeugs ist spiegelgleich aufgebaut. Das Untergestell 11 umfasst zwei Längsträger 1, mehrere Querträger 3, zwei Hauptquerträger 7 und zwei Kopfstücke 8. Die Längsträger 11 erstrecken sich über die gesamte Länge des Schienenfahrzeugs zwischen den

Kopfstücken 8 und bilden zusammen mit den Querträgern 3 einen Rahmen. Die Querträger 3 sind horizontal geschnitten

dargestellt. Zwischen den Hauptquerträgern 7 beider Enden des Untergestells 11 verlaufen zwei Verstärkungsrohre 5 in

Längsrichtung des Schienenfahrzeugs. Diese Verstärkungsrohre 5 durchdringen die Querträger 3 in Ausnehmungen 6 dieser Querträger 3. Die Verstärkungsrohre 5 sind an den Stellen dieser Durchdringung nicht mit den Querträgern 3 verbunden. Zur Verdeutlichung dieses Merkmals gegenständlicher Erfindung sind die Ausnehmungen 6 übermäßig vergrößert dargestellt. In diese Ausnehmungen können, wie in Fig.5 gezeigt, Hülsen 10 eingeführt werden (nicht dargestellt) um die Führung der Verstärkungsrohre 5 zu verbessern und jegliche

Geräuschentwicklung zu verhindern. An jedem Ende der

Verstärkungsrohre 5 ist eine Krafteinleitungsvorrichtung 12 vorgesehen, welche das Ende jedes Verstärkungsrohres 5 führt und die Druckkräfte von dem Hauptquerträger 7 in die

Verstärkungsrohre 5 einleitet. Die Ausführung dieser

Krafteinleitungsvorrichtung 12 wird unter anderem von der Materialpaarung Verstärkungsrohr 5 zu Hauptquerträger 7 bestimmt. Sind diese Materialien miteinander verschweißbar, so empfiehlt es sich, sie an dieser Stelle zu verschweißen, wodurch die Krafteinleitungsvorrichtung 12 besonders einfach gestaltet werden kann.

Fig.8 zeigt beispielhaft und schematisch ein Untergestell eines erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs bei Krafteinleitung aus dem Kopfstück. Es ist das Untergestell 11 aus Fig.7 dargestellt, wobei die Krafteinleitung in die

Verstärkungsrohre 5 bereits aus dem Kopfstück 8 erfolgt. Die Verstärkungsrohre 5 verlaufen zwischen den Kopfstücken 8 der beiden Enden des Untergestells 11 und durchdringen neben den Querträgern 3 auch den Hauptquerträger 7. Zu Verdeutlichung ist der Hauptquerträger 7 dazu teilweise geschnitten

dargestellt. Es empfiehlt sich, die Durchführungen der

Verstärkungsrohre 5 durch den Hauptquerträger 7 mit Hülsen 10 (nicht dargestellt) auszustatten. Gegenständliches

Ausführungsbeispiel zeigt das Prinzip der Krafteinleitung aus dem Kopfstück 8, in konkreten Ausformungen ist auf die maximale Stützweite der Verstärkungsrohre 5 zu achten um ein Ausknicken der Verstärkungsrohre 5 zu verhindern. Dabei sind gegebenenfalls zusätzliche Stützstellen (Querträger)

vorzusehen .

Liste der Bezeichnungen

1 Wagenkasten

2 Längsträger

3 Querträger

4 Verstärktes Wagenende

5 Verstärkungsrohr

6 Ausnehmung

7 Hauptquerträger

8 Kopfstück

9 Boden

10 Hülse

11 Untergestell

12 Krafteinleitungs orrichtung