CN110312653B - 具有负载分配元件的、用于容纳枢轴销的横梁 - Google Patents

Abstract

一种用于将用于容纳枢轴销的横梁(411)连接到轨道车辆的车体(1)的两个下部的纵梁(602)上的装置。横梁(411)具有横跨的部分(4116)和纵向部分(4117)，所述横跨的部分将这两个纵梁(602)在连接的区域中彼此连接，所述纵向部分延伸至离得最近的车厢前部。下部的纵梁(602)在所述车体(1)的整个长度上延伸并且由多腔空心型材构成，所述多腔空心型材由纤维复合材料构成。每个纵梁(602)的多腔空心型材的腔(604)的数量在所述连接的区域中减少，使得至少一个腔(604)的墙部材料被去除，使得露出至相邻的腔(604)的连接片(605)。负载分配元件(613)接合在这些部位处，所述横梁(411)固定在所述负载分配元件上。

Description

具有负载分配元件的、用于容纳枢轴销的横梁

技术领域

本发明涉及一种用于将用于容纳枢轴销的横梁连接到用于轨道车辆的车体的两个下部的纵梁上的装置。轨道车辆尤其应当适合于在短途运行中使用，如在地铁和轻轨中使用，其中轨道车辆或者由其形成的列车单元必须在短的时间间隔中加速和制动。

背景技术

轨道车辆的已知的车体以传统的构造方式由管状的结构构成，所述结构具有两个端墙，所述端墙在一般情况下构成为至相邻的车体的过渡部。替选地，端墙也能够构成为驾驶室。

以传统的构造方式，车体由底架(也称为底部)、两个侧墙以及车顶构成。在此，组件尤其具有侧墙和车顶，承载性的、骨架状的承载结构，其中轻型钢型材借助于已知的焊接法彼此连接或者与薄板连接，所述薄板形成外部的蒙皮。在底架下方即使在这种结构中也设置横梁，所述横梁容纳枢轴销，所述枢轴销又支承在底架中。通常，两个横梁在端部附近与车体相关联。

对于承载结构和蒙皮而言，除了钢型材和轻型钢型材以及薄板外，日益使用轻质的并且耐腐蚀的材料，所述材料由铝或者铝合金构成。

除了传统的尤其针对组件即车顶和侧墙的骨架构造方式，多年来一直力图将替选的结构原理转入到实践中。

从GB 2 030 934 A中已知一种用于车辆的车身和配设有该车身的车辆。

在此车身由模块化的子区段构成，所述子区域以彼此邻接的方式彼此连接，使得区段模块同时形成车身车顶的子区域。为此子区段具有弯折的延长部。

为了给予车身必要的强度，各个模块分别以相叠的形式安装。通过使用传统的结构材料如钢，在彼此邻接的子区段或区段模块的相叠或对接区域中引起强的腐蚀现象。三维地成型的子区段和将其连接的型材的预制也需要高的制造精度。

在子区段彼此焊接时或与将其连接的型材焊接时，将相对大的热量引入结构部分中，这引起较强的翘曲和由此引起的制造不精确性。同样地，通过相对大的热影响区削弱了接合。由于所不期望的热引入，此外通常引起薄墙的、形成车体外皮的区段模块的鼓起或变形。这些具有显著的变形的区域必须通过其它热引入和机械能的引入被耗费地再加工(正火、消除应力退火，校准)。此外通常需要的是，耗费地刮抹和打磨可见的外面，以便实现车体的吸引人的整体印象。

如果区段模块彼此间或与邻接的型材通过螺丝连接或者铆钉连接来连接，那么由此会强烈地促进连接区中的裂纹腐蚀的危险。因为此外所使用的连接区段和区段模块由不同的钢或钢合金构成，所以会引起过早的接触腐蚀形成。

EP 0926036 A1描述了一种用于在差别结构方式中的用于高速列车的车体，所述车体由底板、车顶、端墙和侧墙形成，其中侧墙能够由沿着车体纵轴线设置的组段形成，所述组段分别由一件式的空腔型材构成，所述空腔型材由纤维增强的塑料构成，其中空腔型材首先设计为，使得提高车体的刚度。底板、端墙和纵梁由铝挤压型材形成，由此不利地再次提高易受腐蚀性。

为了降低车体的总质量，模块化构造的、功能集成的车体具有高份额的纤维塑料复合材料(FKV材料)和混合材料。

由于在车体的区域中待发生的多轴的负载状况，专门将耦联模块制成为金属或者FKV混合结构。

在DE 11 2013 002 072 T5中描述了一种轨道车辆构造结构，所述轨道车辆构造结构尤其预定具有多个纵梁的底部结构。然而，在此仅这两个外部的纵梁连续地构成。在这两个纵梁之间延伸的中间的纵梁仅从车厢部分的相应的端部伸展至横梁后方，例如在总车厢长度的大约四分之一上。中间的纵梁尤其用于至横梁的力传输。这些力是正常运行的拉力或压力。为此，在车厢部分的端部处设有车钩容纳部，所述车钩容纳部将力直接传输给中间的纵梁。横梁旋紧在外部的和中间的纵梁上。为了更好地分配力传输，横梁在旋紧区域中具有沿着纵梁提高的扩展。

用于轨道车辆的底架的其它实施方案从DE 10 2012 214 162 A1中已知，从中也得知金属的连接元件作为负载分配元件用于将下部的纵梁连接到车体上。

目前研发用于客运的，尤其针对在短途运行中的使用的轨道车辆，如地铁和轻轨的目的在于，如下改进这些轨道车辆：轨道车辆的有效载重在总质量保持不变时相对于从现有技术中已知的解决方案提高，也就是说，降低车体的结构质量。

为此在经受大的力的构件的区域中也越来越大程度地使用纤维复合材料。

发明内容

目的在于，提出一种适合于从横梁到纤维复合结构中尤其到车体的纵梁中的力传输的结构，所述纵梁由纤维复合材料构成。

根据本发明，所述目的通过根据具有负载分配装置的横梁实现。

车体至少部分地由纤维增强的塑料复合材料构成，尤其优选由碳纤维复合材料构成，以便相对于根据现有技术的车体进一步降低结构质量。优选地，车体中的纤维增强的塑料的质量份额直至85％，尤其优选大于66％。优选地，纤维增强的塑料可选地包括热塑性或者热固性的塑料，尤其优选环氧树脂、不饱和的聚酯树脂、PU树脂、乙烯基酯树脂或酚醛树脂作为基质材料。

有利地，通过由纤维增强的塑料至少部分地制成车体实现车体的结构质量的有利的降低，由此能够提高行驶运行中的有效载重。有利地，通过使用FKV材料此外不仅产生明显降低的维修耗费也产生明显降低的易受腐蚀性。分别相同类型的地板区段、车顶区段和侧墙区段的区段式的制造有利地实现对于纤维增强的塑料使用常见的制造方法和工具并且与其关联地实现灵活地调整例如根据本发明的车体的长度。此外，压力密封地设计车体。

车体至少包括如下组件，即侧墙、车顶、地板、端墙和各两个沿着纵向方向在车体的总长度上连续地伸展的下部的和上部的纵梁以及可选的车头模块。

尤其优选地，各个组件的侧墙区段、车顶区段和地板区段板状地、壳状地或者半壳状地设计。板状的、壳状的或者半壳状的车顶区段或地板区段力配合地和/或形状配合地和/或材料配合地与上部的或下部的纵梁连接。板状的、壳状的或者半壳状的侧墙区段力配合地和/或形状配合地和/或材料配合地与竖直地设置的门柱以及上部的和下部的纵梁连接。端墙板状地、壳状地或者半壳状地构成。

车体的地板形成了在乘客和车体之间的交接区。优选地，该地板由各个地板区段和至少一个端部横杆构造。优选地，地板区段板状地构成，并且桥接这两个下部的纵梁之间的间距。

优选地，组件，即地板的端部横杆在两侧上形成车体的终止部，经由下部的纵梁将侧墙彼此连接并且端部横杆尤其用于保持横梁的纵向部段，所述纵向部段履行联接力的穿引，所述联接力被导入到车体的下部的纵梁中。

优选地，端部横杆由至少一个FKV材料构成，其纤维优选多轴地，尤其优选双向地定向。

车体具有两个上部的和两个下部的纵梁，其中上部的和下部的纵梁分别在车体的总长度上设置。优选地，上部的和下部的纵梁分别以侧墙来终止。

优选地，上部的和下部的纵梁构成为由FKV材料，优选由碳纤维增强的塑料材料构成的多腔空心型材，从而有助于相对于常见的钢或者铝型材进一步降低总质量。

此外，上部的和下部的纵梁的多腔空心型材有利地用于吸收导入车体中的纵向力。

优选地，上部的和下部的纵梁构成有至少两个腔，尤其优选三至五个腔，所述腔连续地沿着纵梁的纵轴线伸展。

尤其优选地，上部的和下部的纵梁不具有垂直于车体纵轴线的分离或接合部位。尤其优选地，纵梁作为一件式的构件在车体的总长度上设置。

尤其优选地，多腔空心型材的腔由外墙包围。尤其优选地，外墙由至少一种FKV材料的一个或多个层构成。尤其优选地，多腔空心型材的腔通过连接片彼此分开，其中连接片的纵轴线平行于纵梁的纵轴线定向。连接片由此作用为多腔空心型材的内部中的中间墙，其中腔优选不间断地延伸穿过纵梁的总长度。

优选地，不仅多腔空心型材的外墙的纤维增强部而且多腔空心型材的各个腔之间的连接片的纤维增强部单层或多层地构成。

尤其优选地，各个层内部的纤维单向或者多轴地定向，尤其优选具有单向或者四轴的定向，所述层形成多腔空心型材的外墙和在多腔空心型材的各个腔之间的连接片。

优选地，不仅多腔空心型材的外墙的层构造而且在多腔空心型材的各个腔之间的连接片的层构造交替地由如下单层制造，所述单层具有单向的和多轴的，尤其优选四轴的纤维定向，其中具有多轴的纤维定向的单层尤其优选包括纺织物。

尤其优选纵梁借助于挤压成型法制造。

在车体下方在下部的纵梁处进行连接用于容纳枢轴销的横梁。

优选地，下部的纵梁直接与组件即地板的各个地板区段连接。下部的纵梁建立地板区段和侧墙区段之间的连接。

优选地，下部的纵梁作为多腔空心型材构成有至少两个腔，尤其优选三个腔，所述多腔空心型材具有可选地在长度上变化的横截面，所述腔连续地沿着纵梁的纵轴线伸展。尤其优选地，下部的纵梁的多腔空心型材至少在车体的一个区域中具有两个腔。尤其优选地，下部的纵梁的多腔空心型材的腔中的至少一个腔的横截面构成为直角的多边形。尤其优选地，下部的纵梁的各个腔具有多角的横截面，尤其优选三角形的和/或四边形的横截面。尤其优选地，腔的横截面具有倒圆的角部。角部的倒圆在此优选对应于增强纤维的所允许的弯曲半径。替选地，腔的横截面具有角部。各个腔的相继排列产生下部的纵梁的轮廓。

上述目的，即实现从横梁到纤维复合结构中尤其到车厢部分的由纤维复合材料构成的纵梁中的力传输，根据本发明通过如下方式来实现：这两个下部的纵梁中的每一个在下部的纵梁的子区域中具有较少数量的腔，其中横梁连接到下部的纵梁上。通过降低腔数量而产生的留空部用于与横梁接合。横梁用于使车体支撑在转向架上。

优选地，降低下部的纵梁的腔数量在位于挤压成型之后的工艺步骤中通过切削式的制造方法例如铣削来实现。

优选地，下部的纵梁的腔被铰孔

或者借助于其它适合的方法打开，所述腔朝向横梁的预定的安装位置。在此，优选进行该腔的外墙的去除，使得产生到朝向下部的纵梁的下一个腔的连接片中的无棱边的过渡。至下部的纵梁的多腔空心型材的下一个腔的该连接片用于固定负载分配元件。通过到所提到的连接片中的负载导入有利地实现：沿着相应的下部的纵梁的纵向方向的负载传输经由位于下部的纵梁的内部中的在其它情况下不受干扰的纤维增强***(在具有减少的腔数的部段之外)来实现。有利地，由此在下部的纵梁的内部中进行行驶运行的拉力和压力的主负载传输。这有利地避免：沿着下部的纵梁的纵向方向作用的拉力和压力能够辅助或引起下部的纵梁的变形。位于车厢部分的地板下方的其它安装件在腔数未减少的区域中固定在下部的纵梁的外墙上。由此，相应的负载分配元件作为一些干扰接合到连接片结构中，它们固定在所述连接片结构上。除此之外，负载分配元件的固定离相应的下部的纵梁的中性纤维近。这降低变化的弯曲力矩的传输，所述弯曲力矩能引起在相应的负载分配元件的固定区域中的不利的应力。

车体优选具有两个横梁，经由所述横梁所述车体支撑在转向架上。横梁在其(沿着车厢纵向方向观察)侧面的端部处吸收车体的负载或者借助于负载分配元件将行驶运行的拉力和压力传输到下部的纵梁上。在横梁的每个侧面的端部上出于该目的设置有一个或多个负载分配元件。每个横梁具有横跨的部分以及纵向部分，所述横跨的部分垂直于下部的纵梁并且以将其连接的方式伸展，所述纵向部分从横跨的部分朝向车厢部分离端部横杆最近的端部伸展。穿过端部横杆或者连接到端部横杆上借助于连接元件(优选金属的连接元件)来进行，所述连接元件作为交接区元件实现行驶运行以及撞车情况的拉力和压力到横梁中并且从该处到下部的纵梁中的传输。

负载分配元件优选构成为角型材，所述角型材在下部的纵梁的腔数减少的区域中借助于金属的连接元件如铆钉、螺钉或者螺栓固定在该纵梁上。金属的负载分配元件除此之外提供开口，经由所述开口，横梁的相应的侧面的端部在负载分配元件的区域中固定在相应的下部的纵梁上。负载分配元件优选由金属构成，尤其优选由钢或者钛构成。

已证实不利的是，从横梁到下部的纵梁的力传输在其纵向方向上仅通过金属的连接元件来实行，借助于所述连接元件将横梁固定在下部的纵梁上。在此进行的交替应力会在长时间运行中引起损伤。

根据本发明，为此，横梁的横跨的部分的相应的侧面的端部具有至少一个齿部，所述齿部接合到位于负载分配元件处的形状理想地相应的齿部中。可选地，横梁的侧面的端部的多个齿部能够与同一下部的纵梁处的一个负载分配元件或者多个不同的负载分配元件的齿部相对应。齿部的齿的齿侧在此垂直于下部的纵梁的纵轴线定向。

因为齿部的倾斜可能会引起如下力分量，所述力分量给负载分配元件和横梁之间的连接施加负荷，所以齿部优选具有垂直的齿侧和水平的顶面。横梁的和负载分配元件的齿部由此优选以具有方形的齿的两个支撑在彼此上的齿条的类型构成。这有利地确保水平的力(行驶运行的拉力和压力)和竖直的力(车厢部分在横梁上的支撑力)的分开。

横梁的纵向部分延伸直至相应的端部横杆，所述纵向部分支撑在所述端部横杆中。优选地，所述纵向部分引导穿过端部横杆或者在该端部横杆中终止。沿着横梁的纵向部分的车厢纵向方向的端件提供用于固定车钩的接口或者用于固定车头部分的碰撞传导元件的接口，所述车钩用于连接跟随的车厢。沿着车厢纵向方向的端件为此优选分叉地构成并且在分叉的端部处具有共同的安装板作为接口。经由碰撞传导元件，车头部分的中央缓冲车钩的力被传输到沿着车厢纵向方向的端件上。

由此，横梁示意性地具有T形状。T形状的水平的杆的端部通过横梁的横跨的部分的侧面的端部形成，所述端部固定在相应的下部的纵梁中并且在车厢地板下方连接所述纵梁。T形状的竖直的杆的下端部通过用于将车钩或碰撞传导元件固定在横梁的纵向部分的端部上的接口构成。横梁的该部段将力从车钩传导到这两个纵梁中。在另一优选的实施方式中，T形状变为Y形状，其中与在T形状中类似的功能与该形状的部段相关联。

优选地，横梁的横跨的部分的侧面的端部在如下区域中沿着下部的纵梁的纵向方向扩宽，以便能够经由较大的面传输力，在所述区域中，所述端部接合到负载分配元件中。

将拉力和压力传输到随后的车厢上的横梁，能够可选地具有如下部分的增强，所述部分构成接口用于固定车钩。为此，优选在如下部分处构成呈型材形式的加固部，所述部分从车钩伸展至横梁的、将这两个负载分配元件连接的部分。

横梁优选整体由金属构成，优选由钢或者钛构成。

横梁除此之外具有开口，所述开口用于连接空气弹簧和销以支撑在转向架中。其它从现有技术中已知的安装和装配准备也是可行的。材料厚度、加固部和用于确保强度、力传输能力并且用于实现牵引运行的其它技术参数的类似参数的实施方案，在本领域技术人员进行构思期间借助于计算机辅助设计和计算机辅助规划或模拟的已知的方法来确定。

附图说明

接下来根据一些附图阐述本发明的实施例。在此示出：

图1示出车体的下侧的立体视图，

图2示出车体的底架的立体视图，

图3示出车体的底架的俯视图，

图4在横截面中示出底梁的细节视图，

图5示出底梁的立体视图和在底梁的不同的部位处的横截面，

图6示出在下部的纵梁处的负载分配元件的定位的立体视图，

图7示出在用于具有车头部分的车厢端部的实施方案中的横梁的立体视图，

图8示出剖视图，其穿过横梁的端部在负载分配元件处和在下部的纵梁处的布置。

具体实施方式

图1示出车体1的下侧的立体视图。下部的纵梁602、横梁611和端部横杆405的定位是可见的，所述横梁将纵梁602在车厢端部附近的两个部位处连接，所述端部横杆在车厢端部处终止纵梁602。

图2示出底架的一部分，所述底架在此由纵梁602、横梁411和端部横杆405构成。这两个横梁411中的一个具有附加的加固部4115。这些加固部优选在横梁411处设置，所述横梁将联接力转送到随后的车厢。

图3示出根据图2的底架的从下方观察的视图，即从如下侧观察的视图，从所述侧起横梁411安装在下部的纵梁602上。在部段612中，下部的纵梁602的腔数减小。负载分配元件固定在这些部段612中。

图4A至4C示出下部的纵梁602的横截面。下部的纵梁602在连续的混合的拉挤成型法(例如拉缠或拉编法)中以三个芯和在21m的长度上恒定的横截面来制造。下部的纵梁602具有三个通过罗马数字I至III表示的空腔604，所述空腔具有多边形的横截面，其中一个腔III构成有三角形的横截面而两个腔(I，II)构成有四边形的横截面和分别倒圆的角部603。外墙606和在各个腔604之间的连接片605分别由4层四轴纺织物构成，所述四轴纺织物具有1.8mm的单一厚度和0°、-45°、+45°和90°的纤维定向。下部的纵梁602的、上部皮带的和下部皮带的承载负载的区域具有不同的层构造。

在一个实施例中，下部的纵梁602具有21030mm×215mm×232mm(长×宽×高)的尺寸和大约370kg的质量。

图5图解说明了在下部的纵梁602(上图)处的部段612的层，在所述部段中，下部的纵梁602的腔数已经减少。在该部段(剖面B-B)中，负载分配元件固定在迄今为止的腔II的现在空出的连接片上。因为负载分配元件具有矩形的横截面(参见图6)，所以这两个连接片用于进行固定。在剖面A-A中，下部的纵梁602的横截面示例性地在负载分配元件的固定部段之外示出。

图6在立体视图中示出负载分配元件613在下部的纵梁602上的布置。示出车厢部分的侧墙3。所述视图示出两个负载分配元件613，所述负载分配元件分别具有带齿的部段6131。

图7示出横梁411的立体视图。横梁411具有横跨的部分4116和纵向部分4117。横梁411在横跨的部分4116的端部处借助于齿部4112接合到位于下部的纵梁处的负载分配元件的相对应的齿部(未示出)中。经由接口4113建立连接以在端部横杆的区域中进行联接。

图8图解说明负载分配元件613和横梁411在下部的纵梁602上的布置。所示出的是平行于下部的纵梁602的纵轴线的、位于固定开口4112的区域中的剖面。负载分配元件613的带齿的区域6131和横梁411的带齿的区域4112形状理想地彼此接合。横梁411的固定通过开口4114进行，通过所述开口能够引导相应的紧固螺栓。

附图标记列表

1 车体

3 侧墙

405 端部横杆

410 穿引部

411 横梁

4112 横梁的带齿的区域

4113 用于连接车钩的接口

4114 用于穿引连接元件的开口

4115 横梁的加固部

4116 横梁的横跨的部分

4117 横梁的纵向部分

602 下部的纵梁

603 倒圆的角部

604 空腔(多角的多边形)

605 连接片

606 纵梁的外墙

611 中间层

612 具有减少的腔数的下部的纵梁的部段

613 负载分配元件

6131 负载分配元件的带齿的区域

Claims (8)

1.一种用于将用于容纳枢轴销的横梁(411)连接到轨道车辆的车体(1)的两个下部的纵梁(602)上的装置，其中所述横梁(411)具有横跨的部分(4116)和纵向部分(4117)，所述横跨的部分将这两个纵梁(602)在连接的区域中彼此连接，所述纵向部分延伸至离得最近的车厢前部，并且所述下部的纵梁(602)在所述车体(1)的整个长度上延伸并且作为多腔空心型材由纤维复合材料构成，其特征在于，

-所述多腔空心型材的腔(604)的数量在所述连接的区域中减少，以致于至少一个腔(604)的墙部材料已经被去除，使得露出至相邻的腔(604)的连接片(605)，

-一个负载分配元件(613)或者多个负载分配元件(613)固定在露出的所述连接片(605)中的一个或多个上，

-所述负载分配元件(613)具有带齿的部段(6131)，所述带齿的部段接合到所述横梁(411)的横跨的部分(4116)的端部处的形状理想的配对件(4112)中，

-所述横梁(411)借助于金属的连接元件固定，所述连接元件穿过所述负载分配元件(613)伸入相应的所述下部的纵梁(602)的一个或多个腔(604)中。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述下部的纵梁(602)设置在车体(1)的下部的侧面的棱边上。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述负载分配元件(613)具有弯折的横截面从而固定在至少两个连接片(605)上，或者所述负载分配元件(613)具有弯折的横截面从而固定在至少一个连接片(605)和所述下部的纵梁(602)的外墙(606)上。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述负载分配元件(613)借助于金属的连接件固定在所述下部的纵梁(602)上。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述横梁(411)的纵向部分(4117)的端部支承在位于所述车体(1)的端部处的端部横杆(405)中，其中所述端部横杆(405)将这两个下部的纵梁(602)的端部连接。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，设计用于将车钩负载传输给随后的车厢的第一类横梁(411)在所述纵向部分(4117)的端部处具有用于容纳车钩的接口(4113)，所述端部延伸至离得最近的车厢前部。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，第一类横梁(411)具有附加的增强型材(4115)。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，朝向车厢的头部分取向的第二类横梁(411)在所述纵向部分的端部处具有用于连接碰撞传导元件的接口。

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