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Die Erfindung betrifft eine Tragkonstruktion für ein Schienenfahrzeug. Die wesentlichen Bauteile eines Schienenfahrzeuges sind ein starrer Tragrahmen, ein den Tragrahmen tragender Wagenkasten, ein Fahrgestell, das ein Drehgestell sein kann, sowie ein Antriebssystem, meist Motor, Getriebe und Nebenaggregate umfassend. Der Tragrahmen ist meist elastisch an den Wagenkasten angebunden. Im Allgemeinen ist der Tragrahmen eine Stahlkonstruktion. Er kann geschweißt oder gegossen oder mehrteilig sein.
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Nachteilig sind das hohe Gewicht, ferner zahlreiche Schnittstellen und Verbindungen durch nicht-integrierte Elastomerlager. Dies erfordert eine größere Anzahl von weiteren Komponenten zusätzlich zum Stahlrahmen. Ein wesentliches Problem des konventionellen Stahlrahmens ist das hohe Gewicht. Ein weiteres Problem ist die Schallabstrahlung.
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Es sind zahlreiche Maßnahmen bekannt geworden, die zum Ziel haben, Gewicht und Schallabstrahlung zu minimieren.
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DE 85 21 737.9 U1 beschreibt ein angetriebenes Schienenfahrzeug mit einem Getriebe, das ein Fahrwerk antreibt. Dabei sind unterhalb des Wagenkastens der Antrieb sowie das Getriebe angeordnet. Zur Dämpfung der vom Antrieb erzeugten Schwingungen und Geräusche sind in den Wagenkasten geräuschdämmende Wandelemente eingebaut, die den benachbarten Fahrgastraum schützen.
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EP 1 377 488 B1 beschreibt ein Schienentriebfahrzeug der genannten Art. Dabei ist der Antrieb von einer geräuschdämmenden Hülle umgeben, die eine Ansaugöffnung und eine Ausblasöffnung aufweist. Ein Lüfter fördert Kühlluft, die durch die Ansaugöffnung in die Hülle eintritt und aus der Ausblasöffnung wieder austritt. Der Ansaugöffnung ist ein geräuschdämmender Absaugkanal nachgeschaltet, und der Ausblasöffnung ist ein geräuschdämmender Ausblaskanal vorgeschaltet.
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Es sind weitere Maßnahmen bekannt geworden, um die vom Antrieb erzeugten Schwingungen und Geräusche zu dämpfen. Siehe zum Beispiel
GB-A-1 499 140 . Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Tragrahmen für ein Schienenfahrzeug derart zu gestalten, dass sowohl das Gewicht als auch die beim Betrieb auftretende Schallemission minimiert werden.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
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Gemäß der Erfindung wird statt des konventionellen Tragrahmens eine Tragkonstruktion vorgeschlagen, die die folgenden Bauteile beziehungsweise Merkmale aufweist:
- – Die Tragkonstruktion besteht im Wesentlichen aus einer Tragplatte aus faserverstärktem Kunststoff (FVK).
- – Es werden elastomere Anschlusselemente zum Anschließen der Platte an den Wagenkasten vorgesehen.
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Der Kerngedanke der Erfindung liegt somit darin, statt des üblichen, aus Stäben aufgebauten Tragrahmens eine flächige Struktur zu verwenden, nämlich eine Platte, die mit Fasern verstärkt ist. Als Fasern kommen jegliche Fasern hoher Zugfestigkeit in Betracht, zum Beispiel Kohlenstofffasern.
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Ein großer Vorteil der erfindungsgemäßen Tragkonstruktion besteht darin, dass die Fasern in einer unterschiedlichen Dichte und in unterschiedlichen Bereichen der Platte angeordnet werden können. Die Faserdichte wird an neuralgischen Stellen hoher Beanspruchung besonders groß sein. Auch kann die Platte Versteifungsrippen aufweisen, die mit dem übrigen Plattenmaterial einteilig sind. In den Versteifungsrippen können Fasern eingebettet sein, zum Beispiel mit besonders hoher Faserdichte.
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Die Platte kann auch zur weiteren Minimierung des Gewichts mit Aussparungen versehen sein, am besten in den Bereichen geringer Belastung.
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An den Anbindepunkten zu Wagenkasten und Motor-Getriebe-Einheit kann die Tragstruktur gezielt geschwächt werden, indem der Faseranteil verringert wird. An diesen Stellen hat die Platte daher eine geringere Steifigkeit, als in ihren übrigen Bereichen, und daher eine höhere Elastizität. Auf diese Weise lässt sich gewissermaßen ein elastisches Lager in der Platte als „integriertes Bauteil” erzeugen.
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Die Vorteile, die sich aus der Erfindung ergeben sind die Folgenden:
- – Das Gewicht der erfindungsgemäßen Tragkonstruktion ist gegenüber einem konventionellen Tragrahmen drastisch verringert.
- – Die erfindungsgemäße Tragplatte lässt sich den örtlichen Festigkeitsanforderungen anpassen, ohne dass hierdurch die Dicke der Tragplatte oder deren Gewicht vergrößert werden.
- – Die Tragplatte verringert die Schallemission gegenüber einem konventionellen Tragrahmen ganz erheblich.
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Der Stand der Technik sowie die Erfindung sind anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im Einzelnen Folgendes dargestellt:
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1 zeigt in perspektivischer Darstellung einen Tragrahmen gemäß dem Stande der Technik.
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2 zeigt eine erfindungsgemäße Tragplatte.
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3 zeigt eine erste erfindungsgemäße Lagereinrichtung.
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4 zeigt eine zweite erfindungsgemäße Lagereinrichtung.
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5 zeigt eine Verbindungsstelle zwischen einer erfindungsgemäßen Tragplatte und einem Teil des Wagenkastens.
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6 zeigt eine weitere Verbindungsstelle zwischen einer erfindungsgemäßen Tragplatte und einem stählernen Bauteil eines Eisenbahnwagens.
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7 zeigt eine weitere Verbindungsstelle zwischen einer erfindungsgemäßen Tragplatte und einem Bauteil des Eisenbahnwagens.
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Der in 1 gezeigte konventionelle Tragrahmen 1 ist Bestandteil eines Eisenbahnwagens. Er weist zwei zueinander parallele Längsträger 2 auf, die in Fahrtrichtung verlaufen, ferner zwei hierzu senkrechte Querträger 3. An den Enden der Querträger 3 befinden sich elastische Gummi-Metall-Lager zum Anschließen an den Wagenkasten des Fahrzeuges.
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Die in 2 gezeigte erfindungsgemäße Tragplatte 5 besteht im Wesentlichen aus Kunststoff. Hierbei kommen zahlreiche unterschiedliche Kunststoffarten in Betracht.
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In die Tragplatte 5 sind hier nicht gezeigte Fasern hoher Festigkeit eingebettet. Dabei kommen in erster Linie Kohlenstofffasern in Betracht, aber auch andere Fasern jeglicher Art und aus jeglichem Material.
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Die Tragplatte 5 weist Verstärkungsrippen 5.1 auf. Diese geben der Tragplatte 5 eine erhöhte Steifigkeit, insbesondere eine erhöhte Biegesteifigkeit, außerdem eine erhöhte Zugfestigkeit. Die Verstärkungsrippen 5.1 können Fasern der genannten Art mit einer besonders hohen Faserdichte aufweisen, höher als in der übrigen Tragplatte. Die Fasern verlaufen in Richtung der Verstärkungsrippen 5.1.
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Die Platte kann eben sein. Sie kann aber auch jegliche Wölbungskontur aufweisen, beispielsweise eine Kalotte einer Hohlkugel sein. Die Dicke kann wenige Millimeter betragen, aber auch 1, 2, 3 ... cm. Die Dicke kann über die Fläche der Tragplatte 5 hinweg unterschiedlich sein. Sie kann beispielsweise an den Eckbereichen größer sein, als im mittleren Bereich.
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3 veranschaulicht eine Möglichkeit, auf welche Weise die Verbindung zwischen einer Platte und einem anderen Bauteil des Fahrzeuges hergestellt werden kann. Man erkennt die beiden Endbereiche 5.2 und 5.3 einer erfindungsgemäßen Tragplatte 5. Die beiden Endbereich 5.2 und 5.3 umgreifen ein weiteres, stabförmiges Bauteil 5.4. Dieses kann an ein Teil des Wagenkastens oder ein anderes Teil des Eisenbahnfahrzeuges angeschlossen sein.
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Die beiden Endbereiche 5.2, 5.3 weisen einen besonders hohen Faseranteil auf, während das stabförmige Bauteil 5.4 einen niedrigen Faseranteil aufweisen kann. Das stabförmige Bauteil 5.4 kann aus einem Epoxidmaterial bestehen, wie auch alle anderen aus Kunststoff bestehenden Bauteile, beispielsweise die Tragplatte 5 selbst. Die Fasern 6 sind schematisch angedeutet.
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Der in 4 gezeigte Übergangs- oder Verbindungsbereich umfasst wiederum Endbereiche 5.5, 5.6 von erfindungsgemäßen Tragplatten 5. Die Endbereiche sind einem Doppel-T-Träger 10 zugewandt, der Bestandteil des Eisenbahnfahrzeuges sein kann und zum Beispiel aus Baustahl besteht. Die beiden Endbereiche 5.5, 5.6 sind eingehüllt in Kunststoff, beispielsweise wiederum eine Epoxidmasse 5.7.
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Die Epoxidmasse 5.7 hat einen geringen Anteil an verstärkenden Fasern, während die Endbereiche 5.5, 5.6 einen hohen Faseranteil aufweisen. Siehe die Fasern 6.
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Die Ausführungsform gemäß 5 einer Verbindungsstelle umfasst ein Teil 11 des Wagenkastens, ferner einen Verbindungsstab 5.8 aus faserverstärktem Kunststoff. Die beiden Bauteile können durch Kleben, Stecken oder Klemmen miteinander verbunden sein. Der Verbindungsstab 5.8 ist fest verbunden oder einteilig mit einer hier nicht gezeigten erfindungsgemäßen Tragplatte.
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Bei der Verbindungsstelle gemäß 6 sieht man wiederum ein Stahlteil 12, das zum Aufnehmen von Komponenten dient, beispielsweise eines Motors, eines Getriebes und so weiter. Ein Verbindungsstab 5.9 ist durch das Stahlteil 12 hindurchgeführt und mit diesem fest verbunden. Verbindungsstab 5.9 greift wiederum an einer erfindungsgemäßen, hier nicht gezeigten, Tragplatte an.
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Die Ausführungsform gemäß 7 veranschaulicht eine weitere Möglichkeit des Verbindens einer erfindungsgemäßen Tragplatte mit Bauteilen aus Stahl und Eisen. Verbindungsteil 5.10 ist im vorliegenden Falle symmetrisch. Es weist einen stabförmigen Mittelteil auf, der zum Anschluss an eine erfindungsgemäße Tragplatte 5 dient oder mit dieser einteilig ist. In den Hauptteil des Verbindungsteiles 5.10 sind beispielsweise Buchsen 13 zum Anschließen an Teile des Fahrzeuges aus Stahl und Eisen vorgesehen.
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Die genannten stabförmigen Verbindungselemente können Profilstäbe sein, beispielsweise mit rundem, elliptischem oder polygonem Querschnitt.
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Die erfindungsgemäße Tragkonstruktion kann zwei oder mehrere Tragplatten aufweisen. Diese können starr oder elastisch miteinander verbunden sein.
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Die Ausdrucksweise „Tragplatte” ist in weitestem Sinne zu verstehen. Solche Tragplatte kann auch mehr- oder mindergroße Aussparungen aufweisen. Sie kann auch eine imaginäre Platte sein, umfassend einteilig gefertigt, oder zusammengefügte Profilstäbe.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Tragrahmen
- 2
- Längsträger
- 3
- Querträger
- 4
- Gummi-Metall-Lager
- 5
- Tragplatte
- 5.1
- Versteifungsrippen
- 5.2
- Endbereich
- 5.3
- Endbereich
- 5.4
- stabförmiges Bauteil
- 5.5
- Endbereich
- 5.6
- Endbereich
- 5.7
- Epoxidmasse
- 5.8
- Verbindungsstab
- 5.9
- Verbindungsstab
- 5.10
- Verbindungsteil
- 6
- Fasern
- 10
- Doppel-T-Träger
- 11
- Teil des Wagenkastens
- 12
- Stahlteil
- 13
- Buchsen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 8521737 U1 [0004]
- EP 1377488 B1 [0005]
- GB 1499140 A [0006]
