DE102017102555A1 - Bodensegmente für den Boden eines Wagenkastens - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft Bodensegmente zum Aufbau des Bodens eines Wagenkastens für ein Schienenfahrzeug zur Personenbeförderung, insbesondere für den Einsatz im Kurzstreckenbetrieb, wie bei U- und S-Bahnen, bei denen die Schienenfahrzeuge oder die aus ihnen gebildeten Zugeinheiten in kurzen Intervallen beschleunigt und abgebremst werden müssen.Die Bodensegmente sind platten-, schalen- oder halbschalenförmig ausgebildet und bestehen aus einer Außenwand und einer dazu beabstandeten Innenwand. Mindestens zwei Bodensegmente sind derart ausgestaltet, dass der überragende Bereich der Außenwand bzw. Innenwand des einen Bodensegmentes form-, kraft- und / oder stoffschlüssig mit dem nicht-überragenden Bereich der Innenwand bzw. Außenwand des benachbarten Bodensegmentes miteinander verbunden ist. Dabei entspricht die Breite der Bodensegmente im Wesentlichen der Breite des Wagenkastens. Die Bodensegmente bestehen zumindest teilweise aus faserverstärktem Kunststoffverbund.

Description

• Die Erfindung betrifft die Bodensegmente eines Wagenkastens, wobei mehrere Boden-segmente den Boden des Wagenkastens bilden und für ein Schienenfahrzeug zur Personenbeförderung, insbesondere für den Einsatz im Kurzstreckenbetrieb, wie bei U- und S-Bahnen, bei denen die Schienenfahrzeuge oder die aus ihnen gebildeten Zugeinheiten in kurzen Intervallen beschleunigt und abgebremst werden müssen, eingesetzt werden.
• Bekannte Wagenkästen von Schienenfahrzeugen bestehen in konventioneller Bauweise aus einer röhrenförmigen Konstruktion mit zwei Stirnwänden, die im Regelfall als Übergang zu einem benachbarten Wagenkasten ausgebildet sind. Alternativ kann die Stirnwand auch als Führerhaus ausgebildet sein.
• In konventioneller Bauweise besteht der Wagenkasten aus einem Untergestell (auch Unterboden genannt), zwei Seitenwänden sowie einem Dach. Dabei weisen die Baugruppen, insbesondere die Seitenwände und das Dach, eine tragende, skelettartige Tragstruktur auf, bei der Stahlleichtbauprofile miteinander oder mit einem Dünnblech, das die äußere Verkleidung bildet, mit bekannten Schweißverfahren verbunden sind.
• Für die Tragstruktur und die Verkleidung werden neben Stahl- und Stahlleichtbauprofilen und Dünnblechen zunehmend leichte und korrosionsresistente Werkstoffe aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen verwendet. Dabei wird das Aluminium zum Erhalt einer höheren Stabilität als Kammerprofil verbaut. Allerdings weisen auch Aluminium-Bauteile bei falschem Einbau eine Anfälligkeit für Korrosion auf.
• Nachteile dieser Differenzialbauweise sind der hohe Aufwand für die Fertigung der Elemente der Tragstruktur und der Verkleidung und die hohe Korrosionsanfälligkeit durch die form- oder stoffschlüssige Verbindung der Stahl- oder Stahlleichtbauteile untereinander oder mit anderen Werkstoffen. So kommt es in Folge der Kondenswasserbildung insbesondere im Bereich der Fenster- und Türausschnitte in den Seitenwänden zu starker Korrosion, so dass die tragenden Baugruppen im Bereich der Seitenwände beziehungsweise im Übergangsbereich zwischen Dach und Seitenwand regelmäßig nach ca. 15 bis 17 Jahren ausgetauscht werden müssen.
• Neben der klassischen Skelettbauweise, insbesondere für die Baugruppen Dach und Seitenwand, gibt es seit Jahren Bemühungen, alternative Konstruktionsprinzipien in die Praxis überzuleiten.
• So ist aus der DE 196 19 212 A1 der Wagenkasten eines Schienenfahrzeuges bekannt, der im Wesentlichen aus horizontalen und vertikalen Wandungen besteht, wobei die horizontalen Wandungen dem Bilden eines Bodens sowie eines Daches dienen und die vertikalen, insbesondere Seitenwände bildenden Wandungen, den Einbau mindestens eines Fensters und einer Eingangstür durch entsprechende Ausschnitte ermöglichen.
• Dabei werden für die Fertigung des Wagenkastens Module verwendet, die aus faserverstärktem Kunststoff gebildet sind und die im Schnitt senkrecht zur Wagenkastenlängsachse jeweils hälftige Module bilden.
• Jeweils zwei dieser komplementär angeordneten und in der Fahrzeugquermitte zusammentreffenden, hälftigen Module bilden dabei eine Längssektion.
• Der gesamte Wagenkasten besteht aus einer Vielzahl von jeweils zwei hälftigen Modulen, die untereinander mit geeigneten Mitteln verbunden sind. Die hälftigen Module weisen dabei besonders bevorzugt eine Innenwand und eine Außenwand auf, die eine Kernschicht umgeben, wobei diese mit guten Eigenschaften hinsichtlich Wärme- und Schallisolierung ausgebildet ist. Bevorzugt sind die Innenwand und die Außenwand aus faserverstärktem Kunststoff gefertigt.
• Besonders bevorzugt umfassen die faserverstärkten Kunststoffe Glas-, Kohlenstoff-, Aramid- und / oder Naturfasern. Bevorzugt umfassen die als Matrix vorgesehenen Kunststoffe Epoxidharze, ungesättigte Polyesterharze, Vinylesterharze oder Phenolharze.
• Ein Nachteil dieser Konstruktionsbauweise resultiert aus der Größe der dreidimensional ausgebildeten Module. Zudem bilden die aneinandergrenzenden Modulhälften im Bereich des Wagenkastenbodens und im Dachbereich einen durchgehenden Stumpfstoß, so dass bei üblichen Belastungssituationen, bei denen der Wagenkasten auf Torsion beansprucht wird, mit einer frühzeitigen Ermüdung des Werkstoffes in dieser Fügezone gerechnet werden muss.
• Aus der GB 2 030 934 A ist eine Karosserie für ein Fahrzeug und ein mit dieser Karosserie ausgestattetes Fahrzeug bekannt.
• Dabei besteht die Karosserie aus modularen Teilsegmenten, die aneinandergrenzend so miteinander verbunden sind, dass die Segmentmodule zugleich einen Teilbereich des Karosseriedaches bilden. Dazu weisen die Teilsegmente eine abgewinkelte Verlängerung auf.
• Um der Karosserie die notwendige Festigkeit zu verleihen, werden die einzelnen Module jeweils in überlagerter Form montiert. Durch die Verwendung klassischer Konstruktionswerkstoffe, wie Stahl, kommt es in dem Überlapp- bzw. Stoßbereich der aneinandergrenzenden Teilsegmente bzw. Segmentmodule zu starken Korrosionserscheinungen. Auch erfordert die Vorfertigung der dreidimensional geformten Teilsegmente und der sie verbindenden Profile eine hohe Fertigungsgenauigkeit.
• Beim Verschweißen der Teilsegmente untereinander, beziehungsweise mit den sie verbindenden Profilen, werden vergleichsweise große Wärmemengen in die Konstruktionsteile eingebracht, was zu stärkerem Verzug und daraus resultierenden Fertigungsungenauigkeiten führt. Ebenso wird durch die vergleichsweise große Wärmeeinflusszone das Gefüge geschwächt. Durch den ungewollten Wärmeeintrag kommt es zudem regelmäßig zum Ausbeulen oder Verformen der dünnwandigen, die Wagenkastenaußenhaut bildenden Segmentmodule. Diese Bereiche mit den signifikanten Verformungen müssen durch weiteren Wärmeeintrag und den Eintrag mechanischer Energie (Normalglühen, Spannungsarmglühen, Richten) aufwendig nachgearbeitet werden. Zudem ist es im Regelfall erforderlich, die sichtbaren Außenflächen aufwendig zu spachteln und zu verschleifen, um einen ansprechenden Gesamteindruck des Wagenkastens zu realisieren.
• Falls die Segmentmodule untereinander beziehungsweise mit den angrenzenden Profilen durch Schraub- oder Nietverbindungen verbunden werden, so wird dadurch die Gefahr der Spaltkorrosion in der Verbindungszone stark gefördert. Da zudem die verwendeten Verbindungssegmente und die Segmentmodule aus unterschiedlichen Stählen bzw. Stahllegierungen bestehen, kann es zu frühzeitiger Kontaktkorrosionsbildung kommen.
• Aus der DE 10 2009 045 202 B4 ist ein modularer Wagenkasten in Leichtbauweise bekannt, der insbesondere für den Einsatz in Hochgeschwindigkeits-Schienenfahrzeugen konzipiert ist. Dazu weist der Wagenkasten für ein Personen-Schienenfahrzeug mehrere, in Umfangsrichtung um eine Längsachse geschlossene, Wagenkastenmodule auf, wobei benachbarte Wagenkastenmodule über in Umfangsrichtung geschlossene, ringartige Kopplungsmodule miteinander verbunden sind. Die Wagenkastenmodule selbst sind aus mehreren Modulelementen gebildet, die miteinander verbunden sind. Die Bodenelemente können als Flächenelemente ausgebildet und als Faserverbundkunststoff oder Sandwichelement ausgeführt sein. Die Bodenplatte des Wagenkastens wird dabei durch mehrere Bodenpaneele gebildet (vgl. 11).
• Aus EP 1 138 567 A2 ist bekannt, dass ein modular aufgebauter Wagenkasten eines Schienenfahrzeuges in Faserverbundbauweise ausgeführt wird, wobei der Wagenkasten aus standardisierten Modulen, wie Dachplatte, Obergurt, Fenstersäule, Türpfosten, Seitenwandträger, Bodenplatte und Treppenmodul gebildet ist. Die Bodenplatten werden weitestgehend als Sandwich mit starren Schubstegen und verlorenen Schaumkernen ausgeführt. Mit Ausnahme der hakenförmigen Endabschnitte der Bodenplatte, in denen Versteifungsrippen in Längsrichtung orientiert sind, verlaufen die Schubstege aufgrund der äußeren Plattenabmessungen in Richtung der Breite des Wagenkastens.
• Aus DE 195 26 256 A1 ist bekannt, dass der Fußboden, insbesondere für Schienenfahrzeuge, schall- und wärmedämmend ausgestattet sein kann, wobei zwischen einem Fußbodenträger und den, mit einem Gehbelag versehenen, Fußbodenplatten schall- und wärmedämmende Distanzelemente angeordnet sind, wobei diese als Schaumstoffmatten ausgebildet sind.
• Aufgabe der Erfindung ist es, einen Boden für einen Wagenkasten bereitzustellen, welcher die Nachteile des Stands der Technik überwindet.
• Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Bodensegment für den Boden eines Wagenkastens gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
• Erfindungsgemäß ist das Bodensegment zum Aufbau eines Bodens eines Wagenkastens für ein Schienenfahrzeug konzipiert. Bevorzugt ist das Bodensegment platten-, schalen- oder halbschalenförmig ausgebildet.
• Bevorzugt können die Bodensegmente, aus denen der Boden eines Wagenkastens für ein Schienenfahrzeug gebildet wird, mit unteren Längsträgern und / oder Endtraversen verbunden werden.
• Bevorzugt besteht das Bodensegment aus einer Außenwand und einer dazu beabstandeten Innenwand. Vorteilhaft werden dadurch Dämmeigenschaften, wie Schall- und Wärmedämmung, optimiert.
• Bevorzugt sind mindestens zwei Bodensegmente derart ausgestaltet, dass der überragende Bereich der Außenwand bzw. Innenwand des einen Bodensegmentes form-, kraft- und / oder stoffschlüssig mit dem nicht-überragenden Bereich der Innenwand bzw. Außenwand des benachbarten Bodensegmentes miteinander verbunden ist. Vorteilhaft können dadurch Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden. Weiterhin vorteilhaft wird dadurch eine geringere Durchlaufzeit erreicht, indem Fertigungsteams zur Fertigung des Bodens die Bodensegmente entlang der Wagenkastenlängsachse von beiden Enden des Wagenkastens, d.h. von außen nach innen einbauen können, ohne sich gegenseitig zu behindern.
• Bevorzugt entspricht die Breite der Bodensegmente im Wesentlichen der Breite des Wagenkastens. Vorteilhaft ist dadurch die Stabilität des Wagenkastens erhöht, indem keine weiteren Füllmittel oder Verbindungselemente benötigt werden. Alternativ ist die Breite der Bodensegmente geringer als die Breite des Wagenkastens.
• Bevorzugt besteht das Bodensegment zumindest teilweise aus faserverstärktem Kunststoffverbund (FKV). Vorteilhaft wird dadurch bei gleichbleibender Stabilität das Gewicht des Wagenkastens erheblich reduziert, wodurch wiederum eine Erhöhung der Nutzlast des Schienenfahrzeuges ermöglicht wird.
• Bevorzugt sind die Bodensegmente als rechteckige Platten ausgebildet, wobei ihre Längsseiten jeweils senkrecht zur Wagenkastenlängsachse angeordnet sind.
• Die einzelnen Bodensegmente des Bodens des Wagenkastens sind bevorzugt differenziert als Zentraltyp-Bodensegment, Standardtyp-Bodensegment oder Endtyp-Bodensegment ausgebildet. Bevorzugt beinhaltet der Boden eines Wagenkastens jeweils mindestens ein Zentraltyp-Bodensegment, mindestens zwei Standardtyp-Bodensegmente und mindestens zwei Endtyp-Bodensegmente.
• Bevorzugt sind mindestens ein Zentraltyp-Bodensegment in der Mitte des Bodens des Wagenkastens und davon ausgehend zu beiden Seiten jeweils mindestens ein Standardtyp-Bodensegment jeweils abwechselnd angeordnet. Bevorzugt gibt es mehr Standardtyp- als Zentraltyp-Bodensegmente. Bevorzugt gibt es mehr als mindestens zwei Standardtyp-Bodensegmente. Bevorzugt folgen mindestens zwei Zentraltyp-Bodensegmente aufeinander. Bevorzugt folgen mindestens zwei Standardtyp-Bodensegmente aufeinander. In einer weiteren alternativen Ausführungsform gibt es mehr Zentral- als Standardtyp-Bodensegmente. In einer weiteren alternativen Ausführungsform gibt es mehr Standard- als Zentraltyp-Bodensegmente.
• Bevorzugt umfasst der Boden eines Wagenkastens zwei Endtyp-Bodensegmente. Die Endtyp-Bodensegmente stellen dabei die jeweiligen Enden und somit den Abschluss des Bodens dar.
• Bevorzugt werden die Bodensegmente aus mindestens einem FKV-Werkstoff ausgebildet.
• Bevorzugt umfassen die Bodensegmente mindestens eine Außen- und eine Innenwand.
• Im Sinne der Erfindung wird unter der Außenwand jene Fläche verstanden, welche den Wagenkasten nach außen abschließt und welche in Verbindung mit der Umgebung außerhalb des Wagenkastens steht. Im Sinne der Erfindung wird unter der Innenwand jene Fläche verstanden, welche in Kontakt mit dem Wagenkasteninnenraum und somit dem Fahrgastraum steht.
• Bevorzugt sind die Innen- und die Außenwand der Bodensegmente parallel zueinander und jeweils ein- oder mehrlagig aus mindestens einem FKV-Werkstoff ausgebildet.
• Bevorzugt sind die Innen- und die Außenwand mit mehrachsiger Faserausrichtung, besonders bevorzugt bidirektionaler Faserausrichtung, ganz besonders bevorzugt in 0°/90°-Orientierung, gefertigt.
• Bevorzugt werden die Fasern in den faserverstärkten Kunststoffverbund der Bodensegmente als Roving und / oder Vlies und / oder Gewebe und / oder Gelege und / oder Geflecht eingebracht.
• Bevorzugt sind zwischen der Innen- und der Außenwand der Bodensegmente Verstärkungselemente angeordnet, wobei diese als rechteckige Hohlprofile, vorzugsweise unterschiedlicher Größen, ausgeführt sind.
• Bevorzugt sind die rechteckigen Hohlprofile mit ihren Längsachsen quer zur Wagenkastenlängsachse ohne Abstand aneinander gereiht zwischen der Innen- und der Außenwand der Bodensegmente angeordnet.
• Bevorzugt sind nur rechteckige Hohlprofile gleicher Größe als Verstärkungselemente zwischen der Innen- und der Außenwand der Bodensegmente angeordnet und bilden das Standardtyp-Bodensegment.
• Bevorzugt sind rechteckige Hohlprofile unterschiedlicher Größe als Verstärkungselemente zwischen der Innen- und der Außenwand der Bodensegmente angeordnet und bilden das Zentraltyp-Bodensegment bzw. das Endtyp-Bodensegment.
• Bevorzugt werden die rechteckigen Hohlprofile ein- oder mehrlagig aus mindestens einem FKV-Werkstoff hergestellt.
• Bevorzugt sind die rechteckigen Hohlprofile mit mehrachsiger Faserausrichtung, besonders bevorzugt bidirektionaler Faserausrichtung gefertigt.
• Bevorzugt weisen die rechteckigen Hohlprofile zusätzlich eine Kernfüllung auf, ausgebildet als Schaum- und / oder Waben- und / oder Holzkern. Bevorzugt handelt es sich bei dem Holzkern um Balsaholz. Weiterhin kann die Kernfüllung auch aus Kork oder als faseriges Dämmmaterial ausgebildet sein. Bevorzugt dient die Kernfüllung zur Übertragung von Gewichts- und Schubkräften. Vorteilhaft ergibt sich damit eine verbesserte Stabilität und eine bessere akustische und thermische Isolation des Fahrgastinnenraums.
• Bevorzugt sind die rechteckigen Hohlprofile mit einem Hartschaumstoff gefüllt.
• Bevorzugt erfolgt die Herstellung der einzelnen Bodensegmente in einem Pressverfahren, wobei das Fügen der rechteckigen Hohlprofile mit entweder der Innen- oder der Außenwand des Bodensegmentes zusätzlich durch Kleben erfolgt.
• Bevorzugt weisen die Innen- und die Außenwand eines Bodensegmentes jeweils zumindest an einer ihrer Seiten, die senkrecht zur Wagenkastenlängsachse ausgerichtet ist, im Folgenden als Längsseite bezeichnet, einen Bereich auf, in dem sie die rechteckigen Hohlprofile dergestalt überragen, dass eine formschlüssige Verbindung zwischen benachbarten Bodensegmenten hergestellt werden kann. Vorteilhaft erlaubt diese bevorzugte Ausführungsform das Fügen einzelner Bodensegmente zur Baugruppe Boden in Analogie zu aus dem Stand der Technik für Bodenbeläge wie Parkett oder Laminat bekannten Verfahren (Klick-Parkett bzw. Klick-Laminat). Besonders bevorzugt überragt an einer der beiden Längsseiten eines einzelnen Bodensegmentes ein Bereich der Innenwand im Wesentlichen über die gesamte Längenausdehnung der Längsseite die rechteckigen Hohlprofile, und an der dieser Längsseite gegenüberliegenden Längsseite überragt ein Bereich der Außenwand die rechteckigen Hohlprofile im Wesentlichen über die gesamte Längenausdehnung der Längsseite. Des Weiteren erfolgt das Fügen der einzelnen Bodensegmente zur Baugruppe Boden besonders bevorzugt beginnend mit den, an den beiden Endbereichen eines Wagenkastens angeordneten Bodensegmenten. An diesen Bodensegmenten wird jeweils ein nächstes Bodensegment so angeordnet, dass der die rechteckigen Hohlprofile überragende Bereich der Außenwand des mit einem Endbereich des Wagenkastens verbundenen Bodensegments die Außenwand des nächsten Bodensegmentes zumindest mittelbar über eine Schicht eines Klebstoffs berührt. Desgleichen berührt der die rechteckigen Hohlprofile überragende Bereich der Innenwand des nächsten Bodensegmentes die Innenwand des mit einem Endbereich des Wagenkastens verbundenen Bodensegmentes zumindest mittelbar über eine Schicht eines Klebstoffs. Mit anderen Worten erfolgt das Fügen der einzelnen Bodensegmente von außen, also an den Endbereichen des Wagenkastens beginnend, nach innen, also zur Mitte des Wagenkastens hin. Das Bodensegment, das in der Mitte der Baugruppe Boden angeordnet ist, ist dementsprechend so gestaltet, dass seine Außenwand keinen, die rechteckigen Hohlprofile überragenden Bereich aufweist, und seine Innenwand die rechteckigen Hohlprofile an beiden Längsseiten dieses Bodensegmentes überragt. Des Weiteren besonders bevorzugt sind benachbarte rechteckige Hohlprofile benachbarter Bodensegmente stoffschlüssig, insbesondere mittels eines Klebstoffs, miteinander verbunden, wodurch sich vorteilhaft neben einer verbesserten Stabilität der Verbindung auch eine Möglichkeit zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen ergibt. Für die Realisierung der Erfindung ist es auch zweckmäßig, die vorbeschriebenen erfindungsgemäßen Ausgestaltungen, Ausführungsformen und Merkmale der Ansprüche in jeder Anordnung miteinander zu kombinieren.
• Ausführungsbeispiele
• Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels eingehender erläutert werden. Das Ausführungsbeispiel soll dabei die Erfindung beschreiben, ohne diese zu beschränken.
• Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen:
• 1 Sprengbild eines Wagenkastens mit den erfindungsgemäßen Bodensegmenten,
• 2 Standardtyp-Bodensegment des Wagenkastens in einer perspektivischen Spreng-ansicht und in einer perspektivischen Ansicht im zusammengesetzten Zustand,
• 3 Zentraltyp-Bodensegment des Wagenkastens in einer perspektivischen Sprengansicht,
• 4 Endtyp-Bodensegment des Wagenkastens in einer perspektivischen Sprengansicht.
• 1 zeigt ein Sprengbild eines Wagenkastens 1, in welchem die erfindungsgemäßen Bodensegmente 401 eingebaut sind. Weiterhin sind folgende Komponenten des Wagenkastens dargestellt: Die oberen Längsträger 601 und die unteren Längsträger 602, die Seitenwandsegmente 301, die vertikalen Säulen 304, die Stirnwand 501 sowie die Dachsegmente 201.
• 2 zeigt ein Standardtyp-Bodensegment 403 des Wagenkastens in einer perspektivischen Sprengansicht (2A) sowie einen Querschnitt durch zwei benachbarte Standardtyp-Bodensegmente 403 (2B) bei der Montage. Das Standardtyp-Bodensegment 403 wird mit einer Bauhöhe von 60 mm gefertigt. Das Standardtyp-Bodensegment 403 weist eine Innenwand 406 und eine Außenwand 405 auf, jeweils mit einer Gesamtdicke von 2,0 mm, bestehend aus Einzellagen mit einer Dicke von 0,5 mm und einem Flächengewicht von 400 g / m². Die Kohlenstofffasern der Einzellagen sind in Form von bidirektionalem Gewebe in die Kunststoffmatrix aus Epoxidharz durch ein Laminierverfahren mit anschließender Aushärtung im Vakuum eingebracht und verlaufen in 0°- und 90°-Richtung. Zwischen der Innenwand 406 und der Außenwand 405 des Standardtyp-Bodensegmentes 403 sind jeweils sechs rechteckige Hohlprofile 407 als Verstärkungselemente quer zur Wagenkastenlängsachse direkt aneinander angeordnet und mit der Innenwand 406 verklebt. Dabei handelt es sich um eine klassische Strukturverklebung mit einem Klebespalt von 0,25 - 0,40 mm. Die rechteckigen Hohlprofile 407 mit einer Größe von 250 mm × 56,5 mm werden mit einer Wandstärke von 1,0 mm in einem Flechtverfahren direkt auf einen PET-Hartschaumkern aus Airex T90.60 geflochten (Pullbraiding-Verfahren), wobei die Fasern einen Faserverlauf in ± 45°-Richtung aufweisen und in eine duroplastische Matrix aus Vinylesterharz eingebettet sind. Die Fertigstellung eines Standardtyp-Bodensegmentes 403 erfolgt in einem Pressverfahren, um die Verbindung mit der Außenwand 405 herzustellen und die endgültige Form des Standardtyp-Bodensegmentes 403 inklusive der Fügestellen 408 für das Verbinden mit weiteren benachbarten Bodensegmenten (nicht dargestellt) auszubilden. 2B verdeutlicht die nach der Montage zusätzlich zu der stoffschlüssigen Klebeverbindung bestehende formschlüssige Verbindung zwischen benachbarten Standardtyp-Bodensegmenten 403 über die Fügestellen 408.
• 3 zeigt ein Zentraltyp-Bodensegment 402 des Wagenkastens in einer perspektivischen Sprengansicht. Das Zentraltyp-Bodensegment 402 wird mit einer Bauhöhe von 60 mm gefertigt. Das Zentraltyp-Bodensegment 402 weist eine Innenwand 406 und eine Außenwand 405 auf, jeweils mit einer Gesamtdicke von 2,0 mm, bestehend aus Einzellagen mit einer Dicke von 0,5 mm und einem Flächengewicht von 400 g / m². Die Kohlenstofffasern der Einzellagen sind in Form von bidirektionalem Gewebe in die Kunststoffmatrix aus Epoxidharz durch ein Laminierverfahren mit anschließender Aushärtung im Vakuum eingebracht und verlaufen in 0°- und 90°-Richtung. Zwischen der Innenwand 406 und der Außenwand 405 des Zentraltyp-Bodensegmentes 402 sind jeweils sieben rechteckige Hohlprofile 407 als Verstärkungselemente quer zur Wagenkastenlängsachse direkt aneinander angeordnet und mit der Innenwand 406 verklebt. Dabei handelt es sich um eine klassische Strukturverklebung mit einem Klebespalt von 0,25 - 0,40 mm. Dabei weisen die rechteckigen Hohlprofile 407 unterschiedliche Abmessungen auf, 250 mm × 56,5 mm bzw. 100 mm × 56,5 mm. Angeordnet sind jeweils an den Längsseiten des Zentraltyp-Bodensegmentes 402, quer zur Wagenkastenlängsachse, zwei rechteckige Hohlprofile 407 der Größe 250 mm × 56,5 mm und dazwischen drei rechteckige Hohlprofile der Größe 100 mm × 56,5 mm. Die rechteckigen Hohlprofile 407 werden mit einer Wandstärke von 1,0 mm in einem Flechtverfahren direkt auf einen PET-Hartschaumkern aus Airex T90.60 geflochten (Pullbraiding-Verfahren), wobei die Fasern einen Faserverlauf in ± 45°-Richtung aufweisen und in eine duroplastische Matrix aus Epoxidharz eingebettet sind. Die Fertigstellung eines Zentraltyp-Bodensegmentes 402 erfolgt in einem Pressverfahren, um die Verbindung mit der Außenwand 405 herzustellen und die endgültige Form des Zentraltyp-Bodensegmentes 402 inklusive der Fügestellen 408 für das Verbinden mit weiteren benachbarten Bodensegmenten (nicht dargestellt) auszubilden.
• 4 zeigt ein Endtyp-Bodensegment 404 des Wagenkastens in einer perspektivischen Sprengansicht. Das Endtyp-Bodensegment 404 wird mit einer Bauhöhe von 60 mm gefertigt. Das Endtyp-Bodensegment 404 weist eine Innenwand 406 und eine Außenwand 405 auf, jeweils mit einer Gesamtdicke von 2,0 mm, bestehend aus Einzellagen mit einer Dicke von 0,5 mm und einem Flächengewicht von 400 g / m². Die Kohlenstofffasern der Einzellagen sind in Form von bidirektionalem Gewebe in die Kunststoffmatrix aus Epoxidharz durch ein Laminierverfahren mit anschließender Aushärtung im Vakuum eingebracht und verlaufen in 0°- und 90°-Richtung. Zwischen der Innenwand 406 und der Außenwand 405 des Endtyp-Bodensegmentes 404 sind jeweils zwei rechteckige Hohlprofile 407 als Verstärkungselemente quer zur Wagenkastenlängsachse direkt aneinander angeordnet und mit der Innenwand 406 verklebt. Dabei handelt es sich um eine klassische Strukturverklebung mit einem Klebespalt von 0,25-0,40 mm. Die rechteckigen Hohlprofile 407 mit einer Größe von 250 mm × 56,5 mm werden mit einer Wandstärke von 1,0 mm in einem Flechtverfahren direkt auf einen PET-Hartschaumkern aus Airex T90.60 geflochten (Pullbraiding-Verfahren), wobei die Fasern einen Faserverlauf in ± 45°-Richtung aufweisen und in eine duroplastische Matrix aus Epoxidharz eingebettet sind. Die Fertigstellung eines Endtyp-Bodensegmentes 404 erfolgt in einem Pressverfahren, um die Verbindung mit der Außenwand 405 herzustellen und die endgültige Form des Endtyp-Bodensegmentes 404 inklusive der Fügestellen 408 für das Verbinden mit weiteren benachbarten Bodensegmenten (nicht dargestellt) auszubilden.
• Bezugszeichenliste

1

Wagenkasten

201

Dachsegment

301

Seitenwandsegment

304

Vertikale Säule

401

Bodensegment

402

Zentraltyp-Bodensegment

403

Standardtyp-Bodensegment

404

Endtyp-Bodensegment

405

Außenwand des Bodensegmentes

406

Innenwand des Bodensegmentes

407

Rechteckiges Hohlprofil

408

Fügestelle zu angrenzendem Bodensegment

501

Stirnwand

601

oberer Längsträger

602

unterer Längsträger

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 19619212 A1 [0007]
• GB 2030934 A [0013]
• DE 102009045202 B4 [0018]
• EP 1138567 A2 [0019]
• DE 19526256 A1 [0020]

Claims (11)

1. Bodensegment zum Aufbau eines Bodens eines Wagenkastens für ein Schienenfahrzeug, wobei - das Bodensegment platten-, schalen- oder halbschalenförmig ausgebildet ist, - das Bodensegment aus einer Außenwand und einer dazu beabstandeten Innenwand besteht, - mindestens zwei Bodensegmente derart ausgestaltet sind, dass der überragende Bereich der Außenwand bzw. Innenwand des einen Bodensegmentes form-, kraft- und / oder stoffschlüssig mit dem nicht-überragenden Bereich der Innenwand bzw. Außenwand des benachbarten Bodensegmentes miteinander verbunden ist, - die Breite der Bodensegmente im Wesentlichen der Breite des Wagenkastens entspricht, und - das Bodensegment zumindest teilweise aus faserverstärktem Kunststoffverbund besteht.
2. Bodensegment nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der faserverstärkte Kunststoffverbund Glas-, Kohlen-, Aramid-, Basalt-, Textil- und / oder Naturfasern in einer Matrix aus thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffen umfasst.
3. Bodensegment nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die duroplastischen Kunststoffe Epoxidharze, ungesättigte Polyesterharze, PU-Harze, Vinylester-harze oder Phenolharze umfassen.
4. Bodensegment nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern des faserverstärkten Kunststoffverbundes unidirektional und / oder mehrachsig ausgerichtet sind.
5. Bodensegment nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern des faserverstärkten Kunststoffverbundes als Rovings, Vliese, Gelege, Gewebe und / oder Geflechte eingebracht sind.
6. Bodensegment nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwand und Innenwand der Bodensegmente durch eine mittlere Schicht verbunden sind, wobei die mittlere Schicht einen Schaumkern und / oder Wabenkern und / oder Holzkern aufweist.
7. Bodensegment nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Schicht als faserverstärkter Kunststoffverbund, der ein- oder mehrlagig ausgebildet ist, mit alternierendem Verlauf die Innen- und Außenwand verbindet und entstehende Hohlräume mit Schaum- und / oder Wabenkernen und / oder Holzkernen gefüllt sind.
8. Bodensegment nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die platten-, schalen- oder halbschalenförmigen Bodensegmente kraft- und/oder form- und/oder stoffschlüssig mit einem unteren Längsträger verbunden sind.
9. Bodensegment nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodensegmente eines Wagenkastens mindestens ein Zentraltyp-Bodensegment, mindestens zwei Standardtyp-Bodensegmente sowie zwei Endtyp-Bodensegmente umfasst.
10. Boden eines Wagenkastens dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe Boden aufgebaut ist aus zwei Endtraversen und Bodensegmenten nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Baugruppe Boden zwei Endtyp-Bodensegmente, mindestens ein Zentraltyp-Bodensegment sowie mindestens zwei Standardtyp-Bodensegmente umfasst.
11. Verwendung der Bodensegmente nach einem der vorangehenden Ansprüche zum Aufbau eines Bodens für den Wagenkasten für ein Schienenfahrzeug zur Personenbeförderung für den Einsatz im Kurzstreckenbetrieb, wie bei U- und S-Bahnen, bei denen die Schienenfahrzeuge oder die aus ihnen gebildeten Zugeinheiten in kurzen Intervallen beschleunigt und abgebremst werden.

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