用于固定在有轨车辆尤其是铁路车辆的端侧上的车辆头部 |
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申请号 | CN201510582338.7 | 申请日 | 2015-09-14 | 公开(公告)号 | CN105416321A | 公开(公告)日 | 2016-03-23 |
申请人 | 福伊特专利有限公司; | 发明人 | 萨沙·恩德; 安德烈亚斯·海尼施; 赖纳·克劳斯; | ||||
摘要 | 本 发明 涉及一种用于固定在有轨车辆尤其是 铁 路车辆的端侧上的车辆头部,其具有车辆头部结构,该车辆头部结构具有由第一结构元件构成的自承载式 框架 结构,该第一结构元件包括两个分别布置在车辆头部的纵向轴线的侧向的、沿竖直方向延伸的A柱,这些A柱沿纵向方向延伸经过车辆头部的部分区域地实施,或者与沿车辆头部的纵向方向延伸的 侧梁 连接,该第一结构元件还包括顶部结构和至少一个护栏元件以及包括端壁,其特征在于,端壁至少部分地由 纤维 复合材料 构成,并且护栏元件至少在其延伸部的部分区域上从横截面上看由其中一种下述材料构成的 型材 元件构成:-金属,特别是 铝 -金属/塑料复合物-金属/纤维塑料复合物-纤维塑料复合物。 | ||||||
权利要求 | 1.一种车辆头部,所述车辆头部具有沿纵向方向延伸的用于固定在有轨车辆的端侧上的车辆头部结构,所述车辆头部结构具有由第一结构元件构成的自承载式框架结构,所述第一结构元件包括两个分别布置在所述车辆头部的纵向轴线的侧向的、沿竖直方向延伸的A柱,所述A柱沿纵向方向延伸经过所述车辆头部的部分区域地实施,或者与沿所述车辆头部的纵向方向延伸的侧梁连接,所述第一结构元件还包括分别牢固地将两个A柱的靠上的区域连接起来的顶部结构和至少一个横向于所述车辆头部的纵向轴线地将所述A柱彼此连接的护栏元件,以及包括在所述A柱之间布置在至少一个护栏元件上或整合有所述护栏元件的端壁; |
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说明书全文 | 用于固定在有轨车辆尤其是铁路车辆的端侧上的车辆头部技术领域[0001] 本发明涉及一种车辆头部,其具有沿纵向方向延伸的用于固定在有轨车辆的端侧上的车辆头部结构,该车辆头部结构包括由第一结构元件形成的自承载式的框架结构,其中,第一结构元件的至少一部分形成具有承载结构的底部结构,该底部结构与其他的第一结构元件连接,并且与底部结构连接的第一结构元件由纤维增强塑料构成。 背景技术[0002] 这类车辆头部例如由文献WO 2010/029188所预先公知。除了第一结构元件以外,这类车辆头部还包括第二结构元件,它们从功能上看用于消耗能量。也就是说,第二结构元件用于至少部分地吸收或减少在碰撞时因为冲击力传递而产生的且导入到车辆头部中的冲击能量,从而不会波及到车辆头部的由第一结构元件构成的自承载式的结构。由于驾驶舱由即使在碰撞时也不会明显变形的抗变形的头部结构所包围,所以在铁路车辆头部之中仍保留有列车驾驶员的生存空间。为了确保轻量化的结构方式,第一结构元件完全由纤维复合材料来构建。通过针对车辆头部结构的各个区域使用不同的纤维复合结构/纤维复合三明治式结构,可以有针对性地减少在碰撞时产生的且导入到车辆头部结构中的冲击能量。然而,周期性出现的负荷载入使框架结构的各个组件必须相应地适应负载地设计。 发明内容[0003] 本发明的任务是,在同时抗变形能力强且重量轻的情况下提供车辆头部结构的简单且成本低廉的设计。 [0005] 一种车辆头部,其具有沿纵向方向延伸的用于固定在有轨车辆的端侧上的车辆头部结构,该车辆头部结构具有由第一结构元件构成的自承载式框架结构,该第一结构元件包括两个分别布置在车辆头部的纵向轴线的侧向的、沿竖直方向延伸的A柱,这些A柱沿纵向方向延伸经过车辆头部的部分区域地实施,或者与沿车辆头部的纵向方向延伸的侧梁连接,该第一结构元件还包括分别牢固地将两个A柱的靠上的区域连接的顶部结构和至少一个横向于车辆头部的纵向轴线将A柱彼此连接的护栏元件,以及包括在A柱之间布置在至少一个护栏元件上或整合有该护栏元件的端壁。根据本发明的解决方案的特征在于,端壁至少部分地由纤维复合材料构成,并且护栏元件至少在其延伸部的部分区域上从横截面上看由其中一种下述材料构成的型材元件形成: [0007] -金属/塑料复合物 [0008] -金属/纤维塑料复合物 [0009] -纤维塑料复合物。 [0010] 优选地,单个护栏元件从横截面上看完全构造为型材元件。 [0011] 根据本发明的解决方案提供的优点是,能简单生产且成本低廉地构造车辆头部结构。至少部分构造为型材提供的优点是,可以采用标准化的预制型材。 [0012] 一种由铝构成单个护栏元件的特别优选的实施方式可以实现轻量化结构方式的车辆头部结构,该车辆头部结构连同由纤维复合材料构成的其他的第一结构元件一起整体上提供了如下的车辆头部,其在重量轻的同时还具有很高的刚性和抗变形能力。在这里也可以采用标准化的预制型材。 [0013] 在此,由第一结构元件形成的自承载式的框架结构通常是如下的承载架,其套有外罩。该外罩可以一件式或多件式地实施。优选地,端壁是外罩的组成部分。 [0014] 在一种有利的构造方案中,单个护栏元件在其延伸部的部分区域上从横截面上看构造为型材元件,该型材元件从以下型材元件组中选择: [0015] -空心型材 [0016] -实心型材 [0017] -组合式的实心/空心型材元件。 [0018] 使用型材元件提供的优点是,可以采用标准构件,其中,依赖于护栏元件的布置,通过选择设计方案而利用简单的工具得到适应负载的构造。 [0019] 具体来说,单个护栏元件可以实施为型材元件,其包括至少一个具有型材横截面的型材区段,该型材区段由以下组或它们的组合构成: [0020] -T形型材 [0021] -U形或C形型材 [0022] -箱式型材 [0023] -管式型材 [0024] -圆形型材。 [0025] 使用相应的型材元件提供的优点是,在刚性高的同时实现很少的材料需求和很轻的重量。 [0026] 在一种改进方案中分别设置多个护栏元件,其中,根据第一构造方案,至少两个护栏元件彼此平行地布置,或者根据第二构造方案,它们彼此对角地布置。这些构造方案提供的优点是,也为在面积上较大的端侧提供了所需的刚性,并且此外为端侧区域中的框架结构提供了所需的刚性。 [0028] -力锁合的连接 [0029] -形状锁合的连接 [0030] -材料锁合的连接 [0031] 优选地,选择至少沿某个方向起作用的形状锁合的连接并且附加地选择材料锁合的连接。在特别有利的构造方案中,形状锁合和材料锁合彼此叠加地设置,也就是说,形状锁合的接合区域也相当于材料锁合的接合区域。 [0032] 就基本上抗变形的自承载式框架结构的构造而言,存在许多可能性。在一种有利的实施方式中,第一结构元件包括两个分别与车辆头部的纵向轴线侧向地布置的、在竖直方向上延伸的A柱,它们沿纵向方向延伸经过车辆头部的部分区域地实施,或者与沿车辆头部的纵向方向延伸的侧梁连接,该第一结构元件还包括分别将两个A柱的靠上的区域牢固地连接的顶部结构。优选地,为A柱选择一件式的实施方式。随后,这些A柱弧形的构造并且可以省去单独的侧梁。 [0033] 由于侧梁或A柱在碰撞时承受极强的负荷,并且特别是必须防止不可控的变形,即,必须防止这些结构元件失效,因此优选的是,这些结构元件通过由纤维复合材料形成的空心型材构成,在该空心型材中,为了进一步提高刚性,作为可选的方式优选容纳有支撑材料,特别是支撑泡沫。 [0034] 顶部结构优选地以三明治式的构造方式由纤维复合材料构造。也能想到其他的可能性。 [0035] 在另一种有利的改进方案中,蜂窝式元件配属于单个A柱的和/或端壁的至少部分区域并且与它们连接。这些蜂窝式元件至少部分地由如下的材料构造,该材料从下面提到的组中选出: [0036] -铝 [0037] -纤维复合材料 [0038] -金属 [0039] -金属/塑料复合材料 [0040] -金属/纤维塑料复合材料 [0041] 设置蜂窝式元件提供的优点是,以在部位上限定的方式附加地设置了刚性的增加。单个蜂窝式元件与单个A柱的和/或端壁的相应的部分区域经由如下的连接方式来连接,该连接方式从以下连接方式组中选出: [0042] -力锁合的连接 [0043] -形状锁合的连接 [0044] -材料锁合的连接 [0045] 优选地,使用材料锁合的连接,因为能相对自由地选择连接区域,并且在连接元件上无需设置特别的特征。 [0046] 在一种改进方案中设置有第二结构元件,这些第二结构元件以如下方式与第一结构元件连接和设计,即,至少一部分在有轨车辆发生碰撞时由于冲击力传递产生的且导入到框架结构中的冲击能量通过第二结构元件的至少部分不可逆的变形或至少部分的损毁而被减少。因此,第二结构元件实施为具有消耗能量的功能。优选地,至少一部分第二结构元件至少部分地由纤维强化塑料构造,而另一部分结构元件由其中一种下述材料构造: [0047] -金属 [0048] -金属/塑料复合物 [0049] -金属/纤维塑料复合物。 [0051] 下面借助附图阐述根据本发明的解决方案。其中: [0052] 图1a沿纵向方向示出处于安装位置的车辆头部; [0053] 图1b以立体图示出根据图1a的车辆头部的局部; [0054] 图2a和2b以横截面图示出A柱的构造; [0055] 图3a和3b以不同的视图示出由端壁和A柱构成的单元; [0056] 图4a和4b示出根据图3a和3b的带有附加的蜂窝式元件的实施方式; [0057] 图5a和5b示出护栏元件的布置; [0058] 图6以横截面图示出端壁的构造。 具体实施方式[0059] 根据有轨车辆的车辆头部1的局部,图1a和图1b以不同的视图示出沿纵向方向延伸地实施的车辆头部结构2的构造。图1a以纵剖面示出沿纵向方向观察的在铁路车辆上的处于安装位置的车辆头部结构2的视图。图1b示出车辆头部结构2的局部。 [0060] 车辆头部结构2包括由第一结构元件3构成的自承载式的框架结构5。第一结构元件3以如下方式构造并且彼此连接,即,为了容纳车辆驾驶舱10,框架结构5基本上抗变形地构造。在这里,至少一部分第一结构元件3构成具有承载结构6的底部结构7,该底部结构与其他的第一结构元件3连接。在此,这些其他的第一结构元件不是底部结构7的组成部分。不属于底部结构7的第一结构元件3,特别是与底部结构7连接的第一结构元件3至少部分地,优选完全由至少一种纤维强化塑料构造。 [0061] 在有利的构造方案中,车辆头部结构2包括另外的第二结构元件4。第二结构元件4以如下方式与第一结构元件3连接和设计,即,至少一部分冲击能量通过第二结构元件4的至少部分不可逆的变形或至少部分的损毁来减少,该冲击能量在有轨车辆的碰撞情况中由于冲击力传递而产生并且导入到框架结构5中。至少一部分第二结构元件4相应地由纤维强化塑料构造。 [0062] 在所示的情况下,底部结构7包括至少一个面式元件8,其构成车辆驾驶舱10的底面9的至少一个部分区域并且与承载结构6连接。经由底部结构7,在这里未具体示出的耦联器,特别是中央缓冲耦联器与车辆头部连接。以18标示用于耦联器的铰接部。为了即使针对很高的周期性的耦联器负载也可以提供符合要求的、成本低廉的且就生产而言是简单的车辆头部结构2,例如底部结构7的承载结构6至少由从以下的材料组中选出的至少一种材料或者它们的组合构成:金属、金属/塑料复合物或者金属/纤维塑料复合物。优选使用金属,特别是钢。在特别有利的实施方式中,承载结构6由多个由钢制成的型材元件构成。 [0063] 由第一结构元件形成的自承载式框架结构5包括套有外罩12的承载架11。优选地,窗口区域19整合到外罩12中。经由与外罩12的连接和/或与第一结构元件3的连接进行底部结构7在框架结构5之中的连接。承载架11由第一结构元件3形成。该第一结构元件例如包括两个分别布置在车辆头部1的理论上的纵向轴线L的侧向的、沿垂直方向延伸的A柱14。这些A柱可以一件式或多件式地构造。A柱14可以沿纵向方向延伸经过车辆头部1的部分区域地实施,或者与沿车辆头部1的纵向方向延伸的侧梁连接。此外,框架结构5包括分别将两个A柱的靠上的区域牢固地连接的顶部结构13。但是,该顶部结构也可以是外罩12的组成部分。 [0064] 在所示情况下,A柱14弧形地构造,其包括带有竖直的方向分量的第一部分区域15和与其成夹角地延伸的第二部分区域16。第一部分区域15构成与底部结构7的交接部,第二部分区域16形成与有轨车辆的至少一个交接部。顶部结构13可以是外罩12的整合的组成部分,或者可以构造为独立的结构上的单元。在所示情况下,顶部结构13示例性地构造为独立的结构上的单元,该单元在第二部分区域16中与A柱14连接,并且还与外罩12连接。 [0065] 沿纵向方向延伸的A柱14经由至少一个,优选多个基本上横向于纵向轴线L延伸地指向的护栏元件17连接。此外,在A柱14之间设置有布置在至少一个护栏元件17上或者整合有该护栏元件的端壁20。护栏元件17用于加固配属于A柱的端壁20,并且提升了框架结构5的坚固度和刚性。端壁20形成驾驶舱10的端侧的终端。在此,端壁20从底部结构7出发沿竖直的方向遮盖A柱14之间的区域。根据本发明,端壁20至少部分地由纤维复合材料构造,并且单个护栏元件17在其延伸部的部分区域上从横截面上看由其中一种下述材料构成的型材元件形成: [0066] -金属,特别是铝 [0067] -金属/塑料复合物 [0068] -金属/纤维塑料复合物。 [0069] 该实施方案使得能够以轻量化结构方式得到形状稳定的自承载式框架结构5。 [0070] 此外,各个A柱14和/或端壁20优选以三明治式结构至少部分地由纤维复合材料构造。在此,端壁20和/或A柱14优选地由纤维复合材料形成,该纤维复合材料从以下不同的纤维复合材料组中选出: [0071] -GFK, [0072] -芳香聚酰胺, [0073] -迪尼玛(Dyneema)和/或 [0074] -CFK。 [0075] 它们可以包围至少一个如下的区域,其由纤维复合材料构成的空心型材22形成,在该空心型材中,为了提升刚性而容纳有支撑材料,特别是支撑泡沫23。这类构造方案示例性地用于A柱14而在图2a和2b中给出。在此,图2a示出了A柱14的型材横截面,其由带有壁21的空心型材元件22形成,该壁包围空心腔。在空心腔中容纳有支撑泡沫23。图2b示出了用于提升根据图2a的沿预限定的方向的刚性的有利的改进方案,在该改进方案中,空心型材22从横截面上看以包围多个在这里例如是两个能用支撑泡沫23a、23b填充的空心腔的方式构造。支撑泡沫以硬化的形式形成所谓的核心元件。 [0076] 图6示例性地示出在横截面上看呈三明治式结构的端壁20的可能的构造。在这里,示例性地设置有两个由纤维复合材料构成的板24,在这些板之间布置有中间层19。该中间层例如同样可以由泡沫材料形成。 [0077] 图3a和图3b以两个视图示出由A柱14和端壁20组成的结构性的单元。图3a示出立体图,而图3b给出沿纵向方向的朝向端壁20的从驾驶舱10向外看的视角的视图。可以看出如下的护栏元件17,它们在这里彼此平行地以横向于纵向方向地对柱14进行连接的方式布置。各个护栏元件17与A柱14之间的连接部以25标示。优选地,这些连接部形状锁合和/或力锁合地实施。这也可以允许被松开。附加或可选地,也能想到材料锁合。 优选地,单个护栏元件17在安装位置中在横向于纵向方向的延伸部上以恒定的横截面构造并进而沿护栏元件17的纵向方向以恒定的横截面构造。示出的是箱式型材。但是也能想到以下形状的型材: [0078] -T形型材 [0079] -U形或C形型材 [0080] -箱式型材 [0081] -管式型材 [0082] -圆形型材。 [0083] 优选地,通过粘附(特别是粘贴)产生材料锁合。 [0084] 图4a和图4b示出根据图3a和图3b的改进方案。该改进方案中,在A柱14上设置有蜂窝式元件26,它们优选与A柱材料锁合地连接,并且起到使其部位加固的作用和在碰撞时起到提供了消耗能量的作用。 [0085] 图5a和图5b示出护栏元件17相对于端壁20的布置和取向的有利实施方案。在图5a中可以看出多个横向于车辆头部的纵向方向取向地布置的横梁形式的护栏元件17,这些护栏元件横向于纵向方向且沿竖直方向上看彼此间隔开地布置。护栏元件17在所示情况下示例性地实施为型材元件并且彼此平行地布置。端壁20布置在它的前方或后方。优选地,分别直接进行与A柱的连接。在这里,各个护栏元件17构造为具有恒定的横截面的型材元件,并且在图5a中在A柱之间、横向于纵向方向且彼此平行地延伸。与之相对地,图5b示出具有对角的取向的实施方式,或者也可以与纵向方向呈一定角度地取向。 [0087] 附图标记列表 [0088] 1 车辆头部 [0089] 2 车辆头部结构 [0090] 3 第一结构元件 [0091] 4 第二结构元件 [0092] 5 框架结构 [0093] 6 承载结构 [0094] 7 底部结构 [0095] 8 面式元件 [0096] 9 底面 [0097] 10 车辆驾驶舱 [0098] 11 承载架 [0099] 12 外罩 [0100] 13 顶部结构 [0101] 14 A柱 [0102] 15 第一部分区域 [0103] 16 部分区域 [0104] 17 护栏元件 [0105] 18 铰接部、耦联器 [0106] 19 中间层 [0107] 20 端侧/端壁 [0108] 21 壁 [0109] 22 空心型材 [0110] 23、23a、23b 支撑泡沫 [0111] 24 板 [0112] 25 连接部 [0113] 26 蜂窝式元件 [0114] L 纵向轴线 |