DE102013212436B4

DE102013212436B4 - Schienenfahrzeug mit vor Schotterflug zu schützender Komponente

Info

Publication number: DE102013212436B4
Application number: DE201310212436
Authority: DE
Inventors: Thomas Baumann; Mihail Calomfirescu
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2013-06-27
Filing date: 2013-06-27
Publication date: 2015-02-12
Anticipated expiration: 2033-06-28
Also published as: DE102013212436A1; EP2991885A1; WO2014206744A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug mit einer vor Schotterflug zu schützenden Komponente, wie einer Bodenklappe, mit einer Prallplatte (4), die auf einer Außenseite der Komponente angeordnet ist, wobei die Prallplatte (4) einen Verbund (2) von übereinander angeordneten, gewebten und mit einem zähelastischen Material als Bindemittel miteinander verbundenen Matten aus festen Kunststofffasern oder Glasfasern aufweist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schienenfahrzeug mit einer vor Schotterflug zu schützenden Komponente, wie einer Bodenklappe, mit einer Prallplatte, die auf einer Außenseite der Komponente angeordnet ist.
Insbesondere bei Hochgeschwindigkeitsfahrzeugen, die mit Geschwindigkeiten von mehr als 200 km/h verkehren, tritt Schotterflug auf, wobei in einem Unterflurbereich des Schienenfahrzeugs aufprallende Schottersteine erhebliche Beschädigungen nach sich ziehen können.
Zum Schutz dieser Komponenten ist es beispielsweise aus der DE 10 2005 032 582 A1 bekannt, eine formstabile Prallplatte einzusetzen, an der anfliegende Schottersteine zertrümmert werden können. Solche starren Platten sind bei Hochgeschwindigkeitsfahrzeugen zwar im Hinblick auf eine Verminderung des Luftwiderstands und zur Energieeinsparung als günstig anzusehen, da mit ihnen glatte Flächen realisierbar sind, und zwar nicht nur im Seitenbereich des Schienenfahrzeugs sondern auch unter dem Wagenkasten. Allerdings wird es bei solchen Platten als nachteilig empfunden, dass diese relativ spröde sind und sehr schwer, was einen großen Wartungs-, Kostenaufwand und Energieverbrauch zur Folge hat.
Zudem sind aus der DE 198 25 402 C1 selbsttragende Formteile für mechanisch hochbeanspruchte Bauteile eines Schienenfahrzeugs bekannt.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Schienenfahrzeug der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine für den Schotterflugschutz eingesetzte Prallplatte einen geringeren Wartungsaufwand mit sich bringt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Prallplatte mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 2.
Ein solcher Verbund aus festen Kunststofffasern (Kevlar) oder Glasfasern hat den Vorteil, dass die Prallplatte eine Nachgiebigkeit aufweist, wodurch sie bei Beaufschlagung mit Schottersteinen weniger stark beschädigt wird, gleichermaßen allerdings die Schutzeigenschaft der Prallplatte nicht geringer ist als bei den im Stand der Technik bekannten starren Platten. Der Mattenverbund wirkt in ähnlicher Weise wie ein Tennisschläger, d. h. ein auftreffender Schottstein lenkt den Mattenverbund aus einer ebenen Lage aus, schwingt dann zurück und befördert den Schotterstein in eine Richtung fort von der zu schützenden Komponente.
Als Bindemittel für den Mattenverbund kommt bevorzugt ein Thermoplast zum Einsatz, welches sich durch eine hohe Zähelastizität auszeichnet.
Die Prallplatte ist in einer einfachen Ausführungsform ausschließlich aus dem Verbund aus den Matten aufgebaut.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Prallplatte jedoch als Sandwichplatte ausgebildet, die eine Kernschicht aufweist, auf deren einer Seite der Mattenverbund und auf deren anderer Seite ein weiterer Mattenverbund angebracht sind. Die Kernschicht besitzt eine Steifigkeit, die derart ausgeprägt ist, dass die Prallplatte in ähnlicher Weise wie die Bespannung eines Tennisschlägers wirkt. Im Vergleich zu der Ausführungsform der Prallplatte ausschließlich aus übereinander gelegten Matten gewährleistet die Kernschicht eine geringere Gesamtdicke.
Eine solche Sandwichplatte zeichnet sich durch eine hohe Verfügbarkeit unter zuverlässigem Schotterschutz aus. Zudem können oberflächliche Beschädigungen einfach durch nachträgliches Auftragen von beispielsweise Thermoplast repariert werden. Auch lassen sich Thermoplaste mit geringem Energieaufwand recyceln.
Der Aufbau der Sandwichplatte kann an jeweilige Anwendungsfälle angepasst werden. So können ihre Eigenschaften durch den Mattenaufbau aus einzelnen Lagen und die Dicke der Matte, die Anzahl der Schichten variiert und optimiert werden, insbesondere auch die Steifigkeit und Elastizität der Sandwichplatte. Es wird ermöglicht, im Wege des Leichtbaus große Prallkräfte aufnehmen zu können.
Die beiden Mattenverbünde können mit der Kernschicht durch thermoplastisches Material oder zähelastischen Klebstoff miteinander verbunden sein. Dabei ist es insbesondere möglich, dass die Prallplatte in einem einzigen Verfahrensschritt aus den übereinander angeordneten Matten und der Kernschicht unter Verwendung eines zähelastischen Bindemittels hergestellt ist.
Die Kernschicht kann bevorzugt von einer (zäh)-elastischen Waben- oder Hartschaumstruktur gebildet sein. Die auch als „Honeycomb” bekannte Wabenstruktur kann beispielsweise metallisch sein.
Vorteilhafterweise ist die Prallplatte derart angeordnet, dass einer der Mattenverbünde der Komponente zugewandt und der andere Mattenverbund nach außen gerichtet ist, wobei der nach außen gerichtete Mattenverbund eine höhere Schichtdicke als der der Komponente zugewandte Mattenverbund aufweist. Die äußere Mattenverbundschicht ist somit dicker als die innere, um einen besseren Schotterschutz zu gewährleisten. Je nach Einsatzort und zu erwartender Beaufschlagung mit Schottersteinen können die Werte für die gesamte Dicke der Prallplatte sowie diejenigen für die innere und die äußere Mattenverbundschicht sowie die Kernschicht angepasst sein, wobei die Prallplatte eine Dicke im Bereich von 10 mm–30 mm, der der Komponente zugewandte Mattenverbund eine Dicke von 1 mm–5 mm und der nach außen gerichtete Mattenverbund eine Dicke im Bereich von 1,5 mm–10 mm aufweist, insbesondere die Prallplatte eine Dicke im Bereich von 15 mm–25 mm, der der Komponente zugewandte Mattenverbund eine Dicke von 1 mm–3 mm und der nach außen gerichtete Mattenverbund eine Dicke im Bereich von 2 mm–6 mm aufweist.
Die Prallplatte kann unmittelbar auf der zu schützenden Komponente befestigt sein. Dies wäre beispielsweise beim Einsatz der Prallplatte zum Schutz einer Bodenklappe eines Hochgeschwindigkeitsfahrzeugs der Fall. Ebenso ist aber denkbar, dass die Prallplatte in einem Abstand zu einer zu schützenden Komponente geeignet angeordnet ist. Beispiele von zu schützenden Komponenten können sein: Kabel, Röhren, ein Wagenübergangsbereich, Antennen usw. Für den Anwendungsfall bei der Antenne ist es wichtig, auf Metallteile zu verzichten, so dass in diesem Fall für die Kernschicht das Material Hartschaum, beispielsweise Polyurethan, zum Einsatz kommen würde.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Querschnittsansicht einer Prallplatte für ein Schienenfahrzeug und
2 eine vereinfachte Seitenansicht der Prallplatte von 1 in verschiedenen Auslenkungszuständen bei Beaufschlagung mit einem Schotterstein.
Die in 1 gezeigte Querschnittsdarstellung eines Abschnitts einer Prallplatte zeigt insgesamt drei Schichten, mit einer Kernschicht 1, die aus einer Waben- oder Hartschaumstruktur gebildet ist, einen einer vor Schotterflug zu schützenden Komponente (nicht dargestellt) zugewandten inneren Mattenverbund 2, sowie einem nach außen gerichteten Mattenverbund 3. Die drei genannten Schichten bilden insgesamt eine elastische Prallplatte 4 aus.
Die beiden Mattenverbünde sind aus aufeinander gelegten Glasfasermatten hergestellt. Alternativ können für die Matten auch feste Kunststofffasern, wie Kevlar, zum Einsatz kommen.
Zur Herstellung der Prallplatte 4 werden die einzelnen Glasfasermatten sowie die Kernschicht in der angesprochenen Anordnung übereinander gelegt. Mit Hilfe eines geeigneten Bindemittels, wie eine Thermoplast, wird durch Erhitzen sowohl die Verbindung der Kernschicht 2 mit den beiden Mattenverbünden 1, 3 hergestellt als auch die zunächst lose übereinander liegenden Glasfasermatten zu einem Mattenverbund umgeformt.
Typische Dickenmaße für die beiden Mattenverbünde 2, 3 sowie die Prallplatte insgesamt sind: a (Prallplatte) = 20 mm, b (innerer Mattenverbund) = 2 mm, und c (äußerer Mattenverbund) = 3 mm. Die Werte können an den jeweiligen Einsatzort der Prallplatte 4 angepasst werden.
Zur Herstellung der Verbindung zwischen den beiden Mattenverbünden 2, 3 und der Kernschicht 1 kann alternativ zu dem thermoplastischen Bindemittel auch ein zähelastischer Klebstoff zum Einsatz kommen.
2 zeigt die Prallplatte 4 sowohl in einer Ausgangsposition (durchgezogene Linie) als auch in insgesamt 3 ausgelenkten Positionen (gestrichelte Linien) bei Beaufschlagung mit einem Schotterstein 5. Das Funktionsprinzip der Prallplatte 4 wird dadurch insofern ersichtlich, dass der Schotterstein 5 die Prallplatte 4 zunächst in seiner Bewegungsrichtung auslenkt, im Anschluss daran jedoch aufgrund der Federkraft der Prallplatte 4 zurückgestoßen wird.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist anhand einer in einem Abstand zu einer Komponente angeordneten Ausführungsform erläutert. Zudem ist es denkbar, dass die Prallplatte 4 unmittelbar auf die Außenseite einer vor Schotterflug zu schützenden Komponente aufgebracht ist.
Bei einer einfacheren Ausführungsform kann eine Prallplatte vorgesehen sein, die von ihrer Funktion ähnlich derjenigen ist, die anhand der 1 und 2 erläutert wurde, jedoch ausschließlich aus Glasfasermatten oder Fasermatten aus anderem geeignet festem Material gebildet ist. Eine solche Prallplatte besitzt eine deutlich höhere Dicke als die in Sandwichbauart vorgesehene und oben erläuterte Prallplatte 4.

Claims

Schienenfahrzeug mit einer vor Schotterflug zu schützenden Komponente, wie einer Bodenklappe, mit einer Prallplatte (4), die auf einer Außenseite der Komponente angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallplatte (4) einen Verbund (2) von übereinander angeordneten, gewebten und mit einem zähelastischen Material als Bindemittel miteinander verbundenen Matten aus festen Kunststofffasern oder Glasfasern aufweist und die Prallplatte (4) ausschließlich aus dem Verbund (1) aus den Matten aufgebaut ist.
Schienenfahrzeug mit einer vor Schotterflug zu schützenden Komponente, wie einer Bodenklappe, mit einer Prallplatte (4), die auf einer Außenseite der Komponente angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallplatte (4) einen Verbund (2) von übereinander angeordneten, gewebten und mit einem zähelastischen Material als Bindemittel miteinander verbundenen Matten aus festen Kunststofffasern oder Glasfasern aufweist und die Prallplatte (4) als Sandwichplatte ausgebildet ist, die eine Kernschicht (1) aufweist, auf deren einer Seite der Mattenverbund (2) und auf deren anderer Seite ein weiterer Mattenverbund (3) angebracht sind.
Schienenfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel von einem Thermoplast gebildet ist.
Schienenfahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Mattenverbünde (2, 3) mit der Kernschicht (1) durch thermoplastisches Material oder zähelastischen Klebstoff verbunden sind.
Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernschicht (1) von einer elastischen Waben- oder Hartschaumstruktur gebildet ist.
Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 2, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallplatte (4) derart angeordnet ist, dass einer der Mattenverbünde (2) der Komponente zugewandt und der andere Mattenverbund (3) nach außen gerichtet ist, wobei der nach außen gerichtete Mattenverbund (3) eine höhere Schichtdicke als der der Komponente zugewandte Mattenverbund (2) aufweist.
Schienenfahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallplatte (4) eine Dicke im Bereich von 10 mm–30 mm, der der Komponente zugewandte Mattenverbund (2) eine Dicke von 1 mm–5 mm und der nach außen gerichtete Mattenverbund (3) eine Dicke im Bereich von 1,5 mm–10 mm aufweist.
Schienenfahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallplatte (4) eine Dicke im Bereich von 15 mm–25 mm, der der Komponente zugewandte Mattenverbund eine Dicke von 1 mm–3 mm und der nach außen gerichtete Mattenverbund eine Dicke im Bereich von 2 mm–6 mm aufweist.
Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallplatte (4) unmittelbar auf der zu schützenden Komponente befestigt ist.