用于固定在轨道车辆、尤其有轨车辆的正面上的车辆头部的制作方法

本发明涉及一种车辆头部，它具有沿纵向延伸的用于固定在轨道车辆正面上的车辆头部，包括由第一结构件构成的承载式的框架结构，其中，第一结构件的至少一部分构成具有支承结构的底部结构，该底部结构与其它第一结构件连接，与底部结构连接的第一结构件由纤维增强的塑料构成。

背景技术：

这种车辆头部例如由专利文献WO2010/029188已知。该车辆头部除了第一结构件外还包括第二结构件，该第二结构件在功能方面用于吸能。亦即，第二结构件用于至少部分地吸收或消除碰撞情况下由于撞击力传递产生的且导入车辆头部的撞击能量，以便由第一结构件构成的车辆头部的承载式的结构不会受到影响。因为驾驶台被抗变形的车头结构包围，该车头结构在碰撞情况下也不显著变形，所以在有轨车辆头部内部存在用于列车驾驶员的求生空间。为确保轻质的结构，第一结构件完全由纤维复合材料制成。通过对车辆头部结构的单独区域使用不同的纤维复合体/纤维复合体-夹层结构可以有针对性地消除碰撞情况下出现的且导入车辆头部结构中的撞击能量。但周期性出现的输入负载决定相应符合负载要求的框架结构的单独部件的结构方案。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种车辆头部结构简单且成本低廉的结构方案，同时该车辆头部结构还具有较高的抗变形性和较小的重量。

按本发明的技术问题通过一种车辆头部解决，它具有用于固定在轨道型车辆的正面上的车辆头部，包括由第一结构件构成的承载式的框架结构，其中，第一结构件的至少一部分构成具有支承结构的底部结构，该底部结构与其它的第一结构件连接，与底部结构连接的第一结构件由纤维增强的塑料制成，按本发明的车辆头部的特征在于，底部结构包括形成至少一个构成车辆 驾驶室底部的至少一个部分区域的且与支承结构连接的平面元件，底部结构的支承结构由从下列材料组中选择的至少一种材料或材料的组合制成：

-金属

-金属/塑料-复合体

-金属/纤维-塑料-复合体。

按本发明的解决方案的优点是，底部结构制造起来简单且成本低廉，该底部结构尤其满足在底部结构上导引且支承的联轴器或离合器出现周期性联接负载时的要求。

在有利的构造中，底部结构的支承结构由钢制成。这样的优点是，可以调用标准化的预制的型材元件。

由铝构成的特别优选的实施方式能够实现轻质的底部结构，该底部结构与由纤维复合材料制成的其它的第一结构件共同地整体上提供具有高强度和较高变形刚性同时重量轻的车辆头部。此处也可以调用标准化的预制的型材元件。

由第一结构件构成的承载式框架结构通常是罩有外壳的支承架。底部结构提供连接装置与外壳和/或其它第一结构件连接。至少一个单独的在底部结构和其它的第一结构件之一和/或外壳之间的连接装置在此设计并且布置成，使得表征所述连接装置的接合区域具有至少两个彼此成角度>45°、优选90°布置的接合区段。该接合区段在此布置并且定向为，在安装位置中可以吸收在垂直方向上和横向于纵向的力。由此形成的延长的接合区域即使在力较高时也能确保连接装置的强度。

在底部结构和其它的第一结构件之一和/或外壳之间的连接装置设计成从下列连接装置中选择的至少一个连接装置或接装置的组合：

-摩擦配合式连接的连接装置

-形状配合式连接的连接装置

-材料接合式连接的连接装置。

优选选择至少在一个方向上作用的形状配合式连接和附加地选择材料接合式连接。形状和材料结合式连接在特别有利的构造中，彼此叠加，亦即，形状配合式连接的接合区域也相应于材料接合式连接的接合区域。

就底部结构的支承结构可能的设计方案而言，存在多个可能性。在最简单的情况下，支承结构包括至少两个彼此间隔布置的支承元件，该支承元件 通过至少一个与所述支承元件成角度定向的横向或连接支撑连接。优选设置多个在车辆头部纵向延伸的支承元件。

单独的支承元件和/或单独的横向支撑或连接支撑优选设计为型材元件，包括至少一个具有下列横截面的型材区段：

-T-形截面

-U-或C-形截面

-箱形截面

-管形截面

-圆形截面。

优选选择型材横截面，该型材横截面在主负载方向上观察地具有预先定义的变形特性。

在有利的扩展设计中，单独的支承元件和/或至少单独的横向支撑或连接支撑形成为整体式部件，由此可以省掉具有要求的定向和因此附加的预定的连接部位的横向支撑和支承元件之间的接合。

在特别有利的扩展设计中，支承结构设计成M-或W-形并且包括至少两个相互平行间隔布置的支承元件，此支承元件通过两个彼此成角度定向布置的连接支撑相互连接，其中，连接支撑优选设计成整体式部件并且是另一个支承元件的组成部分或形成另一个支承元件。由此，可以更好地传递压力和剪力。

在扩展设计中，与支承结构连接的平面元件由至少一种下列材料组成：

-纤维增强的塑料

-铝

-铝/纤维-塑料-复合体

-可再生原料，尤其是木材。

在特别有利的设计方案中，出于安全的原因，由于非导电性选择纤维增强的塑料或纤维-塑料-复合体。

平面元件和支承结构之间的连接装置可以设计成从下列连接装置中选择的至少一个连接装置或连接装置的组合：

-摩擦配合式连接的连接装置

-形状配合式连接的连接装置

-材料接合式连接的连接装置。

就基本上抗变形的承载式的框架结构的结构设计而言，存在多个可能性。在有利的设计方案中，第一结构件包括两个分别布置在车辆头部的纵轴线侧面的、在垂直方向上延伸的A-柱，此A-柱在车辆头部的部分区域上沿纵向延伸或与在车辆头部的纵向延伸的侧向支撑连接，以及第一结构件包括分别固定连接两个A-柱的上方区域的车顶结构。为A-柱优选选择单件式结构。然后，A-柱设计成弧形并且可以省掉单独的侧向支撑。

因为侧向支撑或A-柱在碰撞情况下承受极端的负载并且尤其必须防止该结构件不被控制的变形，亦即，失效，所以优选的是，该结构件由纤维复合材料制成的空心型材构成，为进一步提高刚性在空心型材中最佳地容纳优选支撑材料，尤其是支撑泡沫。

车顶结构优选构造为由纤维复合材料组成的夹层结构。可以考虑另外的可能性。

在扩展设计中，提供第二结构件，第二结构件与第一结构件连接并且设计成，使得通过第二结构件的至少部分地不可逆变形或至少部分的毁坏消除轨道车辆碰撞情况下由于撞击力传递出现的且导入框架结构的撞击能量的至少一部分。因此，第二结构件设计具有吸能元件。优选第二结构件的至少一部分至少部分地由纤维增强的塑料组成，而其它部分的结构件由下列材料的至少一种构成：

-金属

-金属/塑料-复合体

-金属/纤维-塑料-复合体。

根据吸能元件的设计，当超过临界载荷时，将该吸能元件非延展性地碎成纤维或进行带有断裂的变形。此选择根据使用条件进行。

若第二结构件包括布置在纤维头结构的纵轴线两侧的侧向的吸能元件，该吸能元件在未负载状态下布置在由外壳包围的空间内部，并且在超过之前可确定的临界撞击力时发生反应，则在外壳中提供开口或额定断裂部位，此开口或额定断裂部位在碰撞情况下被侧向吸能元件冲破。由此确保，力首先被具有吸能元件的结构件吸收。

车辆头部还包括中央缓冲联轴器，该中央缓冲联轴器通过轴承座铰接在底部结构上。

附图说明

下列根据附图阐述按本发明的解决方案。附图中分别示出：

图1a是在安装位置中的车辆头部的在纵向上的视图；

图1b是按图1a的车辆头部的部分的立体图；

图2是车辆头部的俯视图；

图3是按图2的C-C的剖面图，

图4是图3的E的细节图；

图5a和5b是底部结构的一种结构方案的两个视图；

图6是支承结构的特别有利的结构方案的立体图。

具体实施方式

图1a，1b和2根据有轨车辆的车辆头部1的部分结构示出沿纵向延伸的车辆头部结构2的结构的不同视角的视图。图1a是车辆头部结构2在安装于有轨车辆上的位置中沿纵向观察的纵剖面。图1b示出车辆头部结构2的部分结构。图2是俯视图。

车辆头部结构2包括由第一结构件3构成的承载式框架结构5。第一结构件3被这样设计并且相互连接成，使得框架结构5设计成基本上抗变形以便容纳车辆驾驶室10。在此，该第一结构件3的至少一个部分形成具有支承结构6的底部结构7，该底部结构7与其它第一结构件3连接。这些其它第一结构件在此不是底部结构7的组成部分。不属于底部结构7的第一结构件3，尤其是与底部结构7连接的第一结构件3至少部分地、优选完全由至少一个纤维增强的塑料制成。

在有利的结构方案中，车辆头部结构2还包括第二结构件4。第二结构件4与第一结构件3连接并且设计成，使得通过第二结构件4的至少部分不可逆的变形或至少部分的毁坏消除在轨道型车辆的碰撞情况下由于撞击力传递出现的且导入框架结构5中的撞击能量的至少一部分。第二结构件4的至少一部分相应地由纤维增强的塑料制成。

底部结构7包括至少一个构成车辆驾驶室10的底部9的至少一个部分区域的且与支承结构6连接的平面元件8。通过底部结构7，此处单独的未示出的联轴器，尤其是中央缓冲联轴器与车辆头部连接。用于联轴器的铰接装置以18标记。为获得较高的周期性联接负载可以提供符合应力要求的成 本廉价的且在制造方面简单的车辆头部结构2，至少底部结构7的支承结构6按本发明由至少一种下列材料或下列材料的组合制成：

-金属

-金属/塑料-复合体

-金属/纤维-塑料-复合体。

优选使用金属，尤其是钢。在特别有利的结构方案中，支承结构6由多个钢制型材元件构成。

由第一结构件形成的承载式框架结构5包括支承架11，该支承架11套有外壳12。底部结构7在框架结构5内部通过连接装置与外壳12和/或第一结构件3连接。支承架11由第一结构件3构成。它包括例如两个分别布置在车辆头部1的理论纵轴线L侧面的、在垂直方向上延伸的A-柱14。该A柱可以设计成由一部分或多部分构成。A-柱14可以在车辆头部1的部分区域上沿纵向延伸或与在车辆头部15的纵向上延伸的侧向支撑连接。框架结构5还包括分别固定连接两个A-柱的上方区域的车顶结构13。

A-柱14在所示的情况下设计成弧形，包括具有垂直方向分量的第一部分区域15和与之成角度延伸的第二部分区域16。第一部分区域15形成与底部结构7的接口部位，第二部分区域16形成与有轨车辆的至少一个接口部位。车顶结构13可以是外壳12的整体式组成部分或也可以设计成单独的结构单元。在所示的情况下，车顶结构13例如设计成单独的结构单元，该结构单元与A-柱14在第二部分区域16内连接、并且还与外壳12连接。

在底部结构7和其它的第一结构件3之一和/或外壳12之间的至少一个单独的连接装置，优选整个连接装置在此设计并且布置成，使得表征或代表所述连接装置的接合区域具有至少两个彼此成角度>45°，优选90°布置的接合区段19，20。图3在按图2的截面C-C中示出底部结构7和外壳12之间的连接装置21。连接装置21的特点在于具有延长的接合区域并且可提供更有助于负载的优点。该结构方案在图4中以图3中的细节图E给出。

连接装置21设计成形状和/或材料接合式的连接装置。连接装置21优选设计成形状配合式和材料接合式连接装置。在所示的情况下，形状配合连接在安装位置中沿一个方向在垂直方向和横向上在底部结构7和外壳12之间进行。通过接合区段在底部结构7和框架结构5，此处外壳12上的相应设计实现延长的接合区域。为此，相应的连接区域22成型在外壳12上并且 在转向底部结构7的区域内或作为单独的部件与外壳12连接。该相应的连接区域22，如图4中所示设计为型材区域，其中，该型材在结构设计方面与底部结构7的设计在接合区域内互补。

在所示的情况下，在外壳12上的连接区域具有在外壳12的内侧上成型的突出部，包括两个相互垂直定向的部分区段23，24，该部分区段23，24与底部结构7的彼此互补定向的平面区域，此处平面元件8的上侧和侧面共同作用。连接区域此处在外壳12的内侧上成型或成形为突出部。该突出部优选在外壳12的沿围绕底部结构7的圆周方向观察的大部分尺寸上延伸。在此，它可以是连续的突出部或多个在安装位置中观察地在底部结构7、尤其是平面元件8的圆周方向上在水平面内相互间隔布置的突出部。

以特别有利的方式，突出部设计成在外壳12的内侧上普通的突出部。因为突出部的形成连接区域21的部分区段23和24从外壳12的内侧突出，所以到外壳12的内侧的过渡部优选倾斜地设计或成型。

该结构方案允许在框架结构最大强度的情况下通过底部结构7吸收并且支撑框架结构5中的垂直和水平力。

材料接合式连接优选通过粘接，尤其是粘合产生。

图5a和5b是底部结构7的有利的结构方案。图5a是该结构方案的俯视图。可见支承结构6由多个在车辆头部的纵向上定向布置的支承元件25构成，该支承元件在横向上观察彼此间隔地布置。支承元件25在所示的情况下例如设计为型材元件并且相互平行布置。支承元件25相互连接或者仅通过形成脚底的平面元件8和/或通过至少一个或多个连接支撑26连接，连接支撑26可以横向于纵向或成角度得定向。

图5b是例如支承元件25设计为型材元件、此处设计为箱形截面的结构的正视图。

若第二结构件布置在通过外壳12包围的空间内部，则该外壳12具有在外壳内的开口或额定断裂部位17用于被该第二结构件冲破。

图6示出支承结构6以M或W-结构方式的特别有利的设计的立体图。该支承结构6包括两个支承元件6.1和6.2，这两个支承元件6.1和6.2优选在车辆头部1的纵向上定向、并且基本上平行地且彼此间隔地布置。支承元件6.1，6.2设计成优选箱形截面。在支承元件6.1、6.2之间设有另一个支承元件6.3。支承元件6.1至6.3的连接通过至少一个连接部件、尤其是通过连 接支撑26.1，26.2进行。该连接支撑26.1，26.2设计成板部件、尤其是钢板并且固定在支承元件6.1，6.2的上侧和下侧。单独的钢板此处是M的形状。M′的两个外支脚与支承元件6.1，6.2连接。但也可以考虑，支承元件6.1，6.2由另外的未封闭设计的型材元件构成，其中，钢板是支承元件6.1，6.2的组成部分。

M′的中间部分描述为两个彼此成角度定向的区域。两个钢板或者本身形成用于功能部件、优选联轴器连接装置的支承元件6.3或者通过板部件或型材元件在由它构成另一个支承元件6.3的情况下相互连接，然后在该另一个支承元件上固定联轴器。

支承元件6.1，6.2在此例如由不同的型材元件组成。在可通过箱形截面描述的且用于连接横向或连接支撑的部分区域上，在从过渡部到支承元件6.3的自由端部区域内邻接具有管形截面27的部分区域27，该部分区域27用于容纳和导引碰撞吸能块。在此，支承元件6.1，6.2的单独的部分区域由相同的材料或由不同的材料构成。

附图标记列表

1 车辆头部

2 车辆头部结构

3 第一结构件

4 第二结构件

5 框架结构

6 支承结构

7 底部结构

8 平面元件

9 底部

10 车辆驾驶室

11 支承架

12 外壳

13 车顶结构

14 A-柱

15 第一部分区域

16 第二部分区域

17 开口，额定断裂部位

18 铰接联轴器

19 第一接合区段

20 第二接合区段

21 连接装置

22 连接区域

23 第一部分区段

24 第二部分区段

25 支承元件

26 横向和/或连接支撑

27 部分区域

30L 纵轴线