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的制作方法
【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W0 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。
[0004]根据本发明的解决方案是以权利要求1所述的特征为表征的。从属权利要求中给出了有利的构造方案。
[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:
[0006]-金属，特别是铝
[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。
[0027]就单个护栏元件与端壁之间的连接的选择而言，存在多种可能性。单个连接可以从下面提到的连接或它们的组合中选定:
[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，艮P，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力口。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。
[0050]根据能量消耗元件的构造方式，在超过临界负载时，这些元件发生不可延展的纤维断裂，或者发生伴随断裂的变形。依据使用条件进行选择。
【附图说明】
[0051]下面借助附图阐述根据本发明的解决方案。其中:
[0052]图la沿纵向方向示出处于安装位置的车辆头部；
[0053]图lb以立体图示出根据图la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la和图lb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la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lb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