Vorlesung1_ 11_10_06 - IDS

Konstruktion der Schienenfahrzeuge 

Termine für Vorlesungen 2006/2007 

Datum Thema 

11.10.06 G. Köhler Konstruktion der 

Schienenfahrzeuge 

18.10.06 G. Köhler Konstruktion der 


25.10.06 G. Köhler Konstruktion der 


01.11.06 F. Minde Grundlagen der 

Eisenbahnbremstechnik 







29.11.06 P. Spiess Fahrdynamik des 

Schienenverkehrs 

06.12.06 P. Spiess Fahrdynamik des 


13.12.06 P. Spiess Fahrdynamik des 


20.12.06 P. Spiess Fahrdynamik des 


10.01.07 G. Köhler Konstruktion der 


17.01.07 G. Köhler Konstruktion der 




Termin für Exkursion 



Dr. Günter Köhler – Bochumer Verein Vorlesung WS 06/07 UNI-Hannover


Inhalt 

Regelwerke und Baurichtlinien 

Rechtliche Rahmenbedingungen 

- europäische Richtlinie 

- nationales öffentliches Recht 

- wichtige Rechtsbegriffe 

Allg. Definitionen und Begriffsbestimmungen 

Fahrwerke - Radsätze, Radsatzlager 

- Radsatzführungen 

- Fahrwerksrahmen 

- Schnittstelle Wagenkasten/ Fahrwerk 

- Anbauteile 

Einbauplanung der Bremsen 

Anordnung der Getriebe und Motoren 

Wagenkästen - Werkstoffauswahl 

- Baugruppen 

- Ausrüstung 

Kupplungen und Übergänge 

elektrische Ausrüstung 

Fenster,Türen und Sitze 

Heizung, Klimatisierung und Lüftung 

Brandschutz, Crash, Aerodynamik, Lärmemission 


Literatur 

Grundwissen Bahnberufe Gerd Holzmann 

Ulrich Marks-Fährmann 

Klaus Restetzki 

Karl-Heinz Sudwischer 

Verlag Europa-Lehrmittel ISBN 3-8085-7401-1 

Fahrzeugtechnik Teil 1 u. 2 Jürgen Janicki 

Eisenbahn-Fachverlag ISBN 3-9801093-9-0 

S-Bahn Triebzüge 

Daniel Riechers 

Transpress Verlag ISBN 3-613-71128-1 

Regionaltriebwagen 



ICE 



TAURUS - Lokomotiven für Karl Gerhard Baur 

Europa ISBN 3-88255-182-8 

EK-Verlag 

Schienenfahrzeugdynamik K. Knothe,S. Stichel 

Springer Verlag ISBN 3-540-43429-1 

Drehgestelle – Bogies Karl Gerhard Baur 

EK-Verlag ISBN 3-88255-147-X 

Dr. Günter Köhler – Bochumer Verein Vorlesung WS 06/07 UNI-Hannover 

Konstruktion der Schienenfahrzeuge


Regelwerke für internationale Anwendung 

•ISO (International Organization for Standardization) 

•IEC (International Electrotechnical Commission) 

•EN (Europäische Norm ) 

•GOST (Staatlicher Standard der russischen Föderation) 

•ASTM (American Standard for Testing and Materials) 

•UIC-Merkblätter (Union internationale des chemins de fer) 

•AAR (Association of American Railroads) 

•OSShD (Organisation for Cooperation of Railways 

/Osteuropa und Asien) 

•Ausführungsbestimmungen der Zulassungsbehörden 


Regelwerke für nationale Anwendung 

•UIC-Merkblätter 

•IEC (International Electrotechnical Commission) 

•TSI (Europäische Interoperabilität) 

•EN (CEN/CENELEC) 

•DIN 

•VDV-Schriften (Verband Deutscher Verkehrsunternehmen) 


•(Netz-)Betreiber-Vorschriften (z.B. Ril der DB AG) 

• Technische Regeln Fahrzeugzustand (TRF) 

•Ausführungsbestimmungen der Zulassungsbehörden 



Europäischer rechtlicher Rahmen 

Interoperabilität 

Hochgeschwindigkeit 

Direktive 

1996/48 

Konventionelle Bahn 

Direktive 

2001/16 

Interoperabilitätsdirektiven 



Was bedeutet “Interoperabilität”? 

Art. 2 der Direktiven 96/48 und 01/16 

Unter “Interoperabilität” versteht man die Eignung des transeuropäischen 

Schienensystems für das sichere und kontinuierliche 

Verkehren von Zügen, die die vorgegebenen Leistungsniveaus 

erfüllen. 

Diese Eignung beruht auf allen rechtlichen, technischen und 

betrieblichen Bedingungen, die zur Erfüllung wesentlicher 

Voraussetzungen eingehalten werden müssen. 



Welches sind die wesentlichen 

Voraussetzungen ? 

Anhang III der Direktiven 96/48 und 01/16 

Sicherheit 

Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit 

Gesundheit 

Umweltschutz 

Technische Kompatibilität 







Übergreifende TSIs 

– TSI “Störgeräusche” (Juni 2006) 

• anwendbar auf herkömmliche Schienenfahrzeuge, sowohl Reisezug- als 

auch Güterwagen 

– TSI Sicherheit in Eisenbahntunneln (2005) 

• alle abgestimmten Vorschriften, aufzunehmen in alle Teilsysteme für die 

Sicherheit von Fahrgästen und Personal beim Befahren von Tunneln 

– TSI Zugänglichkeit für mobilitätseingeschränkte Personen (2005) 

• alle Vorschriften, aufzunehmen auf Fahrzeug- und Infrastrukturebene für 

die Zugänglichkeit für mobilitätseingeschränkte Personen) 

• Weitere zukünftige TSIs (TSIs für die Sicherheit des Eisenbahnsystems, 

Stadtverkehr usw. ) werden von der European Railways Agency (ERA in 

Valenciennes) herausgegeben. 



Verkehrsart / gesetzliche Vorschriften in Deutschland 

Gesetze und Verordnungen für Deutschland / nationale Regeln 

Allgemeines Eisenbahngesetz (AEG) 

- Eisenbahnaufsicht 

- Betriebsgenehmigungsmodalitäten 

- Beförderungspflicht 

- Tarife 

- Planfeststellung 

- Enteignung für Eisenbahnvorhaben 

- Stilllegung von Schienenwegen 

Personenbeförderungsgesetz (PBefG) 

- Öffentlicher Personennahverkehr 

Gesetze der Länder 

- Aufsicht 

- Betriebspflicht 

- Beförderungpflicht 

- Eisenbahn-Bau-und Betriebsordnung 

- Eisenbahn-Bau-und Betriebsordnung für 

Schmalspurbahnen 

- Eisenbahn-Signalordnung 

- Eisenbahn-Verkehrsordnung 

- Verordnung über den Bau und Betrieb 

der Straßenbahnen 

- Straßenverkehrs-Ordnung 



Verkehrsart / gesetzliche Vorschriften 

•Vollbahnen (Eisenbahn-Bau- und Betriebsordnung EBO) : 

- Hauptbahnen mit (inter-)nationalem Fernverkehr (Personen-und Güterbeförderung) 

- Nebenbahnen mit regionalen und lokalen Verkehr (Personen-und Güterbeförderung) 

- S-Bahnen 

• Straßen-, Stadt- und U-Bahnen (Verordnung über den Bau und Betrieb 

der Straßenbahnen BOStrab) 

• Spezialbahnen: 

- Magnetschwebebahnen (zuständig Eisenbahnbundesamt) 

- Standseilbahnen 

- Treidelbahnen 

- Automatische Kabinenbahnen („People Mover“) 

- Grubenbahnen (zuständig Oberbergämter) 



Rechtliche Verfahren und technische Rahmenbedingungen 

15 Bundesländer 

zuständig für: 

Lokale Eisenbahninfrastruktur 

Lokale 

Schienenfahrzeugbetreiber 

Niedersachsen 

Berlin 

Bundesminister für Verkehr, 

Bau- und Wohnungswesen 

BMVBW 

EBA 

zuständig für: 

Eisenbahninfrastruktur 

im Besitz des Bundes 

EBA übernimmt Aufgaben für 13 Bundesländer 

Eisenbahnverkehrsunternehmen 

im Besitz des 

Bundes oder ausländische 

Eisenbahnverkehrsunternhmen 


• Offizielle Genehmigung von Infrastrukturplänen 

• Zulassung von Fahrzeugen gemäß § 32 der Eisenbahnbau- und Betriebsordnung 

• Zulassung gemäß der Eisenbahnsignalordnung 

• Eisenbahnaufsicht


Aufgaben des EBA 

Planfeststellung 

Anerkennung von Benannten Stellen 

Finanzierung 

Zulassung und Technische Aufsicht Fahrweg 

Bauaufsicht Anlagen 

Zulassung und Technische Aufsicht Fahrzeuge 

Betrieb 

Magnetschwebebahn 

(Landeseisenbahnaufsicht) 

Erteilung, Widerruf von 

Betriebsgenehmigungen 

Netzzugang 

Unfalluntersuchung


Öffentlichrechtliche Verantwortung für Sicherheit 

Nach § 4 Abs. 1 Satz 1 AEG sind Eisenbahnen verpflichtet, ihren 

Betrieb sicher zu führen und die Eisenbahninfrastruktur, Fahrzeuge 

und Zubehör sicher zu bauen und in betriebssicheren Zustand zu 

halten. 

Nach § 2 Abs. 2 EBO müssen Fahrzeuge den „anerkannten Regeln 

der Technik“ entsprechen, es kann jedoch von den „anerkannten 

Regeln der Technik“ abgewichen werden, wenn mindestens die 

gleiche Sicherheit wie bei Beachtung dieser Regeln nachgewiesen 

wird. 



Unbestimmte Rechtsbegriffe 

- Allgemein anerkannte Regeln der Technik 

- Stand der Technik 

- Stand von Wissenschaft und Technik 

Vom BGH ist festgelegt worden, dass verständige, umsichtige, vorsichtige 

und gewissenhafte Fachleute für das Eisenbahnwesen nach dem jeweiligen 

Stand der Technik festlegen, welche Sicherheitsvorkehrungen zu treffen 

sind. 



zivilrechtlich 

setzt Produktsicherheit voraus, dass 

bei der Herstellung der allgemein 

anerkannte Stand der Technik 

gewahrt wird 

straf- und deliktsrechtlich ist der allgemein 

anerkannte Stand der Technik die 

Untergrenze der Sicherheitspflichten 

öffentlicht-rechlichen Sicherheitspflichten genügt der 

Verkehrspflichtige bei Wahrung der 

allgemein anerkannten Regeln der 

Technik 



Begriffe und Abmessungen 

a 

SO 

S=1435 

Lüp= 

SO Schienenoberkante Rsl Radsatzlast 

Lüp Länge über Puffer Dg Drehgestell 

Li Lichte Weite 

s Spurweite 



Zugkonfigurationen 

Konventioneller Zug mit Lokomotive und Waggon 

Konventioneller Zug mit Lokomotive und Reisezugwagen 

Gliederzug in Jakobsanordnung mit Triebkopf 

Gliederzug in Jakobsanordnung als Triebwagen 

Gliederzug mit Trailern und Einzelradsätzen als Triebwagen 



Starrkörper und Koppelelemente eines Schienenfahrzeuges 



Starrkörper und Koppelelemente eines Gliederzuges 

Gliederzug mit Einzelradsatzfahrwerk 

Gliederzug mit Jakobsdrehgestellen 



Fahrzeugkoordinatensystem 

Primärstufe zwischen Radsatz und Fahrwerksrahmen 

Sekundärstufe zwischen Fahrwerksrahmen und Wagenkasten 

Das gleisfeste Koordinatensystem x,y,z 

Das mit dem Fahrzeug bewegte Koordinatensystem x‘,y‘,z‘ 


Starrkörperbewegungen des Fahrzeuges 


x-Schwingung oder Zucken Drehschwingen + Querschwingen = Schlingern 

y-Schwingung oder Querschwingen Rollen + Querschwingen = Wanken 

z-Schwingung oder Tauchen Zucken + Nicken = Bocken 

Drehen um die y-Achse oder Nicken Tauchen + Nicken = Galopp 

Drehen um die x-Achse oder Rollen 

Drehen um die z-Achse oder Drehschwingen 

Zusätzlich wirken Verformungen des Wagenkasten: Biegeschwingung, Torsionsschwingung etc. 



Radsatzanordnung 

A, B, C (Großbuchstaben) 1, 2, oder 3 miteinander gekuppelte 

Treibachsen im Hauptrahmen 

1, 2, 3 (Arabische Ziffern) Zahl der aufeinander folgenden 

Laufradsätze im Hauptrahmen. 

O (kleine Null) Wird als Zusatz angegeben wenn die 

gemeinsam gelagerten 

Treibradsätze nicht miteinander 

gekuppelt sind. 

‚ (Apostroph) Wird als Zusatz verwendet, wenn die 

Radsätze nicht im 

Fahrzeughauptrahmen, sondern z. B. 

im Drehgestellrahmen gelagert sind. 

() (Klammer) Wird verwendet, wenn in einem 

Drehgestell rahmen Lauf- und 

Treibradsätze enthalten sind. 



Radsatzanordnung 

Beispiele: 

Fahrtrichtung 

2‘ C 1‘ 

Fahrzeugaufbau 

Fahrwerksrahmen 

2‘ 2‘ 

Treibradsatz 

Co‘ Co‘ 

(1A) (A1) 

Laufradsatz 

gekuppelte Antriebe 

durch Kuppelstange 

oder Gelenkwelle 



r 

B enennung 

H P G U P G 

Ein B moderner A Fahrzeugkasten Triebwagen von 67 m Länge 

B U ntergestell 

C Längsw ände 

D D ach 

besteht E Fahrzeugkopf aus: 

E A Fahrwerk 

B tragende Strukturen 

F Stirnw ände 

G Anschweißteile , A nbauteile 

C Radsystem 

Kennbuchstaben 

für 

Benennung 

H Zwischendecke 

D Federung, Dämpfung, 

J Zwischen w änd e 

Ausgleich 

HFG TFG 

C A Fahrzeugausbau 

E Lenkungssysteme (aktiv) 

G D Steuerung für 

- B 18 Fenster Hauptbaugruppen 

F Anlenkungssysteme (passiv) 

C Fußboden 

Energieerzeugung 

D Innenverk leidung 

G Schutzanbauteile 

E Systemerfassung 

E T rennwände 

F A Energieanlage, 

F Steuerung für 

F Außenanbauten 

Antriebsanlage 

Energiespeicherung 

G Fahrzeug lack ierung 

B Energiezuführung 

H A Hilfsbetriebsanlage 

H Isolierung 

C Energieerzeugung 

B Umformereinrichtung 

D - A 108 Fahrzeuginnenein Baugruppen 

richtung 

B H altestangen, G riffe 

D Energieumsetzung 

C Batterieeinrichtung 

(Innen bere ich) 

E Energieabführung 

D Bordnetz 

C Sitze, Liege n, T ische 

F Energiespeicherung 

E Kühlung für Energie- und 

D Sanitäreinrichtungen 

G A Steuerungsanlage für 

Antriebsanlage 

E G epäckablage n 

Fahrbetrieb 

F Notstromerzeugungseinrichtungen 

F Zusätzliche E inrichtungen 

- ca. 15.600 Zeichnungspositionen 

B Steuerung für 

J A Überwachungs- und 

Energiezuführung 

Sicherheitseinrichtungen 

C Steuerung für Fahren und 

B Meß- und 

Bremsen 

Schutzeinrichtungen 

(fortgesetzt) 

C Melden, Registrieren, 

Anzeigen 

- ca. 1.052.470 Einzelteilen 

D Sicherheitseinrichtungen 

E Datenübertragungseinrichtungen 

F Kommunikationseinrichtungen 

G zusätzliche Ausstattungen 

- ca. 40 verschiedenen Werkstoffen 



Anteil der Baugruppen an der Fahrzeugmasse 

Beispiel U-Bahn DT4 Hamburg 

Wagenkasten 

24% 

Drehgestelle 

40% 

El. Ausrüstung 

14% 

Türen 

4% 

Isolation 

3% 

Fenster 

2% 

Anstrich 

1% 

Pneumatik 

2% 

Inneneinrichtung 

10% 



Materialeinsatz 

Beispiel U-Bahn DT4 Hamburg 

Chrom Nickel 

20% 

Aluminium 

9% 

Kupfer 

4% 

Elektronik 

2% 

Stahl 

54% 

Sonstiges 

1% 

Holz 

2% 

Glas 

2% 

Kunststoff 

6% 



Fahrwerke 



Radsatzführung eine 2-achsigen Standardgüterwagen 



KERF - Kurvengesteuertes-Einzelradsatz-Fahrwerk 



Güterwagendrehgestell Y25 



Dreiachsiges Güterwagendrehgestell für 25 t Radsatzlast 



Laufdrehgestell MD 530 für ICE 1 


Straßenbahndrehgestell mit Innenlagerung 




Triebdrehgestell für Triebkopf ICE 1 



U-Bahndrehgestell für ein Gelenkfahrzeug 


Laufdrehgestell für eine Niederflurstrassenbahn 




Warum Drehgestelle ? 

a 

R 

l 

a 


Einstellung eines Fahrzeuges im Bogen 

Fahrtrichtung 


Abhängig vom Bogenradius, dem Abstand 

der Radsätze im Fahrwerksrahmen, 

dem Spurspiel, dem Radprofil und dem 

Ausdrehwiderstand des Fahrwerkes stellt sich 

- Spießgang 

oder 

- Freilauf 

ein. 



Stoßreduzierung in z-Richtung durch Drehgestell 


Bogenfahrt von zwei starr gekoppelten Rädern 



Zusammenwirken von Rad und Schiene 


72 



Radsatz im Bogen 


Rollradiendifferenz bei Querverschiebung 


Delta_r-Funktion, S1002 auf UIC60, 1/40, Sw =1435mm, Radradius r=425mm 

25 

20 

15 

10 

5 

dr 

0 

-10 -5 

-5 

0 5 10 


-10 

-15 

-20 

-25 

Linearisierungamplitude dy in mm

Rollradiendifferenz bei Querverschiebung 



Lage der Berührpunkte (+/- 5 mm Querweg) 




Wellenlauf des Radsatzes in der Geraden 



Anlaufwinkel des ersten Radsatzes bei Bogenfahrt 

Radiale Einstellung des Radsatzes 

im Bogen durch längselastische 

Radsatzführung 



Fahrwerksteuerung 

• Radsatzlauf im Bogen 

– Selbstlenkung (erwünscht) 

• Radsatzlauf in der Geraden 

– Instabiler Wellenlauf (unerwünscht) 

– Abhilfe: Fesselung der Wendebewegung im Drehgestell 

– Bogenlaufverhalten stark eingeschränkt 

• Bogenabhängige Fesselung des Radsatzes! 



Fahrzeugstellung im Bogen 



Mechanische / hydraulische Steuerung 



Funktionsprinzip (vereinfacht) 



Fahrwerke 


Merkmale und Differenzierung der Fahrwerke 


- Anzahl der Radsätze 

Einzelradsatzfahrwerke beim klassischen „Zweiachser“ oder bei Gelenkfahrzeugen. 

Standarddrehgestell mit zwei Radsätzen. Schwerlastfahrzeuge und 

Güterzugloks mit drei Radsätzen. Sonderfahrzeuge mit bis zu 5 Radsätzen. 

- Einstufiges oder zweistufiges Federungssystem 

Standardgüterwagenfahrwerke generell einstufig - Triebfahrzeuge und 

Personenwagen überwiegend zweistufig 

- Typ der Radsatzführung 

Unterscheidung zwischen starr und flexibel. 

Kennzeichnende Parameter sind Cx und Cy. 

- Rahmenform 

Kastenrahmen, H-Rahmen mit und ohne Kopfträger, O-Rahmen, 

- mit oder ohne Wiegenträger (Bolster) 

- mit Antrieb (Triebdrehgestell) oder ohne Antrieb (Laufdrehgestell) 

- Ausführung der Bremseinrichtung 

Klotzbremse, Radscheibenbremse, Wellenbremsscheibe, Magnetschienenbremse, 

Wirbelstrombremse 


Aufbau eines Reisezugdrehgestell 

6 


1 2 3 4 5 

1 Radsatz mit Radsatzlager (Nullebene) 

2 Primärfederung 

3 Radsatzführung 

4 Drehgestellrahmen (Einsebene) 

5 Sekundärfederung 

6 Wiegenträger (Bolster) Schnittstelle (Zweiebene) 

zum Wagenkasten 


2-achsiges, wiegenloses Drehgestell (ICE 3)

Vorlesung1_ 11_10_06 - IDS

Sie wollen auch ein ePaper? Erhöhen Sie die Reichweite Ihrer Titel.

Template löschen?

Als Template speichern?