[[Grundelemente Wagenkasten]]
## Anforderungen
```mermaid
flowchart LR
A[Normative Anforderungen] --> B[Wagenkasten]
C[Wirtschaftlichkeit] --> B
D[Betrieb] --> B
E[Einsatzzweck] --> B
F[Infrastruktur] --> B
```
### Infrastruktur und Einsatzzweck
- Die bedeutendsten Anforderungen werden durch den Einsatzzweck des Fahrzeugs definiert und welche Infrastruktur genutzt werden soll. Sie beeinflusst Auslegung und Konstruktion
- Bei Fahrzeugen für Güter- oder Personentransport ist ein leichter Wagenkasten angestrebt, bei einem Triebfahrzeug kann ein schwerer Wagenkasten eine hohe Anpressung der Räder an die Schiene gewährleisten.
- Beim Personenverkehr sowie in bestimmten Fällen des Güterverkehr spielt die zu erzielende Geschwindigkeit eine Rolle bei der Auslegung.
- Oberflächenqualität.
- Höhe der Fussbodenebene zu Bahnsteighöhe oder Ladekante.
- Anhebestellen für Wartung oder Aufgleisung.
- Druckertüchtigung für die Fahrten ab einer gewissen Geschwindigkeit
- Form des Wagenkasten, z.B. zur Reduzierung des [[Tunnelknall]]s
### Wirtschaftlichkeit
- Niedrige Stillstandzeiten durch Wartungsarbeiten oder Ersatzteilversorgung. (z.B. Strangpressprofile)
- Lebensdauer des Fahrzeugs (zwischen 20 und 60 Jahren)
- Korrosionsbeständigkeit (Einfluss auf Gestaltung von Ecken, Rundungen, Fensterausschnitten)
- Niedrige Produktionskosten, geringe Fertigungszeit
- Lokale Anforderungen und bestehende Systeme (zu Verfügung stehende Wartungskapazität, Werkstoffwahl, Anhebewerkzeuge)
### Betrieb
- Umwelteinflüsse auf Werkstoffe (Temperatur, Feuchtigkeit, Salzgehalt der Luft)
- Gleislagequalität (Verwindung,
- Torsionssteifigkeit (zu steiff : Entgleisungsgefahr, zu weich plastische Verformungen bei extremen Lasten)
- Schnittstellen zu anderen Komponenten.
### Normative Anforderungen
#### Brandschutz
EN 45545 „Bahnanwendungen - Brandschutz in Schienenfahrzeugen“
- Brandverhalten der Materialien
- Brandschutz betreffend konstruktive Gestaltung von Schienenfahrzeugen
- Brandschutz von elektrischen Ausrüstungen
- Brandmelde- und Bekämpfungsanlagen
- Vorhaltung Brandschutzmassnahmen
- Brandschutz von Anlagen mit brennbaren Flüssigkeiten oder Gasen
#### Elektrische Sicherheit
EN 50153 „Bahnanwendungen - Fahrzeuge – Schutzmaßnahmen in Bezug auf elektrische Gefahren “
- Klassifizierung der Spannungsbereiche
- Schutzmassnahmen gegen direkte Berührung von Rückstromkreisen
- Besondere Anforderungen für Komponenten
- [[Stromabnehmer]]
- Kondensatoren
- Stecker und Steckdosen
#### Festigkeit der Fahrzeugstruktur
##### TSI LOC&PAS,
Abschnitt 4.2.2.4
- Statische und dynamische Festigkeit (Ermüdung) muss Sicherheit der Insassen und die strukturelle Integrität sicherstellen.
- Spezifikationen der Anforderungen in Anlage J-1 Ziffer 7
- Festigkeitsnachweis anhand von Berechnungen und oder durch Prüfungen.
##### DIN EN 12663
- Strukturelle Anforderungen für Lokomotiven, Personenfahrzeuge (Teil 1) und Güterwagen (Teil 2).
- Kategorisierung der Fahrzeuge Anhand von Festigkeitsanforderungen
Merkmale
| Merkmal | Zweck |
| --------------------------- | --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- |
| **Hohe Längsfestigkeit** | durch hohe Kräfte bei Antreiben, Bremsen, Zugbildung, Längsschwingungen. Auslegung des Wagenkasten für statische Durchgangsdruckkraft in Längsrichtung bon bis zu 2000 kN. |
| **Grosse Biegesteifigkeit** | Formhaltige Konstruktion des Fahrzeugs wegen hoher dyniamsicher Reaktionen. Die [[Fahrzeugumgrenzungslinie]] muss eingehalten werden. Entkoppelung der Eigenfrequenzen zwischen Wagenkasten und Fahrwerk. |
| **Hohe lokale Festigkeit** | zur Aufnahme von Transportgut oder Ausrüstungen. |
| Grosse **Strukturdämpfung** | Abbau von Schwingungsanregungen, auch zum Einhalten von akkustischen Anforderungen. |
| Torsionselastizität | Verwindungshärte des Wagenkasten auf Radentlastung und auf Entgleisungssicherheit |
| Energieverzehrvermögen | Schutz der Insassen bei Kollisionen durch Verwendung von Energieverzehrelementen, Umsetzung [[DIN EN 15227]]
###### Lokomotiven
Zugkraft ohne Personen- und Güterbeförderung.
| Unterkategorie | Fahrzeuge |
| -------------- | ----------- |
| L | Lokomotiven |
###### Personenfahrzeuge
| Unterkategorie | Fahrzeuge |
| -------------- | ------------------------------------------- |
| P-I | Reisezugwagen |
| P-II | Triebzugeinheiten, Reisezugwagen |
| P-III | U-Bahnen, S-Bahnen, Leichte Triebwagen |
| P-IV | Leichte U-Bahnfahrzeuge, Stadtbahnfahrzeuge |
| P-V | Strassenbahnfahrzeuge |
###### Güterwagen
| Unterkategorie | Fahrzeuge |
| -------------- | ----------------------------------------------------------- |
| F-I | Wagen, welche ohne Beschränkung rangiert werden können |
| F-II | Wagen mit Rangiereinschränkungen, z.B. [[Ablaufbergverbot]] |
##### Zulassungsrelevante Nachweise
Gemäss [[DIN EN 12663]]
Nachweis ist abhängig davon, ob es sich um ein Neufahrzeug oder einer Weiterentwicklung handelt.
Nachweis der Anforderungen an die Festigkeit für definierte Lastfälle bei vorgesehener bzw. vorgeschriebener Nutzung entsprechend der Fahrzeugunterkategorie.
| | Vollständige Strukturanalyse | Lokale oder globale vergleichende Strukturanalyse | Statische Tests | Ermüdungsprüfungen und oder Prüfungen auf der Strecke |
| --------------------------------------- | ---------------------------- | ------------------------------------------------- | ----------------------------------- | --------------------------------------------------------- |
| Neukonstruktion | Ja | Nicht zutreffen | Ja | Nur erforderlich, wenn andere Methoden nicht ausreichend |
| Weiterentwicklung oder neue Anwendungen | Nein | Ja | Nein, oder reduziertes Testprogramm | Nur erforderlich, wenn andere Methoden nicht ausreichende |
| Weiterentwicklung ohne neue Anwendungen | nein | Ja | Nein, oder reduziertes Testprogramm | Nein |
#### Diagonalkräfte
Nach [[DIN EN 12663]]
| Kategorie L | P-I | P-II | P-III | P-IV | P-V | F-I | F-II |
| ----------- | ------ | ------ | ----- | ---- | --- | ------ | ------ |
| 500 kN | 500 kN | 500 kN | - | - | - | 400 kN | 400 kN |
![[Diagonalkräfte Wagenkasten.svg]]
#### Zugkräfte im Kupplungsbereich
Nach [[DIN EN 12663]]
![[Zugkräfte im Kupplungsbereich.svg]]
| Kategorie L | P-I | P-II | P-III | P-IV | P-V | F-I | F-II |
| --------------------------------------------------------- | ------- | ------- | ------ | ------ | ------ | ------- | ------- |
| 1000 kN ^[Möglicherweise höher für andere Kupplungstypen] | 1000 kN | 1000 kN | 600 kN | 300 kN | 150 kN | 1500 kN | 1500 kN |
Für P-III bis P-V gilt, dass sie mindestens die höchste Kraft abdecken müssen, welche im Normalbetrieb oder im Abschleppfall auftreten, abdecken können.
#### Druckkraft in Puffer und Kupplungshöhe
Nach [[DIN EN 12663]]
![[Druckkraft in Pufferhöhe.svg]]
| Kategorie L | P-I | P-II | P-III | P-IV | P-V | F-I | F-II |
| ----------- | ------- | ------- | ------ | ------ | ------ | ------- | ------- |
| 2000 kN | 2000 kN | 1500 kN | 800 kN | 400 kN | 200 kN | 2000 kN | 1200 kN |
#### Kollisionssicherheit
Erstens: **Einteilung des Fahrzeugs** in eine Auslegungskategorie
Zweiten: Betrachtung unter 4 **Kollisionsszenarien**.
1. Frontalzusammenstoss zwischen 2 identischen Einheiten
2. Frontalzusammenstoss mit einem unterschiedlichem Fahrzeugtyp
3. Zusammenprall mit einem grossen Strassenfahrzeug
4. Zusammenprall mit einem niedrigen Hindernis
Drittens: numersiche Validierung der Anforderungen an passive Sicherheit. Beschreibung der Szenarien und Simulationen in EN 15227.
##### Kollisionssicherheitsauslegungskategorien von Schienenfahrzeugen
Nach EN 15227
| Kategorie | Definition | Beispiele |
| --------- | --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- | ----------------------------------- |
| C-I | Fahrzeuge auf [[TEN]]-Strecken, internationalen, nationalen, regionalen Strecken mit [[Bahnübergang]] | Lokomotive, Reisezugwagen, etc. |
| C-II | Städtische Fahrzeuge, ausschliessliche Nutzung auf geschlossenem Netz ohne Schnittstellen mit Strassenverkehr | U-Bahn-Fahrzeuge |
| C-III | Leichte Nahverkehrsfahrzeuge mit gemeinsamer Gleisnutzung von Vollbahnen mit Schnittstellen zum Strassenverkehr | Leichttreibwagen, Regio-Stadtbahnen |
| C-IV | Leichte Nahverkehrsfahrzeuge, ausschliessliche Nutzung auf geschlossenem Netz mit Schnittstellen zum Strassenverkehr | Innerstädtische Strassenbahnen |