1、1DEUTSCHE NORM Mai 2002SchienenfahrzeugeLngsfestigkeit der Fahrzeugksten vonLeichttriebwagen5560ICS 45.060.10Rail vehicles Longitudinal strength of bodies of light rail vehiclesVhicules ferroviaires Rsistance longitudinale des caisses desvhicules pour automoteurs lgersInhaltSeiteVorwort 21 Anwendung
2、sbereich.22 Normative Verweisungen.23 Begriffe 34 Nachweise .44.1 Bestandteile .44.2 Nachweis der Stokompatibilitt .44.3 Nachweis der Wagenkastenprfkraft.4Anhang A (informativ) Beispiel fr die Dimensionierung eines freizgig einsetzbarenLeichttriebwagens.9Literaturhinweise11BilderBild 1 Referenzstopa
3、rtner fr freizgig einsetzbare Leichttriebwagen .6Bild 2 Mae fr begrenzte Verformung im Fhrerraum.7Bild A.1 Modell fr berschlagsrechnung 9Bild A.2 Mgliche Aufteilung der Kollisionsenergie (idealisiert)10TabellenTabelle 1 Bedingungen fr die Prfung der Kollisionsfhigkeit.5Tabelle 2 Fortschreibung des B
4、OStrab-Gefahrbremsvermgens ber 70 km/h hinaus6Fortsetzung Seite 2 bis 11Normenausschuss Schienenfahrzeuge (FSF) im DIN Deutsches Institut fr Normung e.V. DIN Deutsches Institut fr Normung e.V. .Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, Ref. Nr. DIN 5560:2002-05nur mit Genehmigung des DIN Deut
5、sches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet. Preisgr. 10 Vertr.-Nr. 0010Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinDIN 5560:2002-052VorwortDiese Norm wurde im Normenausschuss Schienenfahrzeuge (FSF) vom Arbeitsausschuss 4.1 Festigkeits-bemessung, Lastannahmen des Fachbereic
6、hes 4 Konstruktionsrichtlinien, Zulassung erarbeitet.1 AnwendungsbereichDiese Norm dient dem Nachweis der gleichen Sicherheit gem 2 EBO fr Fahrzeugksten vonLeichttriebwagen. Dazu wird die statische Bemessung der Fahrzeugksten ergnzt durch den Nachweis derKollisionsfhigkeit im Vergleich zu konvention
7、ellen Fahrzeugen nach UIC-Merkblatt 651 und DIN EN 12663.Die Norm kann auch zum Nachweis der gleichen Sicherheit fr Stadtbahnfahrzeuge nach BOStrabangewendet werden.2 Normative VerweisungenDiese Norm enthlt durch datierte und undatierte Verweisungen Festlegungen aus anderen Publikationen.Diese norma
8、tiven Verweisungen sind an den jeweiligen Stellen im Text zitiert, und die Publikationen sindnachstehend aufgefhrt. Bei datierten Verweisungen gehren sptere nderungen oder berarbeitungendieser Publikationen nur zu dieser Norm, falls sie durch nderung oder berarbeitung eingearbeitet sind. Beiundatier
9、ten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe der in Bezug genommenen Publikationen (einschlielichnderungen).DIN EN 12663 Festigkeitsanforderungen an Wagenksten von Schienenfahrzeugen,Oktober 2000EBO Eisenbahn-Bau- und Betriebsordnung 1)BOStrab Verordnung ber den Bau und Betrieb der Straenbahnen 2)UIC-Me
10、rkblatt 651 Gestaltung der Fhrerrume von Lokomotiven, Triebwagen, Triebzgen,Triebwagenzgen und Steuerwagen, 2. Ausgabe vom 01.01.1994 3)UIC-Merkblatt 526-1 Gterwagen, Puffer mit 105 mm Hub, 2. Ausgabe vom 01.07.1998 4)DIN EN ISO 9000 Qualittsmanagementsysteme Grundlagen und Begriffe (ISO 9000:2000)D
11、IN EN ISO 9001 Qualittsmanagementsysteme Anforderungen (ISO 9001:2000)1) Zu beziehen durch: DB Anlagen und Haus Service GmbH, Druck- und Informationslogistik,Kriegsstr. 1, 76131 Karlsruhe2) Zu beziehen durch: Einkaufs- und Wirtschaftsgesellschaft fr Verkehrsunternehmen (BEKA) GmbH,Kamekestr. 20-22,
12、50672 Kln3) Zu beziehen durch: Beuth Verlag GmbH (Auslandsnormenvermittlung), Burggrafenstr. 6, 10787 Berlin4) Zu beziehen durch: Beuth Verlag GmbH (Auslandsnormenvermittlung), Burggrafenstr. 6, 10787 BerlinDIN 5560:2002-0533 BegriffeFr die Anwendung dieser Norm gelten die folgenden Begriffe:3.1Beme
13、ssungsszenarioSzenario, bestehend aus Kollisionsgeschwindigkeit, Referenzstopartner und tolerierten Folgen. DasBemessungsszenario formt die Sicherheit bei Kollisionen, welche die Lngsfestigkeit bietet, in gleichwertigeBedingungen um3.2Fahrgastraumder Raum in einem Fahrzeug, in dem sich Fahrgste whre
14、nd der Fahrt aufhalten knnen. Dazu zhlen auchEinstiegsrume3.3Fhrerraumder Raum des Fahrzeugs, in dem sich der Fahrzeugfhrer und evtl. weiteres Personal befindet. Es ist stetsder Fhrerraum gemeint, in dem sich der Fahrzeugfhrer befindet und nicht der Fhrerraum am Schlusseines Zweirichtungsfahrzeugs3.
15、4Fhrerpultjene Einrichtung des Fhrerraums, vor der der Fahrzeugfhrer whrend der Fahrt sitzt (oder steht) undwelche die mageblichen Bedienelemente zur Fhrung des Fahrzeugs enthlt3.5Kollisionsfhigkeitdie Eigenschaft eines Fahrzeugs, bei Kollisionen mit dem Referenzstopartner bis zu einer vorgegebenenK
16、ollisionsgeschwindigkeit kontrolliert Energie aufzunehmenANMERKUNG Im Rahmen dieser Norm wird die Kollisionsfhigkeit ber die Einhaltung der tolerierten Folgen vonBemessungsszenarios nachgewiesen. Die Kollisionsfhigkeit ist hier in Bezug auf den Sicherheitsstandardkonventioneller Fahrzeuge nach UIC-M
17、erkblatt 651 und DIN EN 12663 definiert und dient ausschlielich der Gewhr-leistung der gleichen Sicherheit.3.6Lngsfestigkeitim Sinne dieser Norm die Belastbarkeit der Schienenfahrzeuge in Lngsrichtung in Bezug auf die Sicherheitvon Fahrgsten und Personal3.7Leichttriebwagen(LTW)Triebwagen, der sich v
18、om konventionellen Triebwagen durch eine geringere ertragbare Lngsdruckkraft inder Hhe der Zug- und Stoeinrichtung unterscheidet. Ein Gefahrbremsvermgen nach BOStrab, Anlage 2,Tabelle 2 ist optional3.8Referenzstopartnerreprsentiert in vereinfachter Form die Kollisionsgegner zum Zweck des Nachweises
19、der gleichen Sicherheit3.9Stoenergieabsorptionkontrollierte Aufnahme des Anteils der Kollisionsenergie, die nicht von den Stoeinrichtungen aufgenommenwird3.10Stokompatibilittliegt vor, wenn Fahrzeuge so gestaltet sind, dass die zur Energieabsorption bestimmten Baugruppen(Stoeinrichtungen, Stoenergie
20、absorber, Untergestell) bei einer Kollision wirksam werden knnen3.11Wagenkastenprfkraftim Sinne dieser Norm die der statischen Dimensionierung des Fahrzeugkastens eines Leichttriebwagenszugrundeliegende Lngsdruckkraft. Fr die zustzlich erforderliche Dimensionierung auf Kollisionsfhigkeitwird die Ein
21、haltung der Bemessungsszenarios gefordertDIN 5560:2002-0544 Nachweise4.1 BestandteileUm die gleiche Sicherheit gem 2 EBO fr die Fahrgste und das Personal sicherzustellen, ist ein Leicht-triebwagen auf Stokompatibilitt, auf die Wagenkastenprfkraft und auf Kollisionsfhigkeit auszulegen.Die Stokompatib
22、ilitt wird ber die Kompatibilittskriterien nachgewiesen.Die Wagenkastenprfkraft wird vom Hersteller gem der von ihm gewhlten konstruktiven Lsung fr dieRealisierung der Kollisionsfhigkeit vorgeschlagen und mit dem Betreiber abgestimmt. Sie wird durch einenstatischen Druckversuch nachgewiesen.Die Koll
23、isionsfhigkeit von Leichttriebwagen gilt als nachgewiesen, wenn die Kompatibilittskriterien und dietolerierten Folgen entsprechend den Bemessungsszenarios eingehalten werden.Die damit zulssige Abweichung von der geforderten Lngsfestigkeit nach UIC-Merkblatt 651 und DIN EN 12663gilt ausschlielich fr
24、die Lngsfestigkeit des Fahrzeugkastens in Hhe der Zug- und Stoeineinrichtungen.4.2 Nachweis der StokompatibilittDie nachfolgend aufgefhrten Kriterien fr die Lage und die Ausfhrung von Stoeinrichtungen undStoenergieabsorbern von Leichttriebwagen sind im geraden, ebenen Gleis einzuhalten:a) Die zur Au
25、fnahme von Lngskrften vorgesehene Struktur muss sich am Fahrzeugende auf der gleichenHhe wie bei einem Fahrzeug mit Stoeinrichtungen nach Anlage 10 der EBO befinden, wenn dieFahrzeuge nicht ausschlielich im getrennten Verkehr eingesetzt werden.b) Sofern die auf dem betrachteten Netz betriebenen Fahr
26、zeuge keine einheitlichen Stoeinrichtungenbesitzen, sind am LTW zustzlich fr die jeweils abweichenden Stoeinrichtungen (Seitenpuffer nachAnlage 10 der EBO bzw. Mittelpufferkupplungen) gesonderte Flchen vorzusehen, die Belastungendurch die Stoeinrichtungen des potenziellen Kollisionsgegners aufnehmen
27、 knnen.c) Die Stokompatibilitt muss bis zur Wagenkastenprfkraft sichergestellt werden. Die zulssigen Verstzeder Stoeinrichtungen sind zu bercksichtigen.4.3 Nachweis der WagenkastenprfkraftEs ist ein statischer Druckversuch am Fahrzeugkasten mit der fr die Dimensionierung gewhltenWagenkastenprfkraft
28、durchzufhren. Die Wagenkastenprfkraft muss dort in den Wagenkasten eingeleitetwerden, wo unter Bercksichtigung der Festlegungen nach 4.2 mit einer Lngsbelastung zu Beginn einerKollision zu rechnen ist.4.4 Nachweis der Kollisionsfhigkeit4.4.1 Vorgehensweise4.4.1.1 AllgemeinesFr den Nachweis ist eine
29、dynamische Prfung der Gesamtstruktur entsprechend den Bemessungsszenariosnach Tabelle 1 erforderlich. Diese Prfung kann im Versuch oder rechnerisch abgesttzt auf Validierungs-versuche nach 4.4.2 erfolgen.DIN 5560:2002-055Tabelle 1 Bedingungen fr die Prfung der KollisionsfhigkeitBerechnungsgegenstand
30、Fr die Energieabsorption bestimmte Elemente und Bestandteile derFahrzeugkastenstruktur aAllgemeine Randbedingungen Kollision auf geradem, ebenem Gleis; Leichttriebwagen undReferenzstopartner sind ungebremst Massen der Fahrzeuginsassen werden nicht bercksichtigt Massen der Fahrwerke sind in Lngsricht
31、ung starr angekoppelt rotatorische Zuschlge von z. B. Antriebsaggregaten werdennicht bercksichtigt Tiefste Lage der Seitenpuffer (bzw. Ersatzflchen)fr den LTWBemessungsszenario 1 2Kollisionsgegner ReferenzstopartnerKollisionsgeschwindigkeitEBO-Bremse8 km/h 36 km/hBOStrab-Gefahrbremse b8 km/h 25 km/h
32、Tolerierte Folgen cFhrerraum und Fahrgastraumnicht bleibend verformtFhrerraum begrenzt bleibendverformt, Fahrgastraum minimalbleibend verformtaWird die Kollisionsenergie ausschlielich auerhalb des Fahrzeugkastens aufgenommen, istnachzuweisen, dass der Fahrzeugkasten die Reaktionskrfte und -momente d
33、er Energieab-sorptionseinrichtungen ohne bleibende Verformung aufnehmen kann (siehe 4.4.1.4).bsiehe 4.4.1.3csiehe 4.4.1.44.4.1.2 ReferenzstopartnerFr freizgig einsetzbare Leichttriebwagen orientiert sich der Referenzstopartner am Prellbockwagen: Die geometrischen Abmessungen des Referenzstopartners
34、sind in Bild 1 dargestellt. Der Referenzstopartner ist nur in Lngsrichtung der Schienenfahrzeuge verschiebbar. Das Nick-verhalten des Referenzstopartners wird nicht bercksichtigt. Der Referenzstopartner hat eine starre Masse von 80 t. Fr die Modellierung der Seitenpuffer nach UIC-Merkblatt 526-1 sin
35、d Endkrfte von je 590 kN nach einem Pufferhub von 105 mm zu bercksichtigen. Nach Erschpfung des Pufferhubes gelten diePuffer als starre Krper.Fr Leichttriebwagen mit ausschlielichem Einsatz im getrennten Verkehr, z. B. im Inselbetrieb, ist derReferenzstopartner analog dem Prellbockwagen in Bezug auf
36、 Masse und Stoeinrichtung den potenziellenKollisionsgegnern anzupassen.DIN 5560:2002-056Mae in MillimeterBild 1 Referenzstopartner fr freizgig einsetzbare Leichttriebwagen4.4.1.3 BOStrab-GefahrbremseVerfgt der Leichttriebwagen ber ein Gefahrbremsvermgen nach Anlage 2, Tabelle 2 der BOStrab:1987,drfe
37、n fr ihn die in Tabelle 1, Zeile BOStrab-Gefahrbremse angegebenen Kollisionsgeschwindigkeitenangesetzt werden.Um die BOStrab-Fhigkeit der Gefahrbremse feststellen zu knnen, wird die in Anlage 2 der BOStrabaufgefhrte Tabelle zulssiger Bremswege bei Gefahrbremsung entsprechend nachfolgender Tabelle 2f
38、ortgeschrieben.Die Grenzwerte a und s der Tabelle 2 gelten fr leere Fahrzeuge auf geradem ebenem Gleis.Es giltsva22=Dabei ista der Mindestwert der mittleren Verzgerung;s der Hchstwert des Bremsweges zwischen Beginn der Bremsbettigung und Stillstand;v die Ausgangsgeschwindigkeit bei Beginn der Bremsb
39、ettigung.Tabelle 2 Fortschreibung des BOStrab-Gefahrbremsvermgens ber 70 km/h hinausvakm / hm / s m80 2,68 9290 2,60 120100 2,47 156110 2,30 203120 2,09 266DIN 5560:2002-0574.4.1.4 Tolerierte FolgenFr das Bemessungszenario 1 nach Tabelle 1 sind lokal bleibende Verformungen im Bereich der Kraftein-le
40、itungen zulssig.Fr das Bemessungszenario 2 nach Tabelle 1 gilt der Fahrgastraum als minimal bleibend verformt, wenn dieplastische Verformung in Fahrzeuglngsrichtung nicht mehr als 1 % der Fahrzeugkastenlnge betrgt. Einebegrenzte bleibende Verformung des Fhrerraums liegt vor, wenn nach der Kollision
41、zwischen Fhrertischund Rckwand des Fhrerraums ein Abstand von 750 mm erhalten bleibt. Sofern dieser Abstand nichtplausibel ist, muss nach der Kollision ein Abstand von mindestens 300 mm zwischen Fhrerpult undRckenlehne erhalten bleiben. Die Mae sind in Bild 2 eingezeichnet.Mae in MillimeterLegende1
42、Rckwand Fhrerraum2 FhrerpultBild 2 Mae fr begrenzte Verformung im FhrerraumDIN 5560:2002-0584.4.2 Rechnerischer Nachweis mit ValidierungsversuchDer zu erbringende Nachweis umfasst folgende Schritte: Modellierung und Crash-Simulationsberechnung der gesamten Energieabsorptionsstruktur sowie einesfr di
43、e Beurteilung des Verformungsverhaltens ausreichenden Teiles des Fahrzeugkastens. Prfung einer mageblichen an der Energieabsorption beteiligten Teilstruktur im quasistatischenStauchversuch oder im dynamischen Versuch des relevanten Geschwindigkeitsbereichs. Der Versuchkann entfallen, wenn das Verhal
44、ten einer vergleichbaren Teilstruktur aus frheren Versuchen bekanntist. Simulation des Versuches mit der fr den rechnerischen Nachweis der Gesamtstruktur vorgesehenenSoftware. Nachweis einer weitgehenden bereinstimmung der Ergebnisse von Versuch und Simulation.Anzuwenden ist ein validiertes Berechnu
45、ngsprogramm fr die Simulation hochgradig nichtlinearer und/oderdynamischer Aufgabenstellungen mit Rechencodes entsprechend dem aktuellen Stand der Technik.Die Crash-Simulationsberechnung ist entsprechend der in Tabelle 1 angegebenen Bedingungen durchzu-fhren. Die Einhaltung der tolerierten Folgen is
46、t fr beide Bemessungsszenarios nachzuweisen.Modellierung und Berechnung haben sich an der tatschlich ausgefhrten Fahrzeugstruktur zu orientieren.Besonders ist auf die Materialmodellierung und die Modellierung der Bauteilverbindungen zu achten.Der rechnerische Nachweis erfolgt in der Regel mit finite
47、n Elementen. Weitere Bauteile wie spezielleAbsorber drfen als Kennlinie eingefhrt werden.Baugruppen, die nur einen geringen Einfluss auf das nach der Kollision vorliegende Verformungsbild haben(z. B. Hauben, Fensterscheiben), drfen bei der Modellierung vernachlssigt werden.Fr Bauteile, die als Kennl
48、inie in den rechnerischen Nachweis eingefhrt werden, ist grundstzlich eindynamischer Versuch in realittsnaher Einbausituation vorzunehmen. Bei Kombinationen aus stufenweisearbeitenden Bauteilen ist die gesamte Kombination in realittsnaher Einbausituation zu prfen. Der Versuchkann entfallen, wenn die Kennlinien vergleichbarer Bauteile oder derer Kombinationen bereits aus frherenVersuchen bekannt sind. Die Versuche knnen auch durch den Hersteller des Bauteils erfolgen, der diePrfungen mittels Zertifikat belegt.4.4.3 Dokumentation der ErgebnisseAlle fr das Ergebnis w
