-
Die
Erfindung betrifft einen Wagenkasten für ein Schienenfahrzeug
in Stahlbauweise mit einer Tragstruktur und mit einer Sandwich-Struktur.
-
Wagenkästen
für Schienenfahrzeuge (Lokomotiven, Triebwagen, Waggons
etc.) bestehen in konventioneller Bauweise aus einem Untergestell
in Stahlbauweise, welches einen Aufbau trägt, der durch
eine tragende Stahlgerüst-Konstruktion gebildet ist. Diese
Stahlgerüst-Konstruktion trägt wiederum Flächenbauteile,
welche die Außenhaut der Karosserie bilden. Solche Flächenbauteile
sind beispielsweise aus dem europäischen Patent
EP 0 784 522 B1 bekannt.
-
Die
Wagenkästen von Waggons, die für die Personenbeförderung
bestimmt sind, sind auf der Innenseite mit einer Schale aus Kunststoff
oder einem nicht-metallischen Verbundmaterial (Pressmaterial) verkleidet.
Aus Gründen des Wärme- und Schallschutzes wird
dabei der Zwischenraum zwischen dieser Innen-Schale und der Außenhaut
mit einem Isoliermaterial verfüllt, beispielsweise Dämmwolle
oder Polystyrol. Alternativ zu diesem Aufbau werden heutzutage die
Seitenwände von Wagenkästen aus Stahlprofilen
aufgebaut, die mit Sandwich-Platten bekleidet bzw. ausgefacht sind.
Solche Sandwich-Platten werden beispielsweise kostengünstig
durch das Vakuum-Sackverfahren hergestellt; eine solche Sandwich-Platte
und das Herstellungsverfahren sind beispielsweise in der internationalen
Patentanmeldung
WO
02/058926 A1 beschrieben.
-
Die
Herstellung der vorgenannten Wagenkästen mit Sandwich-Platten
ist mit einigen Problemen bzw. technischen Herausforderungen verbunden.
So muss die Grundkonstruktion der Seitenwände, die aus
Stahlprofilen besteht, derart konstruiert sein, dass an allen erforderlichen
Krafteinleitungsstellen (Sitzbefestigungen, Gepäckablagen,
Trennwände etc.) ein entsprechender Träger vorhanden ist,
um die einzuleitenden Kräfte aufzunehmen. Ein weiters Problem
besteht darin, dass Sandwich-Platten i. d. R. aus einer verklebten
Struktur bestehen, d. h., dass zwischen zwei (metallischen) Deckschichten eine
Dämmschicht angeordnet ist, welche mit einem Klebstoff
(beispielsweise auf Epoxydharzbasis) mit diesen Deckschichten verklebt
ist. Diese Dämmschicht bzw. der verwendete Klebstoff ist
wärmeempfindlich, so dass beim Verschweißen der
Sandwich-Platten mit der Grundkonstruktion eine Beschädigung
der Sandwich-Strukturen aufgrund des Wärmeeintrages auftreten
kann. Ein weiteres Problem besteht darin, dass die Traggestelle
(Untergestelle) von Wagenkästen in der Regel vor der abschließenden
Montage der Seitenwände und der Dachstrukturen vorgesprengt
werden, d. h., dass vor der Montage dieser Strukturen eine Biegung
in das Traggestell eingebracht wird, die durch das eigene Gewicht
der Seitenwände, der Dachstruktur und anderer Bauteile, sowie
der Nutzlast, wiederum kompensiert wird. Dies führt dazu,
dass bei der Montage des Wagenkastens Toleranzen berücksichtigt
und ausgeglichen werden müssen.
-
Es
ist also eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache
und montagefreundliche Konstruktionsweise für Wagenkästen
mit Sandwich-Strukturen anzugeben.
-
Die
Aufgabe wird durch einen Wagenkasten gemäß dem
Patentanspruch 1 gelöst.
-
Die
Lösung der Aufgabe sieht dabei einen Wagenkasten für
ein Schienenfahrzeug in Stahlbauweise vor, mit einer Tragstruktur,
wobei die Fläche der Tragstruktur aus einer Sandwich-Struktur
gebildet ist, und wobei die Tragstruktur an zumindest einer Kante
ein Anschlussprofil mit einem Schiebesitz aufweist. Durch den Einsatz
einer Tragstruktur, die "selbsttragend" alle erforderlichen Kräfte
aufnimmt bzw. weiterleitet, entfällt das Erfordernis, eine
tragende Struktur aus Stahl- oder Aluminiumprofilen zu erstellen,
die danach mit Sandwich-Strukturen zu verkleiden ist. Dadurch vereinfacht
sich der Aufbau des Wagenkastens im Aufbaustand (Montagezustand). Durch
die Verwendung der "selbsttragenden" Tragstruktur wird Platz im
inneren der Wagenkastens gewonnen, da keine "Unterkonstruktion"
benötigt wird.
-
Vorteilhafte
Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Wagenkastens
sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
-
Der
Aufbau des Wagenkastens vereinfacht sich insbesondere dann, wenn
ein komplettes Element einer Seitenwand oder eines Dachelementes aus
einer solchen Tragstruktur gebildet wird, wobei die Seitenwand vorzugsweise
einteilig vom Traggestell ("Fußboden") bis zur Dachstruktur
reicht, und die Dachstruktur einteilig von der linken Seite des
Wagenkastens bis zur rechten Seite des Wagenkastens spannt.
-
Das
Anschlussprofil ist vorteilhaft mit der Sandwich-Struktur verklebt,
wodurch im Gegensatz zu der Alternative "Verschweißen"
ein schädlicher Wärmeeintrag in den Kern der Sandwich-Struktur vermieden
wird. An Stellen, die eine besonders hohe Festigkeit erfordern,
kann alternativ oder zusätzlich jedoch auch das Anschlussprofil
mit den Deckhäuten der Sandwich-Struktur verschweißt
werden, wozu vorzugsweise Schweißverfahren mit geringem
Wärmeeintrag verwendet werden.
-
Die
Fertigung des Wagenkastens wird erleichtert, wenn das Anschlussprofil
sowohl an einer Innenseite des Wagenkastens als auch an einer Außenseite
des Wagenkastens als Schiebesitz ausgebildet ist. Dabei ist der
Schiebesitz vorzugsweise so dimensioniert, dass dieser zur Bildung
eines Toleranzausgleichs bei der Montage der Tragstruktur auf einem
vorgesprengten Untergestell (Traggestell) des Wagenkastens ausgebildet
ist. Dadurch wird ein Verzug der Tragstruktur bei der Montage vermieden.
-
Eine
feste und gleichzeitig dichte Fügung der Tragstruktur ergibt
sich, indem das Anschlussprofil zum Verschweißen der Tragstruktur
mit einer benachbarten Struktur ausgebildet ist. Dabei ist das Anschlussprofil
vorteilhaft derart ausgestaltet, dass die Schweißstelle
oder die Schweißstellen einen Mindestabstand zu der Verklebung
des Anschlussprofils mit der Sandwich-Struktur und/oder zu dem Kern
der Sandwich-Struktur aufweist. Dieser Mindestabstand sollte je
nach eingesetztem Schweißverfahren und je nach eingesetzten
Materialstärken mindestens 10 mm betragen, besser noch
mindestens 15 mm. Die beste Festigkeit ergibt sich, wenn die Tragstruktur mittels
zumindest einer durchgehenden Schweißnaht mit der benachbarten
Struktur gefügt ist, wobei im Falle nur einer durchgehenden
Schweißnaht diese vorzugsweise an der Außenseite
des Wagenkastens verwendet werden soll.
-
Ein
besonders fester und kostengünstiger Aufbau des Wagenkastens
kann erreicht werden, wenn die Deckhäute der Sandwich-Struktur
und das Anschlussprofil der Tragstruktur aus Stahl gefertigt sind.
-
Eine
einfache und sichere Befestigung von Montageteilen (Sitze, Gepäckablagen,
Trennwände etc.) ergibt sich, wenn die Fläche
der Sandwich-Struktur zumindest ein Einlegeteil oder Aufsatzteil
zur Krafteinleitung aufweist. Dadurch können Kräfte
großflächig in die Tragstruktur eingeleitet werden,
so dass ein Ausreißen oder ein Verzug durch die eingeleiteten
Kräfte vermieden werden kann.
-
Ausführungsbeispiele
für einen erfindungsgemäßen Wagenkasten
sind nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert.
-
Dabei
zeigt:
-
1, 2 eine
als Seitenwand ausgebildete Tragstruktur an einer Verbindungsstelle
zu einem Untergestell eines Wagenkastens,
-
3 den
Anschluss einer Seitenwand an einen Dachvoutenträger,
-
4, 5, 6 die
Verbindung eines Dachelementes mit einer Seitenwandstruktur,
-
7 eine
Schiebesitz-Fügestelle mit einer Klebstoffverbindung,
-
8–11 die
Krafteinleitung in Sandwich-Strukturen mittels Einlegeteilen, und
-
12 die
Krafteinleitung in eine Sandwich-Struktur mittels eines Aufsatzteils.
-
In
den 1, 2 ist jeweils eine als Seitenwand
ausgebildete Tragstruktur für den Wagenkasten eines Schienenfahrzeugs
gezeigt, wobei es sich um eine Schnittabbildung handelt und wobei
die Tragstruktur jeweils aus einer Sandwich-Struktur mit einer außen
liegenden Deckhaut DA, einer innen liegenden Deckhaut DI und eine
mit diesen Deckhäuten DA, DI verklebten Kern K handelt,
welche mit einem Anschlussprofil AP versehen sind. Während
in der 1 ein kastenförmiges, geschlossenes Anschlussprofil
AP gezeigt ist, ist für die Anordnung aus der 2 ein
offenes, im Wesentlichen u-förmiges Anschlussprofil AP
verwendet worden. Die hier gezeigten Seitenwände sind mit
den Schweißnähten SN mit dem Untergestell UG des
Wagenkastens verbunden. Für die Montage werden dazu die
Seitenwände und die Dachstrukturen sowie alle anderen schweren
Bauteile des Wagenkastens in einer speziellen Montagevorrichtung
(Aufbaustand) zusammengefügt, bevor die einzelnen Strukturen
miteinander verschweißt werden. Das Untergestell des Wagenkastens
wird vor der Montage vorgesprengt, d. h., dass der Wagenkasten,
von der Seite betrachtet, in der Mitte des Fahrzeuges zunächst
nach oben gewölbt ist, wobei diese Wölbung durch
das Gewicht der nachfolgend montierten Tragstrukturen (Seitenwände,
Dach), sowie der späteren Zuladung wiederum kompensiert
wird, so dass sich ein im Wesentlichen ebener Fahrzeugboden ergibt.
Die verbleibenden Toleranzen werden dadurch ausgeglichen, dass die
Anschlussprofile AP der Tragstrukturen mit einem Schiebesitz S versehen
sind, welcher für das Beispiel der Fahrzeug-Seitenwände
eine vertikale Verschiebung während der Montage zulässt,
während – bezogen auf die Abbildung 1 – in
Seitenrichtung eine bündige Auflage oder – je
nach Konstruktion – sogar ein Formschluss erreicht wird.
Sobald sich alle wesentlichen Tragstrukturen an ihrem Platz befinden, kann
davon ausgegangen werden, dass sich das Traggestell (Untergestell
UG) des Schienenfahrzeuges "gesetzt" hat, so dass dann die Anschlussprofile AP
mit den benachbarten Strukturen verschweißt werden können.
In der 1 ist dabei zu sehen, dass die Schweißnähte
SN einen Mindestabstand zu dem wärmeempfindlichen Kern
K der Sandwich-Struktur aufweisen. Das Anschlussprofil AP kann dabei
mit den Deckhäuten DA, DI und/oder dem Kernmaterial K der
Sandwich-Struktur verklebt sein, verschweißt sein, oder
beides. Dabei werden vorzugsweise solche Schweißverfahren
verwendet, die einen geringen Wärmeeintrag bewirken, wie
beispielsweise Laserschweißen oder CMT-Schweißen.
-
In
der 3 ist die Anbindung einer Tragstruktur (hier im
unteren Teil der Abbildung) mit einer Dachstruktur (im oberen Teil
der Abbildung) gezeigt, wobei die Dachstruktur mit einem Dachvoutenträger
DVT abgeschlossen ist, in den alle die im Verbindungsbereich relevanten
Kräfte eingeleitet werden. In der 3 ist die
Trennstelle durch eine Strichpunktlinie markiert. Auch hier ist
ein Schiebesitz S realisiert worden, durch den im Wesentlichen vertikale
Toleranzen bei der Montage abgefangen werden können. Das
Anschlussprofil AP der unteren Tragstruktur ist in diesem Ausführungsbeispiel
mit den Deckhäuten DI, DA verschweißt, weil aufgrund der
geringen Überlappung der Deckhäute DA, DI mit dem
Anschlussprofil AP nur eine vergleichsweise kleine Klebefläche
zur Verfügung stehen würde. Insbesondere im Außenbereich
der Verbindungsstelle sollten die Schweißnähte
SN als durchgehende Verschweißungen realisiert werden,
um eine Dichtigkeit der Verbindungsstelle zu garantieren. Zumindest
bei abschnittsweisen Verschweißungen wird die Verbindungsstelle,
die nach außen hin nutförmig beschaffen ist, mit
einem Dichtmaterial verfüllt.
-
In
den 4 bis 6 ist ein zu der Konstruktion
aus der 3 analoger Fall gezeigt, bei dem
jedoch der Dachvoutenträger DVT ersetzt wird durch eine
entsprechende Struktur, die Bestandteil der Seitenwand des Fahrzeuges
ist. Dieser Längsträger bildet also das Anschlussprofil
AP der Seitenwand, während das Anschlussprofil AP der Dachstruktur
der in der 2 gezeigten Variante entspricht.
-
Der
in der 7 gezeigte Schiebesitz S wird zur Fügung
von Strukturen verwendet, bei denen nur geringe Kräfte
in die jeweils benachbarte Struktur eingeleitet werden müssen.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind dazu die Anschlussprofile
AP mit einem klebenden Dichtmaterial DM verbunden, welches dauerelastisch
formuliert ist.
-
Bei
der hier vorgestellten Technologie werden Sandwich-Strukturen bzw.
Sandwich-Platten nicht zur Bekleidung eines "konventionellen" Traggestells
verwendet, sondern bilden in sich tragende Strukturen. Der Innenausbau
eines Wagenkastens, beispielsweise bestehend aus Sitzen, Gepäckablagen,
Zwischenwänden etc., wird dabei an diese tragenden Strukturen
angebunden. Dies wird erfindungsgemäß bereits
bei der Konstruktion der Tragstrukturen, insbesondere der Seitenwände
bzw. Seitenwand-Elemente, berücksichtigt. Dazu werden in
die Tragstrukturen entsprechende Befestigungselemente integriert,
bzw. an diese angebunden, die in den 8 bis 12 dargestellt
sind. Die in den 8 bis 12 in
einer Schnittdarstellung dargestellten Anbindungen sind dabei Schienenprofile,
die beispielsweise der Befestigung von Sitzen und Tischen im Inneren
des Wagenkastens dienen. Selbstverständlich können
auch andere Geometrien verwendet werden. Die in der 8 gezeigte
Krafteinleitung besteht in einer miteinander verschweißten (Schweißnähte
SN) Kombination aus einem Einlegeteil ET und einem Aufsatzteil AT.
Dabei ist das Einlegeteil ET als ein Kastenprofil ausgebildet, welches eine
zusätzliche Versteifung der Tragstruktur im Bereich der
Krafteinleitung bewirkt. Die in der 9 gezeigte
Krafteinleitung weist hingegen ein Einlegeteil ET auf, welches als
H-förmiges Profil (z. B. ein Strangpressprofil) ausgebildet
ist, wodurch ein Hohlraum im Inneren der Tragstruktur vermieden
wird. Dadurch kann beispielsweise die Einlagerung von Schwitzwasser
innerhalb der Tragstruktur vermieden werden. Die 10 zeigt
eine ähnliche Struktur, bei der jedoch das Einlegeteil
ET derart ausgebildet ist, dass das Auflageteil AT aus der 9 eingespart wird.
Dasselbe gilt für die in der 11 gezeigte
Anordnung, wobei in diesem Fall eine besonders platzsparende Konstruktion
gegeben ist. Für Krafteinleitungsstellen, die eine geringere
Anforderung an die Festigkeit erfordern, eignet sich sehr gut die
Anordnung aus der 12. Das dortige Aufsatzteil
AT kann – wie gezeigt – auf die Deckschicht DI
aufgeklebt werden; alternativ oder zusätzlich ist auch
ein Verschweißen möglich. Die hier gezeigte Variante
hat den Vorteil, dass sie auch nachträglich ohne Eingriff in
die innere Struktur der Tragstruktur bzw. der Sandwich-Struktur
aufgebracht werden kann. Ein weiterer Vorteil dieser konstruktiven
Ausführung liegt darin, dass an dieser Stelle der Wärme-Isolationswert
der Tragstruktur nicht beeinträchtigt wird.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 0784522
B1 [0002]
- - WO 02/058926 A1 [0003]