DE10301913A1 - Frame especially for rail vehicles has connection of two support elements, installed at angle to one another and/or in different planes, through at least one connecting component constructed as cast component - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Rahmen, im Einzelnen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a frame in detail with the features from the preamble of the claim 1.
Antriebseinheiten für den Einsatz in Fahrzeugen, insbesondere Unterflurantriebseinheiten zum Antrieb von Radsätzen in Schienenfahrzeugen, sind in einer Vielzahl von Ausführungen bekannt. Stellvertretend wird dabei auf die Druckschrift „Voith-Druck G 1 592 d 8.99 200" verwiesen. Die einzelnen Antriebskomponenten sowie die Drehgestelle für die Radachse sind dabei an speziell dafür ausgelegten Rahmeneinheiten angelenkt. Die Typenvielfalt und die Auslegung der Antriebskomponenten, deren Anordnung sowie die räumlichen Gegebenheiten eines einzelnen Triebwagentyps bedingen dabei eine hohe Variantenvielfalt der einzelnen Tragelemente und damit der gesamten Rahmenkonstruktion, die sich in hohen Kosten niederschlägt. Da häufig auch die einzelnen Tragelemente aus einer Vielzahl von einzelnen standardisierten Elementen zusammengesetzt werden, die die entsprechenden Antriebskomponenten bzw. Komponenten des Antriebsstranges in geeigneter Weise abstützen sollen, ist die Anzahl der erforderlichen Verbindungsstellen bei der Realisierung der Gesamtkonstruktion des Rahmens sehr hoch. Dies führt neben einem Kostennachteil auch zu einer Verringerung der Festigkeit und Steifigkeit der Gesamtkonstruktion, insbesondere an den Verbindungsstellen, die häufig auch noch zusätzlich durch Querschnittssprünge charakterisiert sind. Die Verbindungen werden dabei durch Stoffschluss, Kraft- und/oder Formschluss erzeugt. Ferner ergeben sich häufig Situationen, die eine Lage der einzelnen Tragelemente zueinander bedingen, bei denen eine Verbindung der Tragelemente nicht mehr ohne weiteres durch einfache Verfahren zur stoffschlüssigen Verbindung, wie beispielsweise Schweißverbindungen, möglich ist. Ferner bilden die Verbindungsstellen dabei auch die Bereiche, an denen die in die Tragkonstruktion eingeleiteten Kräfte eine Richtungsänderung erfahren. Die Verbindungsstellen und damit die die Verbindung realisierenden Mittel – Stoffschluss und/oder Kraft- und/oder Formschluss – sind dabei sehr hohen Belastungen unterworfen, was sich in einer Verringerung der Festigkeit des Gesamtsystems niederschlägt.Drive units for use in vehicles, especially underfloor drive units for driving of wheelsets in rail vehicles, are in a variety of designs known. The print “Voith-Druck G 1 592 d 8.99 200 ". The individual drive components and the bogies for the wheel axle are there especially for this designed frame units articulated. The variety of types and the Design of the drive components, their arrangement and the spatial The conditions of a single type of railcar require a high level Variety of variants of the individual support elements and thus the entire Frame construction that translates into high costs. Since often that too individual support elements from a variety of individual standardized Elements are assembled, which are the corresponding drive components or components of the drive train are to be supported in a suitable manner, is the number of connection points required for implementation the overall construction of the frame is very high. This leads alongside a cost disadvantage also to a reduction in strength and Stiffness of the overall construction, especially at the connection points, the often also additionally through cross-sectional jumps are characterized. The connections are Force and / or positive engagement generated. Furthermore, situations often arise which cause a position of the individual support elements to each other, at which a connection of the support elements no longer through simple procedures for cohesive Connection, such as welded connections, is possible. Furthermore, the connection points also form the areas which the forces introduced into the supporting structure change of direction Experienced. The connection points and thus the connection Medium - material closure and / or Force and / or form fit - are subjected to very high loads, which results in a reduction the strength of the overall system.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Rahmen der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass dieser neben einem einfachen Aufbau auch durch eine einfache Herstellung, geringe Kosten und eine bessere Belastbarkeit, insbesondere bei dynamischen Beanspruchungen, charakterisiert ist. Insbesondere ist der Schwerpunkt dabei auf eine Verbesserung der Verbindung zwischen einzelnen in einem Winkel zueinander angeordneten Tragelementen zu legen.The invention is therefore the object to further develop a frame of the type mentioned at the beginning, that in addition to a simple structure, this can also be done by a simple Manufacturing, low cost and better resilience, in particular with dynamic loads, is characterized. In particular the focus is on improving the connection between individual support elements arranged at an angle to one another to lay.
Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.The solution according to the invention is characterized by the features of claim 1 characterized. Advantageous configurations are reproduced in the subclaims.
Bei einem erfindungsgemäß gestalteten Rahmen, der aus einer Mehrzahl von in einem Winkel zueinander angeordneten und miteinander in diesem Winkel verbundenen Tragelementen besteht, umfassend mindestens zwei Querträger, die über einen Längsträger miteinander verbunden sind, erfolgt die Verbindung zwischen denen in einem Winkel zueinander und/oder in versetzt zueinander angeordneten Ebenen angeordneten Tragelementen oder zwischen Teilbereichen der Tragelemente über entsprechende Verbindungsbauteile, welche als Gussteil ausgeführt sind und einen Gussknoten bilden. Unter dem Verbindungselement aus Guss bzw. dem Gussknoten wird dabei ein aus Stahlguss, Grauguss oder Sphäroguss bzw. einem anderen, vorzugsweise schweißgeeigneten Werkstoff, beispielsweise Aluminium, hergestelltes Teilbauteil verstanden, welches die einzelnen Tragelemente, die beispielsweise in Form von Strangprofilen oder Plattenstrukturen vorliegen, verbindet. Der Erfinder hat erkannt, dass der Gussknoten sich besonders bei der Überbrückung bzw. Gestaltung komplexer Stöße zusammenlaufender Profile oder Platten eignet. Er kann dabei mit oder ohne Gusskern erstellt werden. Mit diesem können dann schweißtechnisch schwierig oder gar nicht herzustellende Stöße vereinfacht und bezüglich der Lastübertragung bzw. Dauerhaltbarkeit wesentlich verbessert werden. Ferner ergeben sich in der Regel Vorteile im Gewicht der Gesamtkonstruktion.With a frame designed according to the invention, that of a plurality of arranged at an angle to each other and consists of supporting elements connected to each other at this angle, comprising at least two cross members, the above a side member with each other are connected, the connection between them takes place at an angle to each other and / or arranged in staggered planes Supporting elements or between partial areas of the supporting elements via corresponding connecting components, which are designed as castings and form a cast knot. Under the cast iron connector or the cast node is made of cast steel, cast iron or Nodular cast iron or another, preferably weldable material, for example Aluminum, manufactured part component understood, which the individual support elements, for example in the form of extruded profiles or plate structures exist, connects. The inventor recognized that the cast knot especially when bridging or Design of complex joints converging Profiles or plates are suitable. It can be with or without a cast core to be created. With this you can then welding impacts that are difficult or impossible to produce and simplified with regard to the load transfer or durability will be significantly improved. Also revealed there are usually advantages in the weight of the overall construction.
Bezüglich der Ausbildung der Verbindung zwischen den einzelnen Verbindungsbauteilen und den daran anschließenden Tragelementen bestehen eine Vielzahl von Möglichkeiten. Entscheidend ist, dass das einzelne Verbindungsbauteil mindestens zwei in einem Winkel zueinander angeordnete oder in versetzten Ebenen zueinander angeordnete Verbindungsbereiche aufweist, die entsprechende Anlage- bzw. Kontaktflächen tragen, die je nach Art der gewählten Verbindung mit den entsprechenden Anlage- bzw. Kontaktflächen an den Tragelementen nur zum Anliegen kommen oder aber mit diesen stoffschlüssig gekoppelt werden. Die Verbindungsbereiche werden von Teilabschnitten gebildet, die mit einem zentralen Teilabschnitt, welcher die Richtungsänderung, d.h. den Winkel ausgleicht, gekoppelt sind. Dabei kann ein Winkelbereich von 0 ≤ a ≥ 360° zwischen den Teilabschnitten des Gussknotens überstrichen werden.Regarding the formation of the connection between the individual connecting components and the adjoining support elements there are a variety of options. It is crucial that the individual connecting component has at least two arranged at an angle to each other or in offset planes has mutually arranged connection areas, the corresponding Contact or contact areas wear that depending on the type of chosen Connection with the corresponding contact or contact areas the support elements only come to rest or are cohesively coupled with them become. The connection areas are formed by sections, with a central section that changes direction, i.e. equalizes the angle, are coupled. This can be an angular range from 0 ≤ a ≥ 360 ° between the sections of the cast node are painted over.
Mit einem Gussknoten können ferner auch Formgebungen einer Rahmenstruktur erstellt werden, die schweißtechnisch sehr komplex bzw. verfahrensbedingt (Schweißverzug, Vorrichtungsnotwendigkeit, Dichtfunktion) schwer oder nur mit Nachteilen herzustellen sind, z.B. ein Anschluß mit kinematischen Elementen, ein Verschraubungsflansch, ein Zwischenbereich zur Einbeziehung von Zusatrelementen wie beispielsweise Gummi-Metall-Lagerelementen in einer Aufnahme.With a cast knot can also Shapes of a frame structure are also created, which are welding very complex or process-related (welding delay, device need, Sealing function) are difficult or difficult to manufacture, e.g. a connection with kinematic elements, a screw flange, an intermediate area to include additional elements such as rubber-metal bearing elements in one shot.
Gussknoten werden sinnvollerweise immer dann verwendet, wenn es aus funktionalen, aber auch gestalterischen, konstruktiven oder aus Kostengründen zweckmäßig erscheint. Einen funktionalen Grund stellt dabei auch die bessere Eignung des Gusswerkstoffes aufgrund seiner Materialeigenschaften dar, beispielsweise für Notlauf, Druackfestigkeit, Schmiermitteleignung.Casting nodes become sensible always used when it comes from functional, but also design, constructive or for cost reasons seems appropriate. The functional suitability of the cast material is also a functional reason due to its material properties, for example for emergency running, Pressure resistance, lubricant suitability.
Die Verbindungen zwischen einem Verbindungsbauteil, insbesondere einem Verbindungsbereich an einem Verbindungsbauteil und dem daran anschließenden Tragelement können dabei
- a) unlösbar
- b) lösbar
erfolgen. Die unlösbaren Verbindungen werden in der Regel durch Stoffschluss realisiert oder aber über eine plastische Verformung eines der beiden miteinander zu koppelnden Bauteile, wobei durch die plastische Verformung in Kombination mit Wärme ebenfalls ein Stoffschluss oder aber lediglich ein Formschluss erzielt werden kann. Als unlösbare mechanische Verbindungen kommen in der Regel Nietverbindungen in Frage. Insbesondere bei der Ausgestaltung der Verbindung als stoffschlüssige Verbindung in Form einer Schweißverbindung kann mit der erfindungsgemäßen Lösung trotz der Anordnung der einzelnen Tragelemente in einem Winkel zueinander oder in versetzten Ebenen die einzelne Verbindung selbst als Stumpfstoß bzw. Schubstoß gestaltet werden. Gegebenenfalls kann eine Zentrierung bzw. eine Lochschweißung hinzukommen. Dies bedeutet, dass die miteinander zu koppelnden Elemente bzw. zu koppelnden Anlage- und Kontaktflächenbereiche in einer Ebene liegen. Dabei können je nach Anordnung der einzelnen Anlage- bzw. Kontaktflächen diese in einer Ebene nebeneinander oder aber in parallelen Ebenen überlappend angeordnet werden. Die Anordnung der Anlage und Kontaktflächen an den die Verbindungsbereiche bildenden Teilabschnitten erfolgt entweder parallel zu den die Lage und Ausrichtung der Teilabschnitte im Verbindungsbereich charakterisierenden Achsen oder in einem Winkel, vorzugsweise senkrecht dazu. Entsprechend der Zuordnung der Tragelemente erfolgt die Anordnung ebenfalls parallel oder in einem Winkel zu den die Tragelemente im Verbindungsbereich hinsichtlich Lage und Ausrichtung charakterisierenden Achsen.The connections between a connection component, in particular a connection area on a connection component and the adjoining support element can thereby
- a) insoluble
- b) detachable
respectively. The non-detachable connections are generally realized by means of a material bond or via a plastic deformation of one of the two components to be coupled to one another, wherein the plastic deformation in combination with heat can also be used to achieve a material bond or only a form fit. Riveted connections are generally considered as permanent mechanical connections. In particular when designing the connection as a material connection in the form of a welded connection, the solution according to the invention can be used to design the individual connection itself as a butt joint or thrust joint, despite the arrangement of the individual support elements at an angle to one another or in offset planes. If necessary, a centering or a hole weld can be added. This means that the elements to be coupled or the contact and contact surface areas to be coupled lie in one plane. Depending on the arrangement of the individual contact or contact surfaces, these can be arranged next to one another in one plane or overlapping in parallel planes. The arrangement of the system and contact surfaces on the sections forming the connection areas is either parallel to the axes characterizing the position and orientation of the sections in the connection area or at an angle, preferably perpendicular thereto. According to the assignment of the support elements, the arrangement is also parallel or at an angle to the axes characterizing the support elements in the connection area with regard to position and orientation.
Als lösbare Verbindungen werden vorzugsweise Verbindungen mit Formschluss oder aber Kraftschluss gewählt. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung erfolgt die Kopplung zwischen den Verbindungsbauteilen und dem daran anschließenden Tragelement über Befestigungselemente in Form von Schraubverbindungen.Preferred detachable connections are Connections with positive locking or non-positive locking selected. According to one particularly advantageous execution there is the coupling between the connection components and that subsequent Supporting element over Fastening elements in the form of screw connections.
Bezüglich der Anwendbarkeit der erfindungsgemäßen Lösung bestehen hinsichtlich der Ausbildung der Tragelemente oder deren miteinander zu verbindenden Teilbereiche keinerlei Beschränkungen. Diese können beliebig ausgeführt sein, entscheidend ist lediglich, dass diese die entsprechenden Anschlussflächen, die mit den Anlage- bzw. Kontaktflächen des Verbindungsbauteils in Berührung gelangen, aufweisen. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind jedoch die einzelnen Tragelemente zumindest teilweise bezüglich der die Hauptkontur im Wesentlichen mitbestimmenden Basiselemente als Strangpress-Profilelement ausgeführt. Dies erlaubt die Verwendung standardisierter Bauteile, die sieh neben optimalen Festigkeitseigenschaften für den Einsatz in Rahmen auch durch geringe Kosten auszeichnen.Regarding the applicability of the solution according to the invention consist with regard to the formation of the support elements or their together sub-areas to be connected no restrictions. These can be any accomplished the only thing that matters is that these are the appropriate ones Pads with the contact surfaces of the connecting component come into contact exhibit. According to one However, the individual support elements are particularly advantageous at least partially regarding the basic elements that largely determine the main contour as an extruded profile element executed. This allows the use of standardized components that you see in addition to optimal strength properties for use in frames characterized by low costs.
Die erfindungsgemäße Lösung ist für den Einsatz in Fahrzeugen, insbesondere Tragkonstruktionen in Schienenfahrzeugen geeignet.The solution according to the invention is for use in vehicles, particularly suitable for supporting structures in rail vehicles.
Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt:The solution according to the invention is described below explained by figures. The following is shown in detail:
Die
Unter dem Verbindungsbauteil
Bezüglich der Ausgestaltung der
Anlage- bzw. Kontaktflächen
Bei der in der in der
Die
Gemäß
Die
Die
Die in den
Je nach Ausgestaltung der Tragelemente im Verbindungsbereich bzw. deren Anlage- und Kontaktflächen sind die Anlage- und Kontaktflächen am Verbindungsbauteil im Verbindungsbereich entsprechend komplementär gestaltet, d.h. entweder eben oder gekrümmt oder eine Kombination aus beiden. Die Lösung ist dabei zur Verbindung unterschiedlich ausgeführter Tragelemente geeignet. Diese können als Profilstrangelement oder beispielsweise in Plattenbauweise vorliegen.Depending on the design of the support elements in the connection area or their contact and contact surfaces the contact and contact areas correspondingly complementary on the connection component in the connection area, i.e. either flat or curved or a combination of both. The solution is to connect differently executed Suitable support elements. These can be as Profile strand element or, for example, in plate construction.
Die
Die Ausgestaltung als Profilstrangelemente gilt
auch für
Aussteifungen, Hilfsträger
oder andere Verbindungselemente zwischen den Längsträgerelementen
Mit der erfindungsgemäßen Lösung können neben der Verbindung einzelner Tragelemente auch Verbindungen zwischen Teilbereichen eines Tragelementes realisiert werden, die hinsichtlich ihrer Formgebung mit konventionellen Möglichkeiten schweißtechnisch sehr komplex und damit nur schwer oder mit Nachteilen hinsichtlich der zu erzielenden Eigenschaften herstellbar sind. Dabei können in beiden Fällen hinsichtlich der Ausgestaltung und des Profiles unterschiedliche oder gleich ausgeführte und dimensionierte Anschlußelemente miteinander verbunden werden.With the solution according to the invention, in addition to the connection of individual support elements also connections between Sub-areas of a support element can be realized in terms of their shape with conventional welding possibilities very complex and therefore difficult or with disadvantages in terms of the properties to be achieved can be produced. You can in both cases different in terms of design and profile or executed immediately and dimensioned connection elements be connected to each other.
Vorzugsweise finden immer dann Gussknoten, d.h. Verbindungsbauteile aus Guss Verwendung, wenn das Verbindungsbauteil aufgrund seiner Materialeigenschaften besser geeignet ist als andere konventionelle Verbindungen, z.B. wenn dieses bessere Notlaufeigenschaften, eine bessere Druckfestigkeit oder Schmiermitteleignung aufweist. Neben funktionalen Gründen spielen auch die konstruktiven verfahrensbedingten Gründe sowie die Kosten eine entscheidende Rolle, da die Verbindung über Gussknoten gerade bei ansonsten nur sehr schwer miteinander zu verbindenden Anschlußelementen relativ einfach realisiert werden kann.Preferably, there are always cast knots i.e. Cast iron connecting components Use when connecting component is more suitable than others due to its material properties conventional connections, e.g. if this has better emergency running properties, has better compressive strength or lubricant suitability. In addition to functional reasons also play the constructive procedural reasons as well the cost plays a crucial role since the connection via cast nodes especially when it is otherwise very difficult to connect terminal elements can be realized relatively easily.
- 1, 1.2, 1.3a, 1.3b, 1.3c1, 1.2, 1.3a, 1.3b, 1.3c
- 1.4a–1.4n, 1.51.4a-1.4n, 1.5
- Verbindungsbauteilconnecting member
- 2, 2.2., 2.3a, 2.3b, 2.3c, 2.52, 2.2., 2.3a, 2.3b, 2.3c, 2.5
- Gussknotencast nodes
- 3, 3.2, 3.3a, 3.3b, 3.3c, 3.53, 3.2, 3.3a, 3.3b, 3.3c, 3.5
- erster Teilbereichfirst subregion
- 4, 4.2, 4.3a, 4.3b, 4.3c, 4.54, 4.2, 4.3a, 4.3b, 4.3c, 4.5
- Teilbereichsubregion
- 5, 5.2, 5.3a, 5.3b, 5.3c, 5.55, 5.2, 5.3a, 5.3b, 5.3c, 5.5
- Teilbereichsubregion
- 6, 6.2, 6.3a, 6.3b, 6.3c, 6.56 6.2, 6.3a, 6.3b, 6.3c, 6.5
- Verbindungsbereichconnecting area
- 7, 7.2, 7.3a, 7.3b, 7.3c, 7.57, 7.2, 7.3a, 7.3b, 7.3c, 7.5
- Verbindungsbereichconnecting area
- 8, 8.2, 8.3a, 8.3b, 8.3c, 8.58th, 8.2, 8.3a, 8.3b, 8.3c, 8.5
- Anlage- bzw. KontaktflächeInvestment- or contact surface
- 9, 9.2, 9.3a, 9.3b, 9.3c, 9.59 9.2, 9.3a, 9.3b, 9.3c, 9.5
- Anlage- bzw. KontaktflächeInvestment- or contact surface
- 1010
- Mehrfach-VerbindungsbauteilMultiple bonding member
- 1111
- Teilbereichsubregion
- 1212
- Teilbereichsubregion
- 1313
- Verbindungsbereichconnecting area
- 1414
- Verbindungsbereichconnecting area
- 1515
- Anlage- bzw. KontaktflächeInvestment- or contact surface
- 1616
- Anlage- bzw. KontaktflächeInvestment- or contact surface
- 17.3a, 17.3b, 17.3c17.3a, 17.3b, 17.3c
- Tragelementsupporting member
- 18.3a, 18.3b, 18.3c18.3a, 18.3b, 18.3c
- Tragelementsupporting member
- 17.5, 18.517.5, 18.5
- Anschlußelementconnecting element
- 19.3a, 19.3b, 19.3c, 19.519.3a, 19.3b, 19.3c, 19.5
- Anlage- bzw. KontaktfächeInvestment- or contact areas
- 20.3a, 20.3b, 20.3c, 20.520.3a, 20.3b, 20.3c, 20.5
- Anlage- bzw. KontaktflächeInvestment- or contact surface
- 2121
- Rahmenframe
- 2222
- Querträgercrossbeam
- 2323
- Querträgercrossbeam
- 2424
- Längsträgerlongitudinal beams
- 2525
- HauptquerträgerBolster
- 2626
- NebenquerträgerBesides crossmember
- 2727
- Strangpress-ProfilgrundelementsExtruded profile primitive
- 2828
- Rechteck-HohlprofilstrangRectangular hollow profile strand
- 2929
- Strangpress-ProfilgrundelementExtruded profile basic element
- 3030
- Rund-HohlprofilstrangRound hollow profile strand
- 3131
- LängsträgerelementRail element
- 3232
- LängsträgerelementRail element
- 3333
- Montage- und AnordnungsebeneAssembly- and arrangement level
- 3434
- Stützträgersupport beam
- 3535
- Strangpress-ProfilgrundelementExtruded profile basic element
- 3636
- Strangpress-ProfilgrundelementExtruded profile basic element
- 3737
- Rund-HohlprofilstrangRound hollow profile strand
- 3838
- Rund-HohlprofilstrangRound hollow profile strand
- 3939
- horizontale Ebenehorizontal level
- 40.41, 40.4240.41, 40.42
- Biegestellebend
- 41.41, 41.4241.41, 41.42
- Biegestellebend
- 4242
- Hilfsrahmensubframe
- 4343
- AbstützwippeAbstützwippe
- 4444
- Querträgercrossbeam
- 4545
- Längsträgerlongitudinal beams
- 4646
- Längsträgerlongitudinal beams
- 4747
- Montage- und AnordnungsebeneAssembly- and arrangement level
- 4848
- Hilfsträgersubcarrier
- 4949
- Längsträgerlongitudinal beams
- 5050
- Basiselementbase element
- 5151
- Querträgercrossbeam
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EP3281837A1 (en) * | 2006-06-27 | 2018-02-14 | Bombardier Transportation GmbH | Chassis frame of a rail vehicle |
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DE102009050774B4 (en) | 2009-10-27 | 2018-03-01 | Audi Ag | Casting for a motor vehicle and motor vehicle |
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Also Published As
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