EP3061663B1

EP3061663B1 - Fahrzeugwand mit Versteifungsspant

Info

Publication number: EP3061663B1
Application number: EP15156447.3A
Authority: EP
Inventors: Martin Dr. Hillebrecht; Michael Brandhorst; Sven Orloff; Stephan BISSELS; René Günther; Daniel Kuhn
Original assignee: Siemens Mobility GmbH; Edag Engineering GmbH
Current assignee: Siemens Mobility GmbH; Edag Engineering GmbH
Priority date: 2015-02-25
Filing date: 2015-02-25
Publication date: 2019-07-03
Anticipated expiration: 2035-02-25
Also published as: PL3061663T3; EP3061663A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugwand, die einen Fahrgast- oder sonstigen Transportraum eines Fahrzeugs, vorzugsweise eines Eisenbahnwagens, über den Umfang ganz oder teilweise umgibt. Die Fahrzeugwand umfasst eine Wandschalenstruktur mit einer Öffnung, einen an einer Seite der Öffnung neben der Öffnung angeordneten Versteifungsspant, welcher am Umfangsrand mit der Wandschalenstruktur gefügt ist. Der Versteifungsspant ist aus einem Material aus einem endlosfaserverstärktem Thermoplast, zum Beispiel einem Organoblech oder einem Duroplast, gebildet.
Die Wände von Fahrzeugen, insbesondere von Eisenbahnwagen für den Personentransport, werden heute so gebaut, dass sie vorgegebenen Anforderungen bezüglich Verwindungssteifigkeit und anderen Werten der Statik entsprechen. Dabei wird das Material der Wände so dick gewählt, dass es den Anforderungen entspricht. Das heißt, die Wagen weisen ein hohes Gewicht auf, was sich direkt auf die notwendige Antriebsleitung der Zugmaschine oder des Motors auswirkt.
Die EP 2 305 529 A1 schlägt vor, den Wagenkasten aus mehreren Wagenkastenmodulen zu bauen, die über in Umfangsrichtung geschlossene Koppelungsmodule miteinander verbunden sind. Dabei sind die einzelnen Wagenkastenmodule selbstragend ausgebildet und die Übertragung von Kräften zwischen benachbarten Wagenkastenmodulen erfolgt ausschließlich über die Kopplungsmodule. Die Vielzahl von Kopplungen innerhalb eines Wagenkastens erhöht dessen Anfälligkeit für Störungen und reduziert dadurch die aktive Betriebszeit. Die EP 1 862 366 A1 betrifft den Aufbau einer Seitenwandstruktur für ein Schienenfahrzeug aus einer Vielzahl von nebeneinander liegenden Paneelen, die anschließend an einer Außenseite mit einer Außenhaut gefügt werden. Die Paneele umfassen eine Öffnung für ein Fenster oder eine Tür und übergreifen einander in einem Seitenbereich. Die notwendige Steifigkeit der Seitenwandstruktur wird durch die Verbindung von Paneelen und Außenhaut erreicht.
Es besteht daher Bedarf an einem Wagen, der eine bevorzugt durchgehende Wagenkastenstruktur mit einer dünnen Wandschalenstruktur mit Fenster und/oder Türöffnungen aufweist, die durch geeignete Maßnahmen soweit verstärkt wird, dass der Wagen alle Anforderungen der Betreiber bezüglich Steifigkeit und Festigkeit erfüllt. Es besteht weiterhin Bedarf an einem Wagen mit einem geringen Eigengewicht.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung ein Fahrzeug mit einer dünnen Wandschalenstruktur und geringem Gewicht zur Verfügung zu stellen, wobei die Wandschalenstruktur an kritischen Stellen verstärkt ist.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche. Diese können in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden, und charakterisieren und spezifizieren, insbesondere im Zusammenhang mit der Zeichnung, die Erfindung zusätzlich.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Fahrzeugwand, die einen Fahrgast- oder sonstigen Transportraum eines Fahrzeugs, vorzugsweise eines Eisenbahnwagens, über den Umfang ganz oder teilweise umgibt. Außer bei Eisenbahnwagen kann die Erfindung auch im Bereich des Flugzeugbaus, des Schiffbaus und ganz allgemein für Fahrzeug- oder andere Aufbauten vorteilhaft genutzt werden.
Die Fahrzeugwand umfasst eine Wandschalenstruktur mit einer Öffnung, vorzugsweise Fenster- oder Türöffnung, und einen an einer Seite der Öffnung neben der Öffnung angeordneten Versteifungsspant. Der Versteifungsspant kann eine X-Form aufweisen. Die X-Form ist besonders gut geeignet, da er eine Verstärkungsstruktur für die Wandschalenstruktur bildet, die ähnlich wie ein Fachwerk wirkt. Der X-Spant führt zu einer bereichsweisen optimalen Aussteifung der Wandschalenstruktur. Bevorzugt weist eine Wandschalenstruktur in Fahrtrichtung des Fahrzeuges nebeneinander, auch beabstandet, mehrere dieser Verstärkungsstrukturen auf. Als X-Form im weiteren Sinne wird auch die Form des Andreaskreuzes oder eine Doppel-Y-Form angesehen.
Der Versteifungsspant weist eine in Bezug auf die Wandschalenstruktur konkave Spantschale mit einem Umfangsrand auf, wobei der Umfangsrand einen Fügebereich zum Fügen des Versteifungsspants mit der Wandschalenstruktur bildet. Die Spantschale ist integrierter Part des Versteifungsspants und kann daher unscharf auch selbst als Versteifungsspant bezeichnet werden. Die Spantschale ist am oder im Fügebereich mit der Wandschalenstruktur gefügt. Der Fügebereich kann von der konkaven Spantschale nach außen abstehen oder in die entgegengesetzte Richtung gebildet sein, sodass er bei einem Draufblick auf die Spantschale nicht erkennbar ist.
Die der Wandschalenstruktur zugewandten Fügeflächen des Versteifungsspants können eine glatte Oberfläche aufweisen und eine Form, die der Form der Innenseite der Wandschalenstruktur im Fügebereich im Wesentlichen entspricht, um zu vermeiden, dass der Fügebereich des Versteifungsspants unnötig aufgedickt werden muss. Zusätzlich werden dadurch Spannungen im Versteifungsspant vermieden, da dieser zum Fügen mit der Wandschalenstruktur nicht verformt werden muss.
Die Wandschalenstruktur kann zusammen mit einem Boden und einer Decke zu einer Fahrzeugschalenstruktur gefügt werden. Alternativ können Teile der Fahrzeugschalenstruktur, zum Beispiel die Seitenwände und die Decke des Fahrzeugs und/oder der Boden oder Teile des Bodens, durch Umformung aus zum Beispiel einem Blech geformt sein. In allen Fällen ist der Versteifungsspant dazu vorgesehen, nur mit der die Seitenwände der Fahrzeugschalenstruktur bildenden Wandschalenstruktur gefügt zu werden, um die Wandschalenstruktur zum Beispiel gegen Verwindungen zu versteifen.
Dabei kann die Spantschale mit dem Umfangsrand umlaufend oder nur punkt- oder bereichsweise mit der Wandschalenstruktur gefügt sein. Die Spantschale kann direkt oder über eine Zwischenstruktur indirekt mit der Wandschalenstruktur gefügt sein.
Die Spantschale bildet mit der Wandschalenstruktur einen Hohlraum, und der Versteifungsspant, vorzugsweise auch die Spantschale, erstreckt sich über wenigstens die längs der Seite der Öffnung gemessene Höhe der Öffnung. Das heißt, die Spantschale liegt nicht oder zumindest nicht flächig oder gar vollflächig an der Wandschalenstruktur an, sondern weist zumindest über einen großen Flächenbereich, bevorzugt über die gesamte Fläche, einen lichten Abstand zu der Wandschalenstruktur auf. Dabei kann die Spantschale eine axiale Länge aufweisen, die größer ist, als eine Höhe der Öffnung, gemessen senkrecht zu einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs.
Der Versteifungsspant ist in wenigstens einem oberen Fügebereich und wenigstens einem von dem oberen Fügebereich beabstandeten unteren Fügebereich mit der Wandschalenstruktur gefügt, und versteift dadurch die Wandschalenstruktur.
Der Versteifungsspant ist aus einem Organoblech gebildet. Als Matrixsystem für das Organoblech kommt eine thermoplastische Matrix in Betracht.
Diese neuen Materialien weisen geringere Gewichte auf, als beispielsweise bisher verwendete Leichtmetalle oder CFK-Werkstoffe, ermöglichen Werkstoffeinsparungen und haben in der Regel verbesserte Werkstoffeigenschaften, da sie für den speziellen Einsatzzweck individuell desingt werden können.
Die kontinuierlich faserverstärkten Bauteile mit einer Endlosfaserstruktur besitzen einen hohen Faservolumengehalt von bis zu 50% bis 70%. Die Bauteile können mit hohen gewichtsspezifischen Eigenschaften hergestellt und optimiert gestaltet werden. Die Warmformbeständigkeit kann gesteigert und die Kriecheigenschaften bei Einleitung von Kräften in die bevorzugt gerichteten Endlosfasern kann reduziert werden. Das heißt, Bauteile aus Organoblech sind besonders für eine Verwendung als Strukturbauteil oder eben als Versteifungsspant geeignet.
Auch die Kosten solcher sogenannten Multi Material Designs, wie lang- oder endlosfaserverstärkter Kunststoffe, Hochleistungsfaserverbund-Kunststoffe oder hybrider Werkstoffverbünde, können niedriger sein im Vergleich zu den Kosten bisher verwendeter Materialien.
Das für den Versteifungsspant gewählte Organoblech aus einem endlosfaserverstärktem Thermoplast zeichnet sich durch eine hohe Festigkeit und Steifigkeit aus und kann große Energien aufnehmen, sodass nur geringe Verformungen auftreten. Die Endlosfaserverstärkung kann dabei vollflächig erfolgen und/oder lokal, zwischen den Krafteinleitungspunkten in den Versteifungsspant und entlang der Kraftflusslinien durch den Versteifungsspant.
Bei dem Versteifungsspant kann es sich insbesondere um ein werkzeugfallendes Bauteil handeln, was bedeutet, dass der Versteifungsspant dem Werkzeug entnommen werden und bevorzugt ohne weitere Nachbearbeitung als fertiges Halbzeug vorliegt. Das schließt nicht aus, dass das werkzeugfallende Bauteil nach der Entnahme aus dem Werkzeug an den Rändern zum Beispiel auf die Verwendungsgröße zugeschnitten werden kann. Es bedeutet aber, dass bevorzugt keine Weiterbearbeitung im Sinne von zum Beispiel flächiger spanabhebender Bearbeitung oder Umformung mehr stattfindet, nachdem das Bauteil dem Werkzeug entnommen wurde.
Organobleche sind Faser-Matrix-Halbzeuge. Sie bestehen aus einem Fasergewebe oder einem Fasergelege aus Endlosfasern, die in eine thermoplastische Kunststoffmatrix eingebettet sind. Die Vorteile einer thermoplastischen Matrix liegen in der Warmumformfähigkeit der Halbzeuge und den daraus resultierenden kürzeren Prozesszeiten im Vergleich zu konventionellen duroplastischen Faserverbundwerkstoffen. Dies ist besonders in der Automobilindustrie mit ihren kurzen Prozesszeiten von hohem Interesse. Häufig verwendete Faserwerkstoffe sind Glas, Basalt, Aramid und Kohlenstoff (Carbon). Bei derartigen Geweben und Gelegen können die Fasern auch rechtwinklig zueinander verlaufen, so dass die mechanischen Eigenschaften von Organoblech wie Steifigkeit, Festigkeit und Wärmeausdehnung besser als bei ihren metallischen Vorbildern definiert werden können. Im Gegensatz zu Metallblechen sind das Zug- und Druckverhalten, sowie andere mechanische und thermische Eigenschaften nicht isotrop. Langfaserverstärkte Thermoplaste (LFT), normalfaserverstärkte weitere Grundmaterialien können eine, wenn auch wenig bevorzugte, Alternative zu den vorbeschriebenen Organoblechen oder faserverstärkten Duroplasten bilden.
Die Endlosfaserstrukturen oder langfaserverstärkten Thermoplaste können in einem Fließpress- und Spritzgießverfahren verarbeitet und funktionalisiert werden.
Die Materialien, die für die Herstellung des Versteifungsspants verwendet werden, weisen zudem eine isolierende Wirkung auf, um den Lärm des Fahrtwindes während der Fahrt zu dämpfen und den Innenraum gegenüber der Umgebung thermisch zu isolieren. Um diesen Effekt zu verstärken, kann der Versteifungsspant eine zusätzliche Isolierschicht auf seiner der Wandschalenstruktur zugewandten Seite aufweisen, zum Beispiel eine Schicht aus einem Isolierschaum oder einer Isoliermatte. Alternativ kann der Versteifungsspant auch als eine Sandwichkonstruktion aufgebaut sein, mit einem Sandwichkern mit insbesondere isolierenden Eigenschaften. Die isolierenden Eigenschaften des Versteifungsspantmaterials erlauben es, die Wandschalenstruktur dünn auszubilden, was vorteilhaft für das Gesamtgewicht des Fahrzeugs ist.
Eine weitere wichtige Materialeigenschaft ist das Brandverhalten, das an die jeweiligen Vorgaben von potentiellen Auftraggebern angepasst werden muss. Mindestanforderungen können schwere Entflammbarkeit und keine Bildung von giftigem Rauch, wie in der EN 45545 definiert, sein.
Der obere Fügebereich mit der Wandschalenstruktur kann unter einem oberen Flächenbereich der Wandschalenstruktur, und der untere Fügebereich mit der Wandschalenstruktur kann über einem unteren Flächenbereich der Wandschalenstruktur angeordnet sein. Das bedeutet, dass der Versteifungsspant sich nach oben maximal bis an eine Decke einer Schalenstruktur des Fahrzeugs, zum Beispiel des Eisenbahnwagens, erstrecken kann, und nach unten maximal bis an den Boden der Schalenstruktur des Fahrzeugs.
Der obere Fügebereich und der untere Fügebereich können durch seitliche Fügebereiche ergänzt werden, die sich jeweils zumindest bereichsweise vom oberen Fügebereich bis zum unteren Fügebereich erstrecken.
Der Versteifungsspant kann eine Versteifungsrippe aufweist, die mit dem Versteifungsspant werkzeugfallend urgeformt oder mit der Spantschale bevorzugt an einer Innenseite gefügt ist. Insbesondere kann die Spantschale mehrere Versteifungsrippen aufweisen, die mit dem Versteifungsspant urgeformt oder mit der Spantschale gefügt sind. Diese Versteifungsrippen oder einige der Versteifungsrippen können dabei einen oder mehrere Luftkanäle bilden oder mitbilden.
Die Versteifungsrippen dürfen nicht über die Fügebereiche des Versteifungsspants mit der Wandschalenstruktur vorstehen, sie können aber plan mit den Fügebereichen abschließen.
Fügen umfasst Verbindungstechniken, wie Schweißen, Bördeln, Kleben, Vulkanisieren, Nieten, etc. Im Rahmen dieser Erfindung wird unter Fügen im Regelfall das Kleben verstanden, um die Materialeigenschaften der miteinander zu fügenden oder gefügten Komponenten durch zum Beispiel Hitzeeintrag, Anbohren, Vernieten, etc. nicht zu beeinträchtigen und vorteilhaft eine Kontaktkorrosion, wie sie zum Beispiel bei einer Alu-CfK-Verbindung auftreten kann, zu vermeiden. Das soll aber nicht ausschließen, dass auch die anderen Fügeverfahren zum Einsatz kommen können.
Die Versteifungsrippe kann insbesondere ein Profilkörper sein, mit zum Beispiel einem Z-, I-, H-, T-, Hut- oder L-Profil. Der Profilkörper kann mit der Spantschale gefügt, zum Beispiel mit der Spantschale verklebt werden.
Bevorzugt handelt es sich bei dem Profilkörper um ein Z-Profil, wobei das Z-Profil eine erste Fläche umfasst, die mit der Spantschale gefügt werden kann, eine zweite Fläche, die mit der Wandschalenstruktur gefügt werden kann, und eine dritte Fläche, die die erste und die zweite Fläche miteinander verbindet und eine Wand des Luftkanals bildet. So kann zum Beispiel durch zwei Z-Profile oder ein Z-Profil im Zusammenwirken mit einem T- oder L-Profil ein Luftkanal gebildet werden, der eine statische und funktionelle Komponente bildet. Alternativ können zusätzlich zu den Versteifungsrippen, die die statische Komponente bilden, extra Luftführungen mit der Spantschale gefügt werden, die dann nur funktionelle Komponenten sind.
Die Versteifungsrippe kann mit einem von der Spantschale beabstandeten Ende an der Wandschalenstruktur anliegen. Das beabstandete Ende der Versteifungsrippe kann an der Wandstruktur anliegen oder mit der Wandschalenstruktur gefügt sein. Die Spantschale kann eine im Wesentlichen glatte Außenseite aufweisen. Als Außenseite wird die Seite der Spantschale bezeichnet, die bei der mit der Wandstruktur gefügten Spantschale dem Innenraum des Fahrzeugs zugewandt ist.
Der Versteifungsspant kann weiterhin ein Verstärkungsstrukturelement aufweisen, das mit der Spantschale und/oder dem Umfangsrand bevorzugt gefügt ist. Das Verstärkungsstrukturelement kann mit der Innenseite des Versteifungsspants oder mit der Außenseite des Versteifungsspants gefügt sein. Das Verstärkungsstrukturelement liegt bevorzugt direkt auf der Innen- bzw. Außenseite der Spantschale auf, das heißt, an der Innenseite kann die Versteifungsrippe das Verstärkungsstrukturelement zum Beispiel queren.
Bei dem Verstärkungsstrukturelement handelt es sich bevorzugt um ein Faserverbundtape, insbesondere um ein UD-Tape, mit einer unidirektionalen Faserausrichtung. Die Fasern können insbesondere Langfasern oder Endlosfasern sein. Aufgabe des Verstärkungsstrukturelements ist es, einen lokal im Bereich des Versteifungsspants auftretenden Kraftfluss in einer Hauptbelastungsrichtung mit aufzunehmen und weitestgehend optimal oder ideal zu leiten.
Das Verstärkungsstrukturelement kann zum Beispiel Andreaskreuz-, X-, Y- oder Doppel-Y-förmig sein. Insbesondere bei der Andreaskreuz-, X- oder der Doppel-Y Form kann das Verstärkungsstrukturelement die Spantschale diagonal überspannen. Dabei können freie Enden des Verstärkungsstrukturelements um die Außenkante des Versteifungsspants geschlagen sein, sodass die Enden eines Verstärkungsstrukturelements, das auf der Vorderseite mit dem Versteifungsspant gefügt ist, auf der Rückseite mit dem Verstärkungsspant gefügt sind, und umgekehrt.
Grundsätzlich sind von der Erfindung alle möglichen Formen für das Verstärkungsstrukturelement erfasst, so zum Beispiel auch parallel zueinander verlaufende Faserverbundtapestreifen in Längs- und/oder Querrichtung der Spantschale, im Zickzack oder in Schlangenlinien verlaufende Faserverbundtapestreifen oder Faserverbundtapestreifen in Kreis- oder Teilkreisform.
Der Versteifungsspant endet bevorzugt unter einem oberen Flächenbereich der Wandschalenstruktur und über einem unteren Flächenbereich der Wandschalenstruktur. Das heißt, der Versteifungsspant reicht bevorzugt nicht bis in den Boden oder die Decke der Fahrzeugschalenstruktur.
Dabei kann sich die Wandschalenstruktur in einer Draufsicht auf die Fahrzeugwand bevorzugt nach allen Seiten über den Versteifungsspant hinaus erstrecken. Das heißt, der Versteifungsspannt bildet im Wesentlichen eine lokale Versteifung für die Wandschalenstruktur im Bereich einer Öffnung, wie einem Fenster oder einer Tür. Bei mehreren Fensteröffnungen wird jeder Zwischenraum zwischen zwei Fenstern mittels eines Versteifungsspants verstärkt, was dann insgesamt in einer Verstärkung der gesamten Wandschalenstruktur resultiert.
Der Versteifungsspant kann sich seitlich bis über und/oder unter die Öffnung, aber nur über einen Teil der Länge der Öffnung erstrecken.
Insbesondere kann sich der Versteifungsspant in Hochrichtung über die Öffnung nach oben und/oder nach unten hinaus erstrecken. In Längsrichtung kann sich der Versteifungsspant oben und/oder unten zumindest über den Rand der Öffnung erstrecken, so dass er mit der Öffnung auch in Längsrichtung zumindest im seitlichen Randbereich überlappt.
Der Versteifungsspant kann sich längs eines seitlichen Rands der Öffnung und/oder eines oberen Rands und/oder unteren Rands der Öffnung erstrecken und vorzugsweise dem Verlauf des jeweiligen Rands angepasst folgen. Der Versteifungsspant kann die Öffnung zumindest teilweise umgreifen.
Insbesondere, wenn es sich bei der Öffnung um eine Fensteröffnung handelt, kann ein Rahmen oder Fensterrahmen den Rand der Öffnung umgeben oder in die Öffnung eingesetzt sein. Der Versteifungsspant kann zumindest einen Teil des Rahmens bildet, dem Verlauf des Rahmens folgt oder bevorzugt einen Teil des Rahmens überlappen. Im Überlappungsbereich kann der Versteifungsspant mit dem Rahmen gefügt, insbesondere mit dem Rahmen verklebt sein. Dazu kann der Versteifungsspant in dem Überlappungsbereich speziell ausgebildete Klebefügeflächen aufweisen, die der Form des von der Wandschalenstruktur vorstehenden Rahmens im Überlappungsbereich angepasst sind. Bei dem Rahmen kann es sich um einen tragenden Fenster- oder Türrahmen handeln, der bereits zur Spannungsreduktion in der Wandschalenstruktur beitragen und dadurch die Statik der Wandschalenstruktur verbessern kann. Der Rahmen oder Fensterrahmen ist bevorzugt aus Aluminium oder einem Werkstoff mit ähnlichen physikalischen Eigenschaften gebildet, da Aluminium aufgrund seiner isotropen Eigenschaften einen konstanten Elastizitätsmodul in allen Raumrichtungen aufweist.
Die Wandschalenstruktur kann seitlich neben der Öffnung eine weitere Öffnung, vorzugsweise eine weitere Fenster- oder Türöffnung, aufweisen und ein Versteifungsspant ist bevorzugt jeweils zwischen zwei benachbarten Öffnungen angeordnet.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren erläutert. Die Figuren zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, ohne diese auf die dargestellte Ausführung zu beschränken. Erfindungswesentliche Merkmale, die nur den Figuren entnommen werden können, gehören zum Umfang der Erfindung und können die Erfindung einzeln oder in Kombinationen miteinander und/oder mit Merkmalen der Beschreibung vorteilhaft weiterbilden. Die Figuren zeigen im Einzelnen:

Figur 1:: Versteifungsspant mit Fügeflächen zum Fügen mit einer Wandschalenstruktur
Figur 2:: Versteifungsspant der Figur 1 mit Verstärkungsrippen
Figur 3:: Versteifungsspant mit durch Verstärkungsrippen gebildeten Luftführungskanälen
Figur 4:: Versteifungsspant mit Verstärkungsstrukturelement in Form einer Tapeverstärkung
Figur 5: Ausschnitt einer Wandschalenstruktur mit Fenster und Fensterrahmen
Figur 6:: Wandschalenstruktur der Figur 5 mit drei Versteifungsspanten
Figur 7:: Schnitt durch einen mit einer Wandschalenstruktur verbundenen Versteifungsspant

Die Figur 1 zeigt einen X-förmigen Versteifungsspant 1, wie er dem Werkzeug entnommen wurde. Der Versteifungsspant 1 umfasst eine Spantschale 3 und am Außenrand ausgebildete Fügebereiche 3, mit denen der Versteifungsspant 1 mit einer Wandschalenstruktur 10 eines Fahrzeugs, insbesondere eines Eisenbahnwagons, gefügt werden kann.
Der Versteifungsspant 1 kann aus einem Leichtmetall, einem Organoblech oder einem Verbundwerkstoff hergestellt sein oder zumindest eines dieser Materiale umfassen. Um die Isoliereigenschaften des Versteifungsspants 1 zu verbessern, kann dieser in Sandwichbauweise hergestellt sein, mit einem Sandwichkern aus einem isolierenden Material.
Figur 1 zeigt den Versteifungsspant 1 von der Innenseite 1a, die im, mit der Wandschalenstruktur 10 gefügtem Zustand, der Wandschalenstruktur 10 zugewandt, das heißt, für einen Betrachter im Inneren zum Beispiel eines Eisenbahnwagons, dessen Wände mit dem Versteifungsspant versteift sind, nicht sichtbar ist. Das Fügen ist insbesondere ein Verkleben der Teile miteinander, um die Statik der Bauteile, zum Beispiel durch Bohrungen, nicht zu schwächen und Kontaktkorrosion zwischen den Teilen zu verhindern.
Die Figur 2 zeigt den Versteifungsspant 1 der Figur 1 mit mehreren Versteifungsrippen 4. Die Versteifungsrippen 4 sind aus einem Z-Profil hergestellt und weisen daher eine erste Fläche 4a auf, mit der sie mit dem Versteifungsspant 1 gefügt werden kann, eine zweite Fläche 4b , mit der sie mit der Wandschalenstruktur 10 gefügt werden kann, und einen Steg 4c, der die erste und die zweite Fläche 4a, 4b miteinander verbindet, und im Wesentlichen senkrecht zu den beiden Flächen 4a, 4b ausgerichtet ist.
Die Versteifungsrippen 4 verstärken den Versteifungsspant 1 in die Hauptbelastungsrichtungen. Keine der Versteifungsrippen 4 steht über die Fügebereiche 3 vor, sondern die Fügebereiche 3 und die zweiten Flächen 4b können zumindest teilweise in derselben Ebene liegen, um gemeinsam mit der Wandschalenstruktur 10 gefügt zu werden. Die Höhe des Stegs 4c kann bei verschiedenen Versteifungsrippen 4 unterschiedlich sein, ebenso kann die wirksame Länge der ersten und zweiten Flächen gemessen quer zu dem Steg 4c unterschiedlich sein.
In der Figur 3 ist ein Versteifungsspant 1 gezeigt, in dem die Versteifungsrippen 4 so angeordnet sind, dass sie gleichzeitig Luftkanäle 5 ausbilden, durch die Luft zum Kühlen, Heizen oder einfach zum Luftaustausch geleitet werden kann. Die Luftkanäle 5, respektive deren Seitenwände, werden durch die Versteifungsrippen 4 gebildet. Dabei können die Verstärkungsrippen 4 aus dem bereits genannten Z-Profil gebildet sein, oder aus einem I-, L-, T-, H- oder Hutprofil oder einem beliebigen anderen Profil, wie einem U-, V- oder Rohrprofil.
Die Figur 4 zeigt den Versteifungsspant 1 der Figur 1 von der Außenseite 1b, die, im gefügten Zustand mit der Wandschalenstruktur 10, ins Innere des zum Beispiel Eisenbahnwagons gerichtet ist. Der Versteifungsspant 1 wird durch ein Verstärkungsstrukturelement 6, das Kräfte in Richtung der auf den Versteifungsspant 1 wirkenden Hauptbelastung aufnehmen kann, verstärkt.
Bei dem Verstärkungsstrukturelement 6 des Ausführungsbeispiels handelt es sich um zwei Bänder, die einander überkreuzend den Versteifungsspant 1 diagonal überspannen. Bei den Bändern kann es sich insbesondere um ein Faserverbundtape handeln, mit einer Faserausrichtung nur in eine Richtung (unidirektional).
Das Verstärkungsstrukturelement 6 ist mit dem Versteifungsspant 1 gefügt, insbesondere ist das Verstärkungsstrukturelement 6 mit dem Versteifungsspant 1 verklebt.
Die Figur 5 zeigt einen Ausschnitt der Wandschalenstruktur 10 mit einem Fenster 11 mit einem Fensterrahnen 12. Der Fensterrahmen 22 umgibt das Fenster 11 oder ist in die Fensteröffnung eingesetzt. Alleine dadurch leistet der Fensterrahmen 12 bereits einen Beitrag, um die Wandschalenstruktur 10 zumindest lokal zu versteifen.
Der Fensterrahmen 12 ist bevorzugt aus einem isotropen Material, wie zum Beispiel Aluminium oder eine Aluminiumlegierung hergestellt, das egal in welche Richtung es mit einer Kraft beaufschlagt wird, im Wesentlichen die gleichen physikalischen Eigenschafte, wie Stabilität, Elastizität, etc. aufweist.
In der Figur 6 ist ein größerer Ausschnitt der Wandschalenstruktur 10 dargestellt. Insgesamt sind vier Fenster 11 zu sehen, die dem Fenster der Figur 5 entsprechen. Jeweils zwischen zwei Fenstern 11 ist ein Versteifungsspant 1 mit der Wandschalenstruktur 10 in einem Bereich oberhalb und unterhalb der Fenster 10 gefügt.
Der Versteifungsspant 1 überlappt den Fensterrahmen 12 der beiden Fenster 11, zwischen denen der Versteifungsspant 1 angeordnet ist, oberhalb und unterhalb des Fensters 11. Der Versteifungsspant 1 kann in dem Überlappungsbereich mit dem Fensterrahmen 12 gefügt sein.
Die Figur 7 zeigt einen mit der Wandschalenstruktur 10 gefügten Versteifungsspant 1, der in Höhe des Fensters 11 aufgeschnitten ist. Zu sehen ist, dass der Versteifungsspant 1 den Fensterrahmen 12 teilweise überlappt und in diesem Überlappungsbereich mit dem Fensterrahmen 12 gefügt ist.
Weiterhin sind die Z-förmigen Versteifungsrippen 4 dargestellt, mit der ersten Fläche 4a, der zweiten Fläche 4b und dem die Flächen 4a, 4b verbindenden Steg 4c. Der Versteifungsspant 1 ist mit dem Fügebereich 3 mit der Wandschalenstruktur 10 gefügt und auch die Versteifungsrippen 4 sind mit der Fläche 4b mit der Wandschalenstruktur 10 gefügt. Auf der Außenseite 1b des Versteifungsspants 1 ist ein Verstärkungsstrukturelement 6, wie es aus der Figur 4 bekannt ist, mit dem Versteifungsspant gefügt.

Bezugszeichenliste

1: Versteifungsspant
1a: Innenseite
2b: Außenseite
2: Spantschale
3: Fügebereich
4: Versteifungsrippe
4a: erste Fläche
4b: zweite Fläche
4c: Steg
5: Luftkanal
6: Verstärkungsstrukturelement
10: Wandschalenstruktur
11: Fenster
12: Fensterrahmen

Claims

Fahrzeugwand, die einen Fahrgast- oder sonstigen Transportraum eines Fahrzeugs, vorzugsweise eines Eisenbahnwagens, über den Umfang ganz oder teilweise umgibt, die Fahrzeugwand umfassend:
(a) eine Wandschalenstruktur (10) mit einer Öffnung (11), vorzugsweise Fenster- oder Türöffnung,

(b) und einen an einer Seite der Öffnung (11) neben der Öffnung (11) angeordneten Versteifungsspant (1),

(c) wobei der Versteifungsspant (1) eine in Bezug auf die Wandschalenstruktur (10) konkave Spantschale (2) mit einem Fügebereich (3) aufweist,

(d) die Spantschale (2) im Fügebereich (3) mit der Wandschalenstruktur (10) gefügt ist

(e) und mit der Wandschalenstruktur (10) einen Hohlraum bildet,

(f) und wobei sich der Versteifungsspant (1), vorzugsweise die Spantschale (2), über wenigstens die längs der Seite der Öffnung (11) gemessene Höhe der Öffnung (11) erstreckt

(g) und in wenigstens einem oberen Fügebereich und wenigstens einem von dem oberen Fügebereich beabstandeten unteren Fügebereich mit der Wandschalenstruktur (10) gefügt ist, um die Wandschalenstruktur (10) zu versteifen,
dadurch gekennzeichnet, dass

(h) der Versteifungsspant (1) aus einem Organoblech aus einem endlosfaserverstärkten Thermoplast gebildet ist, und

(i) der Versteifungsspant (1) ein kontinuierlich faserverstärktes Bauteil mit einer Endlosfaserstruktur mit einem Faservolumengehalt von 50% bis 70% ist.
Fahrzeugwand nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der obere Fügebereich unter einem oberen Flächenbereich der Wandschalenstruktur (10) und der untere Fügebereich über einem unteren Flächenbereich der Wandschalenstruktur (10) angeordnet sind.
Fahrzeugwand nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei der Versteifungsspant (1) eine Versteifungsrippe (4) aufweist, die mit dem Versteifungsspant (1) urgeformt oder mit der Spantschale (2) bevorzugt an einer Innenseite (1a) des Versteifungsspants (1) gefügt ist.
Fahrzeugwand nach dem vorgehenden Anspruch, wobei der Versteifungsspant (1) / die Spantschale (2) mehrere Versteifungsrippen (4) aufweist und die oder einige dieser Versteifungsrippen (4) Wände eines Luftkanals (5) bilden.
Fahrzeugwand nach einem der zwei vorgehenden Ansprüche, wobei die Versteifungsrippe (4) ein Profilkörper mit einem Z-Profil ist.
Fahrzeugwand nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei der Versteifungsspant (1) eine im Wesentlichen glatte Außenseite aufweist.
Fahrzeugwand nach dem vorgehenden Anspruch, wobei der Versteifungsspant (1) ein Verstärkungsstrukturelement (6) aufweist, das mit dem Versteifungsspant (1) bevorzugt gefügt ist.
Fahrzeugwand nach dem vorgehenden Anspruch, wobei das Verstärkungsstrukturelement (6) ein UD-Tape mit einer unidirektionalen Faserausrichtung ist.
Fahrzeugwand nach einem der zwei vorgehenden Ansprüche, wobei das Verstärkungsstrukturelement (6) Andreaskreuz-, X- oder Doppel-Y-förmig ist und die Spantschale (2) diagonal überspannt.
Fahrzeugwand nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei der Versteifungsspant (1) ein werkzeugfallendes Bauteil ist.
Fahrzeugwand nach einem der vorhergehenden Ansprüche und wenigstens einem der folgenden Merkmale:
• der Versteifungsspant (1) endet unter einem oberen Flächenbereich der Wandschalenstruktur (10) und über einem unteren Flächenbereich der Wandschalenstruktur (10);

• die Wandschalenstruktur (10) erstreckt sich in einer Draufsicht auf die Fahrzeugwand (10) nach allen Seiten über den Versteifungsspant (1) hinaus;

• der Versteifungsspant (1) erstreckt sich seitlich bis über und/oder unter die Öffnung (11), aber nur über einen Teil der Länge der Öffnung (11);

• der Versteifungsspant (10) erstreckt sich in Hochrichtung (Z) über die Öffnung (5) nach oben und/oder nach unten hinaus und in Längsrichtung (X) oben und/oder unten bis über die Öffnung (5), so dass er mit der Öffnung (5) auch in Längsrichtung (X) überlappt;

• der Versteifungsspant (1) erstreckt sich längs eines seitlichen Rands der Öffnung (11) und/oder eines oberen Rands und/oder unteren Rands der Öffnung (11) und folgt vorzugsweise angepasst dem Verlauf des jeweiligen Rands.
Fahrzeugwand nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei ein Rahmen (12) den Rand der Öffnung (11) umgibt und der Versteifungsspant (1) zumindest einen Teil des Rahmens (12) bildet, dem Verlauf des Rahmens (12) folgt oder einen Teil des Rahmens (12) überlappt, und der Versteifungsspant (1) im Überlappungsbereich mit dem Rahmen (12) bevorzugt gefügt ist.
Fahrzeugwand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wandschalenstruktur (10) seitlich neben der Öffnung (11) eine weitere Öffnung (11), vorzugsweise eine weitere Fenster- oder Türöffnung, aufweist und der Versteifungsspant (1) zwischen den Öffnungen angeordnet ist.