EP3656629A1 - Hüllstruktur für einen wagenkasten - Google Patents

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Publication number
EP3656629A1
EP3656629A1 EP19210432.1A EP19210432A EP3656629A1 EP 3656629 A1 EP3656629 A1 EP 3656629A1 EP 19210432 A EP19210432 A EP 19210432A EP 3656629 A1 EP3656629 A1 EP 3656629A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
envelope
stiffening
support element
envelope structure
stiffening element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP19210432.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Sven Uschmann
Hendrick Seidler
Jan Prockat
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alstom Transportation Germany GmbH
Original Assignee
Bombardier Transportation GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bombardier Transportation GmbH filed Critical Bombardier Transportation GmbH
Publication of EP3656629A1 publication Critical patent/EP3656629A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61D—BODY DETAILS OR KINDS OF RAILWAY VEHICLES
    • B61D17/00—Construction details of vehicle bodies
    • B61D17/04—Construction details of vehicle bodies with bodies of metal; with composite, e.g. metal and wood body structures
    • B61D17/08—Sides

Definitions

  • the invention relates to an envelope structure for a car body of a rail vehicle.
  • Car bodies for rail vehicles can be made of steel or aluminum.
  • support elements are often connected to form a support structure.
  • Support elements can be longitudinal or transverse and form a framework structure.
  • the support structure can form envelope elements and / or can be covered with plate-shaped envelope elements in order to form an envelope structure.
  • the cladding elements usually consist of metal sheets, which usually have a function that stiffens the supporting structure.
  • envelope structures are in the EP 2 555 957 A1 and in the DE 10 2008 048 083 A1 described.
  • Cutouts can be made in the envelope elements, e.g. serve the assembly of windows or doors. In the area of these cutouts, increased forces or tensions can occur during operation of the rail vehicle. For example, bending and torsional moments are introduced into the car body via the coupling and the bogies, e.g. when the car is accelerated or braked, or in or out of a curve that continues over the envelope structure to the cutouts. These loads lead to tensile or compressive stresses in the envelope structure, which in the case of rectangular cutouts are concentrated above all at corners of the cutouts and can compress or stretch them. In order to counteract the loads in the envelope structure, supporting elements or supporting envelope elements are reinforced, in particular by increasing the sheet thickness, by means of additional supports or ribs.
  • the DE 10 2008 048 083 A1 proposed to manufacture sheet metal elements from sheet metal parts with different thickness.
  • the sheet thicknesses can be reduced in areas that are exposed to less stress in order to save weight and material.
  • the EP 2 555 957 A1 discloses a cladding structure with an outer sheet of sheet metal of different properties which abut each other butt-jointed and connected to one another via continuous laser weld seams to form an offset-free outside are. In areas of the outer sheet metal where increased stresses occur, for example, sheets with a larger wall thickness are used.
  • the invention is therefore based on the object of creating an easily manufactured envelope structure with reduced weight.
  • the object is achieved in that the envelope structure has, in addition to an envelope element, a support element which reinforces the envelope element and a stiffening element which stiffens the support element and which at least in sections is in positive engagement with the support element. Because the stiffening element is positively connected to the support element, no or fewer fastening means are required for fastening the stiffening element.
  • a position lock can be provided.
  • the position securing device cannot have a force-transmitting function and can therefore be designed very simply.
  • an adhesive can be used to secure the position.
  • Envelope element and support element are preferably formed from a metallic material, in particular steel and / or aluminum. Envelope element and support element are preferably together welded. In contrast, the stiffening element can be glued to the envelope element and / or support element or be adhesively connected. In this way, there is no heat input when the stiffening element is connected to the envelope structure, which could lead to a deterioration in the material properties. Due to the positive engagement of the stiffening element, although there is only an adhesive connection, sufficient force transmission is possible.
  • the forces occurring in the envelope structure are in particular parallel or tangential to the outer surface of the envelope structure.
  • the forces to be transmitted by the stiffening element can also run parallel or tangential to the outer surface of the envelope structure.
  • the forces occurring in the envelope structure can run parallel to or lie on a common force action plane.
  • the stiffening element can be inserted into the envelope structure essentially in a mounting direction that runs perpendicular to the plane of the force action.
  • forces acting between the supporting element and the stiffening element in particular supporting forces stiffening the supporting element, can be transmitted essentially in a form-fitting manner.
  • the power transmission can take place partially or completely via the positive connection.
  • a force transmission stiffening the support element is possible without the need for additional fastening means.
  • the support element and the stiffening element can be designed to be complementary to one another, at least in sections, the mutually complementary sections lying one inside the other.
  • the support element and the stiffening element can each be formed by a profile, wherein the profiles can have support surfaces designed to be complementary to one another.
  • the profiles forming the support element and the stiffening element can be designed so that they can be inserted into one another or can lie one inside the other in the assembled state.
  • Profiles can be manufactured inexpensively using established processes, e.g. steel profiles can be rolled, drawn or pressed, aluminum profiles can be manufactured inexpensively using the extrusion process, plastics using the extrusion process.
  • Supporting element and stiffening element can preferably be flat on one another lie on. For this purpose, surfaces of the supporting element and the stiffening element lying one on top of the other in the assembled state can be designed in mirror image.
  • the stiffening element can rest against both the envelope element and the support element.
  • the envelope element can be part of the supporting structure of the envelope structure. This means that surfaces of the enveloping element, in particular surfaces of the enveloping element facing the interior of the enveloping structure, can also be integrated into the power line. Furthermore, with this embodiment, more surfaces are available in order to establish a positive connection with the stiffening element.
  • the stiffening element and the cladding element can each have a contact surface, the contact surfaces of the stiffening element and cladding element lying on one another and jointly forming an adhesive joint.
  • the stiffening element can be glued to the envelope element accordingly.
  • the stiffening element can rest on at least two, preferably three, four or five sides of support elements and / or the envelope structure.
  • the support elements can form a framework, the stiffening element being in a form-fitting manner between two nodes of the framework.
  • the support element can form a hollow body into which the stiffening element can be inserted.
  • the support element can in particular be formed by a hollow profile.
  • a support element designed as a hollow body can be designed so that it can be closed.
  • the stiffening element can rest on further supporting elements.
  • the stiffening element can bear against a first support element in a transverse direction and against a second and / or third support element in and / or against a longitudinal direction.
  • the stiffening element can also bear against a support element in a second and / or third transverse direction.
  • the envelope structure can have a framework made of supporting elements, with longitudinal profiles running in a longitudinal direction and transverse profiles running in a transverse direction, the longitudinal profiles and the transverse profiles each being provided with different stiffening elements.
  • the stiffening elements can be attached to the different loads occurring during operation of the longitudinal and transverse profiles and / or be adapted to different geometries of the longitudinal and transverse profiles in order to achieve the best possible support function or to ensure an optimal form fit.
  • the envelope structure can have a cutout, in particular a window and / or a door cutout.
  • the cutout can be provided in a side wall area, an end wall area, a roof area and / or a floor area.
  • the cutout can in particular be a door cutout and / or a window cutout and / or a cutout for an air conditioning system. Because the flow of force at window and door cutouts is disturbed, these voltage peaks can occur. For this reason, stiffening the body of the car at cutouts is of particular importance.
  • the stiffening element can accordingly preferably adjoin and / or surround the cutout.
  • the stiffening element can also form an edge of the cutout, at least in sections form a window or door frame or form a door threshold.
  • the stiffening element can be formed from a composite material, in particular a fiber composite material.
  • the stiffening element can comprise a carbon fiber composite material. If the stiffening element is primarily subjected to pressure, pressure-resistant materials can be used as an alternative, in particular ceramics, ceramic-metal composite materials and / or ceramic fiber composite materials.
  • the support element and / or the envelope element are preferably made of steel in order to achieve sufficient strength with a simple structure of the envelope structure.
  • the support element and / or the envelope element can be made of aluminum.
  • a filling material can be provided between the stiffening element and the support element, which forms the positive connection.
  • the filling material can preferably form the positive connection together with the stiffening element.
  • the filling material can be introduced into cavities and / or gaps between the stiffening element and the support element.
  • it can be designed to be moldable, in particular liquid or kneadable, in an assembled state at room temperature.
  • the filling material can be configured to be hardening, in particular cold or hardening at room temperature, in order to produce sufficient compressive strength. In this way, damage to the envelope structure due to heat input can be avoided. In the hardened state, the filling material forms a packing. To increase the compressive strength, the filling material or the filling body can contain pressure-resistant components, such as quartz sand or ceramic.
  • the stiffening element can be adhesively connected to the support element by the filler material.
  • the filling material can be configured as an adhesive.
  • the filler material can comprise a thermoset, for example epoxy resin.
  • the thermoset can form the matrix of a composite material from which the filler body is formed.
  • the filling material can comprise quartz sand.
  • the support element can have a cavity or a recess into which the stiffening element can be inserted.
  • the support element can be made of a profile body, e.g. a steel profile body can be formed, which has a trough or a cavity.
  • the stiffening element can be inserted into this trough or the cavity in order to stiffen the profile body.
  • the support element can form a receptacle together with an enveloping element, into which the stiffening element can be positively received.
  • the stiffening element can have a depression, such as a trough or an indentation, into which the supporting element can be inserted.
  • the stiffening element like the supporting element, can be designed as a profile body.
  • the stiffening element can overlap or encompass the support element.
  • the positive force transmission can thus be further improved.
  • the stiffening element can also span two support elements or a support element and an enveloping element in order to establish a stiffening connection between these elements.
  • the stiffening element can be adhesively connected to the enveloping element.
  • the stiffening element, together with the enveloping element, can form a receptacle into which the support element can be positively received.
  • an envelope element is provided.
  • the envelope element is connected to the support element.
  • the support element can be previously connected to other support elements to form a support structure.
  • a stiffening element is connected in a form-fitting manner. This is done by positively fitting or inserting a stiffening element.
  • the stiffening element can be inserted into a receptacle formed by the support element or placed on the support element.
  • FIG. 1 A section of an envelope structure 1 of a rail vehicle is shown, which forms a side wall of a car body of a rail vehicle.
  • the envelope structure 1 forms an envelope of a passenger compartment, the majority of the envelope being formed by an envelope element 2.
  • the enveloping element 2 can in particular comprise a metal sheet, such as steel sheet or aluminum sheet.
  • the envelope element 2 can be made of a composite material.
  • Carrying elements 3, 4 are applied to the envelope element 2, which at least partially absorb forces acting on the envelope structure 1 and increase the overall strength of the envelope structure 1.
  • the support elements 3, 4 comprise extending in the longitudinal direction X of the rail vehicle Longitudinal profiles 5 and transverse profiles 6 running in the transverse direction Z or height direction.
  • the support elements 3, 4 form a load-bearing framework structure which interacts with the enveloping element 2.
  • the envelope structure 1 forming a side wall has cutouts 8 which are provided to form windows. Because the envelope structure 1 is interrupted by the cutouts 8, the flow of force in the area of the cutouts 8 is interrupted or the structural strength is weakened in these areas. In particular in the corner areas of the cutouts 8, increased forces can occur which result in special requirements for the strength of the envelope structure 1.
  • stiffening elements 7, 10 are provided. While stiffening elements 7 are applied to the longitudinal support elements 4 or longitudinal profiles 5, the transverse support elements 3 or transverse profiles 6 are provided with stiffening elements 10. The stiffening elements 7 border in and against the X-direction at their ends on transverse profiles 6, whereby a positive connection is created. The stiffening elements 10, on the other hand, adjoin at their ends in and against the Z direction at each of the longitudinal profiles 5, as a result of which a positive fit is produced.
  • Fig. 2 shows a sectional view along the section line AA in Fig. 1 with a support element 3 running in the transverse direction Z.
  • the support element 3 is formed by an essentially Z-shaped profile which is applied to the enveloping element 2, preferably by means of a weld seam.
  • the support element 3 has a first leg 11, a second leg 12 and a body 13.
  • the first leg 11 lies on the enveloping element 2 and forms an angle 14 with the body 13, which forms a receptacle into which the stiffening element 10 is inserted.
  • the leg 11 forms a support surface in the Y direction, the body 13 counter to the X direction. Accordingly, movement of the stiffening element 10 in these two directions is blocked in a form-fitting manner. With the positive connection that is created by the adjacent longitudinal profiles 5, a movement in and against the Z direction is blocked.
  • a filling material 9 is provided.
  • the filler material 9 is applied to the stiffening element 10 and / or the support element 3 in a processing state. In the processing state, the filling material 9 can be shaped at room temperature. Then the stiffening element 10 on the support element 3 in the in Fig. 2 position shown moves. The filling material 9 now fills voids between the support element 3 and the stiffening element 10 and thus forms a seamless contact surface.
  • the filler material 9 can act as an adhesive, that is to say, in order to achieve an adhesive fixation of the stiffening element 10 in addition to the positive connection.
  • the filling material 9 can be formed, for example, by a thermoset and quartz sand.
  • Fig. 3 is a sectional view taken along the section line BB in Fig. 1 .
  • a supporting element 4 is fastened, preferably welded, to the enveloping element 2, which together with the enveloping element 2 forms the supporting structure of the car body.
  • the stiffening element 7 surrounds the support element 4 and the support element 4 is inserted into the stiffening element 7.
  • the stiffening element 7 rests with a bearing surface 18 directly against an adjacent bearing surface 19 of the enveloping element 2. There is thus a positive connection between the envelope element 2 with the supporting element 4 and the stiffening element 7.
  • the stiffening element 7 can be glued to the envelope element 2.
  • the joint between the support surface 18 of the stiffening element 7 and the support surface 19 of the enveloping element 2 can serve as an adhesive joint.
  • the stiffening element 7 has a receiving space 15, in which the support element is received in a form-fitting manner.
  • the stiffening element 7 is molded onto the contour of the support element 4 and the envelope element 2.
  • a cavity 16 is provided between the stiffening element 7 and the enveloping element 2, which is used for the positive reception of the support element 3.
  • the cavity 16 is only marginally wider than the support element 4.
  • a filling material 17 which is pressure-resistant in the hardened state is introduced into the cavity 16, in particular between the stiffening element 7 and the support element 4. This can also form an adhesive.
  • the stiffening element 7 can be connected to the envelope element 2 in a force-transmitting manner.
  • the stiffening element 7 can in particular be glued to the enveloping element 2.
  • the area in which the stiffening element 7 rests on the enveloping element 2 can serve as an adhesive joint.
  • the cladding element can be screwed or riveted to the envelope element.
  • a filling material 17 is provided between the stiffening element 7 and the supporting element 4.
  • the filling material 17 compensates for gaps and unevenness between the support element 4 and the stiffening element 7.
  • the filling material 17 forms a support body for positive force transmission between the support element 4 and the stiffening element 7.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Body Structure For Vehicles (AREA)
  • Connection Of Plates (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hüllstruktur (1) für einen Wagenkasten eines Schienenfahrzeugs, mit einem Hüllelement (2) und mit einem das Hüllelement (2) verstärkenden Tragelement (3, 4), wobei ein das Tragelement (3, 4) versteifendes Versteifungselement (7, 10) vorgesehen ist, das sich wenigstens abschnittsweise formschlüssig mit dem Tragelement (3, 4) im Eingriff befindet.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft eine Hüllstruktur für einen Wagenkasten eines Schienenfahrzeugs.
    • Stand der Technik
  • Wagenkästen für Schienenfahrzeuge können aus Stahl oder Aluminium hergestellt werden. Bei der Herstellung von Wagenkästen aus Stahl werden oft Tragelemente zu einer Tragstruktur verbunden. Tragelemente können längs- oder quergerichtet sein und eine Fachwerkstruktur bilden. Die Tragstruktur kann Hüllelemente bilden und/oder mit plattenförmigen Hüllelementen beplankt werden, um eine Hüllstruktur zu formen. Die Hüllelemente bestehen meist aus Blechen, die meist eine die Tragstruktur aussteifende Funktion haben. Derartige Hüllstrukturen sind in der EP 2 555 957 A1 und in der DE 10 2008 048 083 A1 beschrieben.
  • In die Hüllelemente können Ausschnitte eingebracht werden, die z.B. der Montage von Fenstern oder Türen dienen. Im Bereich dieser Ausschnitte können im Betrieb des Schienenfahrzeuges erhöhte Kräfte bzw. Spannungen auftreten. So werden in den Wagenkasten über die Kupplung sowie über die Drehgestelle Biege- und Torsionsmomente eingeleitet, z.B. wenn der Wagen beschleunigt oder abgebremst wird oder in eine Kurve hinein oder aus dieser herausfährt, die sich über die Hüllstruktur bis zu den Ausschnitten fortsetzen. Diese Belastungen führen in der Hüllstruktur zu Zug- oder Druckspannungen, die sich bei rechteckigen Ausschnitten vor allem an Ecken der Ausschnitte konzentrieren und diese stauchen oder dehnen können. Um den Belastungen in der Hüllstruktur zu begegnen, werden Tragelemente oder tragende Hüllelemente verstärkt, insbesondere durch Vergrößerung der Blechdicke, durch zusätzliche Träger oder Rippen.
  • Um die Festigkeit und Verformungen der Hüllstruktur in tolerierbaren Grenzen zu halten, wird in der DE 10 2008 048 083 A1 vorgeschlagen, Blechelemente aus Blechteilen mit unterschiedlicher Dicke zu fertigen. Dadurch können in Bereichen, die einer geringeren Belastung ausgesetzt sind, die Blechstärken reduziert werden, um Gewicht und Material einzusparen.
  • Die EP 2 555 957 A1 offenbart eine Hüllstruktur mit einer Außenbeblechung aus flächig ausgebildeten Blechen unterschiedlicher Eigenschaften, die stumpfstoßend aneinander angrenzen und zur Bildung einer versatzfreien Außenseite über durchgehende Laserscheißnähte miteinander verbunden sind. An Bereichen der Außenbeblechung, an denen erhöhte Spannungen auftreten, werden z.B. Bleche mit einer größeren Wandstärke verwendet.
  • Nachteile der bekannten Hüllstrukturen sind ihr großen Gewicht und der verhältnismäßig große Fertigungsaufwand, den die Verwendung unterschiedlicher Blechstärken fordert.
    • Aufgabe
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine einfach zu fertigende Hüllstruktur mit verringertem Gewicht zu schaffen.
    • Lösung
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Weiterhin wird die Aufgabe mit einem Schienenfahrzeug nach Anspruch 12 und einem Verfahren nach Anspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
    • Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung
  • Erfindungsgemäß besteht die Lösung der Aufgabe darin, dass die Hüllstruktur neben einem Hüllelement ein das Hüllelement verstärkendes Tragelement und ein das Tragelement versteifendes Versteifungselement aufweist, das sich wenigstens abschnittsweise formschlüssig mit dem Tragelement im Eingriff befindet. Indem das Versteifungselement formschlüssig mit dem Tragelement verbunden wird, sind keine oder weniger Befestigungsmittel für die Befestigung des Versteifungselementes erforderlich.
  • Um die Position des Versteifungselementes zu sichern, kann eine Positionssicherung vorgesehen werden. Die Positionssicherung kann keine kraftübertragende Funktion haben und somit entsprechend sehr einfach gestaltet werden. Beispielsweise kann ein Klebstoff zur Positionssicherung verwendet werden.
  • Hüllelement und Tragelement sind bevorzugt von einem metallischen Werkstoff gebildet, insbesondere Stahl und/oder Aluminium. Hüllelement und Tragelement sind vorzugsweise miteinander verschweißt. Das Versteifungselement kann demgegenüber mit dem Hüllelement und/oder Tragelement verklebt sein bzw. adhäsiv verbunden sein. Auf diese Weise findet bei der Verbindung des Versteifungselementes mit der Hüllstruktur kein Hitzeeintrag statt, der zu einer Verschlechterung der Materialeigenschaften führen könnte. Aufgrund des formschlüssigen Eingriffs des Versteifungselementes ist, obwohl nur eine adhäsive Verbindung vorliegt, eine ausreichende Kraftübertragung möglich.
  • Die in der Hüllstruktur auftretenden Kräfte verlaufen insbesondere parallel oder tangential zur Außenfläche der Hüllstruktur. Auch die vom Versteifungselement zu übertragenden Kräfte können entsprechend parallel oder tangential zur Außenfläche der Hüllstruktur verlaufen. Die in der Hüllstruktur auftretenden Kräfte können parallel zu einer gemeinsamen Kraftwirkungsebene verlaufen oder auf dieser liegen. Um eine bestmögliche formschlüssige Kraftübertragung von dem Versteifungselement auf das Tragelement zu ermöglichen, kann das Versteifungselement im Wesentlichen in einer Montagerichtung in die Hüllstruktur einsetzbar sein, die senkrecht zur Kraftwirkungsebene verläuft.
  • Im Betrieb können zwischen dem Tragelement und dem Versteifungselement wirkende Kräfte, insbesondere das Tragelement versteifende Stützkräfte, im Wesentlichen formschlüssig übertragbar sein. Die Kraftübertragung kann teilweise oder vollständig über den Formschluss erfolgen. Bereits durch die Positionierung des Versteifungselementes an dem Tragelement in der Position, in der ein Formschluss hergestellt ist, ist damit eine das Tragelement versteifende Kraftübertragung möglich, ohne dass zusätzliche Befestigungsmittel benötigt werden.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Hüllstruktur können das Tragelement und das Versteifungselement wenigstens abschnittsweise komplementär zueinander ausgestaltet sein, wobei die zueinander komplementären Abschnitte ineinander liegen.
  • Das Tragelement und das Versteifungselement können jeweils von einem Profil gebildet sein, wobei die Profile komplementär zueinander ausgestaltete Auflageflächen aufweisen können. Die das Tragelement und das Versteifungselement bildenden Profile können ineinander einsetzbar ausgestaltet sein bzw. in montiertem Zustand ineinander liegen. Profile sind kostengünstig mit etablierten Verfahren herzustellen, z.B. können Stahlprofile gewalzt, gezogen oder gepresst sein, Aluminiumprofile können kostengünstig im Strangpressverfahren hergestellt werden, Kunststoffe im Extrusionsverfahren. Tragelement und Versteifungselement können bevorzugt flächig aufeinander aufliegen. Dazu können im montierten Zustand aufeinander liegende Flächen von Tragelement und Versteifungselement spiegelbildlich gestaltet sein.
  • Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung einer erfindungsgemäßen Hüllstruktur kann das Versteifungselement sowohl an dem Hüllelement als auch an dem Tragelement anliegen. Das Hüllelement kann Teil der tragenden Struktur der Hüllstruktur sein. Damit können auch Flächen des Hüllelementes, insbesondere in das Innere der Hüllstruktur weisende Flächen des Hüllelementes, in die Kraftleitung eingebunden werden. Des Weiteren stehen mit dieser Ausführungsform mehr Flächen zur Verfügung, um einen Formschluss mit dem Versteifungselement herzustellen.
  • Das Versteifungselement und das Hüllelement können jeweils eine Auflagefläche aufweisen, wobei die Auflageflächen von Versteifungselement und Hüllelement aufeinander aufliegen und gemeinsam eine Klebefuge bilden. Das Versteifungselement kann entsprechend mit dem Hüllelement verklebt sein.
  • Für einen möglichst vollständigen Formschluss kann das Versteifungselement an wenigstens zwei, vorzugsweise drei, vier oder fünf Seiten an Tragelementen und/oder der Hüllstruktur anliegen. Die Tragelemente können ein Fachwerk bilden, wobei das Versteifungselement zwischen zwei Knoten des Fachwerks formschlüssig anliegt.
  • Das Tragelement kann einen Hohlkörper bilden, in den das Versteifungselement einfügbar ist. Das Tragelement kann insbesondere von einem Hohlprofil gebildet sein. Um ein Anliegen des Versteifungselementes an sechs Seiten des Tragelementes zu ermöglichen, kann ein als Hohlkörper gestaltetes Tragelement verschließbar ausgestaltet sein.
  • Das Versteifungselement kann in einer weiteren Variante der Erfindung an weiteren Tragelementen anliegen. Das Versteifungselement kann in einer Querrichtung an einem ersten Tragelement anliegen und in und/oder entgegen einer Längsrichtung ein einem zweiten und/oder dritten Tragelement. Des Weiteren kann das Versteifungselement auch in einer zweiten und/oder dritten Querrichtung an einem Tragelement anliegen.
  • In einer weiteren Variante der Erfindung kann die Hüllstruktur ein Gerippe aus Tragelementen aufweisen, mit in einer Längsrichtung verlaufenden Längsprofilen und in einer Querrichtung verlaufenden Querprofilen, wobei die Längsprofile und die Querprofile jeweils mit unterschiedlichen Versteifungselementen versehen sind. Die Versteifungselemente können an die unterschiedlichen im Betrieb auftretenden Belastungen der Längs- und Querprofile und/oder an unterschiedliche Geometrien der Längs- und Querprofile angepasst sein, um eine bestmögliche Stützfunktion zu erreichen bzw. einen optimalen Formschluss zu gewährleisten.
  • Die Hüllstruktur kann einen Ausschnitt aufweisen, insbesondere einen Fenster- und/oder einen Türausschnitt. Der Ausschnitt kann in einem Seitenwandbereich, einem Endwandbereich, einem Dachbereich und/oder einem Bodenbereich vorgesehen sein. Der Ausschnitt kann insbesondere ein Türausschnitt und/oder ein Fensterausschnitt und/oder ein Ausschnitt für eine Klimaanlage sein. Weil der Kraftfluss an Fenster- und Türausschnitten gestört ist, können an diesen Spannungsspitzen auftreten. Aus diesem Grund ist eine Versteifung des Wagenkastens an Ausschnitte von besonderer Bedeutung. Das Versteifungselement kann entsprechend bevorzugt an den Ausschnitt angrenzen und/oder diesen umgeben. Das Versteifungselement kann zudem einen Rand des Ausschnitts formen, wenigstens abschnittsweise einen Fenster- oder Türrahmen bilden oder eine Türschwelle formen.
  • Um das Gewicht der Hüllstruktur bei gleichzeitig hoher Steifigkeit zu verringern, kann das Versteifungselement von einem Verbundwerkstoff, insbesondere einem Faserverbundwerkstoff gebildet sein. Um eine hohe Biege- und Zugfestigkeit zu erreichen, kann das Versteifungselement einen Kohlefaserverbundwerkstoff umfassen. Wird das Versteifungselement vorwiegend auf Druck beansprucht, können alternativ druckfeste Werkstoffe verwendet werden, insbesondere Keramik, Keramik-Metall-Verbundwerkstoffe und/oder keramische Faserverbundwerkstoffe.
  • Das Tragelement und/oder das Hüllelement sind bevorzugt aus Stahl gefertigt, um mit einem einfachen Aufbau der Hüllstruktur eine ausreichende Festigkeit zu erreichen. Alternativ können das Tragelement und/oder das Hüllelement aus Aluminium gefertigt sein.
  • Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung kann zwischen dem Versteifungselement und dem Tragelement ein Füllmaterial vorgesehen sein, das den Formschluss bildet. Das Füllmaterial kann den Formschluss bevorzugt gemeinsam mit dem Versteifungselement bilden. Das Füllmaterial kann dazu in Hohlräume und/oder Spalten zwischen dem Versteifungselement und dem Tragelement eingebracht sein. Um das Füllmaterial auf einfache Weise einbringen zu können, kann dieses in einem Montagezustand bei Raumtemperatur formbar, insbesondere flüssig oder knetbar ausgestaltet sein.
  • Für die Herstellung einer hinreichenden Druckfestigkeit kann das Füllmaterial aushärtend, insbesondere kalt oder bei Raumtemperatur aushärtend ausgestaltet sein. Auf diese Weise können Beeinträchtigungen der Hüllstruktur durch einen Wärmeeintrag vermieden werden. Im ausgehärtetem Zustand bildet das Füllmaterial einen Füllkörper. Zur Erhöhung der Druckfestigkeit kann das Füllmaterial bzw. der Füllkörper druckfeste Bestandteile enthalten, wie Quarzsand oder Keramik.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform einer Hüllstruktur kann das Versteifungselement durch das Füllmaterial adhäsiv mit dem Tragelement verbunden sein. Das Füllmaterial kann als Klebstoff ausgestaltet sein. Das Füllmaterial kann ein Duroplast umfassen, beispielsweise Epoxidharz. Das Duroplast kann die Matrix eines Verbundwerkstoffes bilden, von dem der Füllkörper gebildet ist. Um eine möglichst druckfeste Stützung des Versteifungselementes zu erreichen, kann das Füllmaterial Quarzsand umfassen.
  • Um die Montage des Versteifungselementes und die Herstellung eines Formschlusses zu vereinfachen, kann das Tragelement einen Hohlraum oder eine Vertiefung aufweisen, in die das Versteifungselement einsetzbar ist. Das Tragelement kann von einem Profilkörper, z.B. einem Stahlprofilkörper gebildet sein, der eine Mulde oder einen Hohlraum aufweist. Das Versteifungselement kann in diese Mulde oder den Hohlraum einsetzbar sein, um den Profilkörper zu versteifen. Alternativ oder zusätzlich kann das Tragelement gemeinsam mit einem Hüllelement eine Aufnahme bilden, in die das Versteifungselement formschlüssig aufnehmbar ist.
  • Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung kann das Versteifungselement eine Vertiefung, wie eine Mulde oder eine Einbuchtung aufweisen, in die das Tragelement einsetzbar ist. Das Versteifungselement kann dazu wie das Tragelement als Profilkörper ausgestaltet sein.
  • Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung kann das Versteifungselement das Tragelement überlappen oder umgreifen. Somit kann die formschlüssige Kraftübertragung weiter verbessert werden. Das Versteifungselement kann zudem zwei Tragelemente oder ein Tragelement und ein Hüllelement überspannen, um zwischen diesen Elementen eine versteifende Verbindung herzustellen. Zur Herstellung einer Kraftübertragung kann das Versteifungselement mit dem Hüllelement adhäsiv verbunden sein. Das Versteifungselement kann gemeinsam mit dem Hüllelement eine Aufnahme bilden, in die das Tragelement formschlüssig aufnehmbar ist.
  • In einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen einer Hüllstruktur für einen Wagenkasten eines Schienenfahrzeugs sind die folgenden Schritte vorgesehen: Zunächst wird ein Hüllelement bereitgestellt. Das Hüllelement wird mit dem Tragelement verbunden. Das Tragelement kann gemäß einer Variante des Verfahrens zuvor mit anderen Tragelementen zu einer Tragstruktur verbunden werden.
  • Nach der Verbindung des Tragelements mit dem Hüllelement erfolgt ein formschlüssiges Verbinden eines Versteifungselementes. Dies erfolgt durch ein formschlüssiges Aufsetzen oder Einsetzen eines Versteifungselementes. Das Versteifungselement kann dazu in eine von dem Tragelement gebildete Aufnahme eingefügt oder auf das Tragelement aufgesetzt werden.
    • Figurenbeschreibung
  • Die beiliegenden Zeichnungen veranschaulichen erfindungsgemäße Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung der Prinzipien der Erfindung. Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 4 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Hüllstruktur beschrieben.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    einen Abschnitt einer Hüllstruktur eines Schienenfahrzeuges;
    Fig. 2
    eine Schnittansicht der Hüllstruktur der Fig. 1 an der Stelle A-A;
    Fig. 3
    eine Schnittansicht der Hüllstruktur der Fig. 1 an der Stelle B-B.
  • In Fig. 1 ist ein Abschnitt einer Hüllstruktur 1 eines Schienenfahrzeugs gezeigt, der eine Seitenwand eines Wagenkastens eines Schienenfahrzeugs bildet. Die Hüllstruktur 1 bildet eine Umhüllung eines Passagierraumes, wobei der Großteil der Hülle von einem Hüllelement 2 gebildet ist. Das Hüllelement 2 kann insbesondere ein metallisches Blech umfassen, wie Stahlblech oder Aluminiumblech. Alternativ kann das Hüllelement 2 aus einem Verbundwerkstoff hergestellt sein.
  • Auf das Hüllelement 2 sind Tragelemente 3, 4 aufgebracht, die wenigstens teilweise auf die Hüllstruktur 1 einwirkende Kräfte aufnehmen und die Festigkeit der Hüllstruktur 1 insgesamt erhöhen. Die Tragelemente 3, 4 umfassen in Längsrichtung X des Schienenfahrzeuges verlaufende Längsprofile 5 und in Querrichtung Z bzw. Höhenrichtung verlaufende Querprofile 6. Die Tragelemente 3, 4 bilden eine tragende Fachwerkstruktur, die mit dem Hüllelement 2 zusammenwirkt.
  • Die eine Seitenwand bildende Hüllstruktur 1 weist Ausschnitte 8 auf, die zur Bildung von Fenstern vorgesehen sind. Weil die Hüllstruktur 1 durch die Ausschnitte 8 unterbrochen wird, ist der Kraftfluss im Bereich der Ausschnitte 8 unterbrochen bzw. die strukturelle Festigkeit in diesen Bereichen geschwächt. Insbesondere in den Eckbereichen der Ausschnitte 8 können erhöhte Kräfte auftreten, die besondere Anforderungen and die Festigkeit der Hüllstruktur 1 zur Folge haben.
  • Um den erhöhten Festigkeitsanforderungen zu genügen sind Versteifungselemente 7, 10 vorgesehen. Während auf den in Längsrichtung verlaufenden Tragelementen 4 bzw. Längsprofilen 5 Versteifungselemente 7 aufgebracht sind, sind die in Querrichtung verlaufenden Tragelemente 3 bzw. Querprofile 6 mit Versteifungselementen 10 versehen. Die Versteifungselemente 7 grenzen in und entgegen der X-Richtung an ihren Enden jeweils an Querprofile 6 an, wodurch ein Formschluss entsteht. Die Versteifungselemente 10 grenzen hingegen in und entgegen der Z-Richtung an ihren Enden jeweils an Längsprofile 5 an, wodurch ein Formschluss entsteht.
  • Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht gemäß der Schnittlinie A-A in Fig. 1 mit einem in Querrichtung Z verlaufenden Tragelement 3. Das Tragelement 3 ist von einem im Wesentlichen Z-förmigen Profil gebildet, das auf das Hüllelement 2 aufgebracht ist, bevorzugt durch eine Schweißnaht. Das Tragelement 3 weist einen ersten Schenkel 11, einen zweiten Schenkel 12 und einen Körper 13 auf. Der erste Schenkel 11 liegt auf dem Hüllelement 2 auf und bildet mit dem Körper 13 einen Winkel 14, der eine Aufnahme bildet, in die das Versteifungselement 10 eingesetzt ist. Dabei bildet in Y-Richtung der Schenkel 11 eine Auflagefläche, entgegen der X-Richtung der Körper 13. Entsprechend ist eine Bewegung des Versteifungselementes 10 in diesen beiden Richtungen formschlüssig blockiert. Mit dem Formschluss, der durch die angrenzenden Längsprofile 5 entsteht, ist eine Bewegung auch in und entgegen der Z-Richtung blockiert.
  • Um die Auflagefläche und damit den Formschluss zwischen dem Tragelement 3 und dem Versteifungselement 10 zu verbessern, ist ein Füllmaterial 9 vorgesehen. Das Füllmaterial 9 wird in einem Bearbeitungszustand auf das Versteifungselement 10 und/oder das Trageelement 3 aufgetragen. In dem Bearbeitungszustand ist das Füllmaterial 9 bei Raumtemperatur formbar. Anschließend wird das Versteifungselement 10 auf das Tragelement 3 in die in Fig. 2 gezeigte Position bewegt. Das Füllmaterial 9 füllt nun Hohlräume zwischen Tragelement 3 und Versteifungselement 10 aus und bildet somit eine nahtlose Auflagefläche. Zusätzlich kann das Füllmaterial 9 als Klebstoff, d.h. adhäsiv wirken, um neben dem Formschluss eine adhäsive Fixierung des Versteifungselementes 10 zu erreichen. Das Füllmaterial 9 kann beispielsweise von einem Duroplast und Quarzsand gebildet sein.
  • Fig. 3 ist eine Schnittansicht gemäß der Schnittlinie B-B in Fig. 1. An dem Hüllelement 2 ist ein Tragelement 4 befestigt, vorzugsweise angeschweißt, das gemeinsam mit dem Hüllelement 2 die tragende Struktur des Wagenkastens bildet. Das Versteifungselement 7 umgibt das Tragelement 4 bzw. das Tragelement 4 ist in das Versteifungselement 7 eingesetzt. Zusätzlich liegt das Versteifungselement 7 mit einer Auflagefläche 18 unmittelbar an einer angrenzenden Auflagefläche 19 des Hüllelementes 2 an. Somit besteht ein Formschluss zwischen dem Hüllelement 2 mit Tragelement 4 und dem Versteifungselement 7.
  • Das Versteifungselement 7 kann mit dem Hüllelement 2 verklebt sein. Die Fuge zwischen der Auflagefläche 18 des Versteifungselementes 7 und der Auflagefläche 19 des Hüllelementes 2 kann dazu als Klebefuge dienen.
  • Das Versteifungselement 7 weist einen Aufnahmeraum 15 auf, in den das Tragelement formschlüssig aufgenommen ist. Das Versteifungselement 7 ist an die Kontur von Tragelement 4 und Hüllelement 2 angeformt. Somit ist zwischen Versteifungselement 7 und Hüllelement 2 ein Hohlraum 16 vorgesehen, welcher der formschlüssigen Aufnahme des Tragelementes 3 dient. Der Hohlraum 16 ist dazu nur unwesentlich breiter als das Tragelement 4.
  • Um zwischen dem Tragelement 4 und dem Versteifungselement 7 verbliebene Hohlräume wie z.B. Spalten auszufüllen, ist in den Hohlraum 16, insbesondere zwischen dem Versteifungselement 7 und dem Tragelement 4 ein im ausgehärteten Zustand druckbeständiges Füllmaterial 17 eingebracht. Dieses kann zudem einen Klebstoff bilden.
  • Das Versteifungselement 7 kann mit dem Hüllelement 2 kraftübertragend verbunden sein. Dazu kann das Versteifungselement 7 insbesondere mit dem Hüllelement 2 verklebt werden. Der Bereich, in dem das Versteifungselement 7 auf dem Hüllelement 2 aufliegt, kann als Klebefuge dienen. Alternativ kann das Verkleidungselement mit dem Hüllelement verschraubt oder vernietet werden.
  • Zwischen Versteifungselement 7 und Tragelement 4 ist ein Füllmaterial 17 vorgesehen. Das Füllmaterial 17 gleicht Spalten und Unebenheiten zwischen Tragelement 4 und Versteifungselement 7 aus. Im ausgehärteten Zustand bildet das Füllmaterial 17 einen Stützkörper zur formschlüssigen Kraftübertragung zwischen Tragelement 4 und Versteifungselement 7.
  • Die beschriebenen und dargestellten spezifischen Ausführungsformen sind für die Ausführung der Erfindung nicht bindend, sondern können im Rahmen der vorliegenden Erfindung geeignet modifiziert werden, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
    • Bezugszeichenliste
    • X
    Längsrichtung
    Z
    Querrichtung
    1
    Hüllstruktur
    2
    Hüllelement
    3
    Tragelement
    4
    Tragelement
    5
    Längsprofil
    6
    Querprofil
    7
    Versteifungselement
    8
    Ausschnitt
    9
    Füllmaterial
    10
    Versteifungselement
    11
    Erster Schenkel
    12
    Zweiter Schenkel
    13
    Körper
    14
    Winkel
    15
    Aufnahmeraum
    16
    Hohlraum
    17
    Füllmaterial
    18
    Auflagefläche (Versteifungselement)
    19
    Auflagefläche (Hüllelement)

Claims (14)

  1. Hüllstruktur (1) für einen Wagenkasten eines Schienenfahrzeugs, mit einem Hüllelement (2) und mit einem das Hüllelement (2) verstärkenden Tragelement (3, 4), wobei ein das Tragelement (3, 4) versteifendes Versteifungselement (7, 10) vorgesehen ist, das sich wenigstens abschnittsweise formschlüssig mit dem Tragelement (3, 4) im Eingriff befindet.
  2. Hüllstruktur (1) nach Anspruch 1, wobei im Betrieb zwischen dem Tragelement (3, 4) und dem Versteifungselement (7, 10) wirkende Kräfte im Wesentlichen formschlüssig übertragbar sind.
  3. Hüllstruktur (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Tragelement (3, 4) und das Versteifungselement (7, 10) wenigstens abschnittsweise komplementär zueinander ausgestaltet sind, wobei die zueinander komplementären Abschnitte ineinander liegen.
  4. Hüllstruktur (1) nach einem der obigen Ansprüche, wobei das Versteifungselement (7, 10) sowohl an dem Hüllelement (2) als auch an dem Tragelement (3, 4) anliegt.
  5. Hüllstruktur (1) nach einem der obigen Ansprüche, wobei die Hüllstruktur (1) ein Gerippe aus Tragelementen (3, 4) aufweist, mit in einer Längsrichtung (X) verlaufenden Längsprofilen (5) und in einer Querrichtung (Z) verlaufenden Querprofilen (6), wobei die Längsprofile (5) und die Querprofile (6) jeweils mit unterschiedlichen Versteifungselementen (7, 10) versehen sind.
  6. Hüllstruktur (1) nach einem der obigen Ansprüche, wobei die Hüllstruktur (1) einen Ausschnitt (8) aufweist, insbesondere einen Fenster- und/oder einen Türausschnitt, wobei das Versteifungselement (7, 10) an den Ausschnitt (8) angrenzt und/oder diesen umgibt.
  7. Hüllstruktur (1) nach einem der obigen Ansprüche, wobei das Versteifungselement (7, 10) von einem Verbundwerkstoff, insbesondere einem Faserverbundwerkstoff gebildet ist.
  8. Hüllstruktur (1) nach einem der obigen Ansprüche, wobei zwischen dem Versteifungselement (7, 10) und dem Tragelement (3) ein in einem Montagezustand formbares, aushärtendes Füllmaterial (9), vorgesehen ist, das den Formschluss bildet.
  9. Hüllstruktur (1) nach Anspruch 8, wobei das Versteifungselement (7, 10) durch das Füllmaterial (9) adhäsiv mit dem Tragelement (3) verbunden ist.
  10. Hüllstruktur (1) nach einem der obigen Ansprüche, wobei das Tragelement (3, 4) einen Hohlraum (16) oder eine Vertiefung aufweist, in die das Versteifungselement (7, 10) einsetzbar ist oder das Versteifungselement (7, 10) eine Vertiefung aufweist, in die das Tragelement (3, 4) einsetzbar ist.
  11. Hüllstruktur (1) nach einem der obigen Ansprüche, wobei das Versteifungselement (7, 10) das Tragelement (3, 4) überlappt.
  12. Schienenfahrzeug mit einer Hüllstruktur (1) nach einem der obigen Ansprüche, wobei das Schienenfahrzeug wenigstens einen Fenster- und/oder Türausschnitt aufweist, dessen Steifigkeit durch ein Versteifungselement (7, 10) erhöht ist.
  13. Verfahren zum Herstellen einer Hüllstruktur (1) für einen Wagenkasten eines Schienenfahrzeugs, umfassend die Schritte:
    a. Bereitstellen eines Hüllelementes (2) und eines Tragelementes (3, 4);
    b. Verbinden des Hüllelementes (2) mit dem Tragelement (3, 4);
    c. Anschließend formschlüssiges Aufsetzen oder Einsetzen eines Versteifungselementes (7, 10) auf oder in das Tragelement (3, 4).
  14. Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch das Einbringen eines Füllmaterials (9) in einen Zwischenraum zwischen Tragelement (3, 4) und Hüllelement (2).
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