AT524863A4

AT524863A4 - Großkomponente für ein Schienenfahrzeug

Info

Publication number: AT524863A4
Application number: ATA50590/2021A
Authority: AT
Inventors: Krupa Marcin; Worsch Marcus; Moser Florian; Heinz Karner Karl
Original assignee: Siemens Mobility Austria Gmbh
Priority date: 2021-07-16
Filing date: 2021-07-16
Publication date: 2022-10-15
Also published as: WO2023285419A1; US20240317277A1; EP4341145A1; AT524863B1

Abstract

Großkomponente (1) für ein Schienenfahrzeug, umfassend einen gitterförmigen Verbund aus Spriegeln- (2) und Spanten (3) und eine Beplankung (4) dieses gitterförmigen Verbundes, wobei die Spanten (3) als ebene Blechteile, welche stumpf mit der Beplankung (4) verschweißt sind ausgeführt sind, und die Spriegeln (2) als ebene Blechteile ausgeführt sind, welche stumpf mit der Beplankung (4) verschweißt sind, wobei an mindestens einem der Spriegel (2) eine C-Schiene (5) angeordnet ist.

Description

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Beschreibung

Großkomponente für ein Schienenfahrzeug

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Großkomponente für ein

Schienenfahrzeug.

Stand der Technik

Großkomponenten von Schienenfahrzeugen, beispielsweise Seitenwände, Stirnwände, Dächern oder Untergestelle können in sogenannter Differentialbauweise aus Metall hergestellt werden. Bei dieser Differentialbauweise wird eine Gerippestruktur aus Blechprofilen aufgebaut und mit einer Blechtafel beplankt, wobei die Blechtafel die Außenhaut der Großkomponente darstellt. Die so entstehende Struktur bietet eine hohe Festigkeit bei niedrigem Gewicht und eignet sich für die Herstellung aus Stahl bzw. nichtrostendem Stahl gleichermaßen. Die Gerippestruktur ist dabei aus Spanten und normal zu den Spanten orientieren Stringern aufgebaut, welcher untereinander sowie mit der Beplankung üblicherweise verschweißt werden. Die so aufgebaute Struktur genügt modernen Anforderungen an Festigkeit bei gleichzeitig geringer Masse nicht ausreichend, sodass Optimierungen dieser Bauweise geschaffen wurden. Beispielsweise kann die Beplankung aus einer Mehrzahl von Blechen aufgebaut sein, welche Jeweils unterschiedliche Eigenschaften aufweisen, sodass an Stellen mit hohen Festigkeitsanforderungen Bleche

mit größerer Dicke oder einer anderen Materialzusammensetzung

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vorgesehen werden. Typischerweise erfordern die Ecken von Tür- und Fensterausschnitten eine höhere Festigkeit, welche an anderen Stellen nicht erforderlich ist. Die Verbindung der genannten Blechteile untereinander erfolgt üblicherweise mittels Schweißens, wobei insbesondere ein Schweißverfahren mit möglichst geringem Wärmeeintrag zu wählen ist, sodass es nur zu geringem Verzug der Bauteile kommt und die erforderlichen Nacharbeiten, z.B. Schleifen und Verkitten, minimiert werden können. Insbesondere sind automatisierbare Schweißverfahren vorteilhaft, wobei auf die Zugänglichkeit der Schweißstelle durch die Schweißmaschine konstruktiv zu achten ist. Ein häufig eingesetztes Schweißverfahren ist das Punktschweißen, bei welchem elektrischer Strom durch zwei überlappende Bleche geleitet wird und diese lokal aufgeschmolzen werden. Dazu ist eine Überlappung der Bleche erforderlich, was zu erhöhter Masse der Großkomponente und potenziell zu Problemen mit dem Rostschutz an der Überlappungsstelle führen kann. Zur Anordnung von Innenausbauteilen wie Sitzen, Haltestangen, Fahrkartenautomaten, Verkleidungsteilen o.ä. werden Befestigungspunkte vorgesehen, an welchen diese Innenausbauteile lösbar befestigt werden können. Dabei haben sich sogenannte C-Schienen bewährt, da sie eine exakte Justierung des Montageorts erlauben. Die gleichzeitige Erfüllung unterschiedlicher Anforderungen an eine Schienenfahrzeuggroßkomponente, insbesondere geringe Masse bei optimale Örtlicher Verteilung der Festigkeit, Korrosionsschutz und automatisierbare Herstellbarkeit bei geringstem Nacharbeitungsbedarf sowie der Integration einer C-Schiene kann mit aus dem Stand der Technik bekannten

Maßnahmen nicht erzielt werden.

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Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Großkomponente eines Schienenfahrzeugs anzugeben, welche in Hinsicht auf ihre Fertigung mittels Laserschweißens optimiert

ist und welche eine C-Schiene umfasst.

Die Aufgabe wird durch eine Großkomponente für ein Schienenfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand untergeordneter

Ansprüche.

Dem Grundgedanken der Erfindung nach wird eine Großkomponente für ein Schienenfahrzeug, umfassend einen gitterförmigen Verbund aus Spriegeln- und Spanten und eine Beplankung dieses gitterförmigen Verbundes aufgebaut, wobei die Spanten als ebene Blechteile, welche stumpf mit der Beplankung verschweißt sind ausgeführt sind, und die Spriegeln als ebene Blechteile ausgeführt sind, welche stumpf mit der Beplankung verschweißt sind, wobei an mindestens einem der Spriegel eine

C-Schiene angeordnet ist.

Dadurch ist der Vorteil erzielbar, eine beplankte Spriegelwand schaffen zu können, welche automatisiert herstellbar ist, eine C-Schiene umfasst und deren Einzelteile

für sich jeweils sehr einfach herstellbar sind.

Erfindungsgemäß ist ein Verbund aus Spriegeln und Spanten herzustellen, wobei die Spriegel und Spanten als ebene Blechteile ausgeführt sind. Im Gegensatz zur herkömmlichen Bauweise, bei welcher meist Z-Profile oder Hutprofile zum Einsatz kommen, kann bei gegenständlicher Lösung ein ebener Blechzuschnitt eingesetzt werden, da keinerlei Überlappungen

für die Herstellung einer Schweißnaht erforderlich sind. Die

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Verbindung der Spriegel und Spanten mit der Beplankung erfolgt jeweils stumpf über einen sogenannten T-Stoß. Eine solche Schweißnaht ist vorzugsweise mittels Laserschweißens herzustellen, da dieses die erforderliche Energie räumlich sehr begrenzt einbringt und somit der Verzug der verbundenen Bauteile minimal ist. Weiters wird durch das Laserschweißen die Oberflächenqualität der Beplankung an der der Schweißnaht abgewandten Seite nicht beeinträchtigt, sodass dort keine Nacharbeiten wie Verkitten und Schleifen erforderlich sind. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da diese Seite im Allgemeinen eine Sichtfläche ist, auf deren Erscheinungsbild großer Wert gelegt wird.

Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass durch die kleinere wärmebeeinflußte Zone der Einsatz kaltverfestigter Stähle bevorzugt ist, da diese dabei nur

minimal in ihrer Festigkeit beeinträchtigt werden.

Die Spriegel werden vor dem Zusammenbau mit der Beplankung und den Spanten wenigstens teilweise mit einer C-Schiene verbunden und als gemeinsame, vorgefertigte Baugruppe mit den Spanten und der Beplankung zu einer Großkomponente verbunden. Dabei ist es vorteilhaft, eine C-Schiene aus demselben Material wie die Spriegel einzusetzen, welche durch ein Umformverfahren aus Blech hergestellt ist. Typischerweise kann dazu Rollprofilieren eingesetzt werden.

Die Spriegel werden dabei in einzelne Spriegelabschnitte geteilt, welche an der, der Öffnung der C-Schiene abgewandten Seite der C-Schiene angeschweißt werden. In die Abstände zwischen den einzelnen Spriegelabschnitten greifen beim Zusammenbau der Großkomponente die Spanten ein, sodass sich

ein Gitterverbund ergibt.

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In weiterer Fortbildung der Erfindung ist es vorteilhaft, die Spanten mit einer Außenkontur auszustatten, welche ein Anlegen der C-Schiene an die Spanten in ihrer Montageposition erlaubt. Solcherart können an der C-Schiene angreifende Kräfte, insbesondere vertikal nach unten orientierte Gewichtskräfte durch Innenausbauteile unmittelbar in die Spanten und somit die Großkomponente eingeleitet werden. Die Spriegel werden somit im Wesentlichen von Biegekräften befreit.

Es ist weiters vorteilhaft, die C-Schiene an ihrer Auflagefläche mit den Spanten jeweils zu verschweißen. Dadurch können auch von der Auflagefläche weg gerichtete Kräfte in die Spanten eingeleitet werden und es wird eine

potenzielle Geräuschquelle eliminiert.

Die vorgeschlagene Konstruktion bietet einen hervorragenden Korrosionsschutz auch bei Einsatz konventionellen, nichtrostfreien Stahls, da die gesamte Oberfläche aller Bauteile gut zugänglich ist und mit entsprechender Rostschutzbeschichtung versehen werden kann. Durch den Aufbau aus einfachen, ebenen Blechstücken entstehen keine Hinterschneidungen, in welche der Korrosionsschutz oft nur mangelhaft eindringen kann. Insbesondere durch das ausschließliche Verwenden stumpfer Schweißnähte und den dadurch entstehenden Verzicht doppelter Blechlagen, sind Korrosionsschutzmaßnahmen besonders leicht umzusetzen.

Ein weiterer Vorteil liegt in der geringeren Masse einer Großkomponente im Vergleich zu einer Großkomponente gleicher Abmessungen und Festigkeit, da doppelte Blechlagen zur

Herstellung von Schweißnähten entfallen.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, die

Beplankung aus einer Mehrzahl von Blechen aufzubauen, welche

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unterschiedliche Werkstoffzusammensetzungen oder Dicken aufweisen. Solcherart kann auf lokal erhöhte Festigkeitsanforderungen, beispielsweise an Fensterecken oder dem Anschluß von Türsäulen Rücksicht genommen werden, ohne diese erhöhte Festigkeit auch an Stellen ohne diesen Bedarf vorsehen zu müssen. Dabei ist wesentlich, die Außenhaut der Großkomponente stufenfrei zu gestalten, die unterschiedlichen Blechdicken sind an der Innenseite der Beplankung durch entsprechende Bemessung der Spriegel und Spanten zu

berücksichtigen.

Die erfindungsgemäße Großkomponente ist besonders vorteilhaft als Seitenwand eines Schienenfahrzeugs einzusetzen, da dabei die spezifischen Vorteile, insbesondere die Integration einer C-Schiene, besonders zum Tragen kommen. Innenausbauteile wie Sitze, Trennwände, Haltestangen, etc. werden in der Praxis meist an den Seitenwänden befestigt. Ein Einsatz als Stirnwand oder Dach kann ebenfalls vorgesehen werden, da an diesen auch oft weitere Baugruppen wie Lüftungskanäle, Dachverkleidungen oder Fahrkartenautomaten zu befestigen

sind.

In weiterer Fortbildung der Erfindung ist es empfehlenswert, eine C-Schiene in angegebener Weise mit der Großkomponente zu verbinden und sie dabei unterhalb eines Fensterrahmens anzuordnen sowie sie mit Wassereinlauflöchern und Wasserablauflöchern auszustatten. Dabei sind die Wassereinlauflöcher in Einbaulage oberhalb der Befestigung an den Spriegeln am Grund des C-Profils vorzusehen. Solcherart kann durch die Fensterdichtungen eingedrungenes Wasser an vorbestimmter Stelle aufgefangen und gerichtet abgeleitet werden, sodass es andere Teile der Seitenwandstruktur nicht

erreicht. Der Abfluß aus der C-Schiene erfolgt über

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Wasserablauflöcher, welche an der Unterseite der C-Schiene

(in Einbaulage)

an jenen Stellen angeordnet sind, an welchen

ein sicherer Wasserabfluß gewährleistet ist.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Es zeigen beispielhaft:

Fig.1 Großkomponente Schnitt.

Fig.2 Großkomponente Ansicht.

Fig.3 Großkomponente Schrägansicht.

Fig.4 Großkomponente Detail.

Ausführung der Erfindung

Fig.1 zeigt beispielhaft und schematisch eine Großkomponente

eines Schienenfahrzeugs in einer Schnittdarstellung. Es ist

stark abstrahiert ein Schnitt durch eine Großkomponente 1 in

Form einer Seitenwand dargestellt, welche in

Differentialbauweise gefertigt ist. Diese Großkomponente 1

ist aus einer Beplankung 4 und einem Gerüst aus Spriegel 2

und Spanten 3 aufgebaut, wobei der gezeigte Schnitt zwischen

zwei Spanten 3 in vertikaler Richtung verläuft. Die Spriegel

2 sind als ebene Blechteile ausgebildet und mit der

Beplankung 4 stumpf mittels einer Laserschweißnaht 6

verschweißt.

Die,

in Einbaulage vertikal orientierten Spanten

3 sind ebenfalls mit der Beplankung 4 verschweißt

(Schweißnaht nicht gezeigt) und weisen eine solche Kontur

auf, dass eine an den Spanten 3 befindliche Ausformung zur

Auflagerung einer C-Schiene 5 ausgebildet ist. Diese C-

Schiene 5 ist mit den Spriegeln 2 mittels einer

Laserschweißnaht 6 verbunden. Zwischen den Spriegeln 2 und

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den Spanten 3 besteht keine unmittelbare Verbindung. Die Unterkante der C-Schiene 5 ist mit den Spanten 3 an deren Ausformung zur Auflagerung mittels einer kurzen Schweißnaht 7 verbunden. Auf die C-Schiene 5 wirkende Kräfte werden somit

direkt in die Spanten 3 eingeleitet.

Fig.2 zeigt beispielhaft und schematisch eine Großkomponente eines Schienenfahrzeugs in einer Ansicht auf die Tragstruktur aus Spriegeln und Spanten. Es ist das abstrahierte Beispiel aus Fig.1 in der Ansicht von innen auf die Großkomponente dargestellt, wobei die Spriegel 2 durch die C-Schiene 5 verdeckt sind. Die Spriegel 2 berühren die Spanten 3 nicht und sind auch nicht mit diesen verschweißt. Die C-Schiene 5 ist mit den Spanten 3 Jedoch mittels einer Schweißnaht 7 verbunden. Das Laserschweißverfahren ermöglicht das exakte Positionieren einer solchen Schweißnaht mit sehr geringer

räumlicher Ausdehnung.

Fig.3 zeigt beispielhaft und schematisch eine Großkomponente eines Schienenfahrzeugs in einer Schrägansicht. Es ist ein Abschnitt einer Großkomponente 1 eines Schienenfahrzeugs in einer Schrägansicht von innen dargestellt, welche eine Seitenwand mit zwei Fensterausschnitten bildet. Die Großkomponente 1 umfasst eine Tragstruktur aus Spriegeln 2 und Spanten 3, wobei an den Spriegeln 2 C-Schienen angeordnet sind. Die Spanten 3 sind zwischen den Fensterzwischenräumen enger gesetzt, um die Durchbiegung der Seitenwand zu reduzieren. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind drei CSchienen 5 unterhalb der Fensterausschnitte vorgesehen, welche beispielsweise zur Befestigung von Sitzen eingesetzt werden können. Dasselbe, der Erfindung zugrundeliegende

Prinzip kann auch in einem Dach, etwa zur Befestigung von

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Kabeltassen oder Klimakanälen oder in einer Stirnwand

eingesetzt werden.

Fig.4 zeigt beispielhaft und schematisch ein Detail der Großkomponente eines Schienenfahrzeugs aus Fig.3. Es ist die Auflagerung der C-Schiene 5 an einem Spant 3 dargestellt, wobei durch die Formgebung der Außenkontur des Spants 3 eine exakte Lagerung der C-Schiene 5 gewährleistet ist. Solcherart kann eine Schweißnaht die C-Schiene 5 mit dem Spant 3 exakt

verbinden.

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Liste der Bezeichnungen

Großkomponente Spriegel

Spant

Beplankung C-Schiene Laserschweißnaht

Schweißnaht

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Claims

15 20 25 30 202103754 Patentansprüche

1. Großkomponente (1) für ein Schienenfahrzeug, umfassend

einen gitterförmigen Verbund aus Spriegeln- (2) und

Spanten (3) und eine Beplankung (4) dieses

gitterförmigen Verbundes,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Spanten (3) als ebene Blechteile, welche stumpf mit

der Beplankung (4) verschweißt sind ausgeführt sind,

und die Spriegeln (2)

als ebene Blechteile ausgeführt

sind, welche stumpf mit der Beplankung (4) verschweißt

sind, wobei an mindestens einem der Spriegel (2) eine

C-Schiene (5) angeordnet ist.

2. Großkomponente (1) für ein Schienenfahrzeug nach

Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass

an dem mindestens einem Spriegel (2) mit einer C-

Schiene (5), wobei diese C-Schiene (5) als

rollprofiliertes Bauteil ausgeführt ist, welche stumpf

mit dem Spriegel (2) verschweißt ist.

3. Großkomponente (1) für ein Schienenfahrzeug nach

Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass die Spanten (3) eine

Außenkontur aufweisen, (5) an die Spanten (3)

erlaubt.

welche ein Anlegen der C-Schiene

in ihrer Montageposition

4, Großkomponente (1) für ein Schienenfahrzeug nach

Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, dass die C-Schiene (5) mit den

Spanten (3) an zumindest einer Stelle verschweißt ist.

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5. Großkomponente (1) für ein Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Großkomponente (1) als

Seitenwand ausgeführt ist.

6. Großkomponente (1) für ein Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Großkomponente (1) als

Stirnwand ausgeführt ist.

7. Großkomponente (1) für ein Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Großkomponente (1) als

Dach ausgeführt ist.

8. Großkomponente (1) für ein Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beplankung (4) aus einer Mehrzahl von Blechen aufgebaut ist, welche unterschiedliche Werkstoffzusammensetzungen oder Dicken

aufweisen.

9. Großkomponente (1) für ein Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschweißen der Spriegel, Spanten, Beplankung und der C-Schiene mittels

eines Laserschweißverfahrens erfolgt.

10.Großkomponente (1) für ein Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das die Spriegel (2), Spanten (3), Beplankung (4) und die C-Schiene (5) aus

korrosionsbeständigem Stahl oder nicht

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korrosionsbeständigen Stahl gefertigt sind.

11.Großkomponente (1) für ein Schienenfahrzeug nach einem

der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das die Großkomponente

mit einem Fensterrahmen ausgestattet ist und eine C-

(1)

Schiene (5) unterhalb dieses Fensterrahmens angeordnet

ist, wobei in die C-Schiene 5 Wassereinlauflöchern und

Wasserablauflöchern eingebracht sind.

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