CN108001472B - 铁路车辆车身结构及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于铁路车辆的车身结构(1)，其中，所述车身结构包括：框架，所述框架包括至少主要由钢合金制成的至少一个支撑元件(10)，以及至少一个设备元件(2)，所述设备元件主要由铝合金制成并且包括至少一个第一板(16，18)，所述第一板具有至少一个纵向边缘(22，24)和由所述纵向边缘围成的第一面(26，32)，其中，所述车身结构(1)的特征在于其还包括与所述支撑元件(10)一体成型的由钢合金制成的至少一个纵向压条(56，58)，并且其中，所述纵向压条通过摩擦熔融粘结(S)平坦地固定在所述第一面(26，32)上。

Description

铁路车辆车身结构及其制造方法
本发明涉及一种用于铁路车辆的车身结构和一种用于制造这种车身结构的方法。
为了制造铁路车辆(诸如客车或货车)的车身结构，已知的是对由不同金属材料制成的元件进行组装，以优化车身的重量。特别地，这种结构的底板可以由铝制成，而其他部分(诸如底板的支撑桁架)由钢制成。为了确保结构的坚固性和寿命，优选的是通过焊接将组成该结构的各个元件结合在一起。然而，将钢元件焊接至铝元件需要特殊的预防措施，因为这些材料难以焊接在一起并且会在彼此接触时产生电蚀。
FR-A1-2 630 698公开了一种设置有车身的车辆，该车身的结构包括由挤出铝板形成的两个底板平面以及由被设计为支撑这两个底板平面的竖直支柱和钢纵梁组成的面。设置复合元件来将底板固定至这些面上。这些复合元件各自包括焊接至这些底板之一的铝部分以及焊接至这些钢面之一的钢部分。
为了制造复合元件，已知的是通过紧固元件(螺栓、铆钉等等)或者通过爆炸焊接将铝部分附接到钢部分，成本高且复杂。而且，由于其特定的实现方式，这种爆炸焊接通常提前进行，与结构的其他组装步骤分开。为了实现这一点，必须通过铝到铝焊接将复合元件焊接至底板并且通过钢到钢焊接将复合元件焊接至这些面。结果是，需要总共三种不同的焊接技术将铝底板与刚面组装在一起。
相应地，本发明旨在克服现有技术的上述缺点并且提出了一种制造更简单且便宜的新的车身结构，而这种新的车身结构比已知的结构更坚固且持久。
本发明的目的是一种用于铁路车辆的车身结构，该车身结构包括：
-框架，所述框架包括至少主要由钢合金制成的至少一个支撑元件，以及
-至少一个设备元件，所述设备元件至少主要由铝合金制成并且至少包括第一板，所述第一板具有至少一个纵向边缘和由所述纵向边缘围成的第一面。
根据本发明，所述车身结构还包括与所述支撑元件一体成型的由钢合金制成的至少一个纵向压条，并且其中，所述纵向压条通过摩擦熔融粘结平坦地固定在所述第一面上。
根据本发明，所述设备元件通过最小数量的中间件和焊接件固定至所述支撑元件。可以有利地在制造本发明的车身结构期间直接实现在例如EP A 2 844 415中描述的最近的且高效的技术的摩擦熔融粘结。事实上，可以通过在所述纵向压条的自由面运用转动摩擦熔融粘结工具来进行这种摩擦熔融粘结，其中，所述自由面与抵靠所述第一面支撑的面相对设置。因此通过所述纵向金属压条来进行导通以实现所述摩擦熔融粘结，以将所述纵向金属压条固定至位于下方的所述设备元件。因此获得的车身结构特别结实、耐用并且便宜。
根据本发明的单独或组合考虑的其他有利特征：
-纵向平坦部设置在所述第一面内并且仅位于所述第一面的从所述纵向边缘延伸的部分上，其中，所述纵向压条以抵靠所述纵向平坦部的方式二被平坦地固定至所述设备元件。
-设置有两个板，其中，第一板包括与所述第一面相对的第二面，并且第二板平行于所述第一板，并且其中，所述设备元件包括从所述第二面的侧向部分伸出的纵向腹板，其中，所述侧向部分从所述纵向边缘延伸并且面朝所述纵向压条，所述腹板将所述第一板连接至所述第二板。
-所述纵向压条与所述支撑元件一体成型并且属于所述支撑元件。
-所述纵向压条具有纵向外边缘，所述纵向压条通过所述纵向外边缘焊接至所述支撑元件。
-所述纵向压条具有从所述纵向外边缘延伸的额外加厚部分。
-所述纵向压条具有倒棱纵向内边缘，其中，所述车身结构包括抵靠所述纵向内边缘而安装的密封圈。
-所述支撑元件形成桁架，而所述设备元件形成底板。
本发明的目的还在于提供一种用于制造根据上述描述的车身结构的方法，其中，该制造方法包括通过在所述纵向压条的自由面使用转动摩擦熔融粘结工具对所述纵向压条进行摩擦熔融粘结而将所述纵向压条固定至所述第一面的步骤，其中，抵靠所述第一面的所述自由面与所述纵向压条的支撑面相对设置。
最终，根据本发明的另一个有利特征，在面朝所述第一面的所述自由面上使用所述摩擦熔融粘结工具，并且伸出所述纵向边缘。
将通过仅作为非限制性和非穷尽性示例并且参照附图给出的以下说明更好地理解本发明，在附图中：
图1示出根据本发明的第一实施例的车身结构的部分剖面图；
图2示出图1中的细节II的放大图，以及
图3示出根据本发明的第二实施例的车身结构的部分剖面图。
在以下内容中，图1至图3的剖面被称为“横向平面”，使得术语“纵向”和“长度”指代相对于该横向平面的正交的或者至少相交的方向。而且，术语“上部”和“顶部”指代图1至图3中的向上横向方向，而术语“下部”和“底部”指代相反的横向方向。最终，当车辆停在轨道上时，术语“水平”和“竖直”在车辆使用的正常情况下分别指代水平方向和竖直方向：在这种情况下，水平方向在附图中水平地表示，而竖直方向竖直地表示。
图1和图2的结构1属于例如旨在形成火车的组成部分的客车、货车或火车头类型的铁路车辆的车身。
术语“车身”指代停在车辆的转向架上的车辆的上部部分。车身旨在包含由车辆承载的个人或货物或者在火车头的情况下指代牵引单元。常规地，车身包括至少一个水平底板2和侧壁4，仅其中一个侧壁在图1中部分地可见并且从底板2升高，以界定车身的内部体积V。可替代地，可以提供若干个底板来在车身内形成多个平面。车身优选地包括封闭上述体积V并且包括内部包覆元件和外部包覆元件(未示出)的屋顶或盖板(未示出)。底板2、侧壁4和屋顶因此构成结构1的设备元件。
结构1还包括主要由横梁和桁架类型的支撑元件的组装形成的底盘6。优选地，大部分支撑元件至少主要或者甚至全部由钢或钢合金制成，从而为底盘6提供预定的机械强度，以适应车辆使用情况。对于大部分，这意味着每个支撑元件的多于50wt.-％由钢或钢合金制成。优选地，至少大部分支撑元件形成金属型材。支撑构件通过焊接、铆接、螺栓或任何其他合适的技术组装在一起。因此，底盘6构成刚性框架，其目的特别地支撑包括底板2和侧壁4的设备元件。
有利地，两行纵向竖直支柱8形成用于车身的侧壁4的支撑元件。
框架6还包括至少两个桁架10，仅其中一个桁架在图1和图2可见，并且其中，每个桁架形成框架6的纵向横梁。每个桁架10通过焊接至这些竖直支柱8将一行纵向竖直支柱8彼此连接。每个桁架10至少主要或者优选地全部由钢或钢合金制成。每个桁架10优选地由型材(即，通过材料挤出获得的部分)形成，或者由固定至彼此的型材元件的组装形成。桁架10在两行竖直支柱8之间布置在相同的高度，并且形成用于结构1的底板2的支撑元件。
特别地，每个桁架10具有平面的并且在平行于侧壁4的纵向平面中定向的固定表面12。每个固定表面12转向车身内部，使得两个固定表面12面朝彼此。
每个桁架10还优选地包括部分14，该部分被成形为接纳竖直支柱8的下端9，与固定表面12相对。
底板2包括至少主要或者甚至全部由铝或铝合金制成的型材，使得特别容易制造并且包括少量部件。“主要”是指底板2的多于90wt.-％由铝或铝合金制成。
底板2包括布置为与板16相距一段距离并且与其平行的第一水平上板16和第二下板18。板16具有彼此相对的上面26和下面28，而板18具有彼此相对的上面30和下面32。板16并且特别地其面26和28在两个纵向边缘22中相对于固定表面12侧向地结束，仅其中一个纵向边缘在图1和图2中可见，其中，每个纵向边缘形成于纵向平面中延伸的竖直表面，并且板16的车身在这两个纵向边缘之间延伸。类似地，板18并且特别地其面30和32在两个纵向边缘24中侧向地结束，这两个纵向边缘的表面在与板16的相应纵向边缘22相同的平面中延伸。
两个纵向平坦部34形成于上面26中，其中，每个纵向平坦部从一个边缘22延伸到第一上板16的上面26的纵向倒棱36。在图2的示例中，倒棱36限定等于约35°的角α36，其中，角α36是相对于平行于边缘22的表面的平面测量的。上面26还包括由这两个倒棱36围成的基本上平坦的中央部分38。同样，两个纵向平坦部40形成于第二底板18的底面32中，其中，每个纵向平坦部从一个边缘24延伸到下面32的纵向倒棱42。如图2所示，倒棱42限定与角α36的值相等的角α42，其中，角α42是相对于平行于边缘24的表面的平面测量的。下面32还包括由这两个倒棱42围成的基本上平坦的中央部分44。
第一上板16的下面28包括中央部分48和在中央部分48的任一侧延伸到纵向边缘22的两个侧向部分46。每个侧向部分46在与边缘22相反的方向(即，在其中一个平坦部34的相对侧)延伸，并且在与边缘22相反的方向延伸超出相应的平坦部34。中央部分48在布置在由上面26的中央部分38限定的上平面P38与由纵向平坦部34限定的平坦部平面P34之间的中间平面48内延伸。换言之，平坦部34的深度大于板16的面26和28的中央部分38和48所围成的中心区域的厚度，这能够优化底板2的质量，同时实现较高的机械阻力。在图1和图2的示例中，平面P38和P48之间的竖直距离D38是2.8mm，而平面P38与P46之间的竖直距离D34是4mm。
上面30包括中央部分50和在中央部分50的任一侧延伸到纵向边缘24的两个侧向部分52。每个侧向部分52相对(即，在其中一个平坦部40的相对侧)，并且在与边缘24相反的方向延伸超出相应的平坦部40。中央部分50在布置在由下面32的中央部分44限定的下平面P44与由纵向平坦部40限定的平坦部平面P40之间的中间平面50内延伸。换言之，平坦部40的深度大于板18的面30和32的中央部分44和50所围成的中心区域的厚度，这能够优化底板2的质量，同时实现较高的机械阻力。
底板2包括布置为靠近纵向边缘22和24的两个纵向腹板54，并且仅其中一个纵向腹板在图1和图2中可见。每个纵向腹板54将板16与18互连。特别地，每个纵向腹板54在垂直于平坦部平面P34和P40的平面内延伸并且从下面28的侧向部分46伸出到面朝上面30的侧向部分52。每个纵向腹板54因此延伸到位于倒棱36的底座限定的竖直平面P36与边缘22和24限定的竖直平面P22之间的中间位置。腹板54与板16和18一体成型。
按照本身已知的方式，下面28通过不透明包覆层20连接至上面30，以加固底板2并且与板16和18一体成型。不透明包覆层20布置在两个纵向腹板54之间。可替代地，底板2可以免除不透明包覆层，而是包括其他加固手段，或者免除加固手段。
将理解的是，底板2的包括平坦部34和40、腹板54、边缘22和24的远端部分与从板16和18等距地限定的对称平面P2对称。
底板2通过由钢合金制成的四个纵向压条与桁架10组装在一起，其中，仅两个压条56和58在图1和图2中可见。分别地，两个纵向压条56平坦地固定至平坦部34，而两个纵向压条58平坦地固定至平坦部40。每个压条56和58包括抵靠平坦部34或40的支撑面60以及相对的自由面62。每个压条56和58由在面60和62结束的纵向内边缘64和纵向外边缘66横向地界定。对于每个压条56或58，支撑面60覆盖平坦部34或40，使得内边缘64分别与倒棱36或42接触。每个压条56或58延伸超出边缘22或24，使得每个压条56和58的一部分伸出超出底板2并超出平面P22。
每个压条56和58经由其支撑面60固定至底板2，该支撑面焊接至平坦部34或40并且每个压条通过摩擦熔融粘结S抵靠该支撑面支撑。为了实现这个摩擦熔融粘合S，转动摩擦熔融粘结工具61抵靠纵向压条56或58的自由面62转动，以通过摩擦加热这个压条56或58，使得摩擦热在纵向平坦部34或40通过压条56或58传输到底板2，这使得将压条56或58的钢合金与底板2的铝合金焊接在一起。实际上，工具61通过预定力F61抵靠压条56或58施加，其中，力F61沿着工具61的轴线X61，并且其中，当工具61与压条56或58接触时，这个轴线X61与平坦部34或40垂直。工具61围绕轴线X61转动。工具61沿着压条56或58移动，同时围绕轴线X61转动并且通过力F61来施加，以创建连续的或者甚至不连续的焊点S。腹板54的存在使得底板2能够抵抗在这个摩擦熔融粘结S期间所涉及的力。在这种情况下，腹板54布置为在板16或18的另一侧上与每个压条56和58相对，即在下方，以改善这个板16或18的弯曲阻力。因此，为了实现焊点S，工具61竖直地位于腹板54上方，即，在腹板的轴线上。换言之，轴线X61与腹板54的中平面对准，如图2所示。
工具61的一端运用到压条56或58，其形状是圆柱形，具有围绕轴线X61的圆形底座。规定的是，这个端直径Φ61足够大以使得工具61与压条56或58之间的接触表面伸出超出平坦部34或40的边缘22或24，以确保摩擦熔融粘结S至少延伸远至边缘22或24或者甚至超出边缘22或24，从而确保在支撑面60处密封焊点S。换言之，工具61在焊点S期间与平面P22相交。在图2所示的示例中：
-在平行于支撑面60的边64和66之间测量的压条56和58的宽度L65是40mm。
-直径Φ6例如介于10与25mm之间，
-工具从边缘22伸出1至2mm。
规定的是，压条56和58足够薄以促进在摩擦熔融粘结期间将热量传输给底板2。在图2的示例中，在自由面62与支撑面60之间测量的压条的厚度E62是4mm。实际上，厚度E62等于距离D34，使得面62与上面26的中央部分38共面。
每个纵向外边缘66是倒棱的，以容纳钢到钢焊点S’，从而将相应的压条56或58固定至固定表面12。边66的倒棱设置在自由面62一侧，并且具有相对于与支撑面60正交的平面的40°的角α66。每个纵向边缘56和58具有从自由面62伸出的并且从倒棱纵向外边缘66延伸的加厚部分70。这个加厚部分70的存在确保了钢到钢焊接的强度和持久性。在图2的示例中，压条56和58具有在自由面62的加厚部分70与支撑面60之间测量的5mm的厚度E70。
纵向外边缘66的用于焊点S’的倒棱距纵向边缘22并且因此距焊点S足够远，以避免将消极地影响这个焊点S的机械强度的有害加热并且特别地避免剥离焊点S的任何风险。这个距离确保了焊点S的强度和持久性。为了清晰，仅在图1中示出钢到钢焊珠S’。
可替代地，压条56、58无需通过焊接固定至表面12，而是通过任何其他合适的手段(例如铆接)来固定。在这种情况下，桁架10的形状被修改为接纳铆钉。
每个纵向内边缘64也是倒棱的，以与相邻的倒棱36或42形成V形槽。倒棱64的倾斜度等于相邻倒棱36或42的倾斜度。因此形成的V形槽填充有密封圈G，该密封圈仅在图1中示出(为了附图清晰)并且形式为填充剂，以确保摩擦熔融粘结S的密封。
可替代地，底板2不是通过挤出获得的，而是通过另一种制造方法获得的，桁架10和支撑元件110也是这样。
可替代地，压条56或58中的仅一个通过摩擦熔融粘结固定至底板2，其中，其他压条通过另一种合适的方法(诸如铆接)固定。
以下描述图3中示出的本发明的第二实施例的车身结构101。
这个车身结构101具有与图1和图2的车身结构1类似的特征。以下描述因此着重图3的这个第二实施例与图1和图2的第一实施例之间的区别。特别地，图3的与图1和图2相同的参考标记指代以上已经针对第一实施例描述的相同特征和目的，可以在第二实施例中发现这些特征和目的。
图3的车身结构101包括与上述一样的底板2、纵向压条156和框架106，与上述压条56和58以及框架6不同，因为纵向压条156与框架6的支撑元件110一体成型并且因此属于这个支撑元件110。结果是，底板2通过摩擦熔融粘结S直接固定至支撑元件110上，其中，支撑元件110包括处于纵向压条156形式的部分。
纵向压条156具有与图1和图2的第一实施例的那些相同的带有加厚部分70的自由面62、外边缘66和支撑面60。压条156在底板2上的摩擦熔融粘结可以因此按照与用于第一实施例的底板2上的压条56类似的工具按照相同的方式来进行。
外边缘66可选地焊接至或附接到框架106的钢合金的支撑构件(未示出)。
纵向压条156通过支撑构件110从自由面62的与外边缘66相对的纵向边缘164延伸，该纵向边缘从自由面向上伸出。
可替代地，底板2可以由结构1的任何铝合金设备元件替换，其中，桁架10和支撑元件110能够由车身结构的任何钢合金支撑元件替换。例如，铝合金设备元件可以是属于结构1的盖板，或者是用来在多层底板结构的情况下形成中间层的中间底板。
另外，钢合金支撑构件可以由钢合金盖板、钢合金底板或钢合金甲板形成。可替代地，设备元件可以通过单个压条56或58以及单个摩擦熔融粘结S固定至支撑构件。
上述各个实施例和变型可以组合以产生新的实施例。

Claims (7)

1.用于铁路车辆的车身结构(1；101)，其中，所述车身结构包括：
框架(6；106)，所述框架包括至少主要由钢合金制成的至少一个支撑元件，以及
至少一个设备元件(2)，所述至少一个设备元件至少主要由铝合金制成并且包括至少一个第一板(16,18)，所述第一板包括至少一个纵向边缘(22,24)和由所述纵向边缘围成的第一面(26,32)，
至少一个纵向钢压条(56,58；156)，所述纵向钢压条(56,58；156)固定至所述支撑元件(10；110)，
其中，所述纵向钢压条(56,58；156)包括：
支撑面(60)，抵靠所述第一面(26,32)内仅设置在所述第一面(26,32)的部分上的纵向平点(34,40)，所述纵向钢压条(56,58；
156)通过所述支撑面(60)而被固定至所述设备元件(2)；
纵向外边缘(66)，所述纵向钢压条(56,58；156)通过所述纵向外边缘(66)焊接到所述支撑元件(10；110)，所述纵向外边缘(66)是倒棱的，以容纳所述纵向钢压条(56,58；156)与所述支撑元件(10；
110)之间的焊点；
自由面(62)，与所述支撑面(60)相对设置，所述自由面(62)和所述支撑面(60)都终止于所述纵向外边缘(66)；
加厚部分(70)，从所述自由面(62)伸出并且从所述纵向外边缘(66)延伸；
其中，所述纵向钢压条(56,58；156)通过摩擦熔融粘合(S)平坦地抵靠所述至少一个设备元件(2)的所述第一面(26,32)的所述纵向平点(34,40)而被固定。
2.根据权利要求1所述的车身结构(1；101)，其特征在于，所述纵向钢压条(56,58；156)具有倒棱纵向内边(64)，并且所述车身结构包括抵靠所述纵向内边(64)施加的密封圈(G)以确保所述摩擦熔融粘合(S)的密封。
3.根据权利要求1或2所述的车身结构(1；101)，其特征在于，设置两个板(16,18)，其中，第一板(16)包括与所述第一面(26,32)相对的第二面(28,30)，并且第二板(18)平行于所述第一板，并且其特征在于，所述设备元件(2)包括从所述第二面(28,30)的侧向部分(46,52)伸出的纵向腹板(54)，其中，所述侧向部分相对于所述纵向钢压条(56,58；156)从所述纵向边缘(22,24)延伸，并且其中，所述腹板将所述第一板连接到所述第二板。
4.根据权利要求2所述的车身结构(1)，其特征在于，所述纵向平点(34,40)从所述纵向边缘(22,24)延伸到所述第一面(26，32)的纵向倒棱(36、42)，所述倒棱纵向内边(64)与所述纵向倒棱(36、42)形成V形槽，所述V形槽填充有所述密封圈(G)。
5.根据权利要求1或2所述的车身结构(1)，其特征在于，所述支撑元件(10)形成桁架，并且其特征在于，所述设备元件(2)形成底板。
6.一种制造根据权利要求1或2所述的车身结构(1；101)的方法，其中，所述制造方法包括通过在所述纵向钢压条(56,58；156)的所述自由面(62)上施加转动的摩擦熔融粘合工具(61)而对所述纵向钢压条(56,58；156)进行摩擦熔融粘合(S)以将所述纵向钢压条(56,58；156)固定到所述第一面(26,32)的步骤，其中，所述支撑面(60)抵靠所述第一面(26,32)的所述纵向平点(34,40)。
7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，在所述摩擦熔融粘合工具(61)以朝向所述第一面(26，32)的方向而被施加至所述自由面(62)，并延伸超出所述纵向边缘(22,24)。
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