DE10129420A1 - Kopfstruktur für den Rohbau von Schienenfahrzeugen - Google Patents

Abstract

Es wird eine Kopfstruktur für Wagenkästen von Schienenfahrzeugen beschrieben. Sie ist als Großgußteil aus einer Leichtmetalliegerung im Wege des herkömmlichen Gießens hergestellt.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine Kopfstruktur für den Rohbau von Schienenfahrzeugen.
• Üblicherweise werden dem Stand der Technik folgend Kopfstrukturen für Schienenfahrzeuge als Schweißteil ausgeführt. Es sind auch Konstruktionen ausgeführt worden, bei denen untergeschraubte Platten oder Profilstrukturen den Hauptquerträger - manchmal auch ein oder zwei Mittellangträger - oder das Kupplungsschild bilden. Sie werden als eine aus Profilstrukturen bestehende Großbaugruppe vorgefertigt und dann über geschraubte Befestigungslinien mit der Bodenplatte verbunden.
• Bei solchen Schweißkonstruktionen handelt es sich um hochkomplexe Schweißbaugruppen, weil sich im Bereich der Kopfstruktur eine Vielzahl von Krafteinleitungspunkten befindet und eine optimierte strukturelle Weiterleitung der dort induzierten Kräfte die Darstellung von Tragstrukturen in einer Vielzahl unterschiedlicher Wirkrichtungen bzw. innerhalb unterschiedlicher Wirkebenen erfordert. Dies bedingt extrem hohen Fertigungsaufwand, da jedes diskrete Element der Tragstruktur einzeln angeschweißt werden muß. Da diese Elemente zudem aus Normhalbzeugen oder individuell gestalteten Strangpreßprofilen bestehen, besteht ein wesentlicher Nachteil darin, daß sie wegen ihres prismatischen Aufbaues über ihre gesamte Länge den gleichen Querschnitt haben, der entsprechend der - ggf. sehr lokal begrenzt - auftretenden Höchstspannung ausgelegt werden muß. Hinzu kommt, daß bei Leichtmetallelementen im Bereich der Schweißnähte stark geminderte Restfestigkeitseigenschaften in Kauf genommen werden müssen. Dies alles führt dazu, daß solche Schweißstrukturen gemessen an den wirklich weiterzuleitenden Kräften über weite Abschnitte einen viel zu großen Querschnitt haben, was sich in relativ hohem Gewicht und letztlich in einem weniger wirtschaftlichen Betrieb solcher Fahrzeuge niederschlägt. Außerdem erfordern solche Bauweisen einen hohen Nachbearbeitungsaufwand, da durch die Vielzahl der notwendigen Schweißschritte ein thermischer Verzug des Bauteils entsteht. Dabei bestehen kaum Möglichkeiten zur wirtschaftlichen Automatisierung dieser Bearbeitungsprozesse. Ein ganz entscheidender weiterer Nachteil der bislang üblichen Konstruktionen besteht darin, daß diese über relativ enge Schnittstellen in den Unterboden integriert werden. Daher müssen diese Schnittstelle durch entsprechend dicke Schweißnähte oder mit sehr hoher Klemmkraft angeschlossene Verschraubungslinien oder dergl. realisiert werden. Bei Schweißkonstruktionen entsteht daher bei der Anbindung der mechanisch fertigbearbeiteten Baugruppe durch die dicken Sachweißnähte erneut Verzug, so daß die Schnittstellen zu den Traktionskomponenten und der Traganbindung an das Drehgestell erneut nachbearbeitet werden müssen. Wegen Sperrigkeit, die ein Wagenkastenrohbau hat, ist diese erneute Nachbearbeitung besonders aufwendig. Sie wird in der Praxis durch sogenanntes Shimmem erreicht, einem Verfahren, bei dem nach einer Präzisionsvermessung des Wagenkastenrohbaus mittels mobiler Vorrichtungen durch Auftrag spezieller hochfest aushärtender Zweikomponeten Kunststoffvergußmassen die Schnittstellen auf Sollmaß gebracht. Bei angeschraubten herkömmlichen Strukruren stellen sich die Gleich Nachteilt ein, da auch dort bislang die Schnittstellen sehr eng waren, so daß sich die Kopfstuktur durch die hohen örtlichen Klemmkräfte ebenfalls verzogen. Teilweise sind die Schweißnähte überdimensioniert, da speziell bei Leichtmetallelementen im Bereich der Schweißnähte stark geminderte Restfestigkeitseigenschaften in Kauf genommen werden müssen.
• Die Aufgabe der Erfindung besteht somit in der Schaffung einer einfach herzustellenden, gewichtsoptimierten und vergleichsweise leicht zu montierenden Kopfstruktur für die Rohbaustruktur der Bodengruppe eines Schienenfahrzeugs. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, wenn die Kopfstruktur der Bodengruppe als Groß-Leichtmetallgußteil gefertigt ist.
• Die Erfinder haben überraschenderweise nicht nur erkannt, daß entgegen der bisherigen Annahme und Praxis, daß ein so komplexes Gebilde einer in Frage stehenden Kopfstruktur für den Rohbau der Bodengruppe eines Schienenfahrzeuges vorteilhaft als Leichtmetallgußteil hergestellt werden kann, sondern sie schlagen erfindungsgemäß darüber hinaus vor, dies mit herkömmlichen Leichtmetallgießverfahren zu tun. Die Integration des erzeugten und in den Bereichen der mechanischen Schnittstellen zur Anbindung der Zug- und Stoßeinrichtungen sowie der Schnittstellen zum Drehgestell einschließlich der Auflagerungspunkte des Wagenkastens in fertigungstechnisch optimierter Weise mechanisch endbearbeiteten Leichtmetallgußteiles in den übrigen Wagenkastenrohbau erfolgt erfindungsgemäß wahlweise mittels Schweißens, Schraubens, Nietens, Verbolzens, Klebens oder kompatibler Kombinationen dieser Verfahren vorzunehmen.
• Die wesentlichen Vorteile der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik bestehen im vergleichsweise geringen Fertigungsaufwand, auch bei komplexen Gußteilen. Herstellung und Bearbeitung sind weit höher automatisierbar als Herstellung und Bearbeitung von Schweißkonstruktionen. Die erfindungsgemäß hergestellte Kopfstruktur weist kaum thermischen Verzug auf und erfordert nur geringe Nacharbeitung. Die Wandstärken können mit relativ geringem Aufwand durch einfache Änderung der Gußform den örtlichen veränderlichen notwendigen Querschnittserfordernissen angepaßt werden. Besonders vorteilhaft ist es dabei, daß erfindungsgemäß wegen der großen Flächen der Schnittstellen trotz der sehr hohen Kräfte, die in das Großgußteil eingeleitet werden, die Möglichkeit gegeben ist, das Teil durch Kleben an die restliche Wagenkastenstruktur anzuschließen.
• Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowie anhand der schematischen Zeichnung, die die erfindungsgemäße Kopfstruktur in perspektivischer Ansicht zeigt.
• Die erfindungsgemäße Kopfstruktur ist insgesamt mit 1 bezeichnet. Sie weist im wesentlichen auf eine Bodenplatte 2, ein Kopfschild 3, eine Längsabstützung 4 sowie ein oder mehrere lokale Versteifungselemente 5. Anschließend an die Bodenplatte 2 ist ein Hauptquerträger 6 vorgesehen, über den die erfindungsgemäße Kopfstruktur an die Bodenplatte 7 eines Wagenkastens eines Schienenfahrzeugs angeschlossen ist. Diese Anbindung kann, wie eingangs erwähnt, beispielsweise im Wege des Schweißens, Schraubens, Nietens, Verbolzens, Klebens oder dgl. erfolgen. Die erfindungsgemäße Kopfstruktur zeichnet sich dadurch aus, daß die in ihrer Gesamtheit als Großgußteil aus Leichtmetal, z. B. einer Aluminiumligierung, hergestellt ist.
• Neben der im Bereich der Bodenplatte 2 vorgesehene Längsabstützung 4 sind weitere z. B. schräg verlaufende Abstützungen 8 möglich, die das eigentliche Kopfschild 3 im wesentlichen über seine gesamte Höhe abstützen können.
• Die Bodenplatte 2 der Kopfstruktur 1 kann hierbei in einem Dickbettverfahren mittels eines Klebers mit definiert schwingungsdämpfenden Eigenschaften flächig, ggf. ganzflächig, auf eine wagenkastenseitige Bodenplatte aufgeklebt sein. Hierbei wirkt sie auf den Wagenkasten als neuartige Tertiärfederungsstufe.
• Auch ist es möglich, die Bodenplatte 2 über mehrere, ggf. über eine große Anzahl von Befestigungspunkten mit der wagenkastenseitigen Bodenplatte zu verbinden, wobei jede einzelne Schrauben- oder Schließringbolzenverbindung so gestaltet ist, daß sie ein aus einem Metalldrahtgewirr bestehendes Kissen mit verspannt, welches definierte schwingungsdämpfende Eigenschaften besitzt und hierdurch auf den Wagenkasten als Tertiärfederungsstufe wirkt.

Claims (5)

1. Kopfstruktur (1) für den Rohbau von Schienenfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Großleichtmetallgußteil gefertigt ist.

2. Kopfstruktur (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit praktisch fertig endbearbeiteten Schnittstellen hergestellt ist.

3. Kopfstruktur (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Kopfschild (3), Querträger (6), Versteifungselemente (5), Längsabstützungen (4) und/oder eine Bodenplatte (2) umfaßt.

4. Kopfstruktur (1) nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenplatte (2) in einem Dickbettverfahren mittel eines Klebers mit definiert schwingungsdämpfenden Eigenschaften flächig, ggf. ganzflächig, auf eine wagenkastenseitige Bodenplatte aufgeklebt ist und somit auf den Wagenkasten als Tertiärfederungsstufe wirkt.

5. Kopfstruktur (1) nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenplatte (2) über mehrere Befestigungspunkte mit der wagenkastenseitigen Bodenplatte verbunden ist, wobei jede einzelne Schrauben- oder Schließringbolzenverbindung so gestaltet ist, daß sie ein aus einem Metalldrahtgewirr bestehendes Kissen mit verspannt, welches definierte schwingungdämpfende Eigenschaften besitzt und somit auf den Wagenkasten als Tertiärfederungsstufe wirkt.