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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Stahlwagenkastens
für ein Schienenfahrzeug
sowie auf einem modularen Bausatz zur Durchführung des Verfaherns.
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Hauptkomponenten
eines Stahlwagenkastens sind zwei Seitenwände, zwei Stirnwände, ein Dach
und ein Untergestell, auf dem die vorgenannten Komponenten aufgebaut
werden.
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Beim
Aufbau der einzelnen Komponenten wird so vorgegangen, dass, beginnend
an einem Ende des Untergestells der Wagenkasten in Längsrichtung
aufgebaut wird. Dies bedeutet, dass für die Stirnwand, die Seitenwände und
das Dach jeweils geeignete Bleche für die jeweils vorliegende Einbausituation
hergerichtet werden und dann in den Einbauort eingeschweißt werden.
Dabei werden beispielsweise die Seitenwände, das Dach und die Stirnwände mit üblicher
Weise horizontal verlaufenden Beulsteifen ausgestattet, die an den
jeweiligen Innenseiten der Wände
mit fortschreitendem Aufbau des Wagenkastens insgesamt fortgesetzt
werden.
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Die
abschnittsweise Herstellung findet auch Anwendung bei Spanten, die üblicher
Weise von dem Untergestell aus vertikal entlang einer Seitenwand nach
oben, an der Innenseite des Daches entlang und vertikal an der zweiten
Seitenwand nach unten zum Untergestell verlaufen. Ein solcher Spant
ist dann aus mehreren Teilstücken
zusammengeschweißt.
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Insgesamt
benötigt
ein solches Herstellungsverfahren für einen Stahlwagenkasten eine
Vielzahl an Einzelteilen und Schweißnähten.
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Insofern
wird das bekannte Herstellungsverfahren für Stahlwagenkästen als
recht aufwendig angesehen.
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Ausgehend
hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zur Herstellung eines Stahlwagenkastens der eingangs genannten Art derart
weiterzuentwickeln, dass er sich wirtschaftlicher fertigen lässt, sowie
einen modularen Bausatz zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch ein Verfahren zur Herstellung eines modular aufgebauten Stahlwagenkastens
mit den Schritten:
- a) Bereitstellen eines vorgegebenen
Untergestells für
den Stahlwagenkasten,
- b) Bereitstellen einer Anzahl erster Basiselemente, die jeweils
in Form von Deckblechen vorliegen,
- c) Fügen
einer jeweils geeigneten Anzahl der Deckbleche zur Herstellung der
Seitenwände,
des Daches und der Stirnwände
des Wagenkastens,
- d) Ausschneiden benötigter Öffnungen
in den Seitenwänden,
dem Dach und den Stirnwänden,
- e) Umformen der Seitenwände
und des Daches zu einer gewünschten
Geometrie,
- f) Bereitstellen einer Anzahl zweiter Basiselemente, die in
Form von Spanten vorliegen,
- g) Zuschneiden der Spanten auf eine gewünschte Länge,
- h) Umformen der Spanten auf eine gewünschte Form für einen
Wagenkastenquerschnitt,
- i) Positionieren der Spanten auf dem Untergestell des Stahlwagenkastens
in einer Positioniervorrichtung,
- j) Anschweißen
der Seitenwände
an die Spanten und das Untergestell,
- k) Anschweißen
des Daches an die Wagenkastenstruktur,
- l) Anschweißen
der Stirnwände
an der Wagenkastenstruktur und dem Untergestell,
- m) Bereitstellen einer Anzahl dritter Basiselemente, die in
Form von Blechen zur Rahmenherstellung vorliegen,
- n) Herstellen von Rahmen, deren Abmessungen an die in Schritt
d) hergestellten Öffnungen
angepasst werden,
- o) Anschweißen
der in Schritt n) hergestellten Rahmen in den Öffnungen und an den Stirnwänden.
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Dem
neuen Verfahren ist es eigentümlich, dass
im Gegensatz zum Verfahren nach dem Stand der Technik, von Basiselementen
Gebrauch gemacht wird, die zur Herstellung der Seitenwände, der
Stirnwände
und des Daches zunächst
soweit hergerichtet werden, dass allein durch weiteres Zuschneiden
des Basiselementes und Verschweißen mit gleichartigen Basiselementen
eine Komponente des Stahlwagenkastens hergestellt werden kann. Bei
dem vorliegenden Beispiel wird eine Anzahl Deckbleche, die bereits mit
Beulsteifen ausgestattet sind, bereits vor dem eigentlichen Aufbau
des Wagenkastens hergerichtet, so dass nur noch Schweißverbindungen
vorzunehmen sind, um eine jeweilige Komponente aufzubauen.
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Während bei
dem soeben diskutierten Beispiel das Grundelement von einem mit
Beulsteifen versehenen Deckblech gebildet wurde, wird ein zweites
Basiselement von Spantprofilen gebildet, die vor ihrem Aufbau bereits
fertig zugeschnitten und umgeformt sind.
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Als
drittes Basiselement, das im Rahmen des Verfahrens zur Herstellung
eines modular aufgebauten Stahlwagenkastens zum Einsatz kommt, dienen
Bleche, die allgemein zur Rahmenherstellung geeignet sind. Diese
Rahmen dienen zur Verstärkung
von beispielsweise Tür-
und Fensteröffnungen. Dabei
gibt es in Bezug auf herzustellende Stirnwände die Besonderheit, dass
diese an ihrem Außenumfang mit
einem Verstärkungsprofil
versehen werden können,
das ebenfalls von solchen Blechen gebildet werden kann.
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Zur
Bereitstellung der mit Beulsteifen versehenen Deckbleche in Schritt
b) gibt es mehrere Alternativen. Bei einer ersten Ausführungsform
sind einfache Bleche mit im Wesentlichen parallel zueinander angeordneten
T-Profilen ausgestattet, welche die Beulsteifen bilden. Alternativ
dazu können
die Deckbleche auch als Walzprofile bereitgestellt werden. Auch
die bekannte Davex-Technologie kann bei der Bereitstellung des ersten
Basiselements zum Einsatz kommen, wobei dann die Deckbleche nach
dieser Technologie vorab hergestellt werden.
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Besonders
bevorzugt hinsichtlich einer Variabilität des ersten Basiselements
ist es, wenn in Schritt b) die Deckbleche in Form von einfachen
Blechen mit darin integrierten I-Profilen, die durch Schweißen miteinander
verbunden werden, bereitgestellt werden. Die dann ebenfalls im Wesentlichen parallel
zueinander angeordneten I-Profile können nach Bedarf in Abständen zueinander
in dem Deckblech vorgesehen werden. Erhalten bleibt jedoch, dass
das Deckblech mit Beulsteifen insgesamt vorab hergestellt wird,
nicht aber erst im Rahmen der Herstellung des Stahlwagenkastens
mit Beulsteifen versehen wird.
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Bevorzugte
Fügeverfahren
zur Durchführung des
Schrittes c) sind Laserschweißen,
Reibrührschweißen oder
konventionelles Schweißen
der Deckbleche. Mit Hilfe eines dieser Verfahren werden die Stirnwände, das
Dach und die Seitenwände
aufgebaut, bevor sie zu einem späteren
Zeitpunkt zum Aufbau des Wagenkastens benutzt werden.
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Der
Schritt d) kann bevorzugt mit Hilfe von Laserschneiden erfolgen.
Er dient beispielsweise zum Ausschneiden von Tür- und Fensteröffnungen.
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Der
Schritt g) wird bevorzugt mit einstückigen Spanten als die zweiten
Basiselemente durchgeführt.
Die Spanten sind damit durchgehend ausgebildet. Ihre Länge kann
vorab so gewählt
sein, dass sie eine gewünschte
Länge in
geringem Maße überschreitet,
so dass der Zuschnitt nur zu einem geringen Materialverlust führt.
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Die
Spanten können
in Schritt f) als Walzprofile bereitgestellt werden. Alternativ
dazu kann auch die bekannte Davex-Technologie zum Einsatz kommen.
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In
Schritt g) können
zusätzlich
Freischnitte in den Spanten für
Beulsteifen der Deckbleche durch Laserschneiden hergestellt werden.
Da die Beulsteifen typischer Weise horizontal und die Spanten vertikal
verlaufen, dienen die Freischnitte dazu, dass sich die Beulsteifen
beispielsweise an den Seitenwänden entlang über die
gesamte Länge
des Wagenkastens erstrecken können,
wobei sie beim Passieren der Spanten durch die Freischnitte hindurch
laufen.
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Zum
eigentlichen Aufbau des Stahlwagenkastens, der in Schritt j) beschrieben
wird, ist es bevorzugt, wenn zunächst
eine erste Seitenwand an die Spanten und das Untergestell angeschweißt wird, wobei
mittels einer Andrückrolle
die erste Seitenwand auf Spanten gedrückt wird, so dass kein Schweißspalt zwischen
den Spanten und der Seitenwand entsteht. Für die zweite Seitenwand wird
dasselbe Verfahren angewandt, wie für die erste. Gleiches gilt
auch für
das vorab gefertigte Dach, das aus ersten Basiselementen aufgebaut
ist.
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Die
o.g. Aufgabe wird hinsichtlich des modularen Bausatzes gelöst durch
einen modularen Bausatz mit den Merkmalen des Anspruchs 15. Weitere Ausgestaltungen
des modularen Bausatzes ergeben sich anhand der vorstehenden Beschreibung
des Verfahrens zur Herstellung eines Stahlwagenkastens.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen noch
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
Querschnittsansicht eines ersten Basiselementes in Form eines mit
Beulsteifen versehenen Deckblechs zum Aufbau eines Stahlwagenkastens,
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2 eine
Querschnittsansicht eines zweiten Basiselements in Form eines Spants
zum Aufbau eines Stahlwagenkastens,
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3 eine
Querschnittsansicht des ersten Basiselementes zur Veranschaulichung
der allgemeinen Anordnung von Beulsteifen,
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4 eine
Querschnittsansicht des Details X von 3 zur Veranschaulichung
eines ersten Verfahrens zur Ausbildung eines Deckblechs mit Beulsteifen,
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5 eine
Querschnittsansicht des Details X von 3 zur Veranschaulichung
eines zweiten Verfahrens zur Ausbildung eines Deckblechs mit Beulsteifen,
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6 eine
Querschnittsansicht eines Details Y von 3 zur Veranschaulichung
eines dritten Verfahrens zur Herstellung eines Deckblechs mit Beulsteifen,
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7 eine
schematische Seitenansicht einer Seitenwand für einen Stahlwagenkasten,
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8 eine
Querschnittsansicht eines Daches für einen Stahlwagenkasten,
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9 eine
Seitenansicht eines zweiten Basiselementes in Form eines Spants
nach einem Zuschnitt und einer Formgebung,
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10 einen
Eckenbereich des Stahlwagenkastens in einer Ansicht von Vorne,
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11 der
Eckenbereich des Stahlwagenkastens von 10 in
einer Ansicht von oben, teilweise im Schnitt,
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12 eine
Seitenansicht eines Seitenwandabschnitts mit darin vorgesehener
Fensteröffnung,
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13 eine
Querschnittsansicht des Seitenwandabschnitts von 12 entlang
der Linie A-A,
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14 eine
Querschnittsansicht eines aufgebauten Stahlwagenkastens,
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15 eine
Querschnittsansicht eines Details Y von 14,
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16 eine
Querschnittsansicht eines Details Z von 14 und
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17 eine
Querschnittsansicht eines Details W von 13.
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1 zeigt
in einer vertikalen Darstellung die allgemeine Struktur des ersten
Basiselementes, das als Deckblech 1 mit in regelässigen Abständen vertikal übereinander
angeordneten Beulsteifen 2 ausgebildet ist. Aus diesem
Basiselement werden Stirnwände 6,
Seitenwände 4 und
das Dach 5 eines Stahlwagenkastens in einer Weise, die
später
erläutert wird,
ausgehend von einem vorhandenen Untergestell 7, aufgebaut.
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Aus 2 geht
die Struktur eines zweiten Basiselementes zum modularen Aufbau eines
Stahlwagenkastens hervor, das als Spant vorliegt und typischer Weise
innerhalb eines Stahlwagenkastens, entsprechend einem Wagenkastenquerschnitt,
U-förmig
verläuft.
Entlang dem Stahlwagenkasten sind mehrere Spanten 3 in
regelmäßigen Abständen hintereinander
angeordnet und tragen die Seitenwände 4 und das Dach 5.
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3 zeigt
in allgemeiner Darstellung das mit Beulsteifen 2 versehene
Deckblech 1. Die Beulsteifen 2 sind mit einer
Teilung l2 parallel zueinander angeordnet.
Die Teilung kann beispielsweise 300 mm betragen. Jeweils äußere Beulsteifen 2 liegen
in einem Abstand l1 zu Enden des Deckblechs 1,
wobei der Abstand l1 beispielsweise 150
mm betragen kann.
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Eine
Gesamthöhe
l3 des Deckblechs 1 beträgt, angepasst
an den Aufbau einer Seitenwand 4 des Stahlwagenkastens,
1500 mm, während
eine Breite des Deckblechs 1 an eine Länge des vorgegebenen Untergestells 7 angepasst
ist, so dass sich um Aufbau einer Seitenwand 4 das Deckblech 1 über die gesamte
Länge des
Stahlwagenkastens erstreckt.
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Mit
Hilfe von zwei übereinander
angeordneten Deckblechen 1 mit den angegebenen Bemaßungen lässt sich
die Seitenwand 4 (vgl. 7) aufbauen,
so dass die Seitenwand 4 eine Breite von ca. 25 m und eine
Höhe von
ca. 3 m aufweist. Dies sind gängige
Maße für einen
Stahlwagenkasten. Selbstverständlich
können
auch andere Maße
zum Einsatz kommen, wenn auf einen anderen Schienenfahrzeugtyp abgestellt
wird, der beispielsweise höhere oder
niedrigere Seitenwände
benötigt
oder kürzer oder
länger
ist, als bei dem hier dargestellten Beispiel angenommen wird.
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Aus 4 geht
eine Ansicht eines Details X von 3 hervor.
Eine einzelne Beulsteife 2 liegt in Form eines T-Profils TP vor, dessen
Steg 8 senkrecht zu dem Deckblech 1 liegt. Das
Deckblech 1 ist mehrteilig ausgeführt und besteht aus einzelnen
Blechen B. Der Steg 8 ist fluchtend mit einer Verbindungsfläche 9 zwischen
den aneinander angrenzenden Blechen B angeordnet. Mit Hilfe von
Laserschweißen wird
das freie Ende des Stegs 8 mit den beiden aneinander anschließenden Blechen
B verschweißt.
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5 zeigt
eine alternative Ausführungsform
zur Ausbildung der Beulsteifen 2, wobei wiederum T-Profile
TP zum Einsatz kommen.
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Das
Deckblech 1 ist hierbei durchgehend ausgeführt und
weist mit der Teilung l2 Stege 10 auf, von
denen in 5 nur ein einziger dargestellt
ist. Ein freies Ende des Steges 10 schließt sich
an ein freies Ende eines Steges 11 eines T-Profils TP an, wobei
diese Komponenten mit Hilfe einer Laserschweißnaht miteinander verbunden
sind.
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6 veranschaulicht
das Detail Y der Darstellung von 3, welches
einen Abschnitt des Deckblechs 1 mit insgesamt drei Beulsteifen 2 umfasst.
Bei dieser Ausführungsform
ist das Deckblech 1 wiederum mehrteilig ausgebildet und
besteht aus einfachen Blechen B, die längs des Deckblechs 1, abwechselnd
mit I-Profilen IP, hintereinander angeordnet sind. Eines der Stirnelemente
jedes I-Profils liegt in einer Ebene mit den benachbarten Blechen
B und ist mit diesen per Laserschweißen verbunden.
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Unabhängig davon,
welches der beschriebenen Verfahren zur Herstellung des ersten Basiselementes
verwendet wird, steht am Ende des Verfahrens das mit Beulsteifen 2 versehene
Deckblech 1, das nun weiter verarbeitet werden kann.
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In 7 sind
zwei mit Beulsteifen 2 versehene Deckbleche 1 zu
der Seitenwand 4 miteinander durch Laserschweißen verbunden.
Dem geht voraus, dass jedes der zwei Deckbleche 1 zunächst durch Laserschneiden
mit erforderlichen Fenster- und Türöffnungen 12 versehen
wird. So erstreckt sich eine Fensteröffnung 12 in dem in 7 dargestellten
Ausführungsbeispiel
in geringem Maße
in das untere Deckblech 1, während der Hauptanteil der Fensteröffnung 12 auf
das obere Deckblech 1 entfällt. Nachdem die Deckbleche 1 geeignet
zugeschnitten worden sind und durch Laserschweißen miteinander verbunden worden
sind (vgl. 14 und 16, Detail Y),
werden sie derart umgeformt, dass sie einer gewünschten Geometrie für den Stahlwagenkasten
entsprechen.
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Zwei
derart hergestellte Seitenwände
können
dann zunächst
beiseite gelegt werden für
einen späteren
Gesamtaufbau des Stahlwagenkastens.
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Für das in 8 veranschaulichte
Dach 5 des Stahlwagenkastens werden vom Grundsatz her dieselben
Deckbleche 1 verwendet, wie für die Seitenwände 4.
Aus 8 geht hervor, dass das Dach 5 aus zwei
Deckblechen 1 mit jeweiligen Beulsteifen 2 durch
Zusammenschweißen
der Deckbleche 1 und anschließendes Bringen in eine gewünschte Form herstellbar
ist. Die Deckbleche 1 erstrecken sich dabei über eine
gesamte Länge
des aufzubauenden Stahlwagenkastens.
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Aus 9 geht
nunmehr eine äußere Formgebung
der Spanten 3 hervor, deren Querschnitt bereits anhand
von 2 erläutert
worden ist. Die Endform der Spanten 3 ist im Wesentlichen
U-förmig,
so dass sie mit ihren beiden freien Enden auf dem Untergestell 7 des
Stahlwagenkastens abgestützt
sind und damit verschweißt
werden können.
Zur Herstellung eines Spants 3 liegt dieses zunächst als
Walzprofil oder hergestellt nach der Davex-Technologie, die auch
für die
Deckbleche 1 angewendet werden kann, in lang gestreckter
Form vor. In einem ersten Schritt werden Freischnitte 13,
von denen in der 9 aus Übersichtlichkeitsgründen nur
einer mit einem Bezugszeichen bezeichnet ist, erzeugt und bei Bedarf
der Spant 3 auf eine gewünschte Länge zugeschnitten, wobei er
letztendlich einstückig
vorliegt. Die Freischnitte 13, die entlang der Umfangsfläche des
Spants 13 in regelmäßigen Abständen aufeinander
folgen, sind entsprechend den Beulsteifen 2 der Deckbleche 1 angeordnet,
so dass die Beulsteifen 2 durch die Freischnitte 13 hindurch
an den Spanten 3 vorbei laufen können.
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Um
nun einen gesamten Stahlwagenkasten aufbauen zu können, fehlen
noch die Stirnwände 6, auf
deren Gesamtdarstellung vorliegend verzichtet wird. Sie sind ebenfalls
aus wenigstens einem der Deckbleche 1 hergestellt und weisen
auf ihren Innenseiten die Beulsteifen 2 auf.
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Zum
Aufbau des Stahlwagenkastens werden nun zunächst sämtliche Spanten 3 auf
dem Untergestell 7 des Wagenkastens in einer geeigneten
Vorrichtung positioniert und dienen dementsprechend als Gerüst für nachfolgende
Aufbauvorgänge.
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Als
erstes wird eine erste Seitenwand 4 an die Spanten 3 und
das Untergestell 7 angeschweißt. Details der Schweißverbindung
gehen aus 16 hervor, welche ein Detail
Z von 14 zeigt. Das Deckblech 1 steht
ein Stück
weit über
das zugehörige Ende
des Spants 3 hervor, und zwar derart bemessen, dass es
eine zugehörige
Seite des Untergestells 7 überdeckt. Das freie Ende des
Deckblechs 1 wird mit dem Untergestell 7 verschweißt (Schweißnaht SN).
Außerdem
wird die auf dem Untergestell 7 aufliegende Stirnfläche des
Spants 3 mit dem Untergestell 7 über eine
weitere Schweißnaht
SN verschweißt.
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Als
nächstes
wird die zweite Seitenwand 4 in derselben Weise am Untergestell 7 befestigt
wie die erste Seitenwand 4.
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Im
Anschluss daran erfolgt die Verbindung des Daches 5 mit
den beiden Seitenwänden 4 und den
Spanten 3. Das Dach 5 wird mit diesen sämtlichen
Komponenten per Laserschweißen
verbunden. Die Detailansicht nach 15 zeigt
die Einzelheit Y, die sich auf eine Schweißnaht SN zwischen jeweiligen
Deckblechen 1 zur Ausbildung der Seitenwände 4 und/oder
des Daches 5 bezieht.
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In
einem nächsten
Schritt werden die Stirnwände 6 mit
der bereits vorhandenen Wagenkastenstruktur durch Laserschweißen verbunden. 10 zeigt
einen Eckenbereich des Stahlwagenkastens mit jeweiligen Abschnitten
des Untergestells 7, der Stirnwand 6 und der Seitenwand 4.
Danach schließt sich
die Stirnwand 6 innen an die Seitenwand 4 an und
verläuft
entlang einer Außenkante
des Untergestells 7. In der weiteren Ansicht des Eckenbereichs des
Stahlwagenkastens nach 11 ist ein Versteifungsprofil 14 veranschaulicht,
das sich von einer Ecke des Untergestells 7 aus ähnlich einem
der Spanten 3 um die gesamte Stirnwand 6 herum
erstreckt.
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Geeignet
positionierte Schweißnähte SN im Bereich
des Versteifungsprofils 14 dienen zur Befestigung der Stirnwand 6 an
der restlichen Wagenkastenstruktur.
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Das
Versteifungsprofil 14, das auch als Rahmen bezeichnet werden
kann, ist dabei aus einem dritten Basiselement hergestellt, das
aus ggf. mehreren, geeignet bemessenen Blechen besteht. Dieses Basiselement
kommt ebenfalls zur Versteifung von Fenster- und Türöffnungen
zum Einsatz, wie aus 12 hervorgeht. Die Querschnittsansicht
zu 12 entlang der Linie A-A ergibt sich aus 13, wobei
ein Übergangsbereich
zwischen einer Fensteröffnung 12 und
der angrenzenden Seitenwand 4 mit dem Detail W bezeichnet
ist. Aus 17 geht hervor, wie das Versteifungsprofil 14 beschaffen
ist. Es ist aus einem geraden Blechabschnitt 15 und einem
gekanteten Blechabschnitt 16 derart zusammengesetzt, dass
der Blechabschnitt 16 zwei angrenzende Seiten eines Quadrats,
der Blechabschnitt 15 eine Seite dieses Quadrates und ein
abschnitt der Seitenwand 4 die verbleibende Seite des Quadrates
beschreiben, und zwar im Querschnitt gesehen. Durch geeignete positionierte
Schweißnähte SN sind
die Blechstreifen 15, 16 miteinander und mit der
Seitenwand 4 verbunden.
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Insgesamt
ergibt sich eine modular aufgebaute Wagenkastenstruktur, die auf
insgesamt drei Basiselementen beruht, die vorgesehenen Versteifungsprofile 15 für die Stirnwand 6 und
die Fenster- und Türöffnungen 12 sorgen
für statisch
zuverlässige Konstruktionen.
Vorteile dieser als integriert zu bezeichnenden Bauweise des Stahlwagenkastens
sind Gewichtsreduzierung, weniger Einzelteile und Schweißnähte. Dadurch
sind eine wirtschaftliche Fertigung und ein geringer Verzug der
Wagenkastenstruktur gegeben.