DE102018220737A1

DE102018220737A1 - Erdungslasche, Verfahren zum Herstellen einer Erdungslasche und Schienenfahrzeug

Info

Publication number: DE102018220737A1
Application number: DE102018220737.2A
Authority: DE
Inventors: Ioannis Kammenos; Kay Lindenau
Original assignee: Siemens Mobility GmbH
Current assignee: Siemens Mobility GmbH
Priority date: 2018-11-30
Filing date: 2018-11-30
Publication date: 2020-01-02

Abstract

Eine Erdungslasche (10) zum Einrichten einer Erdung für ein Bauteil umfasst einen Körper (11), der Edelstahl aufweist, einen Sockel (13), der Aluminium aufweist und der mit dem Körper (11) gekoppelt ist, und eine Zwischenschicht (12), die Titan aufweist und die zwischen dem Körper (11) und dem Sockel (13) angeordnet ist und mittels Schweißen stoffschlüssig mit dem Körper (11) und stoffschlüssig mit dem Sockel (13) verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Erdungslasche zum Einrichten einer Erdung eines Bauteils und ein Verfahren zum Herstellen einer Erdungslasche. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Schienenfahrzeug mit einer solchen Erdungslasche.
Schienenfahrzeuge weisen Komponenten auf, die mit einer Erdungslasche gekoppelt sind, um eine sichere und zuverlässige Erdung einzurichten und ein kontrolliertes Abführen von elektrischen Strömen zu ermöglichen. Standardmäßig eingesetzte Erdungslaschen bestehen aus kupferummanteltem Aluminium, die zur Vermeidung von Kontaktkorrosion ferner einen Zinnmantel aufweisen. Aufgrund von Transport, Lagerung und produktionsbedingter Einflüsse besteht die Gefahr von Beschädigungen der umgebenden Zinnschicht, sodass ein erhöhtes Risiko für Kontaktkorrosion zwischen den Materialien Aluminium und Kupfer gegeben ist und aufwendige Nacharbeiten in der Produktion sowie aufwendige Wartungsarbeiten während des Betriebs der Schienenfahrzeuge erforderlich sein können.
Es ist eine Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, eine Erdungslasche zum Einrichten einer Erdung eines Bauteils zu schaffen und ein Verfahren zum Herstellen einer Erdungslasche zu nutzen, die bzw. das jeweils das Einrichten einer sicheren und zuverlässigen Erdung eines Bauteils ermöglicht und zudem zu einem erhöhten und nachhaltigen Korrosionsschutz beiträgt.
Die Aufgabe wird durch eine Erdungslasche beziehungsweise durch ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den jeweils abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst eine Erdungslasche zum Einrichten einer Erdung für ein Bauteil einen Körper, der Edelstahl aufweist, einen Sockel, der Aluminium aufweist und der mit dem Körper (11) gekoppelt ist, und eine Zwischenschicht, die Titan aufweist und die zwischen dem Körper und dem Sockel angeordnet ist. Die Zwischenschicht ist mittels Schweißen stoffschlüssig mit dem Körper und stoffschlüssig mit dem Sockel verbunden.
Mittels des beschriebenen Aufbaus ist eine insbesondere beschichtungsfreie Erdungslasche realisierbar, welche kostengünstig herstellbar ist und das Einrichten einer sicheren und zuverlässigen Erdung eines Bauteils ermöglicht sowie einen erhöhten Korrosionsschutz aufweist. Aufgrund der beschriebenen Materialkombination und der stoffschlüssigen Verbindungen kann die Erdungslasche frei von Zinn ausgestaltet werden. Zinn stellt bei konventionellen Erdungslaschen aufgrund seiner Materialeigenschaften eine Schwachstelle hinsichtlich Beschädigungen, Kratzern und des möglichen Schmelzens bei herkömmlichen Schmelzschweißprozessen dar, bei denen beispielsweise eine Heißrissbildung in der Schweißnaht entstehen kann. Die beschriebene Erdungslasche kann ohne eine Zinnbeschichtung angefertigt werden und weist eine hohe Beständigkeit gegen äußere Einflüsse auf.
Konventionelle Erdungslaschen bestehen in der Regel aus kupferummanteltem Aluminium und werden zur Vermeidung von Kontaktkorrosion zusätzlich verzinnt. Die Verzinnung wird zum Teil bereits bei einem Anschweißen solcher Erdungslaschen geschmolzen, da Zinn einen Schmelzpunkt von etwa 232 °C hat. Darüber hinaus kann die Verzinnung einzelner Erdungslaschen im Laufe des Produktionsprozesses beschädigt werden, sodass ein Risiko der Kontaktkorrosion bei einzelnen Erdungslaschen erhöht ist. Ein zusätzliches Problem stellen Transport und Lagerung solcher verzinnter Erdungslaschen dar, sodass die Gefahr besteht, dass bereits Erdungslaschen mit beschädigter Verzinnung verbaut werden.
Die Erdungslasche der vorliegenden Erfindung ist ohne Zinnschicht oder Zinnmantel ausgebildet. Die vorgenannten von der Zinnschicht bzw. dem Zinnmantel verursachten Probleme können dadurch vermieden werden. Der Körper der Erdungslasche besteht aus Edelstahl oder weist Edelstahl auf und ist dazu eingerichtet, mittels eines Kabelschuhs mit einem Erdungskabel verschraubt zu werden. Der Sockel, der zum Anschweißen der Erdungslasche eingerichtet ist, besteht aus Aluminium oder weist Aluminium auf. Die Oberfläche der Erdungslasche beziehungsweise des Körpers und des Sockels ist nicht beschichtet und somit unempfindlich gegen Kratzer und unempfindlich gegenüber der Temperatur beim Anschweißen der Erdungslasche.
Der Körper, der Sockel und/oder die Zwischenschicht weisen dabei im Wesentlichen das beschriebene Material auf, sodass die damit bereitgestellte Funktionalität ausgebildet ist. Alternativ sind auch andere Materialkombinationen der Erdungslasche denkbar, welche eine zinnbeschichtungsfreie Ausgestaltung ermöglichen. Falls aufgrund der vergleichsweise niedrigen elektrischen Leitfähigkeit von Edelstahl der Querschnitt des Edelstahlkörpers der Erdungslasche keinen ausreichenden Leitwert zur Abführung des maximalen Kurzschlussstroms bietet, kann statt Edelstahl beispielsweise eine Kombination von Kupfer und Aluminium und einer gegebenenfalls dazwischenliegenden Titanschicht verwendet werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erdungslasche sind die stoffschlüssigen Verbindungen mittels Explosionsschweißen ausgebildet. Alternativ können die stoffschlüssigen Verbindungen mittels Diffusionsschweißen oder mittels elektromagnetischem Pulsschweißen ausgebildet sein.
Das stoffschlüssige Verbinden der beschriebenen Materialkombination der Erdungslasche stellt einen zuverlässigen und sicheren Korrosionsschutz bereit und ermöglicht ein Reduzieren von Nachbearbeitungen und Wartungsarbeiten und trägt damit zu einer zeitsparenden und kostengünstigen Instandhaltung bei. Mittels Explosionsschweißen (auch Sprengschweißen oder Sprengplattieren genannt) können die beschriebenen Materialien der Erdungslasche zuverlässig zusammengefügt werden.
Mit Hilfe dieses Schweißverfahrens ist es möglich, zwei nicht schmelzschweißbare Materialien dauerhaft und fest miteinander zu verbinden. Dabei prallen die zu fügenden Schweißflächen unter Zuhilfenahme von Sprengstoff mit Geschwindigkeiten von 100 m/s oder mehr unter einem Winkel von 2 bis 30 Grad aufeinander.
Dabei können Detonationsgeschwindigkeiten von mehr als 5.000 m/s entstehen und an den Grenzflächen wellenartige Verwerfungen hervorgerufen werden, die eine stoffschlüssige Verbindung herstellen. Die Kollisionsenergie bringt die Schweißpartner bis zur atomaren Ebene zusammen, sodass auch die Gitterkräfte bei Metallen wirken. Auf diese Weise können zwei auf konventionelle Weise nicht schweißbare Metallpartner miteinander stoffschlüssig verbunden werden. Die explosionsgeschweißte Erdungslasche ist daher anhand ihrer Schweißnaht eindeutig zu erkennen und von anderen Schweißverfahren zu unterscheiden. Da die Schmelztemperatur der Metalle nicht erreicht wird, bilden sich in der Regel keine intermetallischen Phasen .
Die beschriebene Erdungslasche bildet eine unbeschichtete Alternative zu einer herkömmlichen Erdungslasche und ist weniger anfällig für Kontaktkorrosion. Umfangreiche Reparaturmaßnahmen, beispielsweise an mit Erdungslaschen ausgelieferten Zügen, können vermieden oder zumindest deutlich reduziert werden. Ein einfaches Abtrennen und Anschweißen einer konventionellen Erdungslasche ist bei einem fertigen Schienenfahrzeug aufgrund der fließenden Schweißströme ohne umfangreiche Schutz- und Abbaumaßnahmen der verbauten Elektrik und Elektronik kaum möglich.
Die Erdungslasche gemäß der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, weit weniger anfällig für Kontaktkorrosion aufgrund von mechanischen Beschädigungen zu sein. Eventuelle Kratzer am Körper der Erdungslasche haben keinen Einfluss auf das Risiko einer Kontaktkorrosion. Die Oberfläche der Erdungslasche, speziell die des Edelstahlkörpers, wird durch Gleitschleifen bzw. Trowalisieren oder durch Glasperlenstrahlen oder ähnliche Verfahren, die zu einer Verdichtung der Oberfläche führen, veredelt. Die Oberflächenveredelung führt zum einen dazu, dass das Risiko des sogenannten Flugrostes sowie ein nachteiliger Einfluss von zum Beispiel Reinigungslaugen reduziert wird, und zum anderen wird die Erdungslasche dadurch entgratet. Zudem ist die beschriebene Erdungslasche in der Materialbereitstellung günstiger als eine herkömmlich eingesetzte Erdungslasche.
Umfangreiche Kontrollen verarbeiteter Erdungslaschen können somit reduziert werden und ungeplante Nacharbeiten zur Nachverzinnung zerkratzter Erdungslaschen entfallen. Ein Service-Einsatz an bereits ausgelieferten Zügen aufgrund von Kontaktkorrosion an Erdungslaschen und so entstandener fehlerhafter Erdung wird nachhaltig reduziert oder kann idealerweise sogar eingestellt werden.
Die beschriebene Erdungslasche konnte auch die erforderlichen Anforderungen an eine Kurzschlussfähigkeit bestehen, welche zum Beispiel bei einem vorgesehenen Einsatz an einem Schienenfahrzeug an die DB-Richtlinie 997.0202-A01 angelehnt sind. Die Erdungslasche hat dabei einen maximalen Kurzschlussstrom von 40.000 A zu bewältigen, wobei eine Zuschaltung im Spannungsmaximum erfolgt, sodass sich kein Stoßstrom ausbildet. Eine Kurzschlussdauer beträgt dabei 100 ms. Eine zu bestehende Anzahl an Kurzschlüssen ist mit drei pro Erdungslasche vorgegeben, wobei jeweils eine ausreichende Abkühlzeit und eine Messung des Widerstandes der Erdungslasche zu berücksichtigen sind.
Solche Beständigkeitstests wurden insbesondere an quaderförmigen Erdungslaschen durchgeführt, welche einen jeweils quaderförmigen Körper und Sockel und eine quaderförmige Zwischenschicht aufwiesen, die mittels Explosionsschweißens stoffschlüssig miteinander verbunden waren. Dabei wiesen die Erdungslaschen jeweils eine Gesamthöhe von 56 mm und eine Breite von 40 mm auf. Eine Tiefe, Stärke oder Dicke der Erdungslasche variierte zwischen 7 bis 15 mm. Die Höhe bezieht sich dabei auf eine beispielsweise vertikale Erstreckungsrichtung vom Sockel in Richtung Körper oder umgekehrt.
In einer alternativen Ausführungsform ist die Erdungslasche stift-- oder zylinderförmig ausgebildet sein und stellt einen Erdungsbolzen mit der beschrieben, stoffschlüssig verbundenen Materialkombination dar.
Vorzugsweise sind der Körper, die Zwischenschicht und der Sockel so auf- oder übereinander angeordnet, dass jeweilige Randbereiche bündig aneinander angrenzen und Kanten oder Sprünge vermieden werden. Eine solche bündige Ausgestaltung ermöglicht eine kostengünstige Herstellung der Erdungslasche, zum Beispiel durch Herausschneiden aus stoffschlüssig verbundenen Rohkörpern mittels einer Bandsäge oder mittels Wasserstrahlschneiden.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist die Erdungslasche trapezförmig ausgestaltet oder weist einen Edelstahlkörper auf, welcher über eine Kontur der Zwischenschicht und des Sockels seitlich hinausragt. Solche Ausgestaltungen können in Abhängigkeit gewünschter Material- und Funktionseigenschaften vorgesehen sein.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist die Zwischenschicht bezogen auf eine Erstreckungsrichtung von dem Körper in Richtung des Sockels eine Dicke von mindestens 0,5 mm auf. Besonders bevorzugt weist die Titanschicht eine Dicke von etwa 1 mm auf.
Die Titanzwischenschicht dient beim Anschweißen der Erdungslasche auf oder an das entsprechende Bauteil insbesondere als Hitzeschutz für die Festigkeit der explosionsgeschweißten Verbindungsnaht zwischen dem Aluminiumsockel und dem Edelstahlkörper. Sie schützt die ausgebildeten stoffschlüssigen Verbindungen bei einem nachfolgenden Schmelzschweißverfahren, bei dem die Erdungslasche an einem zu erdenden Bauteil angebracht wird. Eine Dicke der Zwischenschicht mit Titan ist daher bevorzugt auf erforderliche Schutzeigenschaften abgestimmt und in Abhängigkeit von einem Bearbeitungsaufwand ausgewählt.
Darüber hinaus besteht gegebenenfalls die Möglichkeit, eine solche Erdungslasche mit einer Zwischenschicht auszubilden, welche ein anderes Material als Titan aufweist. Ferner ist es gegebenenfalls möglich, die Erdungslasche ohne eine Zwischenschicht auszubilden, sofern zum Beispiel eine explosionsgeschweißte Verbindungsnaht direkt zwischen dem Sockel und dem Körper ausbildbar ist, ohne beispielsweise einen isolierenden Hitzeschutz vorzusehen.
Eine Schweißverbindung, insbesondere mittels Explosionsschweißen, ist dabei so auszubilden, dass Material- und Funktionseigenschaften ein sicheres Ableiten von Strömen und ein zuverlässiges Erden eines Bauteils ermöglichen. Dabei sind unter anderem Halte- bzw. Lasteigenschaften zu berücksichtigen, die sich auf ein Anbringen einer Zug- oder Haltelast beziehen.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung weist die Erdungslasche eine Anschlussöffnung zum Anbringen eines Kabelschuhs auf, die sich durch den Körper hindurch erstreckt. Eine solche Anschlussöffnung kann insbesondere als Durchgangsbohrung realisiert sein und ein einfaches und sicheres Befestigen eines Kabelschuhs ermöglichen.
Die Erdungslasche stellt ein Element zum Erden eines Bauteils dar, welches insbesondere eine geringe Nachbearbeitung und Wartung bedarf und eine hohe Korrosionsbeständigkeit mit sich bringt und daher zu einem langlebigen und verschleißarmen Betrieb beitragen kann. Die Erdungslasche ist zinnbeschichtungsfrei ausgebildet. Anders formuliert, weist die Erdungslasche keine extra aufgebrachte Zinnschicht oder keinen Zinnmantel auf, welcher anfällig für Beschädigungen und Kratzer ist und ein erhöhtes Risiko für Korrosion besitzen.
Bei herkömmlichen, kupferummantelten und nachfolgend verzinnten Aluminium-Erdungslaschen besteht bereits im Produktionsprozess die Gefahr, dass Beschädigungen, wie Kratzer, auftreten und einen nicht zu vernachlässigenden Nacharbeitsaufwand erfordern. Bei einer vorliegend beschriebenen Erdungslasche kann ein aufwendiges Nachverzinnen bzw. Nachgalvanisieren von Kratzern oder ähnlichen Beschädigungen entfallen.
Es ist ferner eine Erkenntnis, dass sobald ein kleiner Bereich einer Verbindungsstelle zwischen Kupfer und Aluminium einer konventionellen Erdungslasche freigelegt ist und dies nicht entdeckt und somit nicht nachverzinnt wird, ein erhöhtes Risiko besteht, dass sich an dieser Position Korrosion ansetzt. Dies kann dazu führen, dass die Korrosion unter den Kupfermantel „kriecht“ und der Kupfermantel aufplatzt. Die Folgen sind dann umfangreiche Reparaturen bzw. Rollkuren an den ausgelieferten und im Fahrbetrieb befindlichen Fahrzeugen, da der Stromübergang im Kurzschlussfall nicht mehr gegeben ist. Ein Aufwand für das Austauschen von angeschweißten Erdungslaschen ist beachtlich, da das Anschweißen neuer Erdungslaschen zu Beschädigungen der eingebauten Elektronik führen kann. In der Regel sind aufwendige Reparaturlösungen an den Erdungslaschen selbst vorzunehmen, anstatt das elektronische Innenleben zu entkoppeln, um neue Erdungslaschen anzuschweißen.
Bei einer Reparatur oder Nachbearbeitung müssen zum Beispiel Arbeiter ein Dach eines fertig lackierten und montierten Wagenkastens eines Schienenfahrzeugs betreten und sich dort umfangreich absichern, indem beispielsweise ein Sicherheitsgurt zur Fallsicherung angelegt wird. Danach muss eine Erdung einzelner, bemängelter Erdungslaschen abgeschraubt werden, um die Erdungslaschen mit einer nachträglichen Galvanisierung oder Lackierung wieder korrosionssicher auszubilden. Eine nachträgliche Galvanisierung einer einzelnen Erdungslasche auf einem Dach eines Schienenfahrzeugs kann daher Zeit von ein bis zwei Stunden in Anspruch nehmen. Solche zeitintensiven und aufwendigen Reparaturen können mittels der beschriebenen Erdungslasche aus Edelstahl, Titan und Aluminium vermieden oder zumindest reduziert werden.
Darüber hinaus besteht beim Schweißen einer konventionellen Erdungslasche die Gefahr, dass die vorhandene Verzinnung schmilzt und während des Schweißens in die Schweißnaht läuft. Dies kann zu Heißrissen in der Schweißnaht führen, die ebenfalls aufwendig nachgearbeitet werden müssen. Mit einer hier beschriebenen Erdungslasche ist diese Gefahr ausgeräumt oder zumindest reduziert.
Aus fertigungs- und schweißtechnischer Sicht und in Bezug auf einen Rohbau von Aluminium-Wagenkästen eines konventionellen Schienenfahrzeugs bietet die beschrieben Erdungslasche Vorteile gegenüber herkömmlichen Varianten einer Erdungslasche. Mittels der beschriebenen Erdungslasche ist auch in einem täglichen Betrieb eines Zuges beziehungsweise Schienenfahrzeugs eine verbesserte Korrosionssicherheit der Erdungslasche gegeben und es wird somit unter anderem ein Beitrag zu einem sicheren und zuverlässigen Stromübergang im Kurzschlussfall geleistet. Darüber hinaus ist die Erdungslasche in einer gewissen Mindestanzahl günstiger herstellbar als herkömmlich eingesetzte Erdungslaschen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist die Erdungslasche eine Lackschicht auf, die an dem Sockel angeordnet ist und die die stoffschlüssigen Verbindungen umschließt. Eine solche Lackschicht dient insbesondere als Schutzschicht für die ausgebildeten Schweißnähte und trägt zu einer verbesserten Beständigkeit gegen äußere Einflüsse bei. Der Bereich der vorzugsweise explosionsgeschweißten Naht zwischen dem Aluminiumsockel, der Titanzwischenschicht und dem Edelstahlkörper wird bevorzugt zum Ende des Produktionsprozesses im Rohbau mit sandgestrahlt, grundiert und lackiert und bietet somit einen deutlich verbesserten Schutz gegen Kontaktkorrosion als eine Verzinnung einer kupferummantelten konventionellen Erdungslasche. Zum Beispiel wird eine Dickschichtlackierung aufgetragen, die einige Millimeter des Edelstahlkörpers mit einschließt. Der Edelstahlkörper gegebenenfalls inklusive Bohrung kann in Abstimmung auf eine vorzusehende Lackschicht entsprechend einige Millimeter höher ausgestaltet werden. Der Sockel der Erdungslasche kann zum Beispiel kürzer ausgestaltet werden, um eine konventionelle Geometrie einer Erdungslasche im Wesentlichen beizubehalten. Die Lackschicht soll eine Schutzschicht um die jeweilige Schweißnaht ausbilden.
Bei einer weiteren Ausgestaltung weist die Erdungslasche eine Schutzkappe auf, die an dem Körper angeordnet ist und diesen umschließt. Beispielsweise ist die Schutzkappe an einem freien Ende der Erdungslasche auf den Körper aufgesetzt und umgibt diesen von oben und seitlich bis hin zur ausgebildeten Schweißnaht im Bereich der Zwischenschicht. Mittels einer solchen Abdeckung wird die durch Gleitschleifen, Glasperlenstrahlen oder einem ähnlichen Verfahren veredelte beziehungsweise verdichtete Oberfläche vor dem Sandstrahlen geschützt. Die Schutzkappe wird nach dem Lackieren wieder entfernt.
Bei konventionellen Erdungslaschen an einem Wagenkasten eines Schienenfahrzeugs kann es ferner beim Sandstrahlen des Wagenkastens vorkommen, dass eine Abdeckung oder eine Schutzkappe der Erdungslasche nicht ausreicht, um die Verzinnung umfänglich vor dem Sandstrahl zu schützen, sodass Beschädigungen an der Erdungslasche auftreten können. Es besteht daher das Risiko, dass die Verzinnung einer konventionellen Erdungslasche beim Prozess des Sandstrahlens so beschädigt wird, dass trotz einer Abdeckung, die untere Seite der aufgeschweißten Erdungslasche von der Zinnschicht befreit wird.
Solche Beschädigungen und damit einhergehende Nacharbeiten können mittels der beschriebenen Erdungslasche aufgrund der zinnbeschichtungsfreien Ausgestaltung vermieden werden. Die Abdeckung der Erdungslasche ist dann vorzugsweise so ausgelegt, dass die explosionsgeschweißte Naht mit sandgestrahlt und anschließend mit lackiert wird. Auf diese Weise kann ein besonders zuverlässiger Schutz vor Kontaktkorrosion zwischen den unterschiedlichen Metallen bereitgestellt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst ein Schienenfahrzeug eine Ausgestaltung der zuvor beschriebenen Erdungslasche zum Einrichten einer Erdung eines Bauteils, die mit einem Bauteil des Schienenfahrzeugs gekoppelt ist. Beispielsweise ist die Erdungslasche auf einem Dach des Schienenfahrzeugs angeordnet und mit einem Kabelschuh verbunden und bildet einen Erdungsanschluss aus, um ein kontrolliertes Ableiten von elektrischen Strömen zu ermöglichen und eine sichere und zuverlässige Kurzschlussfähigkeit von Erdungsverbindungen bereitzustellen. In der Regel ist eine Vielzahl von Erdungslaschen auf einem Dach eines Schienenfahrzeugs angeordnet. Da das Schienenfahrzeug eine Ausgestaltung der Erdungslasche umfasst, sind beschriebene Eigenschaften und Merkmale der Erdungslasche auch für das Schienenfahrzeug offenbart.
Ein Verfahren zum Herstellen einer Erdungslasche umfasst ein Bereitstellen eines Körpers, der Edelstahl aufweist oder aus Edelstahl besteht, ein Bereitstellen eines Sockels, der Aluminium aufweist oder aus Aluminium besteht, und ein Bereitstellen einer Zwischenschicht, die Titan aufweist oder aus Titan besteht. Das Verfahren umfasst weiter ein Anordnen der Zwischenschicht zwischen dem Körper und dem Sockel, sodass die Zwischenschicht einerseits den Körper und andererseits den Sockel unmittelbar kontaktiert. Das Verfahren umfasst weiter ein Zusammenfügen des Körpers, der Zwischenschicht und des Sockels mittels Schweißen, sodass die Zwischenschicht stoffschlüssig mit dem Körper und stoffschlüssig mit dem Sockel verbunden ist und die Erdungslasche dadurch ausgebildet wird.
Das Verfahren realisiert insbesondere ein Herstellungsverfahren einer Ausgestaltung der zuvor beschriebenen Erdungslasche, sodass beschriebene Eigenschaften und Merkmale der Erdungslasche auch für das Verfahren offenbart sind und umgekehrt.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens umfasst das Zusammenfügen des Körpers, der Zwischenschicht und des Sockels mittels Schweißen ein Aufbringen eines Sprengstoffes auf oder an dem Körper und/oder dem Sockel und ein Sprengen des aufgebrachten Sprengstoffes und dadurch Ausbilden der stoffschlüssigen Verbindungen mittels Explosionsschweißen. Ein zum Explosionsschweißen vorgesehener Sprengstoff wird zum Beispiel vollflächig auf einer Oberfläche des auszubildenden Körpers verteilt und in einem Randbereich gezündet, sodass ausgehend von dem Randbereich die Explosion entlang der Oberfläche erfolgt.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung umfasst das Verfahren ein Einbringen einer Anschlussöffnung in den Körper mittels Bohren.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung umfasst das Verfahren ein Aufsetzen einer Schutzkappe auf ein freies Ende des Körpers, sodass die Schutzkappe den Körper umschließt, und ein Sandstrahlen der Erdungslasche. Das Verfahren umfasst weiter ein Ausbilden einer Lackschicht an dem Sockel, sodass die Lackschicht die stoffschlüssigen Verbindungen umschließt.
Ein Herstellungsverfahren der beschriebenen Erdungslasche mit Aluminiumsockel und Titanschicht kann ferner wie folgt durchgeführt werden:

- Bereitstellen eines jeweiligen Rohkörpers für den auszubildenden Edelstahlkörper, die Titanschicht und den Aluminiumsockel jeweils in Form eines Blechs;
- Reinigen der Bleche, indem zum Beispiel eine Walzhaut entfernt wird;
- Anordnen von Abstandshaltern mittels Anheften auf das untere Blech, welches beispielsweise den späteren Sockel ausbildet, um ein Widerstandsschweißen zu ermöglichen;
- Positionieren der Bleche übereinander;
- Verteilen von Sprengstoff an oder auf dem Blechpaket;
- Fügen der Materialien durch Explosion des Sprengstoffs;
- Richten der gefügten Bleche;
- Zuschneiden und Trowalisieren von Erdungslaschen mit vorgegebenen Maßen;
- Einbringen einer oder mehrerer Anschlussöffnungen in den Körper einer jeweiligen Erdungslasche mittels Bohren.

Eine Reihenfolge der beschriebenen Schritte kann variieren, sofern sachgemäß, sodass zum Beispiel ein Einbringen einer Anschlussöffnung bevorzugt vor einem Trowalisieren erfolgt.
Das Verfahren kann ferner durch einen Sandstrahl- und Lackierprozess ergänzt und wie folgt durchgeführt werden:

- Anordnen einer Schutzkappe an dem Edelstahlkörper vor dem Sanden, die sicherstellt, dass lediglich der Bereich der Erdungslasche, der lackiert werden soll, sandgestrahlt wird und dann zum Beispiel einfach mit einem Dach des Schienenfahrzeugs mit lackiert wird; und
- Lackieren der Erdungslasche, wobei der Edelstahlkörper ausgehend vom Sockel beispielsweise 5 mm mit lackiert wird.

Mit einer solchen schützenden Lackschicht wird Kontaktkorrosion ausgeschlossen oder zumindest entgegengewirkt und Nacharbeiten bei korrekter Schweißnaht und Lackierung vermieden. Kratzer an der Erdungslasche erfordern keinen Wartungsbedarf und fallen optisch nicht auf im Vergleich verzinntem Kupfer von herkömmlichen Erdungslaschen. Sandstrahlen bietet eine nutzbringend vorbereitete Oberfläche für die Lackierung der Erdungslasche und trägt somit zu einem sicheren und zuverlässigen Korrosionsschutz bei.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Schienenfahrzeugs mit mehreren Erdungslaschen,
2-3 ein Ausführungsbeispiel einer Erdungslasche zum Einrichten einer Erdung eines Bauteils des Schienenfahrzeugs nach 1 in verschiedenen Ansichten,
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Erdungslasche zum Einrichten einer Erdung eines Bauteils des Schienenfahrzeugs, und
5 ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren zum Herstellen einer Erdungslasche für das Schienenfahrzeug.

Elemente gleicher oder gleichwirkender Konstruktion und Funktion sind figurenübergreifend mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Zeichnungen sind grundsätzlich nicht maßstabsgerecht. Zur besseren Veranschaulichung können einzelne Bestandteile der dargestellten Gegenstände im Vergleich zu den anderen Bestandteilen beispielsweise übertrieben groß dargestellt sein. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind gegebenenfalls nicht alle Elemente in sämtlichen Figuren mit zugehörigen Bezugszeichen gekennzeichnet.
1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht ein Schienenfahrzeug 1 mit einen Dach 3, an dem mehrere Erdungslaschen 10 angeordnet sind. Wie nachfolgend anhand der 2 bis 5 erläutert wird, ermöglicht die spezielle Ausgestaltung der Erdungslasche 10 ein Einrichten einer sicheren und zuverlässigen Erdung und weist eine hohe Beständigkeit gegen Korrosion auf.
Die 2 und 3 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erdungslasche 10 in verschiedenen Ansichten. Die Erdungslasche 10 ist zum Einrichten einer Erdung für ein Bauteil ausgebildet und umfasst einen Körper 11, der Edelstahl aufweist oder aus Edelstahl besteht, einen Sockel 13, der Aluminium aufweist oder aus Aluminium besteht und eine Zwischenschicht 12, die Titan aufweist oder aus Titan besteht. Die Zwischenschicht 12 ist zwischen dem Körper 11 und dem Sockel 13 angeordnet und mittels Schweißen stoffschlüssig mit dem Körper 11 und stoffschlüssig mit dem Sockel 13 verbunden. Die Zwischenschicht 12 koppelt somit den Sockel 13 stoffschlüssig mit dem Körper 11 und bildet somit die Erdungslasche 10 aus.
Gemäß dem illustrierten Ausführungsbeispiel weisen der Körper 11, die Zwischenschicht 12 und der Sockel 13 jeweils eine Quaderform auf, die hinsichtlich einer Breite B und einer Dicke, Stärke oder Tiefe T bündig aufeinander abgestimmt ausgebildet sind. Zum Beispiel weist die Erdungslasche 10 eine Breite B mit einem Wert im Bereich von einschließlich 40 - 60 mm auf. Die Stärke oder Tiefe T weist zum Beispiel einen Wert im Bereich von 7 mm - 20 mm auf. Die Höhen der jeweiligen Elemente sind aber unterschiedlich ausgestaltet. Der Körper 11 weist zum Beispiel eine Höhe H₁₁ von 45 mm auf, während der Sockel 13 beispielsweise eine Höhe H₁₃ von 10 mm aufweist. Eine Dicke oder Höhe H₁₂ der Titan-Zwischenschicht 12 ist beispielsweise mit 1 mm gegeben. Ein Querschnitt der Erdungslasche 10 ist entscheidend für die Ableitung eines maximalen Kurzschlussstromes und ist daher in Abstimmung auf die vorgesehene Anwendung ausgebildet. Dabei bezieht sich der Querschnitt auf eine Ebene, die im Wesentlichen parallel zu einer Haupterstreckungsebene der Zwischenschicht 12 orientiert ist.
Ferner sind geometrische Vorgaben an die jeweiligen Elemente in Bezug auf eine Prozessfähigkeit beim Herstellen und zum Ausbilden eines Erdungsanschlusses gegeben. Die Erdungslasche sollte mit einer Stärke bzw. Tiefe T von mindestens 6 mm, vorzugsweise 7 mm ausgebildet werden, um eine nutzbringende Weiterverarbeitung und eine zuverlässige Funktionsfähigkeit bereitzustellen. Unter anderem kann somit zu einem einfachen Anbringen der Erdungslasche an einem zu erdenden Bauteil beigetragen werden, sodass ein Verschweißen ohne Vorwärmen möglich ist.
Die Erdungslasche 10 weist ferner eine Anschlussöffnung 15 auf, die sich als Durchgangsbohrung ausgebildet durch den Körper 11 erstreckt. Die Anschlussöffnung 15 weist zum Beispiel einen Durchmesser D von 10,5 mm auf und ist in etwa mittig in Bezug auf den Körper 11 angeordnet. Bezogen auf ein freies Ende des Körpers 11, welches dem Sockel 13 abgewandt ist, ist ein Mittelpunkt der Anschlussöffnung 15 zum Beispiel 20 mm von der oberen Kante entfernt angeordnet. Entsprechend ist der Mittelpunkt der Anschlussöffnung 15 25 mm von der Grenzfläche zwischen Titan-Zwischenschicht 12 und dem Edelstahl-Körper 11 entfernt, die dem Sockel 13 zugewandt ist. Eine seitliche Positionierung des Mittelpunkts der Anschlussöffnung 15 kann mittig an dem Körper 11 vorgesehen sein, d. h. bei 20 mm Entfernung zum jeweiligen seitlichen Randbereich.
Die Anschlussöffnung 15 dient dem Anbinden eines Kabelschuhs und eines Erdungskabels, um einen Erdungsanschluss auszubilden. Die Anschlussöffnung 15 und die Erdungslasche 10 sind daher insbesondere in Abstimmung auf einen anzubringenden Kabelschuh ausgebildet. In einer alternativen Ausgestaltung der Erdungslasche 10 kann diese auch zwei oder mehr Anschlussöffnungen aufweisen (s. 3).
3 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erdungslasche 10 mit einem Doppelloch in Form von zwei Anschlussöffnungen 15, die ein Anbringen eines Kabelschuhs und ein Ausbilden eines Erdungsanschlusses ermöglichen. Eine solche Ausgestaltung der Erdungslasche 10 ermöglicht auch eine kontrollierte Führung eines Rückstroms, welcher beispielsweise über einen Aluminium-Wagenkasten und ein Drehgestell des Schienenfahrzeugs 1 ins Erdreich abgeleitet werden kann.
Ferner weist die Erdungslasche 10 eine Lackschicht 16 auf, die an dem Sockel 13 angeordnet ist und sich über die Zwischenschicht 12 hinaus bis auf den Edelstahl-Körper 11 erstreckt. Beispielsweise werden 5 mm des Edelstahl-Körpers 11 mitlackiert, sodass bei einer Höhe H₁₁ von 45 mm noch 40 mm des Edelstahl-Körpers 11 lackfrei verbleiben.
Außerdem weist die Erdungslasche 10 eine Schutzkappe 18 auf, die als Abdeckung auf den Edelstahl-Körper 11 aufgesteckt ist und diesen umschließt. Die Schutzkappe 18 kann insbesondere einen Schutz vor einem Sandstrahlen der Erdungslasche 10 ausbilden. Die Schutzkappe 18 stellt dann sicher, dass der Bereich der Erdungslasche 10, welcher lackiert werden soll, sandgestrahlt wird und eine für das Anheften der Lackierschicht 16 nutzbringende Oberfläche aufweist.
5 zeigt schematisch ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren zum Herstellen der Erdungslasche 10 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform. In einem Schritt S1 können in Form von jeweiligen Blechen Rohkörper für den auszubildenden Edelstahl-Körper 11, die Titan-Zwischenschicht 12 und den Aluminium-Sockel 13 bereitgestellt und gegebenenfalls gereinigt werden.
In einem weiteren Schritt S3 werden die Rohkörper aufeinander angeordnet, sodass die Titan-Zwischenschicht 12 zwischen dem Körper 11 und dem Sockel 13 angeordnet ist und diese auf gegenüberliegenden Seiten kontaktiert.
In einem weiteren Schritt S5 werden die Rohkörper mittels Schweißen zusammengefügt, sodass die Zwischenschicht 12 stoffschlüssig mit dem Körper 11 und stoffschlüssig mit dem Sockel 13 verbunden ist und die Erdungslasche 10 ausgebildet wird. Das Schweißen erfolgt dabei vorzugsweise mittels Explosionsschweißen, wobei der Sprengstoff auf das oberste Blech des Blechpaketes auf der gesamten Fläche aufgebracht wird. Das Blechpaket wird dabei vorzugsweise in einen Holzrahmen gefasst und zuverlässig positioniert. Der Sprengstoff wird somit an oder auf dem Körper 11 oder dem Sockel 13 angeordnet und nachfolgend kontrolliert gesprengt. Auf diese Weise werden die nicht schmelzschweißfähigen Materialien durch Explosion miteinander verbunden und gefügt.
In einem weiteren Schritt S7 kann ein Richten, ein Zuschneiden und/oder Trowalisieren der gefügten Materialien erfolgen. Dies kann ein Gleitschleifen oder ein Glasperlenstrahlen oder eine ähnliche oberflächenveredelnde Methode umfassen. Außerdem kann eine oder mehrere Anschlussöffnungen 15 mittels Bohren in den Edelstahl-Körper 11 der Erdungslasche 10 eingebracht werden. Optional kann ferner die Schutzkappe 18 auf den Körper 11 aufgesetzt, die Erdungslasche 10 daraufhin sandgestrahlt und nachfolgend der Alu-Sockel inkl. ca. 5 mm Edelstahlkörper lackiert werden, um an dem Sockel die Lackschicht 16 auszubilden, welche die stoffschlüssigen Verbindungen umschließt.
Mittels des beschriebenen Aufbaus ist eine beschichtungsfreie Erdungslasche 10 realisierbar, welche kostengünstig herstellbar ist und das Einrichten einer sicheren und zuverlässigen Erdung eines Bauteils für das Schienenfahrzeug 1 ermöglicht sowie einen zuverlässigen und erhöhten Korrosionsschutz aufweist. Aufgrund der beschriebenen Materialkombination und der stoffschlüssigen Verbindungen kann die Erdungslasche 10 frei von Zinn ausgestaltet werden, das bei konventionellen Erdungslaschen aufgrund seiner Materialeigenschaften eine Schwachstelle hinsichtlich Beschädigungen und Kratzern darstellt. Die beschriebene Erdungslasche 10 kann daher ohne einen Zinnmantel angefertigt werden und weist eine hohe Beständigkeit gegen äußere Einflüsse auf.
Bezugszeichenliste

1: Schienenfahrzeug
3: Dach des Schienenfahrzeugs
10: Vorrichtung
11: Körper
12: Zwischenschicht
13: Sockel
15: Anschlussöffnung
16: Lackschicht
B: Breite der Erdungslasche
D: Durchmesser der Anschlussöffnung
H₁₁: Höhe des Körpers
H₁₂: Höhe der Zwischenschicht
H₁₃: Höhe des Sockels
T: Tiefe der Erdungslasche

Claims

Erdungslasche (10) zum Einrichten einer Erdung für ein Bauteil, umfassend: - einen Körper (11), der Edelstahl aufweist, - einen Sockel (13), der Aluminium aufweist und der mit dem Körper (11) gekoppelt ist, und - eine Zwischenschicht (12), die Titan aufweist und die zwischen dem Körper (11) und dem Sockel (13) angeordnet ist und mittels Schweißen stoffschlüssig mit dem Körper (11) und stoffschlüssig mit dem Sockel (13) verbunden ist.
Erdungslasche (10) nach Anspruch 1, bei der Körper (11) aus Edelstahl besteht, der Sockel (13) aus Aluminium besteht und die Zwischenschicht (12) aus Titan besteht.
Erdungslasche (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei der die stoffschlüssigen Verbindungen mittels Explosionsschweißen ausgebildet sind.
Erdungslasche (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei der die stoffschlüssigen Verbindungen mittels Diffusionsschweißen oder mittels elektromagnetischem Pulsschweißen ausgebildet sind.
Erdungslasche (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Zwischenschicht (12) bezogen auf eine Erstreckungsrichtung von dem Körper (11) in Richtung des Sockels (13) eine Dicke von mindestens 0,5 mm aufweist.
Erdungslasche (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend eine Anschlussöffnung (15) zum Anbringen eines Kabelschuhs, die sich durch den Körper (11) hindurch erstreckt.
Erdungslasche (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend: eine Lackschicht (16), die an dem Sockel (13) angeordnet ist und die eine freiliegende Oberfläche der stoffschlüssigen Verbindungen überdeckt.
Erdungslasche (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend eine Schutzkappe (18), die an dem Körper (11) angeordnet ist und die eine freie Oberfläche des Körpers (11) umschließt.
Schienenfahrzeug (1), umfassend: eine Erdungslasche (10) zum Einrichten einer Erdung für ein Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, die mit einem Bauteil des Schienenfahrzeugs (1) gekoppelt ist.
Verfahren zum Herstellen einer Erdungslasche (10), umfassend: - Bereitstellen eines Körpers (11), der Edelstahl aufweist, - Bereitstellen eines Sockels (13), der Aluminium aufweist, - Bereitstellen einer Zwischenschicht (12), die Titan aufweist, - Anordnen der Zwischenschicht (12) zwischen dem Körper (11) und dem Sockel (13), sodass die Zwischenschicht (12) einerseits den Körper (11) und andererseits den Sockel (13) kontaktiert, und - Zusammenfügen des Körpers (11), der Zwischenschicht (12) und des Sockels (13) mittels Schweißen, sodass die Zwischenschicht (12) stoffschlüssig mit dem Körper (11) und stoffschlüssig mit dem Sockel (13) verbunden ist, und dadurch Ausbilden der Erdungslasche (10).
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Zusammenfügen des Körpers (11), der Zwischenschicht (12) und des Sockels (13) mittels Schweißen umfasst: - Aufbringen eines Sprengstoffes an oder auf dem Körper (11) und/oder dem Sockel (13), und - Sprengen des aufgebrachten Sprengstoffes und dadurch Ausbilden der stoffschlüssigen Verbindungen mittels Explosionsschweißen.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, umfassend: Einbringen einer Anschlussöffnung (15) in den Körper (11) mittels Bohren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, umfassend: - Aufsetzen einer Schutzkappe (18) auf ein freies Ende des Körpers (11), sodass die Schutzkappe (18) den Körper (11) umschließt, - Sandstrahlen der Erdungslasche (10), und - Ausbilden einer Lackschicht (16) an dem Sockel (13), sodass die Lackschicht (16) die stoffschlüssigen Verbindungen umschließt.