DE102022210227A1

DE102022210227A1 - Wagenkasten in Teildifferentialbauweise

Info

Publication number: DE102022210227A1
Application number: DE102022210227.4A
Authority: DE
Inventors: Daniel Kuhn
Original assignee: Siemens Mobility GmbH
Current assignee: Siemens Mobility GmbH
Priority date: 2022-09-27
Filing date: 2022-09-27
Publication date: 2024-03-28
Also published as: EP4344975A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wagenkasten 10 in Teildifferentialbauweise, insbesondere eines Schienenfahrzeugs 1, umfassend zumindest ein Integralbauteil 200, umfassend einen zumindest einen einschaligen Bereich 210 und zumindest einen zweischaligen Bereich 220, wobei der Wagenkasten 10 in Teildifferentialbauweise ausgebildet ist und zumindest ein Differentialbauteil 100 aufweist, das durch zumindest eine erste Verbindung 302 mit dem einschaligen Bereich 210 verbunden ist und durch zumindest eine zweite Verbindung 304 mit dem zweischaligen Bereich 220 verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wagenkasten in Teildifferentialbauweise, insbesondere eines Schienenfahrzeugs.
Bei Aluminiumrohbauten von Wagenkästen von Schienenfahrzeugen wird heute üblicherweise die Integralbauweise eingesetzt, da diese in der Regel in der Fertigung aufgrund der geringeren Teilezahl und der damit verbundenen geringeren Anzahl von Fügeverbindungen gegenüber der Differentialbauweise Kostenvorteile aufweist, insbesondere dann, wenn das Handling und Fügen überwiegend maschinell erfolgt.
Die Integralbauweise hat jedoch den Nachteil, dass sie üblicherweise gegenüber der Differentialbauweise zu einem höheren Gewicht der Strukturen führt. Dies ist darin begründet, dass bei der Integralbauweise die Aluminium-Hohlkammerprofile nach den lokal höchsten Auslastungen dimensioniert werden und sich diese Wandstärken bauartbedingt über die gesamte Bauteillänge erstrecken. Damit entsteht in den Bereichen geringerer Belastung eine Überdimensionierung und somit ein vergleichsweise ineffizienter Materialeinsatz. Überdies ist die Integralbauweise hinsichtlich der Leichtbaupotentiale über Jahrzehnte immer weiter optimiert worden. Inzwischen sind diese Potentiale weitgehend ausgereizt, da eine weitere Reduzierung der Wandstärken an die Grenzen der Machbarkeit bei der Profilherstellung stößt.
Eine in den meisten Fällen leichtere Bauweise von Aluminiumrohbauten wurde in der Vergangenheit durch eine Differentialbauweise realisiert, welche bei Stahlrohbauten Standard ist und auch in den ersten Generationen von Aluminium-Rohbauten standardmäßig eingesetzt wurde, bis sie in den meisten Schienenfahrzeugen durch die Integralbauweise ersetzt wurde. In Fahrzeugen mit besonders hohen Anforderungen an den Leichtbau kann die Differentialbauweise auch heute eine Alternative sein, wobei üblicherweise einschalige Strukturen mit angefügten Verstärkungen versehen werden. Dabei werden Verstärkende Bauteile, wie Spanten und/oder Stringer in festgelegten Rastern auf die einschalige Struktur des Wagenkastens aufgebracht, um die Struktur zu versteifen.
Eine bei Aluminiumrohbauten in Profilbauweise mögliche Ausprägung ist eine Teil-Differentialbauweise, bei welcher die längslaufenden Strukturen aus einschaligen Strangpressprofilen gefügt werden, was die Möglichkeit ergibt, an diese Strangpressprofile bereits Versteifungen, wie Stringer, mit anzupressen, wodurch diese nicht durch zusätzliche Fügeoperationen angebunden werden müssen.
Ausgehend davon liegt dem Gegenstand des Anspruchs 1 die Aufgabe zugrunde einen Wagenkasten in Teildifferentialbauweise bereitzustellen, der ohne Steifigkeitsverlust ein geringes Gewicht aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß wird ein Wagenkasten in Teildifferentialbauweise bereitgestellt, umfassend zumindest ein Integralbauteil, das zumindest einen einschaligen Bereich und zumindest einen zweischaligen Bereich aufweist. Der Wagenkasten weist zumindest ein Differentialbauteil auf, das durch zumindest eine erste Verbindung mit dem einschaligen Bereich verbunden ist und durch zumindest eine zweite Verbindung mit dem zweischaligen Bereich verbunden ist.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird eine kraftflussgerechte Anordnung geschaffen.
Mit dem zumindest einen Integralbauteil verbundene Differentialbauteile dienen als Verstärkungen, oder Versteifungen (z.B. Spanten) und werden erfindungsgemäß optional auf zwei Ebenen angebunden. Eine erste Ebene ist dabei die Innenseite der einschaligen Außenhaut, eine zweite Ebene ist die Oberseite der zweischaligen Teilbereiche des zumindest einen Integralbauteils.
Der erfindungsgemäße Wagenkasten sowie dessen Integralbauteile mit zweischaligen Bereichen und einschaligen Bereichen haben folgende Vorteile gegenüber bekannten Integralbauteilen mit vollständig einschaligen Bereichen, die maximal mit angepressten Stringern versehen sind.
Die Steifigkeit kann im Bereich hoher Verformungen der Integralbauteile durch lokale zweischalige Bereiche einfach und kosteneffizient deutlich erhöht werden, wodurch die Anzahl und/oder die Masse zu fügender Differentialbauteile, die als Versteifungselemente wirken, reduziert werden kann.
Integralbauteile mit zweischaligen längslaufenden (Teil-)bereichen führen im Vergleich zu einfachen längslaufenden Stringern zu einer höheren Steifigkeit, was in besonders biegebeanspruchten Bereichen zu Vorteilen führt, wie zum Beispiel in einer Seitenwand über und unter den Fensterdurchbrüchen.
Im Bereich der zweischaligen Strukturen können vergleichsweise hohe Lasten in den Wagenkasten eingeleitet werden (z.B. von Anbauteilen). So kann zum Beispiel im unteren Bereich einer Seitenwand das Integralbauteil zweischalig ausgebildet werden, während der obere Teil des nur teilweise zweischaligen als Seitenwand ausgebildeten Integralbauteils bereits in den einschaligen Bereich des Integralbauteils der Seitenwand übergeht.
Die lokalen zweischaligen Bereiche an den Längsseiten der Integralbauteile ermöglichen es, eine zweischalige und damit eine steife und feste Anbindung an die angrenzenden Rohbaustrukturen zu schaffen, die aufgrund ihrer hohen Steifigkeit idealerweise auch bei der Teildifferentialbauweise als Hohlkammerprofile ausgeführt werden. Diese tragen nennenswert zur Gesamtsteifigkeit des Wagenkastens bei.
Die lokalen zweischaligen Bereiche schaffen eine zweite Ebene, auf der die Differentialbauteile als lokale Verstärkungen (z.B. Spanten) ebenfalls angebunden werden können, wodurch die Steifigkeit des teildifferentialen Wagenkastens und seiner Baugruppen deutlich erhöht wird.
Somit wird der weiche Übergang zwischen ein- und zweischaligen Bereichen gestützt und eine „Gelenkwirkung“ vermieden. Da die Differentialbauteile auf beiden Ebenen vor dem Fügen aufgelegt werden und nicht zwischen den Hohlkammerbereichen eingepasst werden müssen, ist ein Toleranzausgleich gegeben.
Bei dem Wagenkasten kann es sich vorzugsweise um den Wagenkasten eines Schienenfahrzeugs handeln.
In vorteilhafter Weiterbildung des Wagenkastens kann vorgesehen sein, dass das zumindest eine Differentialbauteil zumindest einen ersten Bereich und zumindest einen zweiten Bereich aufweist und wobei der zumindest eine erste Bereich und der zumindest eine zweite Bereich in einer Längenrichtung des zumindest einen Differentialbauteils hintereinander angeordnet sind.
Vorzugsweise weist der zumindest eine erste Bereich einen ersten Anbindungsbereich zur Ausbildung der ersten Verbindung auf, und ferner vorzugsweise weist der zumindest eine zweite Bereich einen zweiten Anbindungsbereich zur Ausbildung der zweiten Verbindung auf.
Vorzugsweise sind der erste Anbindungsbereich und der zweite Anbindungsbereich in gleicher Richtung ausgerichtet.
Ferner kann in Weiterbildung des Wagenkastens vorgesehen sein, dass der erste Anbindungsbereich in einer ersten in Höhenrichtung des zumindest einen Differentialbauteils angeordneten Ebene angeordnet ist und der zweite Anbindungsbereich in einer zweiten in Höhenrichtung des zumindest einen Differentialbauteils angeordneten Ebene angeordnet ist.
Vorzugsweise sind die erste Ebene und zweite Ebene in Höhenrichtung des Differentialbauteils parallel angeordnet. Der zweite Bereich weist gegenüber der ersten Höhe des ersten Bereichs eine in Höhenrichtung reduzierte zweite Höhe auf.
In vorteilhafter Ausgestaltung des Wagenkastens kann vorgesehen sein, dass das zumindest eine Differentialbauteil zumindest eine erste Ausnehmung und zumindest eine zweite Ausnehmung aufweist, die derart angeordnet sind, dass das zumindest eine Differentialbauteil in seiner Längenrichtung gegenüber dem Integralbauteil vor Ausbildung der zumindest einen ersten Verbindung und der zumindest einen zweiten Verbindung zum Toleranzausgleich verschiebbar ist.
Hierdurch wird ein Differentialbauteil geschaffen, das vor Ausbildung der zumindest einen ersten Verbindung und der zumindest einen zweiten Verbindung einen Schiebesitz aufweist.
An den Längsseiten der Integralbauteile sind weiterhin Schiebesitze zum Toleranzausgleich der einzelnen Baugruppen (Integralbauteile wie Seitenwände, Dachbereich, Dachvoute, Untergestell, Übergangsbereich, usw.) des Wagenkastens ausgebildet.
Ferner kann vorgesehen sein, dass der einschalige Bereich des Integralbauteils zumindest einen in Längsrichtung verlaufenden Stringer aufweist und das zumindest eine Differentialbauteil im Bereich des Stringers die zweite Ausnehmung aufweist.
Durch das Vorsehen von zumindest einen in Längsrichtung verlaufenden Stringer wird das Integralbauteil zusätzlich verstärkt. Das zumindest eine Differentialbauteil weist entsprechende Ausnehmungen auf, sodass der Stringer über die Länge des Integralbauteils in Längenrichtung des Integralbauteils durchgängig ausgebildet sein kann.
Es kann in Weiterbildung des Wagenkastens vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl an Differentialbauteilen an einer Wandung des Wagenkastens ausgebildet sind.
Eine Wandung des Wagenkastens im Sinne der Verbindung ist dabei eine Seitenwand, eine Dachwand, ein Untergestell, sowie weitere in Längsrichtung des Wagenkastens verlaufende Wandungen.
Ferner kann eine Wandung eine quer zur Längsrichtung des Wagenkastens ausgebildete Wandung sein, wie bspw. eine Vorderwand, eine Hinterwand oder eine Zwischenwand.
Es kann vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl an Differentialbauteilen parallel zueinander angeordnet ist.
In Ausgestaltung kann der Wagenkasten zudem vorsehen, dass eine Mehrzahl an Differentialbauteilen im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse des Wagenkastens angeordnet sind und Richtung der Längsachse des Wagenkastens voneinander beabstandet angeordnet sind.
Es kann vorgesehen sein, dass der Abstand zwischen zwei in Längsachse benachbarten Differentialbauteilen konstant ist. Hierdurch wird ein einfacher, aber robuster Weg zur Positionierung der Differentialbauteile angegeben. Eine solche äquidistante Anordnung hat den Vorteil, dass alle Bereiche ähnlich verstärkt sind und verschiedene Lastfälle oder Lastverteilungen durch einen Wagenkasten zuverlässig kompensiert werden können.
Ferner kann vorgesehen sein, dass ein Abstand zwischen zwei benachbarten Differentialbauteilen von Enden des Wagenkastens zur Mitte des Wagenkastens geringer wird. Die Abstände zwischen den Differentialbauteilen sind somit in den Bereichen größerer Verformung zur Mitte zunehmend geringer ausgebildet als in Bereichen geringerer Verformung. Hierdurch wird das Material der Differentialbauteile belastungsgerecht im Wagenkasten eingesetzt.
Es kann in Ausgestaltung des Wagenkastens vorgesehen sein, dass zumindest ein, vorzugsweise eine Mehrzahl an Differentialbauteilen in einem Winkel zwischen 15° und 75°, vorzugsweise in einem Winkel zwischen 35° und 55°, ferner vorzugsweise in einem Winkel von im Wesentlichem 45° zur Längenachse des Integralbauteils angeordnet sind.
Besonders gewichtseffizient können das zumindest eine/die Differentialbauteile eingesetzt werden, wenn diese kraftflussgerecht angeordnet werden, d.h., anders als üblich werden die Differentialbauteile nicht in einheitlichen Rastern in Form von quer zur Fahrzeuglängsrichtung verlaufenden Verstärkungen angeordnet, sondern kraftflussgerecht, also entlang der zuvor ermittelten Hauptlastpfade in den Strukturen, oder in den Bereichen hoher Verformungen unter Last. Auf diese Weise wird das Material exakt dort eingesetzt, wo hohe Belastungen, oder Verformungen zu erwarten sind.
Es kann zudem vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl an Differentialbauteilen im Bereich eines Fensters angeordnet sind und zur Versteifung des Wagenkastens im Bereich des Fensters dienen.
Hierdurch wird erreicht, dass rund um das Fenster der Wagenkasten kraftflussgerecht und/oder belastungsgerecht verstärkt wird.
In vorteilhafter Weiterbildung des Wagenkastens kann ferner vorgesehen sein, dass der Wagenkasten mehrere Integralbauteile aufweist, wobei zwei der Integralbauteile mittels einer Schweißnaht verbunden sind, die die einschaligen Bereiche der Integralbauteile miteinander verbindet.
Die Schweißnaht verläuft dabei in Längenrichtung des Integralbauteils.
Hierdurch wird erreicht, dass mittels einer einzelnen durchgängigen Schweißnaht im einschaligen Bereich zwei Integralbauteile miteinander verbindbar sind.
Durch die in den einschaligen Bereichen gelegten Profiltrennungen des Integralbauteile ist das Verschweißen der Integralbauteile als längslaufenden Profile in einer Lage, ohne Umspannen und weitere Schweißungen auf der Gegenseite möglich.
Ferner kann vorgesehen sein, dass der Wagenkasten mehrere Integralbauteile aufweist, wobei zwei der Integralbauteile jeweils im Bereich der zweischaligen Bereiche miteinander verbunden sind, wobei die Verbindung der zweischaligen Bereiche über Vollanschlüsse oder über Schiebesitze ausgebildet ist.
Hierdurch wird erreicht, dass die einzelnen Integralbauteile im zweischaligen Bereich sicher miteinander verbunden sind.
Ferner kann in Ausgestaltung des Wagenkastens vorgesehen sein, dass in den Differentialbauteilen Öffnungen ausgebildet sind, die derart ausgebildet sind, dass ein Schweißwerkzeug in diese eintauchen kann, um jeweils zumindest eine erste Verbindung mit dem einschaligen Bereich und zumindest eine zweite Verbindung mit dem zweischaligen Bereich auszubilden.
Durch diese Art der Anbindung, bei dem das Schweißwerkzeug durch die Öffnungen des Differentialbauteils taucht, entfällt die Notwendigkeit, das Differentialbauteil seitlich mit Flanschen auszustatten, mit denen das Differentialbauteil mit dem Integralbauteil verbunden werden kann. Als Schweißverfahren kommen Schmelzschweißverfahren, oder Reibrührschweißverfahren in Frage. Eine Möglichkeit ist es, die Differentialbauteile mit Punktschweißverfahren anzubinden. Dies kann bspw. durch Reibrührpunktschweißen oder Widerstandspunktschweißen geschehen.
Die Öffnungen können bspw. als Bohrungen ausgebildet sein.
Alternativ zum Verschweißen kann auch ein Verkleben in Frage kommen.
In Ausgestaltung kann der zumindest eine dritte Bereich des Differentialbauteils einen dritten Anbindungsbereich aufweisen zur Ausbildung zumindest einer dritten Verbindung. Die zumindest eine dritte Verbindung ist in dem Bereich von dem zumindest einen Stringer angeordnet und dient dazu das Differentialbauteil mit dem zumindest einen Stringer des Integralbauteils zu verbinden. Vorzugsweise ist der dritte Anbindungsbereich in einer dritten Ebene angeordnet. Die dritte Ebene kann dabei in Höhenrichtung in gleicher oder unterschiedlicher Höhe wie die zweite Ebene angeordnet sein.
In Ausgestaltung können ferner die von Sitzen des Schienenfahrzeugs in die Seitenwandstruktur eingeleiteten (hohen) Lasten über angepresste C-Schienen in den steifen zweischaligen Bereich eingeleitet werden, ohne diesen Seitenwandbereich durch zusätzlich anzufügende Verstärkungen ertüchtigen zu müssen.
Für die Anbindung von Komponenten, die geringere Lasten in die Rohbaustruktur einleiten, können die C-Schienen, oder andere Anbindungskonzepte, direkt an die einschaligen Bereiche angepresst werden.
Auch wenn dies vorstehend nicht ausdrücklich erwähnt ist, bezieht sich die vorstehende Offenbarung nicht nur auf einen Wagenkasten, sondern auch auf ein Schienenfahrzeug umfassend einen solchen Wagenkasten.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert werden.
Es zeigt:

1 in einer schematischen perspektivischen Darstellung eine Seitenwand eines erfindungsgemäßen Wagenkastens in Teildifferentialbauweise;
2 in einer schematischen perspektivischen vergrößerten Darstellung einen Teilbereich des erfindungsgemäßen Wagenkastens in Teildifferentialbauweise gemäß 1;
3 in einer schematischen perspektivischen Darstellung eine Seitenwand mit Untergestell und Übergangsbereich eines erfindungsgemäßen Wagenkastens in Teildifferentialbauweise;
4 in einer schematischen perspektivischen Darstellung eine Seitenwand mit Dachvoute und Dachwand eines erfindungsgemäßen Wagenkastens in Teildifferentialbauweise;
5 in einer schematischen Querschnittdarstellung einen Dachbereich mit Dachvoute eines erfindungsgemäßen Wagenkastens in Teildifferentialbauweise;
6 in einer schematischen perspektivischen Darstellung eine Seitenwand mit Fenstern eines erfindungsgemäßen Wagenkastens in Teildifferentialbauweise;
7a in einer schematischen Draufsicht eine Dachwand einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wagenkastens in Teildifferentialbauweise;
7b in einer schematischen Draufsicht eine Dachwand einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wagenkastens in Teildifferentialbauweise; und
8 in einer schematischen Schnittdarstellung einen Wagenkasten in Teildifferentialbauweise.

1 zeigt in einer schematischen perspektivischen Darstellung einen erfindungsgemäßen Wagenkasten 10 in Teildifferentialbauweise. Dieser ist vorzugsweise Teil eines Schienenfahrzeugs. Der Wagenkasten 10 umfasst zumindest ein Integralbauteil 200 und zumindest ein Differentialbauteil 100.
Das zumindest eine Integralbauteil 200 umfasst zumindest einen einschaligen Bereich 210 und zumindest einen zweischaligen Bereich 220.
Das zumindest eine Differentialbauteil 100 ist durch zumindest eine erste Verbindung 302 mit dem einschaligen Bereich 210 verbunden.
Ferner ist das zumindest eine Differentialbauteil 100 durch zumindest eine zweite Verbindung 304 mit dem zweischaligen Bereich 220 verbunden.
Der einschalige Bereich 210 bildet gemäß 1 die Außenhaut eines Rohbaus des Wagenkastens 10 aus.
Der zweischalige Bereich 220 bildet gemäß 1 die Außenhaut und zumindest abschnittsweise die Innenhaut des Rohbaus des Wagenkastens 10 aus.
Ferner ist vorgesehen, dass der einschalige Bereich 210 des Integralbauteils 200 zumindest einen in Längenrichtung L_I des Integralbauteils 200 verlaufenden Stringer 212 aufweist.
Das Differentialbauteil 100 ist wie in 1 dargestellt als Spant ausgebildet. Die dargestellte Geometrie des Querschnitts ist dabei lediglich beispielhaft und kann auch anders ausgestaltet sein.
Die Differentialbauteile 100 können im Bereich der Kreuzungspunkte mit den Stringern 212 ausgenommen werden, um eine Kollision zu vermeiden. So können die Stringer 212 ungestört über die Bauteillänge des Integralbauteils 200 durchlaufen. Alternativ ist auch die Unterbrechung der Stringer 212 im Bereich der Kreuzungspunkte mit den Differentialbauteilen 100 denkbar, wobei die Differentialbauteilen 100 ohne Ausnehmung durchlaufen.
In Ausgestaltung sind, umfasst der Wagenkasten 10 vorzugsweise, wie in 1 erkennbar, eine Mehrzahl an Differentialbauteilen 100, die an einer Wandung 12, 14 des Wagenkastens 100 ausgebildet sind.
Gemäß 1 ist eine Seitenwand 20 des Wagenkastens 10 dargestellt.
2 zeigt in einer schematischen perspektivischen vergrößerten Darstellung einen Teilbereich des erfindungsgemäßen Wagenkastens 10 in Teildifferentialbauweise gemäß 1.
Das zumindest eine Differentialbauteil 100 weist zumindest einen ersten Bereich 110 und zumindest einen zweiten Bereich 120.
Der zumindest eine erste Bereich 110 und der zumindest eine zweite Bereich 120 sind in einer Längenrichtung L des zumindest einen Differentialbauteils 100 hintereinander angeordnet.
Der zumindest eine erste Bereich 110 weist einen ersten Anbindungsbereich 112 zur Ausbildung der ersten Verbindung 302 auf.
Der zumindest eine zweite Bereich 120 weist einen zweiten Anbindungsbereich 122 zur Ausbildung der zweiten Verbindung 304 auf.
Der erste Anbindungsbereich 112 ist in einer ersten in Höhenrichtung H des zumindest einen Differentialbauteils 100 angeordneten Ebene E1 angeordnet.
Der zweite Anbindungsbereich 122 ist in einer zweiten in Höhenrichtung H des zumindest einen Differentialbauteils 100 angeordneten Ebene E2 angeordnet.
Das zumindest eine Differentialbauteil 100 weist, wie aus 2 zu erkennen ist, zumindest eine erste Ausnehmung 130 auf. Die erste Ausnehmung 130 ist im zweiten Bereich 120 des Differentialbauteils 100 angeordnet.
Das zumindest eine Differentialbauteil 100 weist ferner zumindest eine zweite Ausnehmung 140 auf. Die zumindest eine zweite Ausnehmung ist in einem dritten Bereich 150 des Differentialbauteils 100 angeordnet. Der dritte Bereich 150 des Differentialbauteils 100 ist in Längenrichtung L des zumindest einen Differentialbauteils 100 neben zumindest einem, vorzugsweise zwei, ersten Bereich(en) 110 des Differentialbauteils 100 angeordnet.
In Ausgestaltung kann der zumindest eine dritte Bereich 150 des Differentialbauteils 100 einen dritten Anbindungsbereich 116 aufweisen zur Ausbildung zumindest einer dritten Verbindung 306. Die zumindest eine dritte Verbindung 306 ist in dem Bereich von dem zumindest einen Stringer 212 angeordnet und dient dazu das Differentialbauteil 100 mit dem zumindest einen Stringer des Integralbauteils zu verbinden. Vorzugsweise ist der dritte Anbindungsbereich 116 in einer dritten Ebene E₃ angeordnet. Die dritte Ebene E₃ kann dabei in Höhenrichtung H in gleicher oder unterschiedlicher Höhe wie die zweite Ebene E₂ angeordnet sein.
Es kann aber auch vorgesehen sein, dass im Bereich des zumindest einen Stringers 212 zur Vermeidung von Doppelpassungen keine Verbindung zu dem Differentialbauteil 100 existiert.
Wie aus 2 ersichtlich, sind in den Differentialbauteilen 100 Öffnungen 102 ausgebildet. Die Öffnungen 102 sind derart ausgebildet, dass ein Schweißwerkzeug in diese eintauchen kann, um jeweils zumindest eine erste Verbindung 302 mit dem einschaligen Bereich 210) und/oder zumindest eine zweite Verbindung 304 mit dem zweischaligen Bereich 220 auszubilden.
3 zeigt in einer schematischen perspektivischen Darstellung eine Seitenwand 20 mit Untergestell 40 und Übergangsbereich 60 eines erfindungsgemäßen Wagenkastens 10 in Teildifferentialbauweise. Der in 3 gezeigte Wagenkasten 10 weist dabei die Merkmale der mit Bezug auf 1 und 2 beschriebenen Ausführungsform auf.
Der Wagenkasten 10 in Teildifferentialbauweise weist zumindest ein Integralbauteil 200 auf. Das Integralbauteil 200 weist in dem einschaligen Bereich 210 zumindest einen in Längenrichtung L_I des Integralbauteils 200 verlaufenden Stringer 212 auf.
Weiterhin weist das Integralbauteil 200 ferner in dem zweischaligen Bereich 212 zumindest einen in Längenrichtung L_I des Integralbauteils 200 verlaufenden Stringer 214 auf.
Dieser auf dem zweischaligen Bereich angeordnete Stringer 214 kann eine Aussparung 215 aufweisen, die derart unterbrochen ist, dass sich das Differentialbauteil 100 in die Aussparung 214 hinein und vorzugsweise dadurch hinweg erstreckt
Wie aus der 3 erkennbar ist, ist an dem zweischaligen Bereich 220 des Integralbauteils 200 einen Verbindungsbereich 222 angeordnet. Der Verbindungsbereich 222 erstreckt sich dabei vorzugsweise in vollständig über das gesamte Integralbauteil in Längsrichtung L_I des Integralbauteils 200.
Die Anbindung der Integralbauteile 200 als teildifferentiale Baugruppen an die angrenzenden Rohbaustrukturen wie die Dachvoute 50 (vgl. 4) oder den Übergangsbereich 60 (vgl. 3) kann aufgrund der zweischaligen Ausprägung im Verbindungsbereich 222 zweischalig erfolgen, entweder über Vollanschlüsse oder über Schiebesitze zwecks Toleranzausgleich.
Im Fall der 3 gezeigten Struktur des Wagenkastens 10 ist die zweischnittige Anbindung des Integralbauteil 200 - hier einer Seitenwand 20 an dem Übergangsbereich 60 - mittels lokaler zweischaliger Bereiche 220 realisiert.
4 zeigt in einer schematischen perspektivischen Darstellung eine Seitenwand 20 mit Dachvoute 50 und Dachwand 30 eines erfindungsgemäßen Wagenkastens 10 in Teildifferentialbauweise.
Wie aus Der 4 ersichtlich weist der Wagenkasten 10 mehrere Integralbauteile 200 auf. Zwei der Integralbauteile 200 sind mittels einer Schweißnaht 230 verbunden, die die einschaligen Bereiche 210 der Integralbauteile 200 miteinander verbindet.
Die Schweißnaht 230 ist dabei in einer Längenrichtung L des Integralbauteils 200 ausgebildet. Vorzugsweise ist die Schweißnaht 230, wie in 4 gezeigt parallel zu dem mindestens einen Stringer 212 ausgebildet.
Die Profiltrennungen der Integralbauteile 200 sind dabei, sofern möglich, so positioniert, dass sämtliche längslaufende Schweißnähte 230 in den einschaligen Bereichen 210 der Integralbauteile 200 liegen.
Im Fall der 4 gezeigten Struktur des Wagenkastens 10 ist die zweischnittige Anbindung des Integralbauteil 200 - hier einer Seitenwand 20 an der Dachvoute 50 - mittels lokaler zweischaliger Bereiche 220 realisiert.
5 zeigt in einer schematischen Querschnittdarstellung eine Dachwand 30 mit Dachvoute 50 eines erfindungsgemäßen Wagenkastens 10 in Teildifferentialbauweise. Die Dachwand 30 ist in diesem Fall als Integralbauteil 200 ausgebildet.
In den Bereichen hoher Lasteinleitungen durch an die Dachwand 30 angebundene Komponenten sind, gemäß 5, an der Dachwand 30 C-Schienen 34, Schwerlastschienen 32, oder vergleichbare Anbindungsmöglichkeiten mit angepresst.
Diese angepressten Befestigungsmöglichkeiten liegen bei hohen Lasten vorzugsweise auf den zweischaligen Bereichen 220, während die Anbindungsmöglichkeiten für geringere Lasteinleitungen auch direkt an die einschaligen Bereichen 210 angepresst werden können. 5 zeigt beispielsweise ein als Dachwand 30 ausgebildetes Integralbauteil 200 mit Schwerlastschiene 32 und C-Schienen 34 für unterschiedlich hohe einzuleitende Lasten. In 2 sind bspw. die C-Schienen 34 für die Einleitung der hohen Sitzlasten in die zweischaligen Bereiche 220 eines als teildifferentialen Seitenwand 20 ausgebildeten Integralbauteils 200 dargestellt.
6 zeigt in einer schematischen perspektivischen Darstellung eine Seitenwand 20 mit Fenstern 400 eines erfindungsgemäßen Wagenkastens 10 in Teildifferentialbauweise. Dabei kann der Wagenkasten gemäß 6 die Merkmale umfassen, die vorstehend in Bezug auf 1 bis 5 beschrieben wurden. Es sind dabei eine Mehrzahl an Differentialbauteilen 100 an einer Wandung 12, 14 des Wagenkastens 10 ausgebildet. Ferner sind die Mehrzahl an Differentialbauteilen 100 zumindest teilweise parallel zueinander angeordnet.
Das Integralbauteil 100 gemäß 6 ist als Seitenwand 20 ausgebildet. Die Seitenwand 20 weist eine Mehrzahl an Fenstern 400 auf. Zwischen den Fenstern 400 ist jeweils ein von oben nach unten verlaufendes Differentialbauteil 200 angeordnet, sodass beidseitig in Längenrichtung L_I des Integralbauteils 200 vor und hinter jedem Fenster 400 Differentialbauteile 100 angeordnet sind. Diese Differentialbauteil 200 erstrecken sich im Wesentlichen senkrecht zur Längenrichtung L_I des Integralbauteils 100.
Ferner weist der Wagenkasten gemäß 6 eine Mehrzahl an Differentialbauteilen 100 in einem Winkel zwischen 15° und 75°, vorzugsweise in einem Winkel zwischen 35° und 55°, ferner vorzugsweise in einem Winkel von im Wesentlichem 45° auf, die zur Längsachse des Wagenkastens 10 angeordnet sind.
Die Mehrzahl an Differentialbauteilen 100 ist im Bereich eines Fensters 400 derart angeordnet, dass diese zur Versteifung des Wagenkastens 10 im Bereich des Fensters dienen.
6 zeigt ein Beispiel einer kraftflussgerechten Anordnung der Differentialbauteile 100 im Wagenkasten 10.
7a zeigt in einer schematischen Draufsicht eine Dachwand 30 einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wagenkastens 10 in Teildifferentialbauweise. Die Dachwand 30 ist dabei als Integralbauteil 100 ausgebildet. Das Integralbauteil 100 / der Wagenkasten 10 ist dabei wie bspw. wie vorstehend zu den 1 bis 6 ausgebildet
Wie aus der 7a erkennbar, sind eine Mehrzahl an Differentialbauteilen 100 an einer Wandung - hier der Dachwand - des Wagenkastens 100 ausgebildet.
Die Mehrzahl an Differentialbauteilen 100 ist im Wesentlichen senkrecht zu einer Längenrichtung L_I Integralbauteils 200 des Wagenkastens 10 angeordnet und sind Richtung der Längenrichtung L_I voneinander beabstandet angeordnet. Die Längenrichtung L_I des Integralbauteils 200 entspricht dabei im Wesentlichen einer Längsachsrichtung des Wagenkastens.
Die Mehrzahl an Differentialbauteilen 100 ist dabei parallel zueinander angeordnet.
Weiterhin sind die einzelnen Differentialbauteile 100 äquidistant in Längenrichtung L_I angeordnet des Integralbauteils 200 angeordnet. Der Abstand A zwischen zwei in Längenrichtung benachbarten Differentialbauteilen 100 ist somit konstant.
7b zeigt in einer schematischen Draufsicht eine Dachwand 30 einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wagenkastens 10 in Teildifferentialbauweise. Diese zweite Ausführungsform der Dachwand 30 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform der Dachwand 30 gemäß 7a dadurch, dass ein Abstand A zwischen zwei benachbarten Differentialbauteilen 100 von den Enden 12, 14 des Wagenkastens 10 zur Mitte M des Wagenkastens 10 geringer wird.
Die Abstände A zwischen den Differentialbauteilen 100 sind somit in den Bereichen größerer Verformung zur Mitte M zunehmend geringer ausgebildet als in Bereichen geringerer Verformung.
8 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung ein Differentialbauteil 100 und ein Integralbauteil 200 eines Wagenkasten 10 in Teildifferentialbauweise.
Das zumindest eine Differentialbauteil 100 weist ferner, wie aus 8 zu erkennen ist, zumindest eine erste Ausnehmung 130 und zumindest eine zweite Ausnehmung 140 auf.
Die erste Ausnehmung 130 ist im zweiten Bereich 120 des Differentialbauteils 100 angeordnet. Die zumindest eine zweite Ausnehmung 140 ist in einem dritten Bereich 150 des Differentialbauteils 100 angeordnet.
Die zumindest eine erste Ausnehmung 130 und zumindest eine zweite Ausnehmung 140 sind derart angeordnet, dass das zumindest eine Differentialbauteil 100 in seiner Längenrichtung L_D gegenüber dem Integralbauteil 200 vor Ausbildung der zumindest einen ersten Verbindung 302 und der zumindest einen zweiten Verbindung 304 zum Toleranzausgleich verschiebbar ist.
Die erste Ausnehmung 130 kann dabei angeschrägt ausgebildet sein, sodass diese sich an einen angeschrägten zweischaligen Bereich 220 anschließt.
Die zweite Ausnehmung 140 ist derart groß ausgebildet, dass diese eine größerer Breite als der Stringer 212 aufweist.
Die erste Ausnehmung 130 und die zweite Ausnehmung 140 sind dabei derart ausgebildet, dass ein Spielraum zwischen Differentialbauteil 100 und Integralbauteil 200 in Längenrichtung L_D des Differentialbauteils 200 ausgebildet ist.

Claims

Wagenkasten (10), insbesondere eines Schienenfahrzeugs (1), umfassend zumindest ein Integralbauteil (200), umfassend einen zumindest einen einschaligen Bereich (210) und zumindest einen zweischaligen Bereich (220), dadurch gekennzeichnet, dass der Wagenkasten (10) in Teildifferentialbauweise ausgebildet ist und zumindest ein Differentialbauteil (100) aufweist, das durch zumindest eine erste Verbindung (302) mit dem einschaligen Bereich (210) verbunden ist und durch zumindest eine zweite Verbindung (304) mit dem zweischaligen Bereich (220) verbunden ist.
Wagenkasten (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Differentialbauteil (100) zumindest einen ersten Bereich (110) und zumindest einen zweiten Bereich (120)aufweist, und wobei der zumindest eine erste Bereich (110) und der zumindest eine zweite Bereich (120) in einer Längenrichtung (L) des zumindest einen Differentialbauteils (100) hintereinander angeordnet sind, wobei der zumindest eine erste Bereich (110) einen ersten Anbindungsbereich (112) zur Ausbildung der ersten Verbindung (302) aufweist, und wobei der zumindest eine zweite Bereich (120) einen zweiten Anbindungsbereich (122) zur Ausbildung der zweiten Verbindung (304) aufweist.
Wagenkasten (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Anbindungsbereich (112) in einer ersten in Höhenrichtung (H) des zumindest einen Differentialbauteils (100) angeordneten Ebene (E₁) angeordnet ist und der zweite Anbindungsbereich (122) in einer zweiten in Höhenrichtung (H) des zumindest einen Differentialbauteils (100) angeordneten Ebene (E₂) angeordnet ist.
Wagenkasten (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Differentialbauteil (100) zumindest eine erste Ausnehmung (130) und zumindest eine zweite Ausnehmung (140) aufweist, die derart angeordnet sind, dass das zumindest eine Differentialbauteil (100) in seiner Längenrichtung (L) gegenüber dem Integralbauteil (200) vor Ausbildung der zumindest einen erste Verbindung (302) und der zumindest einen zweiten Verbindung (304) zum Toleranzausgleich verschiebbar ist.
Wagenkasten (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der einschalige Bereich (210) des Integralbauteils (200) zumindest einen in Längsrichtung (L) verlaufenden Stringer (212) aufweist und das zumindest eine Differentialbauteil (100) im Bereich des Stringers (212) die zweite Ausnehmung (140) aufweist.
Wagenkasten (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl an Differentialbauteilen (100) an einer Wandung (20, 40, 50) des Wagenkastens (100) ausgebildet sind.
Wagenkasten (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl an Differentialbauteilen (100) parallel zueinander angeordnet ist.
Wagenkasten (10) nach Anspruch 6 oder 7 dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl an Differentialbauteilen (100) im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse (Y) des Wagenkastens (10) angeordnet sind und Richtung der Längsachse (Y) des Wagenkastens (10) voneinander beabstandet angeordnet sind, wobei der Abstand (A) zwischen zwei in Längsachse (A) benachbarten Differentialbauteilen (100) konstant ist, und/oder wobei ein Abstand (A) zwischen zwei benachbarten Differentialbauteilen (100) von den Enden (12, 14) des Wagenkastens (10) zur Mitte (M) des Wagenkastens (10) geringer wird.
Wagenkasten (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl an Differentialbauteilen (100) in einem Winkel zwischen 15° und 75°, vorzugsweise in einem Winkel zwischen 35° und 55°, ferner vorzugsweise in einem Winkel von im Wesentlichem 45° zur Längsachse des Wagenkastens (10) angeordnet sind.
Wagenkasten (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl an Differentialbauteilen (100) im Bereich eines Fensters (400) angeordnet sind und zur Versteifung des Wagenkastens (10) im Bereich des Fensters dienen.
Wagenkasten (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wagenkasten (10) mehrere Integralbauteile (200) aufweist, wobei zwei der Integralbauteile (200) mittels einer Schweißnaht (230) verbunden sind, die die einschaligen Bereiche (210) der Integralbauteile (200) miteinander verbindet.
Wagenkasten (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wagenkasten (10) mehrere Integralbauteile (200) aufweist, wobei zwei der Integralbauteile (200) jeweils im Bereich der zweischaligen Bereiche (220) miteinander verbunden sind, wobei die Verbindung der zweischaligen Bereiche (220) über Vollanschlüsse oder über Schiebesitze ausgebildet ist.
Wagenkasten (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Differentialbauteilen (100) Öffnungen (150) ausgebildet sind, die derart ausgebildet sind, dass ein Schweißwerkzeug in diese eintauchen kann, um jeweils zumindest eine erste Verbindung (302) mit dem einschaligen Bereich (210) und zumindest eine zweite Verbindung (304) mit dem zweischaligen Bereich (220) auszubilden.