DE10341323B4

DE10341323B4 - Verbindung der Stirnseiten von zwei Hohlprofilen oder geschweißten Kastenprofilträgern (Verbindung 3-schnittig)

Info

Publication number: DE10341323B4
Application number: DE2003141323
Authority: DE
Inventors: Stefan Wanczura
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-09-08
Filing date: 2003-09-08
Publication date: 2005-07-14
Anticipated expiration: 2023-09-09
Also published as: DE10341323A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine feste und wiederlösbare Verbindung der Stirnseiten von zwei Hohlprofilen (1, 2) oder Kastenprofilträgern mit gleicher Querschnittsform, gleichen Abmessungen und gleicher Lage der Biegeachsen, wobei diese Verbindung drei Scherflächen aufweist. An jeder Stirnseite (7, 10) der zu verbindenden Hohlprofile (1, 2) ist ein formsteifes Endstück (8, 9) vorgesehen, das zum gegenüberliegenden Endstück jeweils kongruente Flächenabschnitte (13, 14) aufweist. Konzentrisch um die Längsachse (22) erstreckt sich eine durchgehende zylindrische Bohrung (32) durch beide Formstücke (8, 9). In dieser Bohrung (32) ist ein Scherbolzen (19) gelagert, der axial durch Sicherungselemente (20, 21) in Position gehalten wird. Die beiden Endstücke (8, 9) werden durch die Vorspannkraft von Schrauben (15, 16, 17, 18) eng auf die Flächenabschnitte (13, 14) gepresst.

Description

Die Erfindung betrifft eine feste und wiederlösbare Verbindung der Stirnseiten von zwei Hohlprofilen oder geschweißten Kastenprofilträgern mit gleichem Anschlussquerschnitt, gleichen Abmessungen und gleicher Lage der Biegeachsen.
Eine Verbindung dieser Art wird beispielsweise im Behälterbau oder im Waggonbau benötigt. Hier kommt es häufig vor, dass Hohlprofile an Ihren Stirnseiten fest und dauerhaft miteinander verbunden werden müssen. Im vorliegenden Fall wird davon ausgegangen, dass ein Verschweißen der beiden Stirnseiten der miteinander zu verbindenden Hohlprofile nicht in Betracht kommt.

Durch die DE 195 38 793 C2 ist ein Modulelement (1) in Differentialbauweise bekannt. Durch Zusammenfügen und Verbinden von zumindest zwei solcher Modulelemente (1) im Bereich einer Trennfuge können Schienenfahrzeug-Wagenkästen oder Behälter hergestellt werden. Jedes Modulelement (1) enthält eine Außenhaut (2), tragende Spantprofile (3) und rechtwinklig zu diesen angeordnete Randprofile (5). Die Verbindungen zwischen den Spantprofilen (3) und den Randprofilen (5) der Modulelemente (1) werden mit Hilfe von Spantfüßen (6) erzeugt, die als formsteife Endstücke an den Enden der Spantprofile (3) befestigt sind. In jedem Spantfuß (6) ist ein bolzenförmiges Verbindungsmittel (11) eingelassen und an einem Ende (15) durch eine Schraube (11S) fest gehalten. Bei dem Zusammenfügen von zwei Modulelementen (1) greift deren jeweiliges Verbindungsmittel (11) über sein freies Ende (16) in eine Bohrung des jeweils anderen Spantfußes (6) zentrierend und kraftübertragend ein. Außerdem gelangen bei diesem Zusammenfügen in seitlichen Ansätzen (13) der bolzenförmigen Verbindungsmittel (11) enthaltene Bohrungen (12) in zueinander fluchtende Positionen, in der das Vereinigen der Modulelemente (1) durch Einsetzen von beispielsweise Nietbolzen als zweite Verbindungsmittel (17) in die Bohrungen (12) im Sinne einer form- und kraftschlüssigen Verriegelung abgeschlossen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine feste und dauerhafte Verbindung zu schaffen, die allenfalls bei Reparaturen gelöst werden muss. Die Verbindung soll platzsparend und dazu geeignet sein, große axiale Zugkräfte und Druckkräfte sicher zu übertragen. Von noch größerer Bedeutung aber ist, dass die Verbindung auch große Biegemomente übertragen kann. Schließlich soll die Verbindung einfach in Ihrem Aufbau und kostengünstig realisierbar sein. Aus letzteren Gründen soll sie weitgehend aus Normteilen erstellt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Verbindung mit den Kennzeichenmerkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die vorgesehenen drei Scherflächen der Verbindung ergeben sich günstige Bauteilbelastungen und Krafteinleitungen, wodurch die Verbindung sehr kompakt ausgeführt werden kann.

Die Endstücke können beispielsweise als Schmiedestück ausgeführt sein. Noch preisgünstiger, genauer und fertigungstechnisch günstiger aber ist eine Ausführung der Endstücke als Feingussteil. Bei Ausbildung als Feingussteil werden die geforderten Genauigkeiten mit ausreichender Sicherheit erreicht. Auch ist es mit den modernen Techniken möglich, zwischen den Endstücken und den zugehörigen Hohlprofilen eine einwandfreie, hochbelastbare Schweißverbindung, Lötverbindung oder Klebeverbindung herzustellen.

Die Hohlprofile können sowohl aus Stahl, Aluminium, Titan oder aus einem anderen metallischem Werkstoff, aber auch aus Kunststoff hergestellt sein. Für eine Ausführung in Kunststoff gelten die vorstehenden Ausführungen analog; in diesem Falle würden beispielsweise die Endstücke ebenfalls aus einem Kunststoff hergestellt sein, der sich mit den Hohlprofilen mühelos verbinden lässt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung prinzipartig dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
1 eine Vorderansicht der Verbindung,
2 die Draufsicht zu 1,
3 die Seitenansicht zu 1,
4 den Schnitt entlang der Linie A-A in 1,
5 eine perspektivische Ansicht der Verbindung im montierten Zustand,
6 eine perspektivische Ansicht eines Endstücks.
Die gezeigten beiden Hohlprofile 1, 2 haben dieselbe Höhe 3 und dieselbe Breite 4. Bei identischer Raumlage haben beide Hohlprofile 1, 2 die horizontale Biegeachse 5 und die vertikale Biegeachse 6 gemeinsam. An der Stirnseite 7 des Hohlprofils 1 ist ein erstes formsteifes Endstück 8 befestigt, dem ein zweites formsteifes Endstück 9 gegenüberliegt, welches seinerseits mit der Stirnseite 10 des Hohlprofils 2 fest verbunden ist. Die beiden Endstücke 8 und 9 sind in ihren Abmessungen und in ihrer Konfiguration völlig identisch. Bei den Endstücken 8, 9 handelt es sich um ein Feingussteil oder ein Schmiedeteil, welches mit dem zugehörigen Hohlprofil 1, 2 vorzugsweise durch eine Schweißverbindung, eine Lötverbindung oder eine Klebeverbindung vereinigt ist.
Im zusammengebauten Zustand haben die beiden Endstücke 8, 9 konzentrisch um die Längsachse 22 eine zueinander kongruente zylindrische Bohrung 32, die sich jeweils durch beide Endstege 30, 31 erstreckt, sowie des weiteren Taschen 37, 38 sowie Bohrungen 35, 36 und Durchbrüche 28. Die beiden Endstege 30, 31 der Endstücke 8, 9 haben angeformte Schrägen 11, 12 im Bereich der zylindrischen Bohrung 32, die zur Vorzentrierung der beiden Endstücke 8, 9 in Richtung der Längsachse 22 bei der Montage dienen. In der zylindrischen Bohrung 32 ist ein Scherbolzen 19 gelagert, welcher die Zugbelastungen der Verbindung als Scherbelastung aufnimmt. Die beiden Endstege 30, 31 haben im vorderen Bereich, konzentrisch um die Längsachse 23, 24 zylindrische Bohrungen, in welchen die Sicherungsstifte 20, 21 gelagert sind, wodurch der Scherbolzen 19 axial in Richtung der Längsachse 22 in Position gehalten wird. Der Scherbolzen 19 hat im Bereich der Sicherungsstifte 20, 21 auf der Mantelfläche Eindrehungen, die etwas größer als der Durchmesser der Sicherungsstifte 20, 21 sind, so dass diese ohne Zwängungen montiert werden können. Der Scherbolzen 19 kann aus Gewichtsgründen als hohlgebohrter Bolzen vorliegen (siehe 4), kann jedoch genauso gut massiv (nicht dargestellt) ausgeführt werden. Die beiden Endstücke 8, 9 werden durch die Vorspannkraft von Schrauben 15, 16, 17, 18 eng auf die Flächenabschnitte 13 und 14 gepresst.
Die Schrauben 15, 16, 17, 18 sind im Bereich der Taschen 37, 38 gelagert und ragen mit ihrer Außenkontur somit nicht über den äußeren Rand 25, 26 hinaus. Im zusammengebauten Zustand taucht der Endsteg 31 in den Durchbruch 28 ein und der Endsteg 30 liegt mit einem geringem Abstand am äußeren Flächenabschnitt 39 und 40 an, wodurch sich eine sehr platzsparende kompakte Ausführung ergibt. Durch die Vorspannkraft der Schrauben 15, 16, 17, 18 werden die beiden Endstücke 8 und 9 eng gegeneinander gepresst, wodurch diese noch eine noch bessere Bauteilsteifigkeit bekommen.
Beim Schließen der Verbindung durch Einsetzen des Scherbolzens 19 und Sichern desselben durch Sicherungsstifte 20, 21 sowie durch Anziehen der Schrauben 15, 16, 17, 18 werden die beiden äußeren Flächenabschnitte 13, 14 des Endstücks 8 fest auf die jeweils dazu kongruenten Flächenabschnitte 13, 14 des Endstücks 9 gepresst, so dass auch große Biegemomente 29 übertragen werden können.
Analog zu der hier gezeigten Verbindung, bei der sich der Scherbolzen 19, sowie die Schrauben 15, 16, 17, 18 senkrecht zur Biegelinie 5 erstrecken, kann auch eine Verbindung realisiert werden, bei der sich der Scherbolzen 19 sowie die Schrauben 15, 16, 17, 18 senkrecht zu der Biegelinie 6 erstrecken.
Die vorliegende Verbindung kommt vorwiegend zum Einsatz bei Wagenkästen von Schienenfahrzeugen. Alternativ ist die Verbindung ebenso vorteilhaft einsetzbar als Schnell-Kuppelelement im Behälter- und Containerbau sowie im allgemeinen Maschinenbau für diverse denkbare Anwendungen.

1: Hohlprofil
2: Hohlprofil
3: Höhe
4: Breite
5: Horizontale Biegeachse
6: Vertikale Biegeachse
7: Stirnseite (Hohlprofil 1)
8: Endstück (an Hohlprofil 1)
9: Endstück (an Hohlprofil 2)
10: Stirnseite (Hohlprofil 2)
11: Schräge für Vorzentrierung
12: Schräge für Vorzentrierung
13: äußerer Flächenabschnitt
14: äußerer Flächenabschnitt
15: Schraube
16: Schraube
17: Schraube
18: Schraube
19: Scherbolzen
20: Sicherungsstift
21: Sicherungsstift
22: Längsachse (Scherbolzen)
23: Längsachse (Sicherungsstift)
24: Längsachse (Sicherungsstift)
25: äußerer Rand
26: äußerer Rand
28: Durchbruch
29: Biegemoment
30: Endsteg
31: Endsteg
32: Bohrung (Scherbolzen)
33: Bohrung (Sicherungsstift)
34: Bohrung (Sicherungsstift)
35: Bohrung (Schrauben)
36: Gewinde-Bohrung (Schrauben)
37: Tasche
38: Tasche
39: äußerer Flächenabschnitt
40: äußerer Flächenabschnitt

Claims

Feste und wiederlösbare Verbindung der Stirnseiten von zwei Hohlprofilen (1, 2) oder geschweißten Kastenprofilträgern mit gleichem Anschlussquerschnitt, gleichen Abmessungen und gleicher Lage der Biegeachsen (5, 6), dadurch gekennzeichnet, dass a) an jeder Stirnseite (7, 10) der zu verbindenden Hohlprofile (1, 2) ein formsteifes Endstück (8, 9) vorgesehen ist, das zum jeweils gegenüberliegenden Endstück (8, 9) jeweils kongruente stirnseitige Flächenabschnitte (13, 14) aufweist, wobei diese Flächenabschnitte in den zur Längsachse (22) der durchgehenden zylindrischen Bohrung (32) orthogonalen Schnittebenen jeweils über eine V-förmige Gestalt verfügen, b) die Durchbrüche (28) zur Aufnahme der Endstege (31) und die Schrägen (11, 12) zur Vorzentrierung dienen sowie Taschen (37, 38) zur Aufnahme der Schraubenköpfe vorhanden sind, c) parallel zu einer der beiden Biegeachsen (5, 6) und auf Höhe einer der beiden Biegeachsen (5, 6) die Endstege (30, 31) zwei durchgehende zylindrische Bohrungen (32) bilden, in denen ein Scherbolzen (19) gelagert ist, dessen beide äußere Enden Eindrehungen aufweisen, in die Sicherungsstifte (20, 21) eingreifen und den Scherbolzen (19) in axialer Richtung fixieren, d) die beiden Endstücke (8, 9) durch die Vorspannkräfte von Schrauben (15, 16, 17, 18) über die aneinander anliegenden Flächenabschnitte (13, 14) aufeinander gepresst werden, wodurch diese eine noch bessere Bauteilsteifigkeit bekommen und auch große Biegemomente (29) übertragen werden können.
Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Endstücke (8, 9) in ihren Abmessungen und in ihrer Konfiguration völlig identisch sind.
Verbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung drei Scherflächen aufweist, wodurch sich günstige Bauteilbelastungen und Krafteinleitungen ergeben und die Verbindung sehr kompakt ausgeführt werden kann.
Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der beiden zylindrischen Bohrungen (32) nur geringfügig größer ist als der Durchmesser des Scherbolzens (19) und sich dadurch eine genaue Passung ergibt.
Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die beiden Endstücke (8, 9) im zusammengebauten Zustand in Richtung der Längsachse (22) geringfügig gegeneinander verschieben können, bis die Endstege (30, 31) an ihren äußeren Flächenabschnitten zur Anlage kommen und den weiteren Weg begrenzen, wodurch sich eine sehr platzsparende kompakte Ausführung ergibt.
Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass beidseitig an den beiden Endstegen (30, 31) der Endstücke (8, 9) angeformte Schrägen (11, 12) im Bereich der zylindrischen Bohrung (12) des Scherbolzens (19) zur Vorzentrierung der Endstücke (8, 9) bei der Montage dienen.
Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf die Verbindung einwirkende Zugkraft über den Scherbolzen (19) als Scherkraft aufgenommen wird.
Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkräfte und die Vorspannkräfte der Schrauben (15, 16, 17, 18) über die Flächenabschnitte (13, 14) aufgenommen werden.
Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Endstücke (8, 9) ein Feingussteil oder ein Schmiedeteil sind, welches mit dem zugehörigen Hohlprofil (1, 2) dauerhaft verbunden ist.
Verbindung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Endstücke (8, 9) und das zugehörige Hohlprofil (1, 2) durch eine Schweißverbindung, eine Lötverbindung oder eine Klebeverbindung vereinigt sind.