DE10341351A1

DE10341351A1 - Verbindung der Stirnseiten von zwei Hohlprofilen oder geschweißten Kastenprofilträgern (Verbindung 2-schnittig)

Info

Publication number: DE10341351A1
Application number: DE2003141351
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: 2005-03-31
Anticipated expiration: 2023-09-09
Also published as: DE10341351B4

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 die Verbindung zwei 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) 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 gleicher Anschluss-Querschnittsform, 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.

Daraus ergibt sich die Aufgabe der Erfindung, 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.

Entsprechend der Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Verbindung gelöst, bei welcher an jeder Stirnseite der zu verbindenden Hohlprofile jeweils ein formsteifes Endstück (ein gabelförmiges Endstück und ein stegartiges Endstück) vorgesehen ist, das zum gegenüberliegenden Endstück jeweils kongruente Bohrungen, Gabel, Stege, Taschen und Durchbrüche aufweist, wobei senkrecht zur vertikalen Biegeachse auf Höhe der horizontalen Biegeachse das gabelförmige Endstück und das stegartige Endstück eine zylindrische Bohrung aufweisen, in der ein Scherbolzen gelagert ist, welcher axial durch Sicherungselemente in Position gehalten wird. Durch die mehrfache Anzahl von Scherflächen (beispielsweise zwei Scherflächen) ergeben sich günstige Bauteilbelastungen und Krafteinleitungen, wodurch die Verbindung sehr kompakt ausgeführt werden kann. Die beiden Endstücke werden durch die Vorspannkraft von Schrauben eng gegeneinander gepresst, wodurch diese eine noch bessere Bauteilsteifigkeit bekommen.

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 Endstücke im montierten Zustand, dargestellt ohne Hohlprofile,
6 eine perspektivische Ansicht des gabelförmigen Endstücks, in vergrößertem Maßstab,
7 eine perspektivische Ansicht des stegartigen Endstücks in vergrößertem Maßstab.
Die gezeigten beiden Hohlprofile 1 und 2 haben dieselbe Höhe 3 und dieselbe Breite 4. Bei identischer Raumlage haben beide Hohlprofile 1 und 2 die horizontale Biegeachse 5 und die vertikale Biegeachse 6 gemeinsam. An der Stirnseite 7 des Hohlprofils 1 ist ein formsteifes gabelförmiges Endstück 8 befestigt, dem ein formsteifes stegartiges Endstück 9 gegenüberliegt, welches mit der Stirnseite 10 des Hohlprofils 2 fest verbunden ist. Die beiden Endstücke 8 und 9 sind in ihren Abmessungen und in ihrer Konfiguration nicht identisch, passen jedoch an ihren Funktionsflächen sehr genau zueinander. 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 und 9 konzentrisch um die Längsachse 22 eine zueinander kongruente zylindrische Bohrung 32, die sich jeweils durch die beiden Gabelenden 31 und den Steg 30 erstreckt, sowie des weiteren Taschen 37 und 38, Bohrungen 35 und 36 und einen Durchbruch 28. Der Steg 30 des Endstücks 9 und die beiden Gabelenden 31 des Endstücks 8 haben angeformte Schrägen 11 und 12, die bei der Montage einer Vorzentrierung der beiden Endstücke 8 und 9 in Richtung der Längsachse 22 dienen. In der zylindrischen Bohrung 32 ist ein Scherbolzen 19 gelagert, welcher die Zugbelastungen der Verbindung als Scherbelastung aufnimmt. Wie aus 4 erkennbar ist, haben die beiden Endstege 30 und 31 im vorderen Bereich, konzentrisch um die Längsachsen 23 und 24, zylindrische Bohrungen, in welchen die Sicherungsstifte 20 und 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 und 21 auf der Mantelfläche Eindrehungen, die etwas größer sind als der Durchmesser der Sicherungsstifte 20 und 21, so dass diese ohne Zwängungen montiert werden können. Der Scherbolzen 19 kann aus Gewichtsgründen, wie in 4 dargestellt, als hohlgebohrter Bolzen vorliegen, kann jedoch genauso gut massiv (nicht dargestellt) ausgeführt werden. Die beiden Endstücke 8 und 9 werden durch die Vorspannkraft von Schrauben 15 und 16 eng auf die Flächenabschnitte 13 und 14 gepresst.
Die Schrauben 15, 16 sind im Bereich von Taschen 37 und 38 gelagert und ragen mit ihrer Außenkontur somit nicht oder nur unwesentlich über den äußeren Rand 25 und 26 hinaus. Im zusammengebauten Zustand taucht der Steg 30 in den Durchbruch 28 ein, und das gabelförmige Endstück 8 liegt mit einem geringem Abstand am äußeren Flächenabschnitt 39 und 40 des stegartigen Endstücks 9 an, wodurch sich eine sehr platzsparende kompakte Ausführung ergibt. Durch die Vorspannkraft der Schrauben 15, 16 werden die beiden Endstücke 8 und 9 eng gegeneinander gepresst, wodurch diese eine noch bessere Bauteilsteifigkeit bekommen.
Beim Schließen der Verbindung durch Einsetzen des Scherbolzens 19 und Sichern dieses Bolzens 19 durch die Sicherungsstifte 20 und 21 sowie durch Anziehen der Schrauben 15, 16 wird der äußeren Flächenabschnitt 13 des Endstücks 8 fest auf den jeweils dazu kongruenten Flächenabschnitt 14 des Endstücks 9 gepresst, so dass auch große Biegemomente übertragen werden können.
Analog zu der hier gezeigten Verbindung, bei sich der Scherbolzen 19 sowie die Schrauben 15, 16 senkrecht zur Biegelinie 5 erstrecken, kann auch eine Verbindung realisiert werden, bei der sich der Scherbolzen 19, sowie die Schrauben 15, 16 senkrecht zu der Biegelinie 6 erstrecken.
Die vorliegende Verbindung ist vorwiegend für einen Einsatz bei Wagenkästen von Schienenfahrzeugen bestimmt. 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
8: gabelförmiges Endstück
9: stegartiges Endstück
10: Stirnseite
11: Vorzentrierkonus
12: Vorzentrierschräge
13: äußerer Flächenabschnitt
14: äußerer Flächenabschnitt
15: Schraube
16: 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: Steg
31: Gabelende
32: Bohrung (Scherbolzen)
33: Bohrung (Sicherungsstift)
34: Bohrung (Sicherungsstift)
35: Bohrung (Schraube)
36: Bohrung (Schraube)
37: Tasche (Schraube)
38: Tasche (Schraube)
39: äußerer Flächenabschnitt
40: äußerer Flächenabschnitt

Claims

Feste und wiederlösbare Verbindung der Stirnseiten von zwei Hohlprofilen (1, 2) oder geschweißten Kastenprofilträgern mit gleicher Anschluss-Querschnittsform, 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 äußere Flächenabschnitte (13, 14), Durchbrüche (28), Stege (30), Gabelenden (31), Vorzentrierkonen (11) und Vorzentrierschrägen (12) sowie Taschen (37, 38) aufweist, b) parallel zu einer der beiden Biegeachsen (5, 6) und auf Höhe einer der beiden Biegeachsen (5, 6) der Steg (30) und die Gabelenden (31) eine durchgehende zylindrische Bohrung (32) bilden, in denen ein Scherbolzen (19) gelagert ist, dessen beide äußere Enden Eindrehungen aufweisen, in welche Sicherungsstifte (20, 21) eingreifen, und den Scherbolzen (19) in axialer Richtung fixieren, c) die beiden Endstücke (8, 9) durch die Vorspannkräfte von Schrauben (15, 16) eng auf die Flächenabschnitte (13, 14) 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 zwar nicht identisch sind, jedoch an ihren Funktionsflächen genau zueinander passen.
Verbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwei 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 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die beiden Endstücke (8, 9) im zusammengebauten Zustand in Richtung der Längsachse (22) geringfügig gegeneinander verschieben können bis der Steg (30) und die Gabel (31) jeweils 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 am stegartigen Endstück (9) ein Vorzentrierkonus (11) und am gabelförmigen Endstück (8) Vorzentrierschrägen (12) ausgebildet sind, die 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 Druckkräfte und Vorspannkräfte der Schrauben (15, 16) 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.