DE19538793A1 - Modulelement und Verbindung für vorgefertigte Modulelemente - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Modulelement, insbesondere zum Bau von Großkaros­ serien, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 und auf eine Verbin­ dung für vorgefertigte Modulelemente mit den Merkmalen des Oberbegriffs des neben­ geordneten Patentanspruchs 10.

In DE-A 44 10 998 ist ein schnellmontagefähiges Randprofilpaar für modulare Elemente im Fahrzeug- und Behälterbau beschrieben, das paarweise komplementäre separate Formschluß-Randelemente aufweist, mit denen sie gegeneinander zentriert und vorläufig gefügt werden können. Die endgültige feste Verbindung zwischen den Modulen wird durch kraft- und formschlüssige Befestigungselemente (kaltverformbare Nietbolzen) hergestellt, die aneinanderliegende Stege der vorgefügten Randprofile durchdringen und schubfest und gegen Querverschiebung gesichert aneinander festlegen. Durch das Zusammenwir­ ken der Bolzen und der komplementären Formschluß-Randelemente wird eine momen­ tensteife Verbindung der Module geschaffen.

Die für den Bau von Großkarosserien wie Eisenbahn-Personenwagen vorgesehenen Mo­ dule können ausschließlich von außen gefügt werden. Es gibt keine Restriktionen gegen den Vollausbau der Module vor dem Fügen, d. h. der Innenausbau kann modulweise kom­ plettiert werden.

Die massiven, mit den Spantenden verschweißten Stahl-Randprofile machen die Modul­ elemente jedoch relativ schwer; außerdem müssen Schweißspannungen und -verzug in Kauf genommen werden.

Als Vorstufe zum erstgenannten Stand der Technik ist ein aus ebenfalls geschweißt vor­ gefertigten eigensteifen Wandmodulen kalt fügbarer Wagenkastenaufbau für Eisenbahn-Reisezugwagen gemäß EP-A 0 573 384 anzusehen. Zum Verbinden der Wandmodule untereinander werden ebenfalls Nietbolzen verwendet. Die in Längsrichtung der Module verlaufenden Randprofile sind hier integral durch Abkantungen aus der Außenhaut gebil­ det und mit Reihen von Bohrungen zum Durchstecken der besagten Nietbolzen versehen. Diese Randprofile stellen Biege- und Knicksteifigkeit der Wandteile her. Auch bilden sie die Basis für die Kaltfügetechnik und die Anschlußkanten und -ebenen beim Zusammen­ fügen der verschiedenen Module.

Die als Z-Profile ausgeführten Spanten des tragenden Gerippes stoßen stumpf an die Randprofile; jeweils zwei Spantenden liegen einander gegenüber. Über die Fuge zwischen den beiden Modulen sind die Spanten durch einen Nietbolzen direkt miteinander verbun­ den, der sowohl zwei Flansche der Spanten als auch je einen Schenkel der abgekanteten Randprofile durchdringt.

Weil die Nietbolzen hinter der Außenhaut liegen, muß die Trennfuge beim Fügen der Mo­ dule von der Wageninnenseite her zugänglich sein, damit man die Werkzeuge von innen ansetzen kann. Die notwendigen Freiräume für den Werkzeugeinsatz behindern den Innen-Vollausbau der Module.

Außerdem müssen die Randprofile bei diesen vorbekannten Lösungen paarweise profil­ komplementär ausgeführt sein, so daß die gegenüberliegenden Ränder der Modul­ elemente unterschiedlich ausgebildet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, schnellmontagefähige Modulelemente aus­ gehend vom vorgenannten Stand der Technik hinsichtlich ihrer Herstellung und Hand­ habung weiter zu verbessern und eine verbesserte Verbindung von vorgefertigten Modulen anzugeben, mit der auch große Elemente schnell, sicher und dauerhaft zusam­ menfügbar sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patent­ anspruchs 1 und des nebengeordneten Patentanspruchs 10 gelöst. Die Merkmale der den unabhängigen Ansprüchen jeweils nachgeordneten Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen dieser Gegenstände an.

Ausgehend von dem eingangs genannten Stand der Technik wird mit den vorgeschlage­ nen Merkmalen eine durch Entfall von Schweißverbindungen von thermisch bedingten Spannungen befreite Modulkonfiguration in Differentialbauweise geschaffen, indem die Bauteile der Modulelemente nur mit Umformfügetechniken oder Stanznieten miteinander verbunden werden.

Mit Umform-, Präge- oder Druckfügen wird hier eine "autogene" Verbindung zwischen zwei überlappenden, relativ dünnwandigen Bauteilen oder Bauteil-Flächen bezeichnet, die durch Einbringen einer gemeinsamen lokalen Ausbeulung oder Warze mittels eines Druckstempels und eines Gesenks oder dgl. im Überlappungsbereich hergestellt wird, wobei durch die lokale Kaltverformung der Bauteile eine Art Druckknopf-Struktur entsteht. Mit Stanznieten wird eine Verbindungstechnik bezeichnet, bei der geeignete Nieten ohne vorhergehendes Bohren durch zwei überlappte, relativ dünnwandige Bauteile (z. B. Spant­ flansch und Außenhaut) gepreßt/gestanzt werden und diese unter Kaltverformung und Teildurchdringung fest und dauerhaft miteinander verbinden. Auch hierbei ist auf der Blindseite ein Gegenhalter erforderlich. Der Stanzniet muß jedoch auf der Blindseite nicht durchbrechen.

Die vorzugsweise für Seitenwand, Fensterband, Dachvouten und Dach einer Groß­ karosserie bestimmten, bis zu 25 Meter langen Modulelemente werden in grundsätzlich untereinander gleicher oder ähnlicher Bauweise auf einem Gerippe von vorgeformten Spantprofilen und diese kaltgefügt rasterartig verbindenden Pfettenprofilen aufgebaut. Die separaten Randprofile an den Längsrändern der Module werden zwecks Gewichts­ minimierung vorzugsweise aus Kohle- oder Glasfaser-Werkstoff (Hybridbauweise) gefer­ tigt, können aber selbstverständlich auch aus metallischen Werkstoffen bestehen. Die Außenhaut der Modulelemente besteht vorzugsweise aus Sandwich-Blech (zwei dünne, korrosionsgeschützte Blechlagen mit zwischengelegter Kunststoffolie). Mit diesem Material wird eine Funktionsintegration von Lärmdämpfung und Korrosionsschutz erreicht. Die Farbgestaltung und weiter erhöhter Korrosionsschutz werden durch abschließendes Aufbringen einer Schutzfolie realisiert, die außerdem die bislang noch sichtbaren, in der Hautebene liegenden Köpfe der Stanznieten glattflächig abdeckt. Spachteln der Ober­ fläche und innenseitiges Beschichten mit Antidröhnmasse ist danach nicht mehr erforder­ lich, so daß erhebliche Kosteneinsparungen gegenüber dem konventionellen Außenhaut­ design erzielt werden können.

Besonderes Augenmerk galt neben dem Aufbau der Modulelemente an sich dem Bereich der Übergänge von den Spanten zu den Randprofilen und den Verbindungen zwischen den aneinanderzufügenden Randprofilen benachbarter Modulelemente.

Mit der weiters vorgeschlagenen Verbindungstechnik zwischen den vorgefertigten Modul­ elementen wird im Vergleich mit dem Stand der Technik neben einer Standardisierung der Modul(längs-)ränder auch eine merkliche Vereinfachung und Beschleunigung der Mon­ tage bei mindestens gleicher mechanischer Festigkeit der Verbindungen erreicht. Diese Verbindungstechnik ist ausdrücklich nicht nur auf die hier besonders beschriebenen Mo­ dulelemente anwendbar, sondern ebenso auf vergleichbare, in Integral-Bauweise herge­ stellte Module. Sie eignet sich ferner zum Verbinden der Modulelemente mit einer metalli­ schen Untergestellstruktur. Auch Zwischenbodenelemente von Doppelstock-Fahrzeug­ kästen, die einen H-Querschnitt mit Boden- und Seitenwandteilen haben, können seiten­ wandseitig mit gleichen randseitigen Verbindungen in die modulare Gesamtstruktur inte­ griert werden.

Es kommt im wesentlichen darauf an, daß sich erste Verbindungsmittel (Zapfen oder Bol­ zen) von jedem Modulelement -bzw. einem anderweitigen Anschlußelement- über die aneinanderzusetzenden Randprofile hinaus erstrecken, wobei jedes Randprofil an oder in Nachbarschaft zu einem ersten Verbindungsmittel eine möglichst paßgenaue Ausneh­ mung aufzuweisen hat, in die ein erstes Verbindungsmittel des anzusetzenden Modul­ elementes einsteckbar und in der es zumindest am Umfang, vorzugsweise mit einem gewissen Abstand von der Trennfuge, abstützbar ist.

Die paarig parallel angeordneten, durch zweite Verbindungsmittel direkt kraft- und form­ schlüssig miteinander kuppelbaren ersten Verbindungsmittel bilden so zwischen den Modulgrenzen eine Momentenstütze, die allen denkbaren Beanspruchungen (Zug, Druck, Schub, Biegung) widersteht, wie später noch näher erörtert wird.

Die zweiten Verbindungsmittel lassen sich nach dem Zusammenfügen zweier Modul­ elemente alle aus derselben Richtung einstecken. Im Karosseriebau von Reisezugwagen wird das, wie schon im eingangs genannten Stand der Technik beschrieben, von der Außenseite des Wagenkastens her geschehen. Auch alle weiteren Fügearbeiten zum Ver­ binden der vorgefertigten Module untereinander werden von der Außenseite her ausge­ führt. Deshalb können alle im Rohbau fertigen Module auf der Innenseite montagefertig, z. B. mit Innenverkleidungen, Leitungen, Fenstern versehen, vorbereitet werden. Vorteile dieser Bauweise und -elemente sind

• - Schnellmontagefähigkeit ohne Nacharbeiten, mit der Option der Auslieferung voll­ ständig oder teilweise zerlegter Fahrzeug-Karosserien und Endmontage beim Kunden,
• - Demontagefähigkeit bzw. Trennbarkeit der Module für Reparatur- oder Recycling­ zwecke (die kaltgefügten Verbindungsmittel können relativ unaufwendig gelöst werden, indem die freigelegten außenliegenden Schließköpfe abgeschält oder abgeschert werden. Die Bolzen können dann nach innen geschlagen werden und die Module lassen sich von­ einander trennen),
• - Verbesserung der Umweltverträglichkeit beim Recycling durch Entfall von Anti­ dröhnmasse auf der Außenhaut-Innenseite.

Weitere Vorteile des Gegenstands der Erfindung gehen aus der Zeichnung eines Aus­ führungsbeispiels und deren sich im folgenden anschließender eingehender Beschreibung hervor. Es zeigen anhand von Modulelementen in Differentialbauweise zur Herstellung von Großkarosserien

Fig. 1 eine vereinfachte perspektivische Darstellung eines Ausschnitts des Trenn­ fugenbereichs zweier aneinandergesetzter Modulelemente von der Karosse­ rieinnenseite her gesehen,

Fig. 2 eine Schnittansicht zweier durch erste und zweite Verbindungsmittel mitein­ ander verbundener Modulelemente mit Blickrichtung entlang der Trennfuge,

Fig. 3 eine Schnittansicht entsprechend Fig. 2 in einer anderen, parallelen Schnittebene,

Fig. 3a ein zentrales Detail aus Fig. 3,

Fig. 4 eine Ansicht des Ausschnitts gemäß Fig. 1, in der die beiden Modulelemente zur besseren Darstellung der Verbindungsmittel auseinandergezogen wurden,

Fig. 5a, b zwei Ansichten eines ersten Verbindungsmittels,

Fig. 6 eine Skizze einer Gestaltungsvariante für die ersten Verbindungsmittel.

Gemäß Fig. 1 besteht jedes Modulelement 1 im wesentlichen aus einer Außenhaut 2 mit randseitigen Abkantungen 2Z, die Außenhaut tragenden Spantprofilen 3, mit diesen über­ kreuz verbundenen Pfettenprofilen 4 zum Aussteifen der Außenhaut gegen Beulen und längsseitigen Randprofilen 5.

Die Spanten können in Z- oder Hutquerschnitt ausgeführt werden. Im ersten Fall ist in bekannter Weise einer der Z-Flansche als Auflagefläche für die Außenhaut des betreffen­ den Moduls vorgesehen, im zweiten, hier dargestellten Fall wird die Außenhaut auf den zentralen oder Mittelflansch des Hutprofils aufgelegt. Der oder die hiervon abgewandten Flansche der Spantprofile erstrecken sich mit dem durch den Profil-Steg bestimmten Ab­ stand parallel zur Außenhaut 2. Sie können später zum Befestigen von Innenausbauele­ menten genutzt werden.

Die fertig maßgenau abgelängten geraden Spantprofile 3 können, soweit notwendig, mit geeigneten Biegeverfahren vorzugsweise maschinell in die gewünschte Krümmungsform gebracht werden, die später die Außenkontur des Fahrzeug-Wagenkastens beschreibt. Hiernach werden, vorzugsweise durch Laserschneiden, aus den später zur Außenhaut gewandten Spant-Partien Ausnehmungen 3A, annähernd mit der Kontur der Pfettenprofile 4, herausgeschnitten. In einem Arbeitsgang werden dabei die senkrecht zur Außenhaut 2 verlaufenden Spant-Stege zwecks Gewichtsersparnis mit Ausschnitten 3B versehen.

Nach dem parallelen Ausrichten und ggf. nach provisorischem Befestigen der Spantprofile 3 an den längslaufenden Randprofilen 5 in einer einfachen Stützvorrichtung werden die senkrecht zu den Spanten verlaufenden Pfettenprofile 4 gemäß Fig. 2 und 3 in die außen­ hautseitigen Spant-Ausnehmungen 3A eingelegt.

In diesen bleibt von dem zur Außenhaut gewandten Steg oder Flansch ein Lappen 3L ste­ hen, mit dem ein Flansch 4F des Pfettenprofils 4 durch Prägefügen oder Stanznieten ver­ bunden werden kann (vgl. Fig. 4), wie hier nur durch strichpunktierte Linien angedeutet wurde. Der Lappen 3L wird geringfügig um die Dicke des Pfettenflanschs 4F gekröpft. Damit entstehen in den Kreuzungspunkten verzugsfreie, außenhautbündige Verbindungen zwischen den Spanten und Pfetten, so daß diese - zusammen mit den Randprofilen 5 - ein tragfähiges Gerippe bilden.

Die genannten Verbindungen zwischen den Spanten und den Pfetten können mit flexibel einsetzbaren Werkzeugen sehr schnell und zuverlässig hergestellt werden.

Die Verbindungen zwischen den Spantprofilen 3 und den Randprofilen 5 der plattenförmi­ gen oder auch in Querrichtung gebogenen Modulelemente 1 werden mit Hilfe sogenannter Spantfüße 6 hergestellt.

Wie man auch in Fig. 1 und 4 erkennt, werden die Spantfüße 6 auf die Spantenden auf­ geschoben. Sie werden wiederum in nicht näher dargestellter Weise mit kaltfügbaren, hochmechanisierten Verbindungsmitteln (Umform- oder Prägefügen oder Stanznieten) befestigt. Sie bilden, in Längsrichtung der Spantprofile 3 gesehen, fügbare Flächen zum Herstellen fester Verbindungen im Übergangsbereich zwischen den Modulen.

Weil die Spantprofilkontur innerhalb einer Modulfamilie immer gleich bleibt, sind die Spant­ füße 6 in jeweils bedarfsgerechter konstruktiver Gestaltung Standard-Massenteile, die bil­ lig in großen Stückzahlen beschafft werden können. Sie können z. B. als Kästen aus Blechplatinen mit allen notwendigen Ausnehmungen durch Laserschneiden präzise aus­ geschnitten und hernach kalt in ihre endgültige Form gebogen werden, um einen hohen Mechanisierungsgrad zu erreichen.

Die Spantfüße 6 haben einen oberen Boden 7 und einen unteren Boden 8, die vorzugs­ weise mit Abstand von einigen Zentimetern in parallelen Ebenen liegen und beidseits der Spantlängsmitte von axial fluchtenden Bohrungen oder Buchsen 9,10 durchsetzt sind. Der jeweils untere, näher zum Modulrand gelegene Boden 8 liegt auf dem Randprofil 5 auf und ist mit diesem vorzugsweise vernietet; diese Verbindung kann zentral in der Mittel­ ebene des Spantfußes 6 oder symmetrisch beidseits von dessen Mitte angeordnet wer­ den. Mittels der Böden 7, 8 bzw. deren Buchsen 9, 10 wird an jedem Spantfuß 6 ein erstes Verbindungsmittel 11 befestigt - über den Längsverlauf eines Modulelements 1 ge­ sehen immer auf derselben Seite des jeweiligen Spantprofils 3 -, das jeweils einen Spant­ fuß 6 und das zugehörige Randprofil 5 durchdringt und sich über die Trennfuge zwischen je zwei Modulelementen 1 erstreckt.

Fig. 5a und 5b zeigen ein solches erstes Verbindungsmittel isoliert, einmal in einer An­ sicht quer zur Längsachse, einmal in Achsrichtung gesehen, während die übrigen Figuren diese Elemente 11 in ihrer Umgebung, d. h. eingesteckt in die jeweiligen Spantfüße 6, dar­ stellen. Vorzugsweise sind alle ersten Verbindungsmittel 11 einer Modulfamilie ebenso wie die Spantfüße unter sich identisch ausgeführt, so daß sie als Werksnormteile billig in großen Stückzahlen beschafft werden und insbesondere Verwechslungen im Modul­ rohbau nicht vorkommen können.

Die ersten Verbindungsmittel 11 haben im vorliegenden Ausführungsbeispiel im wesent­ lichen Zapfen- oder Bolzenform mit einem oder zwei seitlich von der Bolzenachse auskra­ genden, mit fluchtenden Augen bzw. Paßbohrungen 12 versehenen Ansätzen 13, von denen einer eine zylindrische Buchse 13B aufweist. Ferner haben sie im Mittenbereich einen eckigen Bund 14. An ihrem näher am Bund 14 gelegenen Ende 15 ist eine Bohrung mit Innengewinde (oder wahlweise auch ein Außengewinde zum Aufschrauben einer Mut­ ter) vorgesehen. Das andere Ende 16 hat lediglich eine Zentrierspitze oder -rundung. Die bereits erwähnten Böden 7 und 8 der Spantfüße 6 mit den axial ausgefluchteten Buchsen 9 und 10 bilden, in Spant-Längsrichtung projiziert, zwei hintereinanderliegende Stützebenen oder -flächen. Die Buchse 10 mit dem größeren Durchmesser liegt am Spantende bzw. auf dem zugehörigen Randprofil 5, während die etwas kleinere Buchse 9 mit einigem Abstand davon angeordnet ist.

Die Randprofile 5 sind vorzugsweise (Fig. 3a) als geschlossene Rechteck-Glas- oder Kohlefaserkastenprofile mit einer in Flucht mit einer der Wände abkragenden Rippe 5R ausgeführt. Ausgehend von dieser Grundform werden mit hochgenauen Bearbeitungs­ maschinen nach dem bedarfsgerechten Ablängen auf Modullänge fortlaufend Ausneh­ mungen bzw. Durchbrüche in die Randprofile 5 eingebracht.

Jeweils im Bereich eines Spantfußes 6 ist in den parallelen Kastenwänden ein Paar von Ausnehmungen in axialer Flucht mit dessen Buchsen 9 und 10 (oder eine zusammen­ gefaßte größere Ausnehmung) anzuordnen. Eine vom jeweiligen Spantfuß abliegende Ausnehmung erlaubt das Durchführen des eckigen Bundes 14 der ersten Verbindungs­ mittel 11, wo er gegen die Kasteninnenseiten des Randprofils 5 eine Verdrehsicherung sowie eine mechanische Lagecodierung zum eindeutigen Ausrichten der Achse der Paßbohrungen 12 bildet.

Mit dem mit Gewinde versehenen inneren Ende 15 voran wird das erste Verbindungsmit­ tel 11 weiter durch die zum Spantfuß orientierte Randprofil-Ausnehmung 5A in die besagten Paßbuchsen 9 und 10 eingeschoben, welche seine zylindrischen Paßabschnitte nach dem Aufsetzen des eckigen Bundes 14 auf dem Innenrand der Ausnehmung 5B in Gleitpassung aufnehmen. Hiernach werden die ersten Verbindungsmittel 11 an den Spantfüßen 6 bzw. an den Spantenden z. B. mit Schrauben 11 S befestigt, die auf die in das Modulelement 1 hineinragenden "inneren" Enden 15 der Verbindungsmittel 11 ein- bzw. aufgeschraubt werden und das Randprofil 5 mit dem Spantfuß 6 dauerhaft verspan­ nen. Auch an dieser Stelle kann aber eine geeignete Nietverbindung vorgesehen werden. Die Spantfüße 6 bilden somit, funktional betrachtet, einen Abstandshalter zwischen der Verschraubung und dem Randprofil 5, und in dem dazwischenliegenden Bereich bieten sie die zum Kaltfügen der Spantprofil-Endbereiche benötigten Überlappungsflächen zu den Spantprofilen 3.

Jeweils zwischen den Randprofil-Ausnehmungen zum Durchstecken der ersten Verbin­ dungsmittel 11 sind in der der Rippenfläche gegenüberliegenden Wandfläche des Rand­ profils 5 weitere, etwa halbmondförmige Ausnehmungen 5B vorzusehen. Diese nehmen die Buchsen 13B der Ansätze 13 auf.

Die Außenhaut-Sandwichbleche werden vom Coil maßgenau abgelängt, seitenparallel abgerichtet und an den Längsrändern mit den Abkantungen 2Z versehen. Diese steifen einerseits die Modulelemente bzw. die Außenhaut in Längsrichtung randseitig aus, ande­ rerseits bilden sie nach dem Zusammenfügen je zweier Module eine in Längsrichtung durchlaufende Trennfugen-Rinne.

Die Außenhaut 2 wird nun auf die ihr zugewandten Flanschen oder Stege der Spantprofile 3 aufgelegt. Ihre abgekanteten Ränder 2Z werden über die Rippen 5R der Randprofile 5 gezogen. In dem gegenüber der eigentlichen Außenhautkontur eingesenkten Randbereich werden die Längsränder des Außenhautblechs durch Nieten 2N (in Fig. 2 nur strichpunk­ tiert angedeutet) direkt mit den Randprofilen 5 verbunden. Im Bereich der halbmondför­ migen Ausnehmungen 5B sind auch an den Rändern der Außenhaut 2 entsprechende Ausnehmungen vorzusehen; diese können mit einer Laser-Schneidanlage schon beim Abrichten eingebracht werden. Schließlich wird die Außenhaut 2 vorzugsweise mit Flachkopf-Stanznieten an den Spanten und Pfetten befestigt.

Nach dieser Komplettierung des Modulrohbaus kann man schon mit dem weiteren Ausbau auf der Innenseite beginnen, weil der weitere Aufbau der Wagenstruktur wieder durch Kaltfügen erfolgt. Sollten besondere Schnittstellen (z. B. Leitungsdurchführungen oder dgl.) zwischen Modulelementen erforderlich sein, so können diese entweder in den Stirn­ bereich der Modulelemente verlegt oder über geeignete Steckverbindungen in der Trenn­ fuge realisiert werden.

Nachdem mit jedem Spantfuß 6 nur ein erstes Verbindungsmittel 11 in der beschriebenen Weise verschraubt wurde, stehen sich beim Ansetzen zweier Modulelemente 1 entlang den aneinanderzulegenden Randprofilen 5 zwei Reihen gegenläufig parallel ausgerich­ teter erster Verbindungsmittel 11 gegenüber, wie man in Fig. 4 gut erkennt. Wenn die Enden der Modulelemente genau fluchten, liegen auch die Spantenden einan­ der genau gegenüber (zur Bildung von Ringspanten über einen Wagenkasten-Querschnitt erforderlich) und sind die antiparallel auskragenden ersten Verbindungsmittel 11 paar­ weise mit geringem seitlichen Versatz beidseits der besagten Spantenden angeordnet. Neben oder an jedem ersten Verbindungsmittel 11 befinden sich, wie schon beschrieben, im Randprofil 5 bzw. im Spantfuß 6 Ausnehmungen zur Aufnahme des von dem ansto­ ßenden Modulelement 1 abragenden Verbindungsmittels 11. Beim Annähern der Module können also die äußeren oder freien Enden 15 der ersten Verbindungselemente 11 paar­ weise gegenläufig in diese Ausnehmungen eindringen; der Vorgang wird durch die Zen­ trierspitzen unterstützt, die schließlich auch die oberen Böden 7 bzw. die darin eingesetz­ ten Buchsen 9 durchdringen.

Die bereits erwähnten Paßbohrungen 12 der paarigen ersten Verbindungsmittel 11 sind nach dem vollständigen Zusammenfügen der Modulelemente 1 im Bereich der Trennfuge bzw. der durch die Außenhaut-Abkantungen 2Z gebildeten Rinne ausgefluchtet, wobei die Ansätze 13 paarweise zweischnittige Verbindungen bilden, wie in Fig. 3a gut sichtbar wird. In die mittig zwischen den parallelen Längsachsen der ersten Verbindungsmittel liegenden Paßbohrungen 12 werden jetzt zweite Verbindungsmittel 17 quer zur Fügerichtung der Modulelemente bzw. zur Längserstreckung der ersten Verbindungselemente eingesteckt, um die ersten Verbindungsmittel 11 und mittelbar die aneinandergesetzten Modulelemen­ te 1 über die Paßbohrungen 12 und Ansätze 13 paarweise form- und kraftschlüssig mit­ einander fest zu verbinden bzw. zu verriegeln. Als zweite Verbindungsmittel 17 werden bevorzugt analog zum eingangs genannten Stand der Technik im Sinne der Schnellmon­ tagefähigkeit Nietbolzen verwendet. Grundsätzlich können aber auch andere geeignete Bolzen oder Schrauben verwendet werden.

Sie werden in an sich bekannter Weise von der Modulaußenseite her in die Außenhaut-Rinne eingeführt und mit dem zugehörigen Werkzeug durch Kaltverformung mit hoch­ fester Vorspannung vernietet, wobei sich auf der Innenseite ein Blindkopf 17B bildet. Die Außenhautränder und die Randprofile sind, wie schon erwähnt, an diesen Stellen mit Ausnehmungen versehen, so daß die Blind- und Setzkopfkrägen der zweiten Verbin­ dungsmittel 17 unmittelbar auf den Stirnseiten der jeweils außenliegenden Ansätze 13 bzw. Bünde 13B der ersten Verbindungsmittel 11 aufsitzen.

Damit bilden die ersten Verbindungsmittel 11 eine innere doppelte Momentenstütze im Trennfugenbereich.

Dieser Begriff sei anhand einer Lastannahme "Zug" näher erklärt: Wenn eine Zugkraft die Modulelemente 1 voneinander zu trennen sucht, wird sie im Bereich der Trennfuge vom Außenhaut-Spant-Verbund über die Spantfüße 6 bzw. deren obere Böden 7 und die Ver­ schraubung in das eine erste Verbindungsmittel eingeleitet. Der Kraftfluß macht in der Trennfuge einen S-Schlag über die Paßbohrungen 12 und die - idealerweise - auf Scherung belasteten zweiten Verbindungsmittel 17 in die antiparallen ersten Verbindungsmittel der anderen Modulseite, deren Verschraubung etc. Das dabei in den ersten Verbindungsmit­ teln 11 gebildete Kräftepaar versucht diese zu kippen; gegen diese Momentenlast stützen sie sich jedoch über ihre jeweils axial schwimmend eingesteckten "freien" Enden im Spantfuß des jeweils anderen Modulelements ab. Es ist also nicht notwendig, die in das angesetzte Modulelement eingesteckten ersten Verbindungsmittel darin auch gesondert axial festzulegen, so daß nach dem Fügen zweier Modulelemente 1 kein Zugang zu den Verbindungsmitteln 11, d. h. kein Durchgriff durch die bereits installierte Innenverkleidung mehr benötigt wird.

Die anderen denkbaren Lastfälle können analog betrachtet werden; asymmetrische, Ver­ formungen begünstigende Lasteinwirkungen auf die Spantenden werden vermieden.

In einer in Fig. 6 stark vereinfacht skizzierten Modulelement- bzw. Verbindungsvariante sind die jeweils ersten Verbindungsmittel koaxial an den nicht näher dargestellten Rand­ profilen angeordnet. Jeweils auf einer Modulseite sind sie als Steckbuchsen 11′′ und auf der anderen Seite als paßgenaue Steckzapfen 11′ ausgebildet. Letztere sind koaxial von einer Paßbuchse 12′′ umgeben, so daß auch hier beidseits randseitige Ausnehmungen zum Aufnehmen der ersten Verbindungsmittel vorgesehen sind.

Beim Zusammenfügen der Modulelemente dringen die Steckzapfen in die Steckbuchsen ein, die ihrerseits in die steckzapfenseitigen Paßbuchsen eintauchen. Die so gebildete Schar von Steckverbindungen ist nach dem Fügen in der vorstehend erörterten Weise im Trennfugenbereich wiederum durch zweite, sich quer zur Modul-Fügerichtung erstreckende Verbindungsmittel in der quer durchlaufenden Paßbohrung 12′ zu sichern bzw. zu verriegeln. Durch Linien parallel zu den Modulelement-Längskanten ist angedeutet, daß man auch in dieser Ausführung analog zu Fig. 2 und 3 entlang der Trennfuge eine außen­ hautseitige Rinne vorsehen wird.

In die Rinne sind die vorstehenden Setzköpfe 175 der zweiten Verbindungsmittel zwischen den Modulen gegenüber der globalen Außenhautkontur abgesenkt aufgenom­ men. Abschließend werden sie mit einem Abdeckprofil 18 (wie hier angedeutet, vorzugs­ weise mit U-Querschnitt) überdeckt, das die Rinne außenhautbündig verschließt. Das Abdeckprofil 18 selbst kann einen weiteren Beitrag zum Stabilisieren der Trennfuge zwischen den Modulen gegen Längsschub leisten, indem es genau in die Trennfugenrinne eingepaßt wird und seine Schenkel mit den anstoßenden Abkant-Partien des Außenhaut­ blechs verklebt werden. Im Übergangsbereich vom Dach zur Seitenwand kann es bei Be­ darf ferner mit einer Regenrinne kombiniert werden.

Claims (22)

1. Modulelement in Differentialbauweise, insbesondere zum Herstellen von Schienen­ fahrzeug-Wagenkästen oder Behältern, bestehend aus einer Außenhaut, diese tragenden Spantprofilen und die Spantprofile kreuzenden Pfettenprofilen sowie aus die Enden der Spantprofile (Spantenden) miteinander verbindenden Randprofilen, die zum Verbinden eines Modulelements mit einem angrenzenden Modulelement paarweise aneinanderleg­ bar sind und Durchbrüche zum Durchstecken von kaltfügbaren Verbindungsmitteln auf­ weisen, dadurch gekennzeichnet,
daß die Spantprofile (3) in Querschnittsüberlappungen (3L, 4F) mit den in Ausnehmungen (3A) der Spantprofile eingelegten Pfettenprofilen (4) und mittelbar mit den Randprofilen (5) durch kaltfügbare Verbindungen (Druckfügen, Stanznieten, Schrauben) verbunden sind und
daß die Außenhaut (2) mit Anlageflächen der Spantprofile (3) durch Flachkopf-Stanznieten verbunden ist.

2. Modulelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Spantenden jeweils ein Spantfuß (6) durch kaltfügbare Verbindungen (Druck­ fügen, Stanznieten) befestigt ist, der, in Längsrichtung des Spantprofils (3) gesehen, füg­ bare Stützflächen (7, 8, 9, 10) zum Herstellen fester Verbindungen im Trennfugenbereich zwischen den Modulelementen (1) bildet.

3. Modulelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Randprofile (5) einen Kastenquerschnitt mit einer frei auskragenden Rippe (5R) haben, deren freies Ende an die Außenhaut (2) anstößt, wobei diese eine um die Rippe (5R) herumgeführte Z-förmige Abkantung (2Z) aufweist.

4. Modulelement nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Randprofile (5) aus faserverstärktem Kunststoff bestehen.

5. Modulelement nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß Paßelemente zum gegenseitigen Positionieren der Randprofile (5) vorgesehen sind.

6. Modulelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenhaut (2) aus korrosionsgeschütztem Sandwich-Stahlblech besteht.

7. Modulelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Spantende wenigstens mittelbar mit einem über das Randprofil (5) hinaus­ ragenden ersten Verbindungsmittel (11) fest verbunden ist.

8. Modulelement nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der ersten Verbindungsmittel (11) mindestens eine Paßbohrung (12) aufweist, über die es nach dem Aneinandersetzen zweier Modulelemente (1) durch zweite Verbin­ dungsmittel (17) mit einer in Flucht liegenden Paßbohrung (12) der ersten Verbindungs­ mittel (11) des angesetzten Modulelements (1) fest fügbar ist.

9. Modulelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenhaut (2) mit einer Folie bedeckt ist, die die in der Hautebene liegenden Köpfe der Stanznieten glattflächig abdeckt.

10. Verbindung zwischen vorgefertigten, insbesondere zum Aufbau eines Wagen­ kastens oder Behälters vorgesehenen Modulelementen (1), die wenigstens ein mit Aus­ nehmungen (5A, 5B) zum Durchstecken von ersten Verbindungsmitteln (11) versehenes Randprofil (5) aufweisen, das mit dem Randprofil (5) eines benachbarten Modulelements (1) mittels der sich über die Trennfuge zwischen den beiden Randprofilen (5) und durch die Ausnehmungen (5A, 5B) erstreckenden ersten Verbindungsmittel (11) fest verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß sich über jedes Randprofil (5) hinaus eine Mehrzahl von fest mit dem zugehörigen Modulelement (1) verbundenen ersten Verbindungsmitteln (11) nach außen erstreckt und beim Zusammenstecken der Modulelemente (11) in die entsprechenden Ausnehmungen des benachbarten Randprofils (5) an oder in Nachbarschaft zu einem von diesem abragenden ersten Verbindungsmittel (11) einführbar ist, und
daß je zwei der ersten Verbindungsmittel (11) im Bereich der Trennfuge durch ein zweites steckbares Verbindungsmittel (17) direkt miteinander kuppelbar sind, das sich quer zu den Achsen der ersten Verbindungsmittel (11) erstreckt.

11. Verbindung nach Anspruch 10 zwischen Modulelementen (1) in Differentialbau­ weise, die im wesentlichen aus einer Außenhaut (2), diese tragenden Spantprofilen (3) und den die Enden der Spanten miteinander verbindenden Randprofilen (5) bestehen, wobei

• - die Spantprofile (3) stumpf an die Randprofile (5) stoßen,
• - nach dem Fügen zweier Modulelemente (11) jeweils zwei Spantenden einander gegenüberliegen,
• - sich an den Spantenden mindestens ein steckbares erstes Verbindungsmittel (11) über die Trennfuge zwischen den beiden Modulelementen (1) bzw. Randprofilen (5) er­ streckt, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Spantende jeder Modulelement-Seite wenigstens mittelbar fest mit einem der ersten Verbindungsmittel (11) verbunden ist.

12. Verbindung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der ersten Verbindungsmittel (11) mindestens eine Paßbohrung (12) zum Durchstecken eines zweiten Verbindungsmittel (17) aufweist, wobei die kongruenten Paß­ bohrungen (12) zweier benachbarter erster Verbindungsmittel (11) nach dem Zusammen­ stecken zweier Modulelemente (1) paarweise fluchten.

13. Verbindung nach Anspruch 10 oder 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die jeweils gegenüberliegenden ersten Verbindungsmittel (11′, 11′′) koaxial ange­ ordnet,
• - jeweils auf einer Seite als Steckzapfen (11′) und auf der anderen Seite als paßgenaue Steckbuchsen (11′′) ausgebildet,
• - die Steckzapfen (11′) koaxial von einer Paßbuchse (12′′) zum Aufnehmen der komple­ mentären Steckbuchse (11′′) umgeben sind und
• - die ersten Verbindungsmittel (11′, 11′′) im zusammengesteckten Zustand im Bereich der Trennfuge eine quer durchlaufende Paßbohrung (12′) zum Aufnehmen eines zweiten Verbindungselements bilden.

14. Verbindung nach Anspruch 10 oder 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Verbindungsmittel (11) paarweise identisch ausgeführt, jedoch beim Fügen der Modulelemente (1) gegenläufig zueinander orientiert sind, wobei das zweite Ver­ bindungsmittel (17) jeweils zwischen zwei ersten Verbindungsmitteln (11) einsteckbar ist.

15. Verbindung nach einem der vorstehenden Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Spantenden mittels der ersten Verbindungsmittel (11) auch mit dem zugehörigen Randprofil (5) fest verbunden sind, wobei die Randprofile Ausnehmungen (5A, 5B) zum Ein- bzw. Durchstecken der jeweils komplementären ersten Verbindungsmittel (11) und der zweiten Verbindungsmittel (17) aufweisen.

16. Verbindung nach Anspruch 13 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Randprofile (5) einen Kastenquerschnitt mit einer frei auskragenden Rippe (5R) haben, deren freies Ende an die Außenhaut (2) anstößt, wobei diese eine um die Rippe (5R) herumgeführte Abkantung (2Z) aufweist.

17. Verbindung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der zweiten Verbindungsmittel (17) in die von den randseitigen Abkantungen (2Z) der Außenhaut (2) und den Rippen (5R) der Randprofile (5) nach dem Zusammen­ stecken der Modulelemente (1) gebildete längslaufende Rinne von außen her einsetzbar ist.

18. Verbindung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein die zweiten Verbindungsmittel (17) verdeckendes Abdeckprofil (18) insbesondere zum zusätzlichen Aufnehmen von entlang der Trennfuge gerichteten Schubkräften außen­ hautbündig in die Rinne eingeklebt ist.

19. Verbindung nach einem der vorstehenden Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die als Z- oder Hut-Profile ausgeführten Spantprofile (3) an ihren Enden mit angesetz­ ten Spantfüßen (6) fest verbunden sind, die ihrerseits mit je einem ersten Verbindungsmit­ tel (11) fest verbunden sind.

20. Verbindung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Spantfüße (6) als Kästen aus Blech ausgebildet sind, die mit allen notwendigen Ausnehmungen durch Laserschneiden präzise ausgeschnitten und hernach kalt gebogen werden.

21. Verbindung nach einem der vorstehenden Ansprüche 10 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Verbindungsmittel (17) als kaltverformbare Nietbolzen ausgeführt sind.

22. Modular aufgebauter Wagenkasten, insbesondere für Schienenfahrzeuge, gekennzeichnet durch Modulelemente und/oder Verbindungen zwischen den Modul­ elementen gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Patentansprüche.