DE19708840C2 - Rahmen zum Befestigen von Flächenelementen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Rahmen zum Befestigen von Flächenelementen, insbesondere von Fensterflächen, an einer Wandstruktur mit Verbindungsmitteln, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Diese Merkmale sind bekannt aus DE 44 04 846 A1. Das Dokument offenbart Fen­ sterrahmen für einklebbare Verglasungen, die durch Verkleben und/oder Verrasten von vier geraden Kunststoff-Profilteilen mit gesonderten Eckverbindern kaltgefügt zusammengebaut werden. Kaltfügetechniken werden vorzugsweise auch zum Befe­ stigen dieser Rahmen an einer Wandstruktur angewendet.

EP 0 515 953 A1 offenbart einen als solchen nicht näher erörterten Fensterrahmen für eine außenhautbündige Verglasung, der mit Schrauben an einem strukturseitigen Trägerrahmen befestigt wird. Die Schrauben können entweder von der Innen- oder von der Außenseite der Wandstruktur zugänglich sein.

Es wurde schon vorgeschlagen (Patentschrift DE 196 19 617 C1), modu­ lare kaltgefügte Bauelemente von Großkarosserien, Wagenkästen und dgl. unter anderem aus Säulen oder Spanten aufzubauen, deren Längsverlauf je nach dem Ort ihrer Anbringung gerade, geknickt oder gekrümmt sein kann. Die Säulen bestimmen den äußeren Umriß der Karosserie, deren Außenhaut eine glatte Fläche bilden soll. Vorschlagsgemäß wird eine erforderliche Längskrümmung der Säulen in einer hochmechanisierten Fertigung gegebenenfalls durch CNC-gesteuertes Rollbiegen erzeugt. Diese Krümmungsradien sind bei einer geeigneten Materialauswahl sehr gut reproduzierbar.

Karosserien, zum Beispiel für Eisenbahn-Reisezugwagen, haben bekanntlich zwischen je zwei tragenden, konturgebenden Säulen oder Spanten der Seitenwände größere Aus­ schnitte zum Einbau von Fenstern und/oder Klappen. Diese Ausschnitte liegen bei Doppelstock-Wagen sowohl im Unterstock als auch im Oberstock. Im Unterstock­ bereich ist die Außenwand oft eben, während sie im Oberstockbereich gekrümmt in das Dach übergeht.

Auch für moderne einstöckige Schienenfahrzeugen, vor allem für Fahrzeuge mit Neigetechnik, wird jedoch eine gekrümmte Seitenwandkontur vorgesehen, die unter Berücksichtigung des Lichtraumprofils eine maximale Innenbreite ermöglicht.

Das Einpassen zum Beispiel von Fensterrahmen in ebene Seitenwände ist unproblematisch. Will man jedoch den Krümmungsverlauf im Oberstockbereich auch für den Fenster- oder Klappenrahmen und die Verglasung/Beblechung rationell fertigen, so ist dies nach dem bisherigen Stand der Technik mit erhöhtem Aufwand (zum Beispiel Anpassungs­ arbeiten im Rohbauzustand) verbunden und deshalb teuer.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Rahmen der eingangs erör­ terten Art anzugeben, der sich besonders, aber nicht ausschließlich, für eine hoch­ mechanisierte Fertigung im Sinne einer nacharbeitsfreien Anschmiegung an die gegebene ebene oder gekrümmte Wandstruktur eignet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Merkmale der Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbil­ dungen dieses Gegenstands an.

Aufgrund der guten Reproduzierbarkeit der mit dieser Lösung erzielbaren Rahmen­ flächen-Krümmung sind keinerlei Probleme beim Verglasen oder Beblechen eines solchen gekrümmten Rahmens zu erwarten. Insbesondere können vorgefertigte Fensterpakete (zum Beispiel Doppelverglasungen) unmittelbar in den Rahmen eingeklebt werden, wie es an sich Stand der Technik ist. Durch Vorgabe der Rahmenprofil- Tiefen bzw. des Abstands der rahmenseitigen Auflageflächen für die Verglasung von der Außenhautebene wird auch sichergestellt, daß die Außenfläche der Verglasung - bzw. einer Beblechung für eine Klappe - exakt flächenbündig in der angrenzenden Außenhautumgebung der Karosserie liegt. Man braucht daher trotz Anwendung der Differentialbauweise keine Nachstelleinrichtungen vorzusehen.

Wird der Rahmen für eine Klappe (zum Beispiel Wartungsklappe für Aggregate im Dach­ bereich) verwendet, so sind entsprechende Scharniere und Verschlüsse an den vorgegebenen Stellen der Einzelteile anzubringen.

Die Einzelteile des Rahmens werden mit Kaltfügeverbindungen (Stanznieten, Druck­ fügen) verzugsfrei miteinander verbunden und bevorzugt aus metallischen Rohr- und/oder Abkantprofilen gefertigt. Man kann auch eine werkstoffhybride Bauweise anwenden, indem solche Rahmenteile, die nicht kaltverformt werden müssen, aus glas- oder kohlefaserverstärkten Kunststoffprofilen (zum Beispiel Pultrusionsmaterial) hergestellt werden, und damit eine merkliche Gewichtsreduzierung gegenüber metallischen Profilteilen erzielen.

Die Präzision und Paßgenauigkeit der Einzelteile wird vorzugsweise durch Laser­ schneiden sichergestellt. Rahmenseitige Befestigungsmittel für Klappenscharniere und Verschlüsse (Löcher, Aussparungen), gegebenenfalls auch für Klappfenster-Mechanismen, können dann schon bei der mechanisierten Fertigung der Rahmenteile eingebracht werden.

Der Rahmen wird auch mit Anlageflächen zur Karosseriestruktur hin ausgeführt, damit man ihn daran wiederum mit Kaltfügeverbindungen verzugsfrei befestigen kann. Diese Anlageflächen werden vorzugsweise mit Positionierhilfen korrespondieren, die strukturseitig in der Umgebung der Aussparungen vorzusehen sind.

Man wird einen solchen Rahmen stets zwischen zwei Säulen einer Wandstruktur anordnen, und seine - in einer Wandstruktur aufrechtstehenden - Querholme unmit­ telbar an diesen befestigen. Seine Längsholme, die sich in Längsrichtung der Wand­ struktur erstrecken, können gegebenenfalls an längs verlaufenden Streben (Beulsteifen, Pfetten) befestigt werden oder sich in deren Längsverlauf einpassen. Bei Bedarf werden die Rahmenteile auch Auflageflächen zum Befestigen einer Außenhaut umfassen. Ein solcher Rahmen braucht auch keine Stege zu haben, die die Verglasung oder Klappe seitlich einfassen. Weil er ohnehin zwischen zwei Säulen eingesetzt wird und seine Auflagefläche eingesenkt ist, bilden die Säulen und ggf. obere und untere Längspro­ file der Wandstruktur unmittelbar diese seitlichen Stege, zwischen die das Flächen­ element einzupassen ist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Gegenstands der Erfindung gehen aus der Zeichnung eines Ausführungsbeispiels und deren sich im folgenden anschließender eingehender Beschreibung hervor.

Es zeigen in vereinfachter Darstellung

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer modularen Karosserie- und Wandstruktur mit dazu passenden Fensterrahmen,

Fig. 2 eine Ansicht eines Rahmens,

Fig. 3 eine perspektivische Detail-Ansicht einer Rahmenecke,

Fig. 4 eine Seitenansicht der Rahmenecke gemäß Fig. 3.

Nach Fig. 1 ist eine Wandstruktur 1 - hier ein Seitenwandabschnitt eines doppel­ stöckigen Eisenbahn-Reisezugwagens - modular aus Modulelementen 2 mit längs­ orientierten Trennfugen aufgebaut. Ihre Form und Kontur wird wesentlich von Säulen oder Spanten 3 bestimmt. Deren Enden sind durch längs der Trennfugen aneinander gelegte Randprofile 4 miteinander verbunden. Nicht näher dargestellte Verbindungs­ elemente legen die Module an den Enden von aneinanderstoßenden Spantabschnitten aneinander fest. So werden umlaufende Säulen aus aufeinanderfolgenden Spantab­ schnitten gebildet.

Die Spanten 3, die Randprofile 4 und längsorientierte Pfetten 5 bilden Auflageflächen für eine hier nicht dargestellte Außenhaut-Beblechung.

Im Oberstockbereich hat die Wandstruktur 1 eine an das Lichtraumprofil angepaßte, gekrümmte Kontur. Die formgebende Krümmung im Längsverlauf der betreffenden Spantabschnitte wird vollmechanisiert durch CNC-gesteuertes Rollbiegen erzeugt.

Zwischen bestimmten Spant-Paaren 3 sind Fensterausschnitte 6 zum Einbau von Fenstern (oder auch Klappen) vorgesehen, die im Oberstockbereich innerhalb der gekrümmten Fläche liegen. In diese werden Rahmen 7 einzusetzen sein, um Auflage­ flächen für eine Verglasung oder die erwähnten Klappen zu bilden. Der Abstand der Spanten 3 voneinander bestimmt direkt die maximale Fenster- oder Klappenbreite.

Die erwähnte hochflexible Fertigungsweise der Spanten soll auch bei den Rahmen 7 angewendet werden. Diese bestehen, wie aus Fig. 2 besser ersichtlich ist, im Aus­ führungsbeispiel aus je zwei parallelen Längsholmen 8 und Querholmen 9, die in den Eckbereichen des Rahmens 7 an Querschnittsüberlappungen miteinander kaltgefügt sind, wie noch näher zu beschreiben sein wird. Als Verbindungsmittel werden bevor­ zugt Blindnieten verwendet, die in vorgebohrte Löcher einsetzbar und dann fest­ spannbar sind.

Die im Einbauzustand parallel zu den Spanten 3 verlaufenden, hochstehenden Quer­ holme 9 der Rahmen bestehen aus geschlossenem Hohlprofil- oder Rohrmaterial ohne seitlich auskragende Stege. Dieses erlaubt eine von unerwünschten Querschnittände­ rungen weitestgehend freie Kaltverformung des Längsverlaufs, insbesondere durch Rollbiegen. Der Querschnitt der Querholme ist etwas flacher als der Spantquer­ schnitt, weil durch die Dickendifferenz die Einsenkung der Auflagefläche für die Ver­ glasung gegenüber der Außenhaut direkt vorgegeben wird. Wenn die Fensterpakete verklebt werden sollen, so muß die Querschnittsbreite hierfür hinreichend breit sein.

Eine denkbare Befestigungsalternative - unter anderen - ist, die Fensterpakete von einer Seite auf den Rahmen 7 aufzulegen und von dessen anderer Seite her mit Schrauben oder dergleichen lösbar zu befestigen. Auch dann bildet der Rahmen die Auflage­ fläche, seine Holme können jedoch eventuell weniger breit sein als bei der Verklebungs­ lösung.

Ebenso wie die Spanten werden die Querholme maßgenau - vorzugsweise durch Laserschneiden - aus dem Rohmaterial abgelängt und dann nach Bedarf in die gewünschte Krümmung gebogen. Danach können zur Gewichtsminderung noch Aus­ nehmungen in die in die nicht als Auflagefläche der Verglasung dienenden Wandteile der Querholme eingebracht werden, vorzugsweise wieder durch Laserschneiden. Im gleichen Arbeitsgang werden schon die Löcher zum Durchstecken der Blindnieten hergestellt.

Die Längsholme 8 des Rahmens 7 haben demgegenüber im wesentlichen einen durch Abkanten aus Blech erzeugten U-Querschnitt. Jeweils einer der beiden parallelen Schenkel ist ein Teil der Auflagefläche des Rahmens 7. Dieser Schenkel ist wiederum hinreichend breit zum sicheren Aufkleben der Verglasung zu dimemsionieren.

Beide Enden der Längsholme 8 sind einstückig mit Anschlußflächen oder -elementen 10 versehen. Diese sind ersichtlich höher als die Schenkel des restlichen U-Quer­ schnitts. Im Übergangsbereich sieht man deshalb zum Vermeiden von Kerbwirkungen und zum Erhöhen der Schubsteifigkeit des Rahmens 7 Rundungsflächen 11 vor, die an den Ecken in den rechteckigen freien Rahmenquerschnitt hineinragen können.

Die Längsholme 8 können aus Blechplatinen (mit Laser) ausgeschnitten werden, wo­ bei in einem Arbeitsgang die besagten Anschluß- und Rundungsflächen und ggf. Löcher zum Durchstecken von Verbindungselementen wie Schrauben, Nieten oder Schließringbolzen erzeugt werden. Anschließend werden sie durch Abkanten in ihre Endform gebracht.

In einer anderen, hier nicht gezeigten Ausführungsform können die Längsholme aber auch, wie schon eingangs erwähnt, als Formteile mit allen notwendigen Durch­ brüchen und Bohrungen aus faserverstärktem Kunststoff hergestellt werden, so daß daraus ein werkstoffhybrider Rahmen 7 entsteht.

Fig. 3 und 4 verdeutlichen eine mögliche Ausführung der Eckverbindungen zwischen den Längs- und Querholmen eines Rahmens und die Lagebeziehung des eingebauten Rahmens 7 zu den Spanten 3. Man erkennt, daß die lichte Weite des U-Querschnitts des Längsholms 8 etwa der Höhe oder Dicke des Rohrquerschnitts des Querholms 9 entspricht. Zum Auflegen und Verkleben einer Verglasung muß jedoch die von den Vorderseiten der Längs- und Querholme gebildete umlaufende Auflagefläche F möglichst glatt (je nach Bedarf eben oder gekrümmt) sein.

Auf der Vorderseite des Rahmens 7 sollte es deshalb in den Eckbereichen keine Materialüberlappung geben. Statt dessen sieht man, wie hier dargestellt, eine Aus­ sparung in der Vorderseite des Querholms 9 vor, welche von dem in gleicher Ebene liegenden U-Schenkelende des Längsholms 8 abgedeckt wird. Diese Lösung hat den Vorteil, daß die Schenkel-Endfläche sich noch auf den verbleibenden Stirnflächen des Rohrprofil-Querschnitts abstützen und im Bedarfsfall mit diesen - vorzugsweise per Laser - verschweißt werden kann.

Man könnte aber auch das Ende des vorderen U-Schenkels wegschneiden und den entsprechenden Abschnitt des Rohrprofils belassen.

Auf der Rückseite wird dagegen die Innenseite des rückwärtigen U-Schenkels des Längsholms 8 an die Rückseite des Querholms 9 angelegt. An dieser Querschnitts­ überlappung werden die Einzelteile des Rahmens 7, wie schon erwähnt, miteinander durch Nieten oder dergleichen verbunden, wie hier durch strichpunktierte Linien angedeutet ist.

Die seitliche Positionierung des Rahmens 7 an der Wandstruktur ist, wie schon er­ wähnt, durch die Spanten 3 bzw. deren Abstand voneinander vorgegeben. Zur Höhenpositionierung des Rahmens 7 an der Wandstruktur sind im Ausführungs­ beispiel Winkelschienen 12 vorgesehen, die sich entlang den Längsholmen 8 des Rahmens 7 erstrecken. Sie können über einen vom Rahmen abragenden Schenkel 13 vor dessen Montage an der Außenhaut und/oder an den Säulen 3 befestigt werden. Gegen ihren anderen Schenkel 14 wird der jeweilige U-Steg des Längsholms 8 angelegt und wiederum mit Nieten oder dgl. fest angebunden.

An die Stelle der hier gezeigten Winkelschienen können aber ggf. auch sonstige längslaufende Profile treten, die ohnehin in der Gerippestruktur vorzusehen sind. Diese können dann auch andere Querschnittsformen haben, zum Beispiel als Rohrprofile ausgeführt sein.

Das Maß D in Fig. 3 bezeichnet also die Dicke der auf den Rahmen 7 einzusetzenden Verglasung oder Klappe inclusive einer Klebschicht- oder Dichtungsdicke und der Dicke der hier angedeuteten Außenhaut 15. Dasselbe Maß D bezeichnet auch annähernd die Differenz zwischen der Dicke der Querholme 9 des Rahmens 7 und der Spanten 3, deren jeweilige Rückseiten mittels der Anschlußflächen 10 flächenbündig ausgerichtet sind. Man kann also die Einsenkung der Auflagefläche F gegenüber der Außenhautfläche sehr einfach durch eine entsprechende Wahl der Abmessungen der Spanten und Querholme definieren. Ein Toleranzausgleich ist an dieser Stelle grundsätzlich nicht mehr notwendig. Bedarfsweise können geringfügige Maßabweichungen durch Vorgabe einer Klebschichtdicke ausgeglichen werden.

Die zum Rahmen 7 hin gerichteten Seitenflächen der Spanten 3 bilden in der gesam­ ten Einbauanordnung die seitlichen Begrenzungs- bzw. Anlageflächen für die Vergla­ sung, die nach dem Befestigen des Rahmens 7 an der Wandstruktur 1 anzubringen ist. Entsprechend bilden die - etwa waagerechten - Schenkel 14 der Winkelprofile 12 die oberen bzw. unteren Anlageflächen. Auf Materialdoppelungen in Gestalt von zusätzlichen Stegen an den Rahmenbauteilen kann verzichtet werden.

Die notwendige Positionsgenauigkeit und Reproduzierbarkeit wird mit der erwähnten modularen Bauweise und der hochpräzisen Einzelteilfertigung der Wandstruktur 1 sichergestellt. Es ist ohne großen Aufwand möglich, in die Spanten 3 beidseits der Fensterausschnitte 6 schon bei deren Herstellung Positionsmarken für das Anlegen und Befestigen der Winkelprofile 12 einzubringen, so daß auch die Höhenlage der Fensterausschnitte rationell und eindeutig vorgegeben ist.

Es versteht sich, daß man beim Einsetzen einer Verglasung in einen fertig mit Rahmen 7 ausgestatteten Fensterausschnitt 6 der Wandstruktur durch Montage­ hilfen - zum Beispiel Distanzstücke - ein schnelles Ausrichten unterstützen wird. Das Vergla­ sungspaket wird allseits einen geringen Spalt zu den erwähnten Anlageflächen an Spanten und Winkelprofilen einhalten, der nach dem Abbinden der Verklebung mit dem Rahmen 7 durch eine dauerelastische Dichtmasse ausgefüllt wird.

Claims (6)

1. Rahmen (7) zum Befestigen eines Flächenelementes an einer Wandstruktur (1) be­ stehend aus Profilteilen und zu deren gegenseitiger Verbindung kaltfügbaren Verbindungsmitteln, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilteile mittels an sie angeformter Anschlußelemente (10) von einer Seite der mit einer gegebenen Dicke ausgeführten Wandstruktur (1) her an diese anlegbar sind, wobei sich aus einer Dickendifferenz des Rahmens (7) zur Wandstruktur (1) eine eindeutig vorgegebene Einsenkung (D) einer Anlagefläche (F) für das Flächenelement relativ zur gegen­ überliegenden Seite der Wandstruktur ergibt.

2. Rahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilteile eine Auflagefläche (F) zum Auflegen des Flächenelements ohne seitliche Stege bilden, wobei seitliche Anlage- oder Begrenzungsflächen zum Positionieren des Flä­ chenelements unmittelbar durch angrenzende Bauteile der Wandstruktur (1) gebildet sind.

3. Rahmen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an eine Wand­ struktur (1) mit gekrümmter Kontur anzupassende Profilteile aus einem kalt, ohne Querschnittsänderung in eine vorgegebene Krümmungsform verformbaren ge­ schlossenen Hohlprofil, bestehen.

4. Rahmen nach einem der vorstehenden Ansprüche, bestehend aus Längs- und Querholmen (8, 9), die durch Kaltfügeverbindungen an Querschnittsüberlappungen zusammengefügt sind.

5. Rahmen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht einer Kaltverformung zu unterwerfenden Profilteile aus faserverstärktem Kunststoff bestehen.

6. Rahmen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsholme (8) mit U-Querschnitt mit an den Enden vorgesehenen Anschluße­ lementen (10) ausgeführt sind.