DE19914164A1 - Tragstruktur mit wenigstens zwei sich kreuzenden Profilteilen, insbesondere für Untergestelle und Aufbauten von Schienenfahrzeugen - Google Patents
Tragstruktur mit wenigstens zwei sich kreuzenden Profilteilen, insbesondere für Untergestelle und Aufbauten von SchienenfahrzeugenInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Tragstruktur mit wenigstens zwei sich kreuzenden Profilteilen, insbesondere für Untergestelle und Aufbauten von Schienenfahrzeugen, wobei die Profilteile jeweils einen Steg und wenigstens einen entlang einer Biegelinie aus einer Ebene des Steges abgewinkelten Gurt aufweist und an wenigstens einer Kreuzungsstelle die Profilteile korrespondierende Ausnehmungen für eine Steckverbindung der Profilteile zu der Tragstruktur aufweisen. DOLLAR A Es ist vorgesehen, daß an der wenigstens einen Kreuzungsstelle (20) im Übergangsbereich (24) vom Steg (16) zu dem wenigstens einen Gurt (18) eines ersten Profilteils (12) zur Ausbildung einer Nase (28) eine Ausnehmung (26) ausgebildet ist, wobei ein vorderes Ende (30) der Nase (28) sich zumindest bereichsweise parallel zu einer Fügekante (32) eines Gutes (19) eines zweiten Profilteils (14) erstreckt.
Description
Die Erfindung betrifft eine Tragstruktur mit wenigstens zwei sich kreuzenden
Profilteilen, insbesondere für Untergestelle und Aufbauten von Schienenfahr
zeugen, mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.
Es ist bekannt, Tragstrukturen aus wenigstens zwei sich kreuzenden Profilteilen
herzustellen. Solche Profilteile bestehen üblicherweise aus einem Steg, der we
nigstens einen entlang einer Biegelinie aus einer Ebene des Steges abgewinkel
ten Gurt aufweist. Im Bereich wenigstens einer Kreuzungsstelle der Profilteile
weisen diese korrespondierende Ausnehmungen auf, die einen Aufbau einer
Steckverbindung der Profilteile zu einer Tragstruktur ermöglichen.
Derartige Tragstrukturen werden üblicherweise an ihrer Ober- und/oder Unter
seite, beispielsweise durch Kleben oder Schweißen, mit Flächenelementen ge
fügt. Ein Flächenelement auf der Oberseite kann beispielsweise als Fußbo
denelement eines Wagenkastens eines Schienenfahrzeuges dienen. Die
Tragstruktur soll im wesentlichen eine Last aus seinem Eigengewicht, den Auf
bauten und einer Zuladung abstützen.
Aus der DE 197 21 267 A1 ist eine Tragstruktur bekannt, bei der die beiden
Profilteile jeweils zwei entlang zweier Biegelinien aus der Ebene des Steges
abgewinkelte Gurte aufweisen. Auch hier wird durch ein Ineinanderstecken der
korrespondierenden Ausnehmungen die Steckverbindung der Profilteile zu der
Tragstruktur erstellt. Die Ausnehmungen und eine Breite der Gurte werden
dabei derart aufeinander abgestimmt, daß sich lediglich zwei schmale Spalten
zwischen den beiden Gurten der Profilteile ergeben. Da es notwendig ist, eine
Steifigkeit der Tragstruktur zu erhöhen, wird im Bereich dieser Spalten durch
Schweiß-, Löt- oder Klebeverfahren die Steckverbindung gefügt.
Nachteilig dabei ist, daß auf der einen Seite, auf der der Gurt entlang eines
Radius von dem Steg abgewinkelt ist, der Spalt eine für ein Fügeverfahren
ungünstige Ausgestaltung besitzt. So ist es notwendig, aufgrund eines größeren
Spaltmaßes das Fügen beispielsweise durch Handschweißung durchzuführen.
Neben einem erhöhten Zeitaufwand gegenüber automatisierten Fügeverfahren
ist zudem nachteilig, daß der aufgrund des Radius vorhandene Spalt durch
einen Zusatzwerkstoff aufgefüllt werden muß. Dies führt einerseits zu einer
Gewichtszunahme der Tragstruktur und andererseits zu erhöhten Materialko
sten. Weiterhin ist nachteilig, daß Fügeverfahren, wie die Handschweißung mit
einem Zusatzwerkstoff, häufig zu Verspannungen im Bereich der Steckverbin
dung führen, die eine Rißbildung unterstützen können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Tragstruktur zur Verfügung zu
stellen, bei der die Steckverbindung der Profilteile auch in einem Übergangs
bereich des Steges in den Gurt durch ein Fügeverfahren ohne Zusatzwerkstoffe
ermöglicht wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Tragstruktur mit den Merkma
len des Anspruchs 1 gelöst. Indem an der wenigstens einen Kreuzungsstelle im
Übergangsbereich vom Steg zu dem wenigstens einen Gurt eines ersten Profil
teils zur Ausbildung einer Nase eine Ausnehmung ausgebildet ist, wobei ein
vorderes Ende der Nase sich zumindest bereichsweise parallel zu einer Füge
kante eines Gurtes eines zweiten Profilteils erstreckt, ist es möglich, automati
sierte Fügeverfahren, wie beispielsweise Laserschweißen, einzusetzen. Auf diese
Weise können zum einen die bei einer Verwendung herkömmlicher Füge
verfahren auftretenden Verspannungen vermieden werden und zum anderen
werden die Materialkosten und das Gewicht reduziert, da keine Zusatzwerkstoffe
notwendig sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform besitzen die Profilteile zwei entlang
zweier Biegelinien aus der Ebene des Steges abgewinkelte Gurte und damit eine
im Querschnitt Z- oder U-förmige Ausgestaltung. Wenigstens ein Profilteil weist
dabei die zusätzliche Ausnehmung zur Ausbildung der Nase auf. Es ist jedoch
auch möglich, beide Profilteile mit einer identischen Ausgestaltung des Bereichs
der Steckverbindung einzusetzen, so daß nach dem Ineinanderstecken der
beiden Profilteile an der Ober- und/oder Unterseite der Tragstruktur ein auto
matisiertes Fügeverfahren eingesetzt werden kann. Auf diese Weise kann einer
seits eine Herstellung der Profilteile vereinheitlicht werden und damit kostengün
stiger gestaltet werden und andererseits die Steifigkeit der Tragstruktur erhöht
werden.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den
übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zuge
hörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Tragstruktur;
Fig. 2 ein erstes und ein zweites Profilteil einer Tragstruktur;
Fig. 3a und 3b Seitenansichten auf ein Z-förmiges Profilteil;
Fig. 4 ein Flachwerkstück zur Herstellung von Z-förmigen Profilteilen;
Fig. 5 zwei Z-förmige Profilteile vor einem Ineinanderstecken;
Fig. 6 zwei Z-förmige Profilteile im Bereich einer Kreuzungsstelle nach
einem Ineinanderstecken;
Fig. 7 eine schematische Schnittansicht im Bereich einer Kreuzungsstelle
und
Fig. 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel für Profilteile einer Tragstruktur.
Die Fig. 1 zeigt in einer schematischen Draufsicht eine Tragstruktur 10, wie sie
insbesondere für Untergestelle und Aufbauten von Schienenfahrzeugen genutzt
wird. Die Tragstruktur 10 besteht dabei aus sich kreuzenden Profilteilen 12, 14,
die im Bereich einer Kreuzungsstelle 20 eine Steckverbindung der Profilteile 12,
14 zu der Tragstruktur 10 ausbilden. Durch eine Mehrfachanordnung ergibt sich
eine gitterartige Struktur mit im wesentlichen rechteckförmigen Aussparungen 15
zwischen den einzelnen Profilteilen 12, 14.
Zur Erhöhung einer Steifigkeit einer solchen Tragstruktur 10 müssen die Profil
teile 12, 14 im Bereich der Kreuzungsstelle 20 miteinander durch Klebe-, Löt-
oder Schweißverfahren gefügt werden. Auf einer Ober- oder Unterseite der
Tragstruktur 10 können dann anschließend Flächenelemente, wie beispielsweise
Fußbodenplatten, montiert werden. Die Tragstruktur 10 dient im wesentlichen
dazu, die Last aus einem Eigengewicht, der Aufbauten und einer Zuladung
abzustützen.
Die Fig. 2 zeigt ein erstes Profilteil 12 und ein zweites Profilteil 14, die durch
ineinanderstecken die Steckverbindung ausbilden und insgesamt die Trag
struktur 10 ergeben. Die Profilteile 12, 14 besitzen einen Steg 16, 17 und einen
entlang einer Biegelinie 34, 36 aus einer Ebene des Steges 16, 17 abgewinkel
ten Gurt 18, 19. Ein Winkel des Radius in einem Übergangsbereich 24, 25 vor
dem Steg 16, 17 in den Gurt 18, 19 beträgt üblicherweise α = 90°.
Das erste Profilteil 12 weist ferner eine schlitzartige Ausnehmung 22 im Bereich
des Steges 16 auf und eine weitere Ausnehmung 26 im Übergangsbereich 24.
Der Gurt 18 bildet oberhalb der Ausnehmung 26 eine Nase 28 aus, wobei ein
vorderes Ende 30 der Nase 28 im wesentlichen in einer Ebene des Gurtes 18
liegt, also nicht eine Krümmung aufweist, wie sie im Übergangsbereich 24
auftritt.
Das zweite Profilteil 14 besitzt eine im wesentlichen rechteckförmige Ausneh
mung 23, die sich ausgehend von dem Gurt 19 über den Übergangsbereich 25
bis in den Steg 17 erstreckt. Dabei verjüngt sich die Ausnehmung 23 entlang
einer Fügekante 32 in einen Schlitz 38. Eine Breite d2 der Ausnehmung 23 im
Bereich des Gurtes 19 entspricht dabei in seinen Abmessungen einer Breite d1
des Gurtes 18 des ersten Profilteiles 12. Weiterhin muß die Ausnehmung 22 des
Profilteils 12 derart ausgelegt sein, daß ihre Breite d3 mindestens einer
Materialdicke d4 des zweiten Profilteils 14 entspricht.
Werden die beiden Profilteile 12, 14 um 90° versetzt im Bereich der Ausneh
mungen 22, 23 ineinander gesteckt, so bilden sie die Steckverbindungen aus,
die die einzelnen Profilteile 12, 14 insgesamt zu der Tragstruktur 10 verbinden.
Die Fig. 3a und 3b zeigen zwei Seitenansichten einer alternativen Ausfüh
rungsform des Profilteils 12. Neben dem Gurt 18 besitzt das Profilteil 12 einen
weiteren aus der Ebene des Steges 16 abgewinkelten Gurt 40 und hat somit
einen Z-förmigen Querschnitt. Deutlich wird die Möglichkeit einer Mehr
fachanordnung der Ausnehmungen 23, 26 vorzunehmen, so daß ein Profilteil
12 mehrere Kreuzungsstellen 20 besitzen kann. Die Ausgestaltung des Profilteils
12 im Bereich des zweiten Gurtes 40 (Fig. 3b) entspricht im wesentlichen der
Ausgestaltung des zweiten Profilteils 14 und die einzelnen Elemente, die in
diesem Bereich angeordnet sind, tragen daher gleiche Bezugszeichen. Ausge
hend von wenigstens zwei der hier dargestellten Z-förmigen Profilteile 12 kann
die Tragstruktur 10 montiert werden, das heißt, das erste und das zweite Profil
teil 12, 14 sind dann gleichartig ausgestaltet.
Eine Herstellung von Z-förmigen Profilteilen 12 soll anhand der Fig. 4 erläutert
werden. Die Fig. 4 zeigt dabei ein Flachwerkstück 44, in das durch geeignete
Stanz- oder Schneidwerkzeuge die Ausnehmungen 22, 26 strukturiert werden.
Entlang der Biegelinien 34, 36 werden anschließend die Gurte 40, 18 aus der
Ebene des Stegs 16 abgewinkelt.
Der Bereich der Kreuzungsstelle 20 ist zur Verdeutlichung vergrößert dargestellt.
Die für die Steckverbindung notwendige Ausnehmung 23 erstreckt sich über den
Gurt 40 über den Übergangsbereich 25 in den Sieg 16 und verjüngt sich dort
zu dem Schütz 38. Auf einer gegenüberliegenden Seite des Steges 16 befindet
sich die Aussparung 26. Die Aussparung 26 ist dabei derart in Längsrichtung
des Steges 16 angeordnet, daß sie sich hier, ausgehend von etwa der Höhe der
Fügekante 32, entgegengesetzt der Aussparung 23 erstreckt.
Die Ausnehmung 26 ist im wesentlichen hantelförmig mit zwei endseitigen,
vorzugsweise kreisrunden Erweiterungen 42 ausgebildet. Die Erweiterungen 42
dienen dazu, während eines Biegevorgangs entlang der Biegelinie 34 im
Übergangsbereich 24 Spannungen zu vermeiden, durch die die Nase 28, ins
besondere der vordere Teil 30, mit gebogen wird.
Die Fig. 5 und 6 zeigen zwei Profilteile 12, 14 vor und nach dem Ineinan
derstecken zur Ausbildung der Steckverbindung. Wie aus Fig. 5 ersichtlich
wird, muß dazu das erste Profilteil 12 in einem Winkel von 90° auf das zweite
Profilteil 14 gesetzt werden und zwar im Bereich der korrespondierenden
Ausnehmungen 22, 23. Gemäß Fig. 6 liegt anschließend die Fügekante 32
des zweiten Profilteils 14 an der Nase 28 des ersten Profilteils 12. Ferner liegen
auch die Stege 16, 17 formschlüssig aneinander, so daß die entstehende
Tragstruktur 10 insgesamt eine hohe Steifigkeit aufweist. Die Profilteile 12, 14
werden anschließend durch ein geeignetes Klebe-, Löt- oder Schweißverfahren
miteinander gefügt.
Die Fig. 7 zeigt eine Schnittansicht durch die Kreuzungsstelle 20 der Steck
verbindung zweier Z-förmiger Profilteile 12, 14. Der Schnitt läuft entlang der
Ebene des Steges 17 des zweiten Profilteils 14. Deutlich wird, daß die Nase 28
mit ihrem vorderen Ende 30 wenigstens bereichsweise parallel zu der Fügekante
32 des Gurtes 40 verläuft. Somit ist eine Abmessung eines Spaltes 46, der sich
zwischen der Fügekante 32 und der Nase 28 befindet, sehr gering gehalten. Ein
äußeres Ende 48 des Gurtes 18 liegt an einer weiteren Fügekante 33, wobei
sich zwischen der Fügekante 33 und dem äußeren Ende 48 ein Spalt 47 er
streckt.
Da die Abmessungen der Spalte 46, 47 sehr gering gehalten sind, kann das
Fügen mittels Laserschweißen durchgeführt werden. Die Anwendung des Laser
schweißens bietet zahlreiche Vorteile. So ist eine Automatisierung des Fügever
fahrens möglich. Das Laserschweißen liefert eine sehr schmale Schweißnaht, die
einen günstigen Kraftschluß ermöglicht, so daß eine Rißbildung infolge von
Verspannungen zurückgedrängt werden kann. Weiterhin ist es nicht notwendig,
Zusatzwerkstoffe in den Bereich der Schweißnaht einzubringen, so daß hier eine
Materialeinsparung sowie Gewichtsreduktion gegeben ist. Zur Erhöhung der
Steifigkeit können die Profilteile 12, 14 auch im Bereich der Stege 16, 17
verschweißt werden. Dazu ist an der Kreuzungsstelle (20) mindestens eine zu
den Stegen (16), (17) parallele Verbindung, insbesondere durch eine La
serschweißnaht erzeugt, angeordnet ist, die die Stege 16 und 17 kraftschlüssig
verbindet. Selbstverständlich kann das Fügen ganz oder teilweise auch weiterhin
durch Handschweißen erfolgen. Insbesondere gilt dies für die vorgenannte,
kraftschlüssige Verbindung zwischen den Stegen 16 und 17.
Die Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform der Profilteile 12, 14 für die Tra
gestruktur 10. Beide Profilteile 12, 14 sind dabei in ihrem Querschnitt U-förmig
ausgebildet. Das zweite Profilteil 14 kann über einen Gurt 50, beispielsweise mit
einer Laserschweißnaht 52, auf einem Flächenelement 54 fixiert werden.
Anschließend wird das erste Profilteil 12 im Bereich der korrespondierenden
Ausnehmungen 22, 23 um 90° versetzt auf das Profilteil 14 gesetzt. Bedingt
durch das hier U-förmige Profil erstreckt sich die Ausnehmung 26 in Längsrich
tung in gleicher Höhe wie die Ausnehmung 22. Nach dem Ineinanderstecken
werden - wie bereits erläutert - die beiden Profilteile 12, 14 durch Klebe-, Löt-
oder Schweißverfahren miteinander gefügt.
10
Tragstruktur
12
erstes Profilteil
14
zweites Profilteil
16
Steg
17
Steg
18
Gurt
19
Gurt
20
Kreuzungsstelle
22
schlitzartige Ausnehmung
23
rechteckförmige Ausnehmung
24
Übergangsbereich
25
Übergangsbereich
26
Ausnehmung
28
Nase
30
vorderes Ende
32
Fügekante
33
Fügekante
34
Biegelinie
36
Biegelinie
38
Schlitz
40
Gurt
42
Erweiterung
44
Flachwerkstück
46
Spalt
47
Spalt
48
äußeres Ende des Gurtes
18
50
Gurt
52
Laserschweißnaht
54
Flächenelement
d1 Breite des Gurtes
d1 Breite des Gurtes
18
des ersten Profilteiles
12
d2 Breite der Ausnehmung
23
des Gurtes
19
d3 Breite der Ausnehmung
22
des Profilteils
12
d4 Materialdicke des Profilteils
14
α Biegewinkel
Claims (10)
1. Tragstruktur mit wenigstens zwei sich kreuzenden Profilteilen, insbe
sondere für Untergestelle und Aufbauten von Schienenfahrzeugen, wobei
die Profilteile jeweils einen Steg und wenigstens einen entlang einer
Biegelinie aus einer Ebene des Steges abgewinkelten Gurt aufweisen und
an wenigstens einer Kreuzungsstelle die Profilteile korrespondierende
Ausnehmungen für eine Steckverbindung der Profilteile zu der Trag
struktur aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß an der wenigstens
einen Kreuzungsstelle (20) im Übergangsbereich (24) vom Steg (16) zu
dem wenigstens einen Gurt (18) eines ersten Profilteils (12) zur
Ausbildung einer Nase (28) eine Ausnehmung (26) ausgebildet ist, wobei
ein vorderes Ende (30) der Nase (28) sich zumindest bereichsweise
parallel zu einer Fügekante (32) eines Gurtes (19) eines zweiten Profilteils
(14) erstreckt.
2. Tragstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Ausnehmung (26) eine hantelförmige Kontur mit an ihren Enden vor
zugsweise kreisförmigen Erweiterungen (42) aufweisen.
3. Tragstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Profilteile (12, 14) eine L-, T- oder U-förmige
Kontur aufweisen.
4. Tragstruktur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Ausnehmungen (22, 23) zur Ausbildung der Steckverbindung sich, aus
gehend von einem Gurt (40), über einen Übergangsbereich (25) bis in
den Steg (16, 17) erstrecken.
5. Tragstruktur nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Ausnehmungen (22, 23) im wesentlichen rechteckförmig sind und sich im
Bereich des Steges (16, 17) in den Schlitz (38) verjüngen.
6. Tragstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß eine Breite (d2) der Ausnehmung (23) im Bereich
des Gurtes (19, 40) des zweiten Profilteils (14) einer Breite (d1) des
Gurtes (18) des ersten Profilteils (12) entspricht.
7. Tragstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß eine Breite (d3) der Ausnehmungen (22, 23) im
Bereich des Schlitzes (38) mindestens einer Materialdicke (d4) der Profil
teile (12, 14) entspricht.
8. Tragstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Fügekante (32) des zweiten Profilteils (14) und
das vordere Ende (30) der Nase (28) des ersten Profilteils (12) kraftschlüs
sig verbunden sind, insbesondere durch eine Laserschweißnaht.
9. Tragstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß die der Fügekante (32) gegenüberliegende Füge
kante (33) des Gurtes (40) des zweiten Profilteils (14) und das äußere
Ende (48) des Gurtes (18) des ersten Profilteils (12) kraftschlüssig
verbunden sind, insbesondere durch eine Laserschweißnaht.
10. Tragstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß an der Kreuzungsstelle (20) mindestens eine zu den
Stegen (16) und (17) parallele, kraftschlüssige Verbindung, insbesondere
durch eine Laserschweißnaht erzeugt, angeordnet ist, die die Stege (16)
und (17) kraftschlüssig verbindet.
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