DE3838686A1 - Fahrzeugzelle - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Fahrzeugzelle, insbe­ sondere für ein Schienenfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei der Herstellung derartiger Fahrzeugzellen bekannter Bauart wird zunächst das komplette Traggerüst - zumeist durch Verschweißen der einzelnen Gerüstteile einschließ­ lich der Fenster- und Türrahmen - aufgebaut und an der so fertiggestellten Rohzelle werden anschließend die die Außenhaut bildenden Sandwichteile und eventuell noch eine zusätzliche Innenverkleidung angebracht. Eine derar­ tige Bauweise hat insofern nachteilige Auswirkungen auf die Herstellungskosten, als zum einen für den Aufbau der Rohzelle aufwendige Fertigungsmittel, z. B. ein kost­ spieliges Montagerig, bereitgestellt werden müssen und zum anderen die nachträgliche Beplankung des Trag­ gerüstes mit den äußeren und inneren Verkleidungsteilen ein arbeits- und dementsprechend kostenintensiver Vor­ gang ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Fahrzeugzelle der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sie mit ein­ fachen Fertigungsmitteln und einem geringen Arbeitsauf­ wand herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Fahrzeugzelle gelöst.

Erfindungsgemäß sind die Traggerüstteile bereits vor dem Zusammenbau der Zelle als integrale Bestandteile in die jeweiligen Sandwichstrukturen einbezogen und dort ein­ schließlich der an den Gerüstteilen angeordneten, paß­ genauen Anschlußelemente exakt und sicher in der end­ gültigen Montageposition zwischen den Deckschichten fixiert, so daß das innere Traggerüst und die Sandwich- Beplankung der Zelle nicht mehr in voneinander getrenn­ ten, jeweils aufwendigen Fertigungsschritten und unter Zuhilfenahme eines großräumigen Montagerigs montiert werden müssen; vielmehr lassen sich die erfindungsspezi­ fischen, gewünschtenfalls auch bereits mit der Innen­ verkleidung versehenen Zellmodule getrennt vom endgülti­ gen Montageort auf äußerst rationelle Weise mittels ein­ facher, ebener oder allenfalls einfach gekrümmter Form- und Klebevorrichtungen anfertigen und dann durch Zusam­ menfügen ihrer Anschlußelemente rasch und problemlos zur fertigen Fahrzeugzelle zusammenbauen, was eine ganz erhebliche Reduzierung des Fertigungsmittel- und Arbeits­ aufwands erbringt.

Eine im Hinblick auf ein problemloses Zusammenfügen der einzelnen Zellmodule bevorzugte Ausgestaltung der Erfin­ dung besteht gemäß Anspruch 2 darin, daß die Paßver­ bindungen aus Steckverbindungselementen bestehen, die nach dem Zusammenstecken lastübertragend miteinander ver­ koppelt, und zwar gemäß Anspruch 3 vorzugsweise miteinan­ der verklebt werden.

Die einzelnen Zellmodule sind gemäß Anspruch 4 zweckmäßi­ gerweise randseitig jeweils vollständig von mit Paßver­ bindungen versehenen Traggerüstteilen umschlossen, wo­ durch sich eine über den gesamten Außenrand der Zellmo­ dule sehr gleichmäßige und daher hochgradig lastfeste Verkoppelung des Traggerüstes im Bereich der Paßver­ bindungen ergibt und zugleich auf einfache Weise ein sauberer Randabschluß für die einzelnen Sandwichstruktu­ ren erzielt wird.

Im Hinblick auf eine konstruktiv besonders einfache Aus­ bildung der Paß- bzw. Steckverbindungen bei zugleich geringem Eigengewicht der Traggerüstkonstruktion sind die Traggerüstteile gemäß Anspruch 5 vorzugsweise als im Randbereich der Zellmodule paßgenau ineinander schieb­ bare Hohlprofilteile ausgebildet.

Aus Gründen einer erhöhten konstruktiven Festigkeit und vor allem auch um bei der Fertigung der einzelnen Zell­ module die exakte gegenseitige Positionierung der jewei­ ligen Traggerüstteile zu erleichtern, sind die Traggerüst­ teile innerhalb der einzelnen Zellmodule gemäß Anspruch 6 vorzugsweise gitterartig miteinander verbunden, und zwar zweckmäßigerweise gemäß Anspruch 7 durch montage­ mäßig einfache Spreizdübel-Verschraubungen.

Eine weitere, ferigungsmäßige Vereinfachung wird gemäß Anspruch 8 dadurch erreicht, daß die Stützschichtab­ schnitte über einen Ausgleichskleber zwischen die Ge­ rüstteile des jeweiligen Zellmoduls eingefügt sind, so daß auf einen exakten Zuschnitt dieser Stützschichtab­ schnitte bei der Zellmodulfertigung verzichtet werden kann, wobei die Stützschichtabschnitte vorzugsweise aus einem Wabenkern oder Schaumstoffmaterial bestehen, das sich bei der Herstellung gekrümmter Zellmodule sehr einfach und ohne großen Formänderungsaufwand elastisch an den geforderten Krümmungsverlauf anpaßt.

Gemäß einem weiteren, besonders bevorzugten Aspekt der Erfindung sind nach Anspruch 9 die Rahmenprofile für die Fahrzeugfenster und -türen in gleicher Weise wie die Traggerüstteile in die jeweiligen Zellmodule mitintegriert, wodurch der Montageaufwand im Bereich der Fenster- und Türausschnitte ebenfalls wesentlich verrin­ gert wird, und im Hinblick auf eine weitere, fertigungs­ mäßige Erleichterung werden die Deckschichten gemäß An­ spruch 10 zweckmäßigerweise erst nach Fertigstellung der jeweiligen Zellmodule längs der Fenster- bzw. Tür­ rahmenprofile besäumt, so daß ein vorheriger, paßgenauer Zuschnitt der Deckhäute an den Fenster- und Türausschnit­ ten der Zelle nicht erforderlich ist.

Gemäß Anspruch 11 bestehen die Deckschichten vorzugswei­ se aus Faserverbundschichten, die mit den Traggerüst­ teilen flächig verklebt und, falls die Klebeverbindung örtlich noch verstärkt werden soll, gemäß Anspruch 12 zweckmäßigerweise zusätzlich auch noch stellenweise ver­ nietet sind.

Gemäß Anspruch 13 schließlich wird bei der Fertigung der Zellmodule zumindest als Deckschicht-Außenhaut ein vor­ gehärtetes Faserverbundlaminat verwendet, wodurch Ab­ drücke der Traggerüst- und anderer Sandwich-Einlegeteile, z. B. von Wabenkernzuschnitten, auf der Außen- bzw. Innen­ seite der Zellmodule wirksam verhindert werden und somit das Fahrzeug außen wie innen eine glatte Oberfläche er­ hält, ohne daß es einer aufwendigen Oberflächen-Nachbear­ beitung z. B. durch Schleifen, oder einer nachträglich montierten, zusätzlichen Innenverkleidung bedarf.

Die Erfindung wird nunmehr anhand des in Figuren schema­ tisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Teildarstellung einer Fahrzeugzelle nach der Erfindung;

Fig. 2 die Einzelkomponenten eines der Zellmodule in perspektivischer Ansicht;

Fig. 3 einen Schnitt einer Schraub-Spreizverbindung zwischen zwei Traggerüstteilen innerhalb eines Zellmoduls längs der Linie III-III der Fig. 2;

Fig. 4 einen Schnitt einer Paß-Steckverbindung zwischen zwei Zellmodulen im Eckbereich IV der Fig. 1 vor dem Zusammenfügen;

Fig. 5 einen Schnitt einer Paß-Steckverbindung im Seitenwand-Dachbereich V der Fig. 1 vor dem Zusammenfügen;

Fig. 6 a, b eine perspektivische bzw. geschnittene Teilansicht des Fenster- bzw. Türrahmen­ bereichs längs der Linie VI-VI der Fig. 1.

Die in Fig. 1 gezeigte Schienenfahrzeugzelle besteht aus einzeln vorgefertigten Dach-, Boden-, Stirn- (nicht er­ sichtlich) und Seitenwand-Zellmodulen 2.1 bis 2.4, die im zusammengefügten Zustand das aus einzelnen Tragprofil­ teilen gitterartig zusammengesetzte Traggerüst der Fahr­ zeugzelle und die die Schubversteifung übernehmende Sandwich-Beplankung des Traggerüstes ergeben.

Der Aufbau und die Fertigung der Zellmodule wird anhand eines Seitenwand-Teilmoduls unter Bezug auf Fig. 2 er­ läutert. Der Zellmodul ist als Sandwichstruktur mit inneren und äußeren Deckschichten 4, 6 aus Faserver­ bundwerkstoff ausgebildet, zwischen die eine Wabenkern- Stützschicht 8 und die zum Zellmodul gehörenden Tragprofilteile 10 des Traggerüstes als integraler Bestandteil der Sandwichstruktur eingeklebt werden. Die Tragprofilteile 10 sind gitterartig angeordnet, derart, daß die äußeren Quer- und Längsprofile 12, 14 eine in Umfangsrichtung geschlossene Randeinfassung für die Sandwichstruktur bilden.

Zur Herstellung des Seitenwand-Zellmoduls dient eine Formschale 16 aus Aluminium- oder Stahlblech, die mittels einer Abstützvorrichtung 18 in horizontaler Lage aufgeständert ist und auf der zunächst die beiden Deckschichten 4, 6 jeweils einzeln mit einem vorwiegend ±45°-Faserlagenaufbau hergestellt und ausgehärtet werden. Nach dem Aushärten besitzen die formschalenseiti­ gen Außenflächen der Deckschichten 4, 6 eine sehr glatte Oberflächenstruktur, so daß auf eine aufwendige Ober­ flächen-Nachbearbeitung oder eine nachträglich auf die Außenfläche der inneren Deckschicht 4 aufgebrachte Fahrzeug-Innenverkleidung verzichtet werden kann. Die äußere, auf der Formschale 16 aufliegende Deckschicht 6 wird mit einer Klebeschicht, etwa einer Phenolharzlage oder einem Folienkleber (nicht gezeigt) belegt, worauf­ hin die Tragprofilteile 10 aufgelegt und in die Zwischenräume zwischen diesen eventuell noch benötig­ te Einlegeteile, z. B. Krafteinleitungselemente in Form von Glasschnitzelblöcken (ebenfalls nicht gezeigt) eingesetzt werden. Die verbleibenden Flächenbereiche - mit Ausnahme der für die Fenster- und Türausschnitte freizuhaltenden Flächenfelder - werden nunmehr mit dem Wabenkernmaterial 8 belegt. Aus Gründen der Arbeitserspar­ nis wird dieses nur grob zugeschnitten und die entstehen­ den Lücken zu den Tragprofilteilen 10 werden mit einem Ausgleichsmaterial in Form eines Ausgleichsklebers oder -schaums ausgefüllt, woraufhin die innere Deck­ schicht 4 ebenfalls wieder unter Zwischenlage eines Folienklebers oder einer Phenolharzlage aufgesetzt wird und sämtliche Komponenten unter Druck- und Wärmeeinwir­ kung zum fertigen Zellmodul verklebt werden.

Die Tragprofilteile 10 sind als Hohlkammerprofile aus Aluminium oder Faserverbundwerkstoff vorgefertigt und werden im Hinblick auf eine exakte Positionierung inner­ halb des Zellmoduls bereits vor ihrer Einbeziehung in die Sandwichstruktur fest miteinander verbunden, und zwar vorzugsweise durch Spreiz-Dübelverbindungen 20 gemäß Fig. 3, die jeweils aus einem in das offene Ende des einen Tragprofilteils 10 eingesetzten Dübelteil 22 und mit diesem unter Aufspreizung des Dübelteils 22 verschraub­ ten, über Durchgangsbohrungen in den Hohlkammerwänden des anderen Tragprofilteils 14 eingeführten Befestigungs­ schrauben 24 bestehen.

Die Formschale 16 wird auch zur Herstellung von Zellmodu­ len benutzt, die - wie die Dachmodule 2.1 - eine ein­ seitig gekrümmte Querschnittskonfiguration aufweisen. Für diesen Zweck wird die Formschale 16, z. B. durch ent­ sprechende Profilschablonen, in dem gewünschten, elastisch verformten Zustand an der Abstützvorrichtung 18 fixiert, woraufhin der gekrümmte Zellmodul in gleicher Weise wie der oben beschriebene, ebene Zellmodul hergestellt wird, abgesehen davon, daß natürlich entsprechend vorgebogene Tragprofilteile 10 benötigt werden.

Zusammengefügt werden die einzelnen Zellmodule über paß­ genaue Steckverbindungen, die sich großflächig über den gesamten Außenumfang der Zellmodule erstrecken. Zu die­ sem Zweck sind die randseitigen Tragprofilteile 12 und 14 nur über einen Teil ihrer Profilbreite mit den Deck­ schichten 4, 6 verklebt und werden über ihre deckschicht­ freien Profilabschnitte mit dem randseitigen Tragprofil­ teil 12 bzw. 14 des benachbarten Zellmoduls lastüber­ tragend verkoppelt. In Fig. 4 ist eine derartige Paß- Fügeverbindung zwischen Boden- und Seitenwandmodul 2.2 und 2.4 gezeigt. Die Doppelkammer-Tragprofilteile 14, die die äußere, unter Zwischenlage des Ausgleichsklebers oder -schaums 26 an den Wabenkern 8 angrenzende Rand­ einfassung des Zellmoduls bilden, sind etwa nur über die Hälfte ihrer Profilbreite in die Sanwichstruktur einbe­ zogen und werden mit Hilfe eines Steckverbindungsprofils 28, das auf die deckschichtfreien Hohlkammer-Profilab­ schnitte aufgeschoben und mit diesen flächig verklebt wird, fest miteinander verbunden, wobei die freien Pro­ filschenkel des Verbindungsprofils 28 im zusammengefüg­ ten Zustand bündig an den Deckschichten 4, 6 der Zellmo­ dule 2.2 bzw. 2.4 anliegen.

Bei der in Fig. 5 gezeigten Paß-Fügeverbindung zwi­ schen Dach- und Seitenwandmodul 2.1, 2.3 ist als randsei­ tiges Tragprofilteil des Dachmoduls 2.1 ein einseitig offenes Hohlkammerprofil 30 vorgesehen, dessen freie Profilschenkel 32 beim Zusammenfügen der Zellmodule 2.1, 2.3 engsitzend auf das randseitige Gegenprofil 14 des Seitenwandmoduls 2.3 aufschiebbar sind, so daß die Randprofile 14, 30 wiederum unter exakter gegenseiti­ ger Fixierung der zugehörigen Zellmodule 2.1 und 2.3 miteinander verklebt werden können.

Die beschriebenen, aus in seitlicher Richtung paßgenau zusammenschiebbaren und dann miteinander verklebten Rand­ profilteilen 12, 14, 30 bestehenden Fügeverbindungen werden in analoger Weise auch zwischen den übrigen Zell­ modulen, etwa zwischen den Dach- und Stirnwandmodulen oder zum Einfügen von Zwischenwandmodulen 2.4 (Fig. 1) verwendet. In Bereichen einer örtlichen Spannungskonzen­ tration, für die die Festigkeit der Klebeverbindung nicht ausreicht, können die Traggerüstteile 10 mit den Deck­ schichten 4, 6 oder - an den Paßfügeverbindungen zwischen den Zellmodulen - untereinander zusätzlich noch vernietet oder verschraubt werden.

Fig. 5 zeigt ferner die Möglichkeit, den Zellmodul mit einer gegenüber der Profilhöhe der randseitigen Tragpro­ filteile unterschiedlichen Wanddicke auszubilden, derart, daß durch Einfügen entsprechender Wabenkernstreifen 8.2 bei der Zellmodulfertigung ein allmählicher Über­ gang von der Sandwichdicke zur Profilhöhe des rand­ seitigen Tragprofilteils 14 erreicht wird.

In gleicher Weise wie die Tragprofilteile 10 werden auch die Fenster- und Türrahmenprofile 34 und 36 in die Sandwichstruktur 2 mitintegriert, wie die Fig. 6a, b zeigt. Dabei sind Sichtradien an den Ecken der Fenster- bzw. Türausschnitte bereits an den Rahmenprofilen 34, 36 ausgebildet, und überschüssiges Deckschichtmaterial wird nach dem Verkleben der Sandwichstruktur 2 durch Besäumen längs der Rahmenprofilkanten maßgenau entfernt. Die Fensterscheiben 38 werden zusammen mit einer Gummi­ dichtung 40 und einer Randeinfassung 42 nachträglich an den Rahmenprofilen 34 befestigt. Das Türrahmenprofil 36 enthält einen einstückig angeformten, den Türanschlag bildenden Profilabschnitt 44 (Fig. 6b); wahlweise kann das Türrahmenprofil 36 jedoch auch - längs der in Fig. 6b gestrichelten Trennungslinie - zweiteilig ausgebil­ det sein und der Profilabschnitt 44 erst nach Fertig­ stellung des Seitenwandmoduls 2.3 am Türrahmenprofil 36 befestigt werden.

Gemäß einer Fertigungsvariante für die Zellmodule wird auf eine vorherige Aushärtung der Deckschichten 4, 6 verzichtet, und statt dessen werden diese im noch unge­ härteten Zustand zusammen mit den Wabenkern- und Trag­ gerüstteilen 8, 10 auf das Formwerkzeug 16, 18 aufge­ legt und dann unter gleichzeitiger Verklebung der Sandwichstruktur ausgehärtet. In diesem Fall empfiehlt es sich allerdings, die Außenfläche zumindest einer, vorzugsweise der inneren Deckschicht 4 mit einer vorgehärteten, beim Aushärten des Deckschichtmaterials integral mit diesem verklebten Außenhaut zu belegen.

Claims (13)

1. Fahrzeugzelle, insbesondere für ein Schienenfahrzeug, bestehend aus einem Traggerüst und an diesem befestig­ ten Sandwichteilen, die jeweils eine äußere und eine innere Deckschicht und eine zwischen diese einge­ klebte Stützschicht enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrzeugzelle aus einzeln fertiggestellten Zell­ modulen (2) aufgebaut ist, die jeweils in Integralbau­ weise als Sandwichstruktur mit im Bereich der Stütz­ schicht (8) eingefügten, an den Deckschichten (4, 6) befestigten Traggerüstteilen (10, 12, 14, 30) ausge­ bildet und randseitig an den Traggerüstteilen mit Paßverbindungen (28, 32) zum Zusammenfügen der Zellmodule versehen sind.

2. Fahrzeugzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Paßverbindungen (28, 32) aus lastübertragend mit­ einander verkoppelten Steckverbindungselementen be­ stehen.

3. Fahrzeugzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Paß- bzw. Steckverbindungselemente (28, 32) miteinander verklebt sind.

4. Fahrzeugzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Zellmodule (2) randseitig jeweils vollständig von mit den Paßverbindungen versehenen Traggerüstteilen (12, 14) umschlossen sind.

5. Fahrzeugzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die randseitigen Traggerüstteile (12, 14) als paß­ genau ineinander schiebbare Hohlprofilteile ausge­ bildet sind.

6. Fahrzeugzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Traggerüstteile (10) innerhalb der einzelnen Zellmodule (2) gitterartig miteinander verbunden sind.

7. Fahrzeugzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Traggerüstteile (10) innerhalb der einzelnen Zellmodule (2) miteinander verschraubt sind.

8. Fahrzeugzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Stützschicht (8) für die Zellmodule (2) jeweils über ein Ausgleichsmaterial (26) an die Gerüstteile (10) angefügte Wabenkern- oder Schaumstoff-Zuschnitte vorgesehen sind.

9. Fahrzeugzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rahmenprofile (34, 36) für die Fahrzeugfenster und -türen in gleicher Weise wie die Traggerüstteile (10) in die jeweiligen Zellmodule (2) mitintegriert sind.

10. Fahrzeugzelle nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschichten (4, 6) nach Fertigstellung des je­ weiligen Zellmoduls (2) längs der Fenster- bzw. Türrahmenprofile (34, 36) besäumt sind.

11. Fahrzeugzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschichten (4, 6) aus mit den Traggerüstteilen (10) flächig verklebten Faserverbundschichten beste­ hen.

12. Fahrzeugzelle nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschichten (4, 6) mit den Traggerüstteilen (10) zusätzlich zu der Verklebung örtlich vernietet sind.

13. Fahrzeugzelle nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Außenhaut einer Deckschicht (4, 6) durch ein getrennt vorgehärtetes Faserverbundlaminat ge­ bildet ist.