EP0786390A1 - Wagenkasten für Schnellbahnen - Google Patents

Wagenkasten für Schnellbahnen Download PDF

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EP0786390A1
EP0786390A1 EP96810048A EP96810048A EP0786390A1 EP 0786390 A1 EP0786390 A1 EP 0786390A1 EP 96810048 A EP96810048 A EP 96810048A EP 96810048 A EP96810048 A EP 96810048A EP 0786390 A1 EP0786390 A1 EP 0786390A1
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EP
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car body
connection
cover plates
body according
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EP96810048A
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Peter Fehr
Lorenzo Kocher
Robert Joel Dean
Roger Betschart
Lutz Kampmann
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3A Composites International AG
Original Assignee
Alusuisse Lonza Services Ltd
Alusuisse Technology and Management Ltd
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61D—BODY DETAILS OR KINDS OF RAILWAY VEHICLES
    • B61D17/00—Construction details of vehicle bodies
    • B61D17/005—Construction details of vehicle bodies with bodies characterised by use of plastics materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61D—BODY DETAILS OR KINDS OF RAILWAY VEHICLES
    • B61D17/00—Construction details of vehicle bodies
    • B61D17/04—Construction details of vehicle bodies with bodies of metal; with composite, e.g. metal and wood body structures
    • B61D17/043—Construction details of vehicle bodies with bodies of metal; with composite, e.g. metal and wood body structures connections between superstructure sub-units

Definitions

  • the invention relates to a car body for high-speed trains, in particular for magnetic levitation trains, with a cell with longitudinal support profiles made of aluminum and lightweight composite panels used between the support profiles.
  • Car bodies of a known design are not able to meet the requirements in all respects.
  • the lightweight composite panels consist of a plastic core which is covered on both sides with plastic cover layers.
  • the connection between the composite panels and the longitudinal carrier profiles takes place via an intermediate profile made of aluminum, which is glued on the one hand between the cover layers of the composite panel and on the other hand welded to the carrier profile.
  • the cover plates are also connected at a free edge to the connection profile by means of laser welding.
  • connection profile in the area of at least one connection strip can have a cross-sectionally U-shaped longitudinal channel overlapped by the cover plate as an adhesive all.
  • This special configuration of the connection profile results in a certain mobility of the connection strip projecting from the connection profile, as a result of which tolerances can be easily compensated for during assembly.
  • the core consists of foamed polyetherimide (PEI) and the cover plates consist of an AlMg alloy, in particular an alloy of the AlMg 3 type.
  • PEI polyetherimide
  • connection profiles and / or the carrier profiles can, for example, be extruded from an AlMgSi alloy.
  • connection profile is preferably designed as a hollow chamber profile.
  • a car body 10 of a magnetic levitation train for passenger transport has a passenger compartment 12 and an underfloor structure 14 with two-part lower belts 15.
  • Cell 12 and underfloor structure 14 form two main assemblies, which are manufactured as a whole, fully equipped independently of one another and then assembled to form the finished car body.
  • a lightweight aluminum construction with combined profile / sandwich technology is provided for the structure of the cell 12.
  • the passenger compartment 12 has a floor 17 delimited by two outer longitudinal members 16.
  • the base 17 is formed by two outer base plates 30 fixed between the outer side members 16 and inner side members 18 and an inner base plate 31 arranged between the two inner side members 18 above a central channel 19.
  • the roof 22 comprises a main roof part 23 fixed between roof straps 24 and a transition part 26 each as a connecting member between the roof straps 24 and the window posts 28.
  • the roof belt 24 is manufactured as an extruded hollow chamber profile from an AlMgSi alloy.
  • the main roof part 23 and the transition part 26 are designed as curved sandwich panels and have a core 32 clad on both sides with cover plates 34.
  • the core 32 consists, for example, of foamed polyetherimide, the cover plates of an alloy of the AlMg 3 type.
  • the connection between the main roof part 23 and the roof belt 24 and between the transition part 26 and the roof belt 24 takes place via an integrated part in the main roof part 23 or in the transition part 26 , hollow chamber-shaped connection profile 36, which is also extruded, for example, from an alloy of the type AlMg 3.
  • Undercut grooves 25 formed on the roof belt 24 and directed against the inside of the car body serve on the one hand to clamp the roof belt 24 during the assembly of the car body 10 and can also be used for fastening an inner lining.
  • a connection between a carrier profile 35 and a sandwich composite panel 37 is shown in detail.
  • the foamed core 32 of the sandwich composite panel 37 is covered on both sides with the cover plates 34.
  • the cover plates 34 positively overlap the connection profile 36 aligned with the surfaces of the core 32.
  • the connection between the cover plates 34 and the core 32 or the connection profile 36 takes place via an intermediate adhesive layer, not shown in the drawing.
  • connection profile 36 which is provided for connection to a support profile and which is integrated in the composite plate 37 has an integral first support strip 38 and a second support strip 40 protruding from the connection profile 36.
  • These two support strips 38, 40 of the support profile 35 rest on a first support strip 42 correspondingly projecting from the support profile 35 or a second support strip 44 integrally molded onto the support profile 35.
  • the two contact strips 38, 40 on the connection profile 36 are arranged parallel to one another and at a distance a. This distance a corresponds to the distance between the support strips 42, 44, which are also parallel to one another, on the carrier profile 35.
  • the ends of the protruding support strips 40, 42 are connected to the support strips 38, 42 which are respectively adjacent to them by laser welding in each case via a main weld seam 46, 48.
  • the cover plates 34 partially overlap the connection profile 36 and are connected with their free edge via a weld seam 50, 52 by laser welding to the connection profile 36 underneath.
  • connection profile 36 in the region of the weld seams 50, 52.
  • longitudinal grooves or cross-sectionally U-shaped longitudinal grooves 54, 56 are provided in the connection profile 36 as so-called adhesive halls. These have the effect that when the cover plates 34 are glued to the core 32, adhesive which escapes under pressure is caught in the groove 54, 56 and thus cannot reach the area of the weld seam 50, 52 to be produced.
  • the weld seams 50, 52 create a gas-tight connection between the cover plates 34 and the connection profile 36 underneath, so that a reduction in the adhesion between cover plates 34 and the core 32 can be ruled out even after years of operation.
  • the longitudinal groove or U-shaped longitudinal groove 56 adjacent to the protruding support strip 52 of the carrier profile 35 serves at the same time to compensate for tolerances, in that the protruding support strip 40 has greater mobility and is thus easily pressed against the corresponding support strip 44 on the carrier profile 35 or at too high a tolerance too tight Tolerance can easily be spread.
  • connection technology shown in detail in particular in FIG. 3, can be used in all places of the car body 10, in which a sandwich panel must be connected to a longitudinal profile.
  • those points at which the connection technology according to FIG. 3 is used are designated by x.
  • the remaining connection points between the transition part 26 and the window posts 28, between the window posts 28 and the side wall 20 and between the inner longitudinal member 18 and the inner base plate 31 are riveted.
  • connection technology described here between sandwich composite panels 37 and carrier profiles 35 the body 10 of FIG. 1 can be prefabricated in three parts in a simple manner and then finally assembled by inserting the window profiles 28 and the inner base plate 31.
  • connection technology described here for the cross section of a car body 10 also applies to the corresponding connections in the longitudinal direction of the car between the sandwich panels and intermediate cross members.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Body Structure For Vehicles (AREA)

Abstract

Bei einem Wagenkasten mit einer Zelle mit längslaufenden Trägerprofilen (35) aus Aluminium und zwischen den Trägerprofilen eingesetzten Leichtbau-Verbundplatten weisen die Verbundplatten (37) einen beidseitig mit Deckblechen (34) aus Aluminium verklebten Kern (32) aus Kunststoff auf. Die Deckbleche (34) übergreifen ein in die Verbundplatte (37) integriertes Anschlussprofil (36) aus Aluminium teilweise und liegen diesem formschlüssig auf. Das Anschlussprofil (36) weist Anschlussstreifen (38,40) auf, die am Trägerprofil (35) entsprechend angeordneten Anschlussstreifen (42, 44) paarweise anliegen. Das Anschlussprofil (36) ist mit dem Trägerprofil (35) über eine Laserschweissung verbunden. Die Deckbleche (34) sind an einer freien Kante mit dem Anschlussprofil (36) ebenfalls über eine Laserschweissung verbunden und das Anschlussprofil (36) weist im Bereich mindestens eines Anschlussstreifens (40) eine vom Deckblech (34) übergriffene, querschnittlich U-förmige Längsrinne (56) als Klebstoffalle auf. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Wagenkasten für Schnellbahnen, insbesondere für Magnetschwebebahnen, mit einer Zelle mit längslaufenden Trägerprofilen aus Aluminium und zwischen den Trägerprofilen eingesetzten Leichtbau-Verbundplatten.
  • An einen Wagenkasten für Schnellbahnen werden hohe Anforderungen bezüglich Druckdichtigkeit und Drucksteifigkeit, Schall- und Wärmedämmung, Kollisionstoleranz, Gewicht sowie Fertigung und Montage gestellt. Wagenkasten bekannter Bauart vermögen den gestellten Anforderungen nicht in allen Punkten zu genügen.
  • Bei einem in der EP-A-0622285 offenbarten Wagenkasten der eingangs erwähnten Art bestehen die Leichtbau-Verbundplatten aus einem beidseitig mit Deckschichten aus Kunststoff beplankten Kern aus Kunststoff. Die Verbindung zwischen den Verbundplatten und den längslaufenden Trägerprofilen erfolgt über ein Zwischenprofil aus Aluminium, das einerseits zwischen den Deckschichten der Verbundplatte eingeklebt und andererseits mit dem Trägerprofil verschweisst ist.
  • Angesichts dieses Standes der Technik haben sich die Erfinder die Aufgabe gestellt, einen Wagenkasten der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der sich insbesondere durch ein geringes Gewicht, eine hohe Steifigkeit sowie eine gute Dauerfestigkeit auszeichnet.
  • Zur erfindungsgemässen Lösung der Aufgabe führt, dass
    • (a) die Verbundplatten einen beidseitig mit Deckblechen aus Aluminium verklebten Kern aus Kunststoff aufweisen,
    • (b) die Deckbleche ein in die Verbundplatte integriertes Anschlussprofil aus Aluminium teilweise übergreifen und diesem formschlüssig aufliegen,
    • (c) das Anschlussprofil Anschlussstreifen aufweist, die am Trägerprofil entsprechend angeordneten Anschlussstreifen paarweise anliegen und
    • (d) das Anschlussprofil mit dem Trägerprofil über eine Laserschweissung verbunden ist.
  • Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemässen Wagenkastens sind auch die Deckbleche an einer freien Kante mit dem Anschlussprofil über eine Laserschweissung verbunden.
  • Da die für eine Laserschweissung vorgesehenen Teile absolut klebstoffrei gehalten werden müssen, kann das Anschlussprofil im Bereich mindestens eines Anschlussstreifens eine vom Deckblech übergriffene, querschnittlich U-förmige Längsrinne als Klebstoffalle aufweisen. Durch diese besondere Ausgestaltung des Anschlussprofils ergibt sich eine gewisse Beweglichkeit des vom Anschlussprofil abragenden Anschlussstreifens, wodurch auf einfache Weise beim Zusammenbau Toleranzen ausgeglichen werden können.
  • Bei einer besonders bevorzugten Verbundplatte besteht der Kern aus geschäumtem Polyetherimid (PEI) und die Deckbleche aus einer AlMg-Legierung, insbesondere einer Legierung vom Typ AlMg 3.
  • Die Anschlussprofile und/oder die Trägerprofile können beispielsweise aus einer AlMgSi-Legierung stranggepresst sein.
  • Das Anschlussprofil ist bevorzugt als Hohlkammerprofil ausgestaltet.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt schematisch in
    • - Fig. 1
    einen Querschnitt durch einen Wagenkasten;
    - Fig. 2
    einen vergrösserten Ausschnitt von Fig. 1 im Bereich einer Verbindung;
    - Fig. 3
    eine spezielle Ausführungsform einer Verbindung.
  • Ein Wagenkasten 10 einer Magnetschwebebahn für den Personentransport weist gemäss Fig. 1 eine Fahrgastzelle 12 sowie eine Unterflurstruktur 14 mit zweiteilig ausgeführten Untergurten 15 auf. Zelle 12 und Unterflurstruktur 14 bilden hierbei zwei Hauptbaugruppen, die gesamt gefertigt, unabhängig voneinander vollständig ausgerüstet und anschliessend zum fertigen Wagenkasten montiert werden. Für die Struktur der Zelle 12 ist eine Aluminium-Leichtbauweise mit kombinierter Profil-/Sandwichtechnik vorgesehen.
  • Die Fahrgastzelle 12 weist einen durch zwei äussere Längsträger 16 begrenzten Boden 17 auf. Der Boden 17 wird gebildet durch zwei zwischen den äusseren Längsträgern 16 und inneren Längsträgern 18 festgelegten äusseren Bodenplatten 30 sowie einer zwischen den beiden inneren Längsträgern 18 über einem Mittelkanal 19 angeordneten inneren Bodenplatte 31.
  • Von den äusseren Längsträgern 16 ragen Seitenwände 20 auf, die über Fensterpfosten 28 mit einem Dach 22 verbunden sind.
  • Das Dach 22 umfasst ein zwischen Dachgurten 24 festgelegtes Hauptdachteil 23 sowie je ein Uebergangsteil 26 als Verbindungsglied zwischen den Dachgurten 24 und den Fensterpfosten 28.
  • Fig. 2 zeigt den Anschluss des Hauptdachteils 23 sowie des Uebergangsteils 26 am Dachgurt 24. Der Dachgurt 24 ist als stranggepresstes Hohlkammerprofil aus einer AlMgSi-Legierung gefertigt. Das Hauptdachteil 23 sowie das Uebergangsteil 26 sind als gebogene Sandwichplatten ausgestaltet und weisen einen beidseitig mit Deckblechen 34 beplankten Kern 32 auf. Der Kern 32 besteht beispielsweise aus geschäumtem Polyetherimid, die Deckbleche aus einer Legierung vom Typ AlMg 3. Die Verbindung zwischen dem Hauptdachteil 23 und dem Dachgurt 24 sowie zwischen dem Uebergangsteil 26 und dem Dachgurt 24 erfolgt über ein im Hauptdachteil 23 bzw. im Uebergangsteil 26 integriertes, hohlkammerförmiges Anschlussprofil 36, das beispielsweise ebenfalls aus einer Legierung des Typs AlMg 3 stranggepresst ist. Am Dachgurt 24 angeformte und gegen die Innenseite des Wagenkastens gerichtete hinterschnittene Nuten 25 dienen einerseits dem Einspannen des Dachgurtes 24 während der Montage des Wagenkastens 10 und können auch zur Befestigung einer Innenverkleidung verwendet werden.
  • In Fig. 3 ist eine Verbindung zwischen einem Trägerprofil 35 und einer Sandwichverbundplatte 37 detailliert dargestellt. Der geschäumte Kern 32 der Sandwichverbundplatte 37 ist beidseitig mit den Deckblechen 34 beplankt. Die Deckbleche 34 übergreifen das mit den Oberflächen des Kerns 32 fluchtende Anschlussprofil 36 formschlüssig. Die Verbindung zwischen den Deckblechen 34 und dem Kern 32 bzw. dem Anschlussprofil 36 erfolgt über eine zwischenliegende, in der Zeichnung nicht dargestellte Klebstoffschicht.
  • Das zum Anschluss an ein Trägerprofil vorgesehene in die Verbundplatte 37 integrierte Anschlussprofil 36 weist einen integralen ersten Auflagestreifen 38 und einen vom Anschlussprofil 36 abragenden zweiten Auflagestreifen 40 auf. Diese beiden Auflagestreifen 38, 40 des Trägerprofils 35 liegen einem entsprechend vom Trägerprofil 35 abragenden ersten Auflagestreifen 42 bzw. einem dem Trägerprofil 35 integral angeformten zweiten Auflagestreifen 44 auf. Die beiden Auflagestreifen 38, 40 am Anschlussprofil 36 sind parallel zueinander und in einem Abstand a angeordnet. Dieser Abstand a entspricht dem Abstand der ebenfalls parallel zueinander liegenden Auflagestreifen 42, 44 am Trägerprofil 35. Die Enden der abragenden Auflagestreifen 40, 42 sind mit dem diesen jeweils anliegenden Auflagestreifen 38, 42 über je eine Hauptschweissnaht 46, 48 durch eine Laserschweissung miteinander verbunden.
  • Die Deckbleche 34 übergreifen teilweise das Anschlussprofil 36 und sind mit ihrer freien Kante über je eine Schweissnaht 50, 52 durch eine Laserschweissung mit dem darunterliegenden Anschlussprofil 36 verbunden.
  • Da bei einer Laserschweissung unbedingt vermieden werden muss, dass Klebstoff zur Schweissstelle gelangen kann, müssen im Bereich der Schweissstellen zwischen den Deckblechen 34 und dem darunterliegenden Anschlussprofil 36 entsprechende Vorkehrungen getroffen werden. Diese beinhalten einerseits eine absolute Klebstoffreiheit im Kantenbereich der Deckbleche 34, wobei eine zusätzliche Sicherheit durch eine spezielle Ausbildung des Anschlussprofils 36 im Bereich der Schweissnähte 50, 52 erreicht werden kann. Hierzu sind im Anschlussprofil 36 längslaufende Nuten bzw. querschnittlich U-förmige Längsrinnen 54, 56 als sogenannte Klebstoffallen vorgesehen. Diese bewirken, dass beim Verkleben der Deckbleche 34 mit dem Kern 32 unter Druck ausweichender Klebstoff in der Nut 54, 56 aufgefangen wird und damit nicht in den Bereich der zu erzeugenden Schweissnaht 50, 52 gelangen kann. Durch die Schweissnähte 50, 52 entsteht eine gasdichte Verbindung zwischen den Deckblechen 34 und dem darunterliegenden Anschlussprofil 36, so dass eine Verminderung der Haftfähigkeit zwischen Deckblechen 34 und dem Kern 32 auch nach jahrelanger Betriebszeit ausgeschlossen werden kann.
  • Die dem abragenden Auflagestreifen 52 des Trägerprofils 35 benachbarte Längsnut bzw. U-förmige Längsrinne 56 dient gleichzeitig dem Toleranzausgleich, indem der abragende Auflagestreifen 40 eine grössere Beweglichkeit aufweist und so bei zu hoher Toleranz leicht gegen den entsprechenden Auflagestreifen 44 am Trägerprofil 35 gedrückt bzw. bei zu enger Toleranz leicht gespreizt werden kann.
  • Die insbesondere in Fig. 3 im Detail dargestellte Verbindungstechnik ist bei allen Stellen des Wagenkastens 10 anwendbar, bei dem eine Sandwichplatte mit einem längslaufenden Profil verbunden werden muss. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform eines Wagenkastens 10 sind diejenigen Stellen, bei denen die Verbindungstechnik gemäss Fig. 3 zur Anwendung gelangt, mit x bezeichnet. Die übrigen Verbindungsstellen zwischen dem Uebergangsteil 26 und den Fensterpfosten 28, zwischen den Fensterpfosten 28 und der Seitenwand 20 sowie zwischen dem inneren Längsträger 18 und der inneren Bodenplatte 31, sind genietet.
  • Mit der hier beschriebenen Verbindungstechnik zwischen Sandwichverbundplatten 37 und Trägerprofilen 35 lässt sich der Wagenkasten 10 von Fig. 1 auf einfache Weise dreiteilig vorfertigen und anschliessend durch Einsetzen der Fensterprofile 28 sowie der inneren Bodenplatte 31 endmontieren. Selbstverständlich gilt die hier für den Querschnitt eines Wagenkastens 10 beschriebene Verbindungstechnik auch für die entsprechenden Verbindungen in Wagenlängsrichtung zwischen den Sandwichplatten und zwischengeordneten Querträgern.

Claims (7)

  1. Wagenkasten für Schnellbahnen, insbesondere für Magnetschwebebahnen, mit einer Zelle (12) mit längslaufenden Trägerprofilen (35) aus Aluminium und zwischen den Trägerprofilen eingesetzten Leichtbau-Verbundplatten (37),
    dadurch gekennzeichnet, dass
    (a) die Verbundplatten (37) einen beidseitig mit Deckblechen (34) aus Aluminium verklebten Kern (32) aus Kunststoff aufweisen,
    (b) die Deckbleche (34) ein in die Verbundplatte (37) integriertes Anschlussprofil (36) aus Aluminium teilweise übergreifen und diesem formschlüssig aufliegen,
    (c) das Anschlussprofil (36) Anschlussstreifen (38,40) aufweist, die am Trägerprofil (35) entsprechend angeordneten Anschlussstreifen (42,44) paarweise anliegen und
    (d) das Anschlussprofil (36) mit dem Trägerprofil (35) über eine Laserschweissung verbunden ist.
  2. Wagenkasten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckbleche (34) an einer freien Kante mit dem Anschlussprofil (36) über eine Laserschweissung verbunden sind.
  3. Wagenkasten nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussprofil (36) im Bereich mindestens eines Anschlussstreifens (40) eine vom Deckblech (34) übergriffene, querschnittlich U-förmige Längsrinne (56) als Klebstoffalle aufweist.
  4. Wagenkasten nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (32) aus geschäumtem Polyetherimid (PEI) besteht.
  5. Wagenkasten nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckbleche (32) aus einer AlMg-Legierung, insbesondere einer Legierung vom Typ AlMg3, gefertigt sind.
  6. Wagenkasten nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussprofile (36) und/oder die Trägerprofile (35) aus einer AlMgSi-Legierung stranggepresst sind.
  7. Wagenkasten nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussprofil (36) ein Hohlkammerprofil ist.
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