EP0988205A1 - Schienenfahrzeug mit einem kopfmodul aus einem faserverbundwerkstoff - Google Patents

Schienenfahrzeug mit einem kopfmodul aus einem faserverbundwerkstoff

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EP0988205A1
EP0988205A1 EP98936202A EP98936202A EP0988205A1 EP 0988205 A1 EP0988205 A1 EP 0988205A1 EP 98936202 A EP98936202 A EP 98936202A EP 98936202 A EP98936202 A EP 98936202A EP 0988205 A1 EP0988205 A1 EP 0988205A1
Authority
EP
European Patent Office
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head module
rail vehicle
car body
module
joint
Prior art date
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Granted
Application number
EP98936202A
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English (en)
French (fr)
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EP0988205B1 (de
Inventor
Hartmut Carstensen
Bernd Hoppe
Ursula Wagner
Burkhart Liesenberg
Erwin Schmelzer
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Alstom Transportation Germany GmbH
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
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Publication date
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    • 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
    • B61D17/06—End walls
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
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    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • 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
    • B61D17/045—The sub-units being construction modules

Definitions

  • the invention relates to a rail vehicle with a head module made of a fiber composite material, as defined in the preamble of claim 1.
  • rail vehicles are increasingly being constructed with head modules, such as driver's cabs, made of fiber composite materials.
  • a cab of a rail vehicle is made as a separate assembly from a fiber composite material, the walls of the cab forming a monoblock unit with a supporting structure of the driver's console and the cab is to be fastened to the base frame of the rail vehicle and to the upper long beams of the side wall upper frame by screwing. If necessary, presumably to compensate for tolerances and to reduce force peaks, they should be attached using elastic buffers. Forces acting from the front and resulting from the lifting of the vehicle should be able to be transmitted to the underframe and the upper long beams via fixed stops.
  • - middle clutch pressure e.g. 1500 kN
  • - middle clutch cable e.g. 1000 kN
  • An object of the invention is to find a solution for a generic rail vehicle that avoids the disadvantages described in the prior art and firmly connects a head module made of fiber composite material in a new way with a car body module and a base frame, production-related shape and dimension tolerances in ( in relation to the rail vehicle) vertical, longitudinal and transverse directions between a head module made of fiber composite material on the one hand and car body module and base frame on the other hand easily and with little effort compensated, no undefined internal stresses occur when joining and the different thermal expansions of a head module made of fiber composite material and a car body module are absorbed without damage .
  • Another object is to design head modules made of fiber composite material to be load-bearing and to connect them to a car body module connected to a base frame in such a way that a particularly force-locking, firm and rigid connection is formed between the head module and the car body module and the base frame, and the head module thereby has a substantial load share in accordance with the aforementioned load cases and can bear the operating stress and introduce it into the body structure.
  • the inventive design of the joints between the head module and the car body module and the base frame allows a fixed connection of a head module, free of undefined internal stresses, to be established both with a car body module and with a base frame, in the case of manufacturing-related dimensional deviations of the head module as well as manufacturing tolerances of the car body module and base frame, both in the vehicle vertical - Be compensated in the vehicle's longitudinal and transverse directions in a technically simple and economical manner.
  • the tolerance compensation of the head module with respect to the car body module becomes even easier if the solution found for a shear-resistant connection is only produced in the side wall areas and an elastic adhesive connection is produced in the roof area in a known manner, which can also compensate for differences in height.
  • connection of side wall end profiles with a car body end profile provided in a further development of the invention additionally reduces the effort and costs for tolerance compensation of the car body module.
  • connection made in cold joining technology is independent of whether the car body module is made of steel, light metal or another type of construction. For repair purposes, this type of connection can be released without damaging the head module and car body module.
  • Another significant advantage achieved by the invention is that rail vehicles with head modules made of fiber-reinforced materials can now also be manufactured, in which the load-bearing head module takes over load components of the car body structure and can initiate into the subsequent car body module through a firm and rigid joint connection.
  • a high shear rigidity is achieved, in particular, by the connection, which is made in two sections, at least between the side walls of the head module and the body module, so that the side walls of both the head module and the body module can be dimensioned to save material and mass.
  • a head module designed according to the invention can be built, equipped and pre-tested with a high degree of prefabrication before it is joined to the car body module.
  • FIG. 1 is a side view of a rail vehicle designed and joined according to the invention
  • Fig. 2 shows a cross section through a joint between the head module and
  • Fig. 3 shows a cross section through a joint between
  • Head module side wall and car body side wall are both Head module side wall and car body side wall.
  • a car body module 2 is prefabricated for a rail vehicle 1 on a base frame 3.
  • the underframe 3 accommodates the pulling and pushing devices (not shown) of the rail vehicle, contains the receptacles (also not shown) for wheel sets or bogies and other functional units of the rail vehicle and, for functional and design reasons, partially carries an outer cladding.
  • the head module 12 is made according to the exemplary embodiment, at least one head module end wall 13, two head module side walls 14 and one head module roof 22, which can be individually prefabricated and then joined to the head module 12 or jointly manufactured as a head module 12 in a monoblock design
  • a material allowance is shown on the long beam 4 of the base frame 3 as shown in FIG Height tolerance compensating means 5 is provided, which is mechanically processed as far as necessary after measurement of the prefabricated head module 12 and the base frame.
  • FIG. 1 It is also conceivable to provide one or more additional supplements adapted to the height difference instead of the material allowance of the long beam 4, which also have the shape of the joint edge of the head module comprehensive U-profile, or to use other types of tolerance compensating means.
  • blind rivets which can be set on one side are introduced as fastening means 20 and clamped between the inner surface of the reinforcing profile 18 and the underside of the long beam 4, so that the head module side wall 14 and the base frame 13 are pre-tensioned, firmly and stiffly mite the shape and thickness of the reinforcing profile 18 are expediently dimensioned such that it supports the stability of the head module side wall 14 during transport and assembly and, after the fastening means 18 have been set, both the clamping forces and the load forces in the longitudinal, transverse and vertical directions are sufficiently flat introduces the fiber composite material of the head module side wall 14 If the forces to be transmitted in the joint between the head module side wall 14 and the long beam 4 can be transmitted by
  • a similar design should have the joint (not shown in the figure) between the head module end wall 13 and the base frame 3.
  • the car body side wall 9 In order to connect the head module 12 to the car body module 2 in an approximately vertical joining plane (which can also be inclined, curved and / or stepped), the car body side wall 9 has an inner joining web 7 and an outer joining web 8 in this joining region according to FIG. 3 , between which the head module side wall 14 is inserted.
  • the leg length of the two joining webs 7 and 8, their spacing and their elasticity in the transverse direction of the vehicle are selected such that the joining edge of the head module side wall 14, into which a reinforcing profile 19 is integrated, has a positive fit and the dimensional deviations in the longitudinal and transverse directions of the vehicle are taken into account.
  • the joint between the head module roof 22 and the car body roof 10 can be designed in the same way. With sufficient strength in the side wall area, however, it is possible after a further development of the invention (not shown in the drawing) to use this joint as a conventional elastic adhesive connection 11 design, whereby additional dimensional tolerances in the roof area can be easily compensated
  • the head module of which is to be designed to be load-bearing it has proven advantageous to apply the sandwich structure of the head module end wall 13, the head module side wall 14 and the head module roof 22 made of a core 15 made of at least one core material and at least on both sides of the core 15
  • Layer structures 16 and 17 made of fiber composite materials with directional fiber structures and the head module 12 in a monoblock construction is particularly advantageous to manufacture such a core 15 from a lightweight core material, e.g. a lightweight rigid foam. If the shear forces to be transmitted require it, it is expedient that the reinforcement profiles 18 and 19 are laminated into the joint edges of the corresponding parts of the head module and are enclosed by the two layer structures 16 and 17.
  • the shape, arrangement and connection of the reinforcement profiles 18 and 19 are also at the joint edges of the head module 12 can be provided
  • the joint edge of the head module side wall 14 towards the car body module side wall 9 can be designed as an open joint edge, in which the core material is removed in places and the reinforcement profile 19 is only pushed in when the forces to be transmitted are achieved solely by means of frictional engagement between the head module side wall reinforced by the reinforcement profile 19 14 and the two joint webs 7 and 8 or by means of a hole reveal in the fiber composite material.
  • Both reinforcement profiles can be made of light metal, but also of another material, provided that they are designed so that there is sufficient mechanical strength and permanent corrosion resistance Joint edge, but also consist of individual parts used adjacent or spaced apart
  • a reinforcement profile of the type of the reinforcement profile 18 or a hollow profile and instead of the through bores and fasteners 21 which can be set on both sides, independently drilled holes and fasteners 20 which can be set on one side and which can be set on one side, can be used lateral ridges of the reinforcement profile and riveted blind are provided
  • at least one of the joining webs 7 and 8 is designed as a separate component that can be attached individually to the car body module.
  • the outer joining web 8 is designed and attachable individually. With a varied shape of this component, the outer design of the rail vehicle can be varied.
  • assembly aids 25 (FIG. 3) on the car body at intervals, into which the outer joining web 8 is inserted when it is placed and held in the assembly position in a frictionally engaged or latched manner without additional aids.
  • the part of the car body module which has the inner and outer joining web 7 or 8, a car body end profile 6, which can be an open or a closed welded construction, is particularly advantageous and dimensionally accurate but made from a hollow-chamber light metal extruded profile the shape of a portal corresponding to the outer contour of the rail vehicle 1 is bent and placed on the base 3.
  • a profile can be produced with good accuracy and is an advantageous aid for the dimensional adaptation of the car body side walls 9 and the car body roof 10 in the prefabrication of the car body module 2.
  • the portal-shaped car body end profile 6 can, as indicated in FIG. 3, support a partition that closes the head module his.
  • the car body side wall 9 is not directly connected to the car body end profile 6 by means of intermediate side wall end profiles 23 and 24.
  • Such profiles are mechanically easier to process and adapt than a complete car body side wall, so that faster and easier dimensional adjustment can be achieved despite increased joining effort.
  • the sidewall end profile 24 can easily follow a design of the rail vehicle that is to be changed due to the varied shape. Reference symbols used:

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Schienenfahrzeug mit einem Kopfmodul aus einem Faserverbundwerkstoff. Hierbei sind auf dem Untergestell (3) ein Fügebereich mit höhentoleranzausgleichenden Mitteln (5) und am Wagenkastenmodul (2) eine Fügekante mit längs- und quertoleranzausgleichenden Mitteln (7 und 8) angeordnet. Der Kopfmodul weist zum Wagenkastenmodul (2) und zum Untergestell (3) weisende Fügekanten mit in den Faserverbundwerkstoff integrierten Verstärkungsprofilen (18, 19) auf. Der Kopfmodul wird am Untergestell (3) und mindestens die Kopfmodulseitenwänden (14) mit den Seitenwänden (9) des Wagenkastenmoduls (2) mittels Vorspannkraft aufbauender Befestigungsmittel (20, 21) dergestalt befestigt, daß schubsteife Verbindungen entstehen. Damit wird es möglich, durch die Herstellungsverfahren bedingte Maßabweichungen zu beherrschen, beim Fügen undefinierte Eigenspannungen zu vermeiden, unterschiedliche Wärmeausdehnungen eines Kopfmoduls aus Faserverbundwerkstoff und eines Wagenhastenmoduls schadlos aufzunehmen sowie Kopfmodule aus Faserverbundwerkstoff und ihre Verbindung zu Wagenkastenmodul (2) und Untergestell (3) nicht nur selbsttragend, sondern mittragend sowie reparaturfreundlich auszubilden.

Description

Beschreibung
Schienenfahrzeug mit einem Kopfmodul aus einem Faserverbundwerkstoff
Die Erfindung bezieht sich auf ein Schienenfahrzeug mit einem Kopfmodul aus einem Faserverbundwerkstoff, wie es im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher definiert ist.
Um die Massebilanz von Schienenfahrzeugen zu verbessern, eine hohe Gestaltungsfreiheit im Design zu erreichen und die technologischen Vorteile von Faserverbundwerkstoffen und einer Modulbauweise mit hohem Vorfertigungs- und Vorprüfungsgrad nutzen zu können, werden Schienenfahrzeuge zunehmend mit Kopfmodulen, wie beispielsweise Führerhäusern, aus Faserverbundwerkstoffen ausgeführt.
Ein derartiges Fahrzeug ist bereits aus der EP 0 533 582 B1 bekannt. Dabei ist ein Führerhaus eines Schienenfahrzeugs als separate Baugruppe aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt, wobei die Wände des Führerhauses mit einer Tragstruktur des Führerstandpultes eine Monoblockeinheit bilden und das Führerhaus durch Verschrauben am Untergestell des Schienenfahrzeugs sowie an den oberen Langträgern des Seitenwandoberrahmens befestigt werden soll. Bei Bedarf, also vermutlich zum Toleranzausgleich und zum Abbau von Kraftspitzen, soll die Befestigung mittels elastischer Puffer erfolgen. Frontal angreifende und aus dem Anheben des Fahrzeugs resultierende Kräfte sollen über feste Anschläge auf das Untergestell und die oberen Langträger übertragen werden können. In dieser Schrift sind jedoch keine Angaben enthalten, wie die Fügestellen zwischen dem Führerhaus einerseits sowie dem Untergestell und den oberen Langträgern andererseits ausgebildet sein sollen. Als nachteilig erscheint, daß wegen der quasi punktförmigen Krafteinleitung in die oberen Langträger bestimmte Bereiche des Führerhauses besonders verstärkt werden müssen und andere Bereiche des Führerhauses an der Krafteinleitung nicht beteiligt werden können, so daß das Führerhaus inhomogen aufgebaut werden muß, was besondere technologische Schwierigkeiten und Kosten verursacht. Außerdem schränkt dieses technische Konzept die bei den außergewöhnlichen Belastungsfällen: - Anheben des Schienenfahrzeugs zum Aufgleisen,
- Stirnwanddruck (z.B. 300kN),
- Mittelkupplungsdruck (z.B. 1500 kN), - Mittelkupplungszug (z.B. 1000 kN),
für die ein Wagenkastenaufbau eines Schienenfahrzeugs ausgelegt sein muß, durch das Führerhaus mittragbaren Lastanteile ein. Nach den bisher üblichen Lösungen ist es notwendig, die übrige Wagenkastenstruktur mit dem Untergestell und den oberen Langträgern besonders steif auszuführen, was zusätzliche Fertigungsaufwände und unerwünschten Massezuwachs zur Folge hat. Je größer der Anteil der Länge ist, den ein Kopfmodul gemessen am Gesamtfahrzeug aufweist, desto ungünstiger werden diese Relationen.
Ein weiteres Schienenfahrzeug mit einem Führerhaus aus Faserverbundwerkstoff ist in der Zeitschrift "Schweizer Eisenbahn-Revue" Nr. 12/1991 , Seite 436 - 442 (Cortesi, A; Issenmann, T., Kalbermatten, T. de: Leichte Nasen für schnelle Lokomotiven) beschrieben. Hierbei wird ein Führerhaus aus mehreren Bauteilen mit einer Sandwich- Struktur aufgebaut, die durch strukturelle Klebeverbindungen miteinander gefügt sind. Das Führerhaus ist als selbsttragende Einheit konzipiert und kann also keine wesentlichen Lastanteile bei den obengenannten außergewöhnlichen Belastungsfällen übernehmen. Dem ist durch die Art der Verbindung mit dem Untergestell und dem Wagenkasten sowie durch deren mechanische Festigkeit und geringe Steifigkeit Rechnung getragen: Um Fertigungstoleranzen von 1 bis 5 mm ausgleichen, Druckdichtheit und Klimabeständigkeit im Fügebereich gewährleisten, stark unterschiedliche Wärmedehnung zwischen Kunststofführerhaus und Metallwagenkasten aufnehmen und hohe Lebensdauer sichern zu können, wurde das Führerhaus mit elastischem Klebstoff auf- und angeklebt, wobei zum Untergestell hin elastische Puffer als Distanzhalter zwischengesetzt wurden und unumgängliche Fertigungstoleranzen in der Klebfugendicke von 10 mm aufgefangen werden. Eine derartige Ausbildung ist für den Fall, daß der Kopfmodul eines Schienenfahrzeugs nicht nur selbsttragend, sondern mittragend ausgebildet und beansprucht ist und dafür fest und steif mit der übrigen Wagenkastenstruktur verbunden sein muß, völlig ungeeignet. Eine andere Lösung eines Schienenfahrzeugs mit einem separat gefertigten und montierten Kopfmodul beschreibt die DE 43 43 800 A1. Auch dieser Kopfmodul ist als selbsttragende Einheit ausgebildet und soll unter Bindung aller 6 Freiheitsgrade mit dem Untergestell lösbar und kraftschlüssig und mit dem Wagenkasten über elastische Zwischenglieder verbunden sein. Diese Lösung kann ebenfalls keine wesentlichen Lastanteile der Wagenkastenstruktur übernehmen und erfordert hinsichtlich der Paßfähigkeit der Bolzen/Bohrung-Verbindungsstellen zum Untergestell in unterschiedlicher Achslage einen hohen Genauigkeitsaufwand. Da die Verbindungsstellen zum Untergestell im Inneren des Führerhauses liegen und zugänglich sein müssen, ist kein hoher Vorfertigungsgrad erreichbar.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lösung für ein gattungsgemäßes Schienenfahrzeug zu finden, die die im Stand der Technik beschriebenen Nachteile vermeidet und einen Kopfmodul aus Faserverbundwerkstoff auf neue Art fest mit einem Wagenkastenmodul und einem Untergestell verbindet, wobei fertigungsbedingte Form- und Maßtoleranzen in (bezogen auf das Schienenfahrzeug) Vertikal-, Längs- und Querrichtung zwischen einem Kopfmodul aus Faserverbundwerkstoff einerseits sowie Wagenkastenmodul und Untergestell andererseits einfach und mit geringem Aufwand ausgeglichen, beim Fügen keine Undefinierten Eigenspannungen entstehen und die unterschiedlichen Wärmeausdehnungen eines Kopfmoduls aus Faserverbundwerkstoff und eines Wagenkastenmoduls schadlos aufgenommen werden.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, Kopfmodule aus Faserverbundwerkstoff dergestalt mittragfähig auszubilden und so mit einem mit einem Untergestell verbundenen Wagenkastenmodul zu verbinden, daß eine besondere kraftschlüssig feste und steife Verbindung zwischen Kopfmodul und Wagenkastenmodul sowie Untergestell ausgebildet wird und der Kopfmodul dadurch wesentliche Lastanteile entsprechend den vorgenannten Belastungsfällen und der Betriebsbeanspruchung mittragen und in die Wagenkastenstruktur einleiten kann.
Diese Aufgaben werden durch ein Schienenfahrzeug der eingangs geschilderten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Fortbildungen der Erfindung sind den folgenden Ansprüchen entnehmbar.
Die erfindungsgemäße Ausbildung der Fügestellen von Kopfmodul gegenüber Wagenkastenmodul und Untergestell gestattet es, eine feste und von Undefinierten Eigenspannungen freie Verbindung eines Kopfmoduls sowohl mit einem Wagenkastenmodul als auch einem Untergestell herzustellen, bei der fertigungsbedingte Maßabweichungen des Kopfmoduls wie auch Fertigungstoleranzen von Wagenkastenmodul und Untergestell sowohl in Fahrzeugvertikal-, in Fahrzeuglängs- als auch in Fahrzeugquerrichtung auf technisch einfache und wirtschaftliche Weise ausgeglichen werden.
Noch einfacher wird der Toleranzausgleich des Kopfmoduls gegenüber dem Wagenkastenmodul, wenn die für eine schubsteife Verbindung gefundene Lösung nur in den Seitenwandbereichen hergestellt und im Dachbereich in bekannter Weise eine elastische Klebeverbindung hergestellt wird, die auch Höhenmaßdifferenzen gut ausgleichen kann.
Die in einer Fortbildung der Erfindung vorgesehene Verbindung von Seitenwandendprofilen mit einem Wagenkastenendprofil reduziert Aufwand und Kosten für den Toleranzausgleich des Wagenkastenmoduls zusätzlich.
Infolge der geringeren Genauigkeitserfordernisse können Kopfmodule und Schienenfahrzeuge nunmehr kostengünstiger hergestellt werden.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die in Kaltfügetechnik ausgeführte Verbindung unabhängig davon ist, ob der Wagenkastenmodul in Stahl-, Leichtmetall- oder andersartiger Bauweise ausgeführt ist. Für Reparaturzwecke ist diese Art Verbindung ohne Beschädigung von Kopfmodul und Wagenkastenmodul lösbar.
Ein anderer wesentlicher durch die Erfindung erzielter Vorteil besteht darin, daß nunmehr auch Schienenfahrzeuge mit Kopfmodulen aus faserverstärkten Werkstoffen hergeteilt werden können, bei denen der mittragfähig ausgebildete Kopfmodul Lastanteile der Wagenkastenstruktur übernimmt und durch eine feste und steife Fügeverbindung in den anschließenden Wagenkastenmodul einleiten kann. Insbesondere durch die zumindest zwischen den Seitenwänden von Kopfmodul und Wagenkastenmodul zweischnittig ausgeführte Verbindung wird eine hohe Schubsteifigkeit erreicht, so daß die Seitenwände sowohl des Kopfmoduls als auch des Wagenkastenmoduls material- und massesparend dimensionierbar sind. Das wird dadurch unterstützt, daß die fügerandseitig integrierten Verstärkungsprofile des Kopfmoduls, an denen sich die Befestigungsmittel abstützen, die über die Fügeflächen zwischen Untergestell und Kopfmodul übertragenen Vorspannkräfte und Beanspruchungen aufnehmen und flächig an den benachbarten Faserverbundwerkstoff weitergeben, so daß dessen punktförmige Überlastung bzw. die Notwendigkeit zu dessen Überdimensionierung vermieden wird.
Da die Fügeverbindung zum Untergestell einseitig von unterhalb des Untergestells ausführbar ist, kann ein erfindungsgemäß ausgebildeter Kopfmodul mit einem hohen Vorfertigungsgrad gebaut, ausgestattet und vorgeprüft werden, bevor er mit dem Wagenkastenmodul gefügt wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das nicht einschränkend zu verstehen ist, ist nachstehend anhand der Zeichnungen veranschaulicht und beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten und gefügten Schienenfahrzeugs,
Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Fügestelle zwischen Kopfmodul und
Untergestell,
Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Fügestelle zwischen
Kopfmodulseitenwand und Wagenkastenseitenwand.
Gemäß Fig. 1 ist für ein Schienenfahrzeug 1 auf einem Untergestell 3 ein Wagenkastenmodul 2 vorgefertigt. Das Untergestell 3 nimmt die (nicht dargestellten) Zug- und Druckeinrichtungen des Schienenfahrzeugs auf, enthält die (ebenfalls nicht dargestellten) Aufnahmen für Radsätze oder Drehgestelle sowie weitere Funktionseinheiten des Schienenfahrzeugs und trägt aus funktioneilen und gestalterischen Gründen teilweise eine Außenverkleidung. Der Kopfmodul 12 besteht gemäß Ausfuhrungsbeispiel zumindest aus einer Kopfmodulstirnwand 13, zwei Kopfmodulseitenwanden 14 und einem Kopfmoduldach 22, die einzeln vorgefertigt und dann zum Kopfmodul 12 gefugt oder gemeinsam als Kopfmodul 12 in Monoblock- Bauweise gefertigt sein können
Um das Kopfmodul 12 mit dem Untergestell 3 in einer annähernd waagerechten Fugeebene (die auch geneigt, gekrümmt und/oder abgestuft sein kann) verbinden und dabei maßliche Abweichungen korrigieren zu können, sind gemäß Fig. 2 auf dem Langtrager 4 des Untergestells 3 ein Werkstoffaufmaß als hohentoleranzausgleichendes Mittel 5 vorgesehen, das nach Vermessung des vorgefertigten Kopfmoduls 12 und des Untergestells soweit wie notig mechanisch abgearbeitet ist Es ist aber ebenso denkbar, anstelle des Werkstoffaufmaßes des Langtragers 4 eine oder mehrere hohendifferenzangepaßte zusätzliche Beilagen vorzusehen, die auch die Form eines die Fugekante des Kopfmoduls umfassenden U- Profils haben können, oder andersartige hohentoleranzausgleichende Mittel zu verwenden Die in Fig. 2 gezeigte Gestalt des Werkstoffaufmaßes, die bei einem aus Leichtmetall bestehenden Langtrager 4 integrales Bestandteil des Strangpreßprofils sein kann, gestattet bei der mechanischen Abarbeitung des Werkstoffaufmaßes eine visuelle Kontrolle, um nicht in den festigkeitsnotwendigen Werkstoffbereich des Langtragers 4 einzugreifen Nach Anpassung des Langtragers 4 an die Fertigmaße des Kopfmoduls 12 und nach dessen Aufsetzen sind von der Unterseite des Langtragers 4 aus Bohrungen an den erforderlichen Stellen und in der notigen Anzahl eingebracht, die in die Fugekante der Kopfmodulseitenwand 14 eingreifen und das dort integrierte Verstarkungsprofil 18 durchdringen, das nach dem Ausfuhrungsbeispiel einen U-formigen Querschnitt aufweist und im Inneren der Sandwich-Struktur der Kopfmodulseitenwand 14 aus Kern 15 und den Schichtstrukturen 16 und 17 angeordnet ist In diese Bohrungen werden gemäß Ausfuhrungsbeispiel einseitig setzbare Blindniete als Befestigungsmittel 20 eingebracht und zwischen der Innenflache des Verstarkungsprofils 18 und der Unterseite des Langtragers 4 verspannt, so daß die Kopfmodulseitenwand 14 und das Untergestell 13 unter Vorspannung kraftschlussig fest und steif miteinander verbunden sind Form und Starke des Verstarkungsprofils 18 sind zweckmäßig so bemessen, daß es bei Transport und Montage die Stabilität der Kopfmodulseitenwand 14 unterstutzt und nach dem Setzen der Befestigungsmittel 18 sowohl die Spannkräfte als auch Belastungskrafte in Längs-, Quer- und Vertikalrichtung hinreichend flachenhaft in den Faserverbundwerkstoff der Kopfmodulseitenwand 14 einleitet Sofern die in der Fügestelle zwischen Kopfmodulseitenwand 14 und Langträger 4 zu übertragenen Kräfte durch Reibschluß übertragbar sind, kann der Bohrungsdurchmesser groß dimensioniert sein. Muß die Fügestelle jedoch für solche Kräfte ausgelegt sein, die nur durch Kombination von Reibschluß und Lochlaibung übertragbar sind, sind die Bohrungsdurchmesser gegenüber dem Schaftdurchmesser der Befestigungsmittel 20 enger zu tolerieren.
Eine gleichartige Ausbildung soll nach dem Ausführungsbeispiel die (bildlich nicht näher dargestellte) Fügestelle zwischen Kopfmodulstirnwand 13 und Untergestell 3 aufweisen.
Um das Kopfmodul 12 in einer annähernd senkrechten Fügeebene (die auch geneigt, gekrümmt und/oder abgestuft sein kann) mit dem Wagenkastenmodul 2 zu verbinden, weist in diesem Fügebereich gemäß Fig. 3 die Wagenkastenseitenwand 9 einen inneren Fügesteg 7 und einen äußeren Fügesteg 8 auf, zwischen die die Kopfmodulseitenwand 14 eingeschoben ist. Die Schenkellänge der beiden Fügestege 7 und 8, ihr Abstand und ihre Elastizität in Fahrzeugquerrichtung sind so gewählt, daß die Fügekante der Kopfmodulseitenwand 14, in die ein Verstärkungsprofil 19 integriert ist, formschlüssig umfaßt und deren Maßabweichungen in Fahrzeuglängs- und Fahrzeugquerrichtung Rechnung getragen ist. Durch die Fügestege 7 und 8 und die Kopfmodulseitenwand 14 sind gemeinsame Durchgangsbohrungen eingebracht, in die gemäß dem Ausführungsbeispiel zweiseitig setzbare und Vorspannung erzeugende Schließringbolzen als Befestigungsmittel 21 eingebracht und unter Abstützung am Verstärkungsprofil 19 gespannt sind. Für den Durchmesser dieser Durchgangsbohrungen gilt das für die Fügestelle zwischen Kopfmodulseitenwand und Untergestell obengesagte entsprechend. Durch eine solche zweischnittige Ausbildung der Fügestelle sind die Kopfmodulseitenwand 14 und die Wagenkastenseitenwand 9 kraftschlüssig fest und besonders steif miteinander verbunden, wobei das Befestigungsmittel 21 oberflächeneben mit dem äußeren Steg 8 und visuell unauffällig gestaltet ist.
Die Fügestelle zwischen Kopfmoduldach 22 und Wagenkastendach 10 kann in gleicher Weise ausgebildet sein. Bei ausreichender Festigkeit im Seitenwandbereich ist es jedoch nach einer (bildlich nicht dargestellten) Fortbildung der Erfindung möglich, diese Fügestelle als konventionelle elastische Klebeverbindung 11 zu gestalten, wodurch zusätzlich Maßtoleranzen im Dachbereich leicht ausgeglichen werden können
Für ein erfindungsgemaßes Schienenfahrzeug, dessen Kopfmodul mittragfahig ausgebildet sein soll, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Sandwich-Struktur der Kopfmodulstirnwand 13, der Kopfmodulseitenwand 14 und des Kopfmoduldachs 22 aus einem Kern 15 aus mindestens einem Kernwerkstoff sowie mindestens beidseitig auf den Kern 15 aufgebrachten Schichtstrukturen 16 und 17 aus Faserverbundwerkstoffen mit gerichteten Faserstrukturen und das Kopfmodul 12 in Monoblockbauweise zu gestalten Besonders vorteilhaft ist es, einen solchen Kern 15 aus einem Leichtbaukernwerkstoff, z B einem Leichtbauhartschaum, zu fertigen Sofern die zu übertragenden Schubkräfte es erfordern, ist es zweckmäßig, daß die Verstarkungsprofile 18 und 19 in die Fugekanten der entsprechenden Teile des Kopfmoduls einlaminiert sind und von den beiden Schichtstrukturen 16 und 17 eingeschlossen sind Allerdings sind auch andere Form, Anordnung und Verbindung der Verstarkungsprofile 18 und 19 an den Fugekanten des Kopfmoduls 12 vorsehbar Beispielsweise kann die Fugekante der Kopfmodulseitenwand 14 zur Wagenkastenmodulseitenwand 9 hin als offene Fugekante ausgebildet sein, in der das Kernmaterial stellenweise entfernt und das Verstarkungsprofil 19 nur eingeschoben ist, wenn die zu übertragenden Kräfte allein mittels Reibschluß zwischen der durch das Verstarkungsprofil 19 verstärkten Kopfmodulseitenwand 14 und den beiden Fugestegen 7 und 8 oder mittels Lochlaibung im Faserverbundwerkstoff übertragbar sind Beide Verstarkungsprofile können aus Leichtmetall, aber auch aus anderem Werkstoff sein, sofern sie so ausgebildet sind, daß ausreichende mechanische Festigkeit und dauerhafte Korrosionsbeständigkeit gegeben ist Sie können über die gesamte Lange einer Fugekante, aber auch aus einzelnen benachbart oder beabstandet eingesetzten Teilen bestehen
Für die Fugestelle zwischen Kopfmodulseitenwand 14 und Wagenkastenseitenwand 9 können anstelle des Verstarkungsprofils 19 auch ein Verstarkungsprofil nach Art des Verstarkungsprofils 18 oder eines Hohlprofils und anstelle der Durchgangsbohrungen und zweiseitig setzbarer Befestigungsmittel 21 von beiden Seiten unabhängig voneinander eingebrachte Bohrungen und einseitig setzbare Befestigungsmittel 20, die durch die seitlichen Stege des Verstarkungsprofils reichen und blindgenietet sind, vorgesehen sein In einer anderen Fortbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß mindestens einer der Fügestege 7 bzw. 8 als getrenntes und einzeln am Wagenkastenmodul anbringbares Bauteil ausgeführt ist. Für das Zusammensetzen von Wagenkastenmodul 2 und Kopfmodul 12 besonders vorteilhaft ist es, wenn der äußere Fügesteg 8 einzeln ausgebildet und anbringbar ist. Mit variierter Formgebung dieses Bauteil kann das äußere Design des Schienenfahrzeugs variierbar sein.
In Ausbildung dieser Lösung ist es zweckmäßig, am Wagenkasten in Abständen Montagehilfen 25 (Fig. 3) vorzusehen, in die der äußere Fügesteg 8 bei seinem Aufsetzen eingesetzt und ohne zusätzliche Hilfsmittel reibschlüssig oder gerastet in Montageposition gehalten wird.
In weiterer Fortbildung der Erfindung ist der Teil des Wagenkastenmoduls, der den inneren und den äußeren Fügesteg 7 bzw 8 aufweist, ein Wagenkastenendprofil 6, das eine offene oder eine geschlossene Schweißkonstruktion sein kann, besonders vorteilhaft und maßgenau aber aus einem Hohlkammer-Leichtmetallstrangpreßprofil gearbeitet, in der Form eines Portals entsprechend der äußeren Kontur des Schienenfahrzeugs 1 gebogen und auf dem Untergestell 3 aufgesetzt ist. Ein solches Profil ist mit guter Genauigkeit herstellbar und ein vorteilhaftes Hilfsmittel für die maßliche Anpassung der Wagenkastenseitenwände 9 und des Wagenkastendachs 10 bei der Vorfertigung des Wagenkastenmoduls 2. Das portalförmige Wagenkastenendprofil 6 kann, wie in Fig. 3 angedeutet ist, Träger einer das Kopfmodul abschließenden Zwischenwand sein.
In einer Ausbildung dieser Lösung ist die Wagenkastenseitenwand 9 nicht direkt, sondern mittels zwischengesetzter Seitenwandendprofile 23 und 24 an das Wagenkastenendprofil 6 angeschlossen. Derartige Profile sind mechanisch leichter abarbeitbar und anpaßbar als eine vollständige Wagenkastenseitenwand, so daß trotz erhöhten Fügeaufwandes ein schnelleres und leichteres maßliches Anpassen erreichbar ist. Das Seitenwandendprofil 24 kann durch variierte Formgebung leicht einem zu verändernden Design des Schienenfahrzeugs folgen. Verwendete Bezugszeichen:
1 Schienenfahrzeug
2 Wagenkastenmodul
3 Untergestell
4 Langträger
5 Hohentoleranzausgleichendes Mittel
6 Wagenkastenendprofil
7 Fügesteg
8 Fügesteg
9 Wagenkastenseitenwand
10 Wagenkastendach
11 Klebeverbindung
12 Kopfmodul
13 Kopfmodulstirnwand
14 Kopfmodulseitenwand
15 Kern
16 Schichtstruktur
17 Schichtstruktur
18 Verstärkungsprofil
19 Verstärkungsprofil
20 Befestigungsmittel
21 Befestigungsmittel
22 Kopfmoduldach
23 Seitenwandendprofil
24 Seitenwandendprofil
25 Montagehilfe

Claims

Patentansprüche
1. Schienenfahrzeug mit einem vorgefertigten und mit einem Untergestell verbundenen Wagenkastenmodul und einem vorgefertigten Kopfmodul aus einem Faserverbundwerkstoff, gekennzeichnet dadurch, daß-
ein zum Kopfmodul (12) weisender Fugebereich des Untergestells (3) mit höhentoleranzausgleichenden Mitteln (5) ausgestattet ist,
- ein zum Kopfmodul (12) weisender Fugebereich des Wagenkastenmoduls (2) zumindest im Bereich von Wagenkastenseitenwanden (9) als Fugekante mit langs- und quertoleranzausgleichenden Mitteln (Fugesteg 7 und Fugesteg 8) ausgestattet ist,
- der Kopfmodul (12) zum Wagenkastenmodul (2) und zum Untergestell (3) weisende Fugekanten der Kopfmodulstirn- und Kopfmodulseitenwande (13, 14) mit in den Faserverbundwerkstoff integrierten Verstarkungsprofilen (18, 19) aufweist,
die Kopfmodulstirn- und Kopfmodulseitenwande (13, 14) mit dem Untergestell (3) mittels Vorspannkraft aufbauender und sich an den Verstarkungsprofilen (18) abstutzender Befestigungsmittel (20) schubsteif verbunden sind und daß
zumindest die Kopfmodulseitenwande (14) mittels Vorspannkraft aufbauender und sich an den Verstarkungsprofilen (19) abstutzender Befestigungsmittel (21) mit zumindest den Wagenkastenseitenwanden (9) schubsteif verbunden sind
2. Schienenfahrzeug nach Anspruch 1 , gekennzeichnet dadurch, daß im
Fugebereich von Kopfmodul (12) und Wagenkastenmodul (2) eine schubsteife Verbindung nur zwischen Wagenkastenseitenwand (9) und Kopfmodulseitenwand (14) hergestellt ist und die Fugekanten des Wagenkastendachs (10) und des Kopfmoduldachs (22) für eine Klebeverbindung ausgebildet und miteinander mittels einer elastischen Klebeverbindung (11) gefugt sind
3. Schienenfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Faserverbundwerkstoff des Kopfmoduls (12) ein Sandwich-Laminat zumindest aus einem Kernwerkstoff (Kern 15) und zumindest beidseitig aufgebrachten Faserverbundwerkstoffen (Schichtstrukturen 16 und 17) mit gerichteten Faserstrukturen ist.
4. Schienenfahrzeug nach einem der vorigen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß die Verstärkungsprofile (18, 19) in den Faserverbundwerkstoff des
Kopfmoduls (12) einlaminiert und von den beidseitig aufgebrachten Schichtstrukturen (16 und 17) umschlossen sind.
5. Schienenfahrzeug nach einem der vorigen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß die Verstärkungsprofile (18, 19) aus einem Leichtmetall bestehen.
6. Schienenfahrzeug nach einem der vorigen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß das höhentoleranzausgleichende Mittel (5) ein vom Untergestell (3) mechanisch abarbeitbares Werkstoffaufmaß ist.
7. Schienenfahrzeug nach einem der vorigen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß der die Fügestege (7 und 8) aufweisende Teil des Wagenkastenmoduls (2) ein Wagenkastenendprofil (6) ist.
8. Schienenfahrzeug nach Anspruch 7, gekennzeichnet dadurch, daß das
Wagenkastenendprofil (6) ein der Außenkontur des Schienenfahrzeugs (1) angepaßtes Hohlkammerprofil ist.
9. Schienenfahrzeug nach Anspruch 8, gekennzeichnet dadurch, daß das Wagenkastenendprofil (6) ein Hohlkammer-Leichtmetallstrangpreßprofil ist.
10. Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 7 bis 9, gekennzeichnet dadurch, daß der vom Kopfmodul (12) wegweisende Teil des Wagenkastenendprofils (6) für die Verbindung mit längs- und quertoleranzausgleichenden Mitteln (Seitenwandendprofil 23 und Seitenwandendprofil 24) ausgebildet ist.
11. Schienenfahrzeug nach einem der vorigen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß mindestens ein Fügesteg (8) als getrenntes Teil am Wagenkastenmodul (2) anbringbar ist.
12. Schienenfahrzeug nach Anspruch 11 , gekennzeichnet dadurch, daß der zweite Fügesteg mittels Montagehilfen (25) in Fügeposition gebracht und gehalten wird.
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