EP2144802B1 - Bausatz für eine wagenkasten-rohbaustruktur - Google Patents

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EP2144802B1
EP2144802B1 EP08750150A EP08750150A EP2144802B1 EP 2144802 B1 EP2144802 B1 EP 2144802B1 EP 08750150 A EP08750150 A EP 08750150A EP 08750150 A EP08750150 A EP 08750150A EP 2144802 B1 EP2144802 B1 EP 2144802B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
kit according
chords
sheet
deep
sheet metal
Prior art date
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Active
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EP08750150A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP2144802A1 (de
Inventor
Martino Celeghini
Joachim Hecht
Andreas Stockinger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Friedrich Alexander Univeritaet Erlangen Nuernberg FAU
Siemens AG
Original Assignee
Friedrich Alexander Univeritaet Erlangen Nuernberg FAU
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Friedrich Alexander Univeritaet Erlangen Nuernberg FAU, Siemens AG filed Critical Friedrich Alexander Univeritaet Erlangen Nuernberg FAU
Publication of EP2144802A1 publication Critical patent/EP2144802A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2144802B1 publication Critical patent/EP2144802B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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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
    • B61D17/04—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
    • 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 kit for a car body shell structure of a rail vehicle, comprising a support structure, the at least two upper straps and a number of roof cross members for the roof area of the car body, at least two lower chords and a number of floor cross member for a bottom portion of the car body and a plurality of vertical columns and a plurality of window straps for side portions of the car body, and having at least one head module, wherein the shell structure is modular and the upper and lower chords are of uniform profile cross-section.
  • kit for a car body shell structure is for example from the JP 2001171514 A known.
  • Such a kit is usually used in the construction of rail vehicles of all kinds, both local and long-distance vehicles.
  • Such bodyshells often show within the kit used to make them a variety of simple single components, such as beveled sheets and open profiles, that are assembled into a framework with extremely time consuming welding operations in assembly.
  • an adaptation of the kit is required, often requiring significant adjustments to the elements of the kit and additions of components. In this way, very high costs arise both in the development and in the production of the car body shell.
  • the present invention seeks to provide a kit for a car body shell structure of a rail vehicle, which is claimed in the redesign of a car body shell reduced development time.
  • the proposed modular shell structure makes it possible to build a car body with a very small number of different elements for the kit.
  • the uniformity of the profile cross section of the upper and lower belt sections and the construction of the nodes can be used for the construction of different car body.
  • the Obergurt- and Untergurtabitese may be at least partially of uniform length. This will apply in most cases for the Obergurtabitese, while in the Untergurtabitesen the arrangement of any wheel arches can be observed.
  • both columns and window belts can be produced from a single extruded profile or roll-profiled profiles.
  • the columns and the cross member may be of uniform profile cross-section, which further reduces the variety of profiles to be used.
  • the nodes provided in the interior of the support structure can be of uniform construction in the region of the upper and lower straps. This also limits the variety of components of the kit.
  • the nodes are designed as sheet metal nodes.
  • a sheet metal node is made of sheet metal semi-finished, which is cut by beam-marked cutting process or punching tools and then suitably reshaped and then joined. The joining preferably takes place by welding or gluing with an adjacent belt section.
  • the sheet metal node can also be produced by deep drawing, wherein the sheet metal node can be suitably cut after the deep drawing process and, if necessary, be folded.
  • kits in particular the design of the sheet metal nodes used in its construction, emerge from the claims 13 to 23.
  • FIG. 1 shown carrier structure of a car body for a rail vehicle is modular.
  • two upper belts O are each divided into five upper belt sections OA, of which in the FIG. 1 for the sake of clarity, only one with a Reference number is provided.
  • FIG. 2 becomes one for FIG. 1 shown alternative support structure, in addition end modules or head modules E1, E2 are provided.
  • a centrally arranged longitudinal member LT is additionally provided in the roof area of the support structure.
  • the upper straps O the lower straps U and possibly also the longitudinal beams LT in the respective continuous nodes running continuously, so that there is no respective subdivision in L jossachsabbalde.
  • the longitudinal member LT in the roof area is connected to the upper chords O via cross-shaped sheet metal nodes BK4 and intermediate profiles ZP, which run in the transverse direction.
  • Two lower chords U are also divided into lower chord portions UA, leaving a central area free for accommodating a chassis.
  • the Obergurt- and Untergurtabitese OA, UA are uniform in terms of their profile cross-section and their length.
  • window straps F For connecting the upper straps O and the lower straps U vertical columns S are provided.
  • window straps F For the formation of window areas horizontally extending window straps F are used, which correspond to those of the vertical columns S in terms of their profile cross-section.
  • the window straps F are connected to the vertical columns S in an abutting connection.
  • each other cross member Q For horizontal connection of the upper chords O and the lower chords U with each other cross member Q are provided, which are of uniform profile cross-section and uniform length. Their profile cross-section corresponds to that of the vertical columns S and the window belt F.
  • FIG. 3 shows shell construction.
  • the representation of FIG. 3 is opposite to that of FIG. 1 to roof elements D1, D2 supplemented, wherein a central roof element D1 about the length of two Obergurtabroughe OA and the two outer roof elements D2 correspond approximately to the length of a Obergurtabiteses OA.
  • FIG. 4 shows an alternative subdivision of the roof area, in which two roof elements D1, which are denoted by the same reference numerals for simplicity, the length of two Obergurtabroughe OA correspond. At end faces eg the support structure of FIG. 2 End modules E1, E2 are attached.
  • Various vehicle lengths are realized for a given cross member length over the length of, for example, a head module.
  • a first plate knot type BK1 is used in the end face region of the support structure, which is used for the mechanical connection of a cross member Q, a Obergurtabiteses OA and a vertical column S.
  • the first sheet metal node type BK1 is always used when the said three elements of the support structure are to be connected to each other, as well as in the inner region of the lower flange U.
  • a second sheet metal knot type BK2 is used, which serves as a connection point between two successive Obergurtabroughen OA, a cross member Q and a vertical belt S.
  • a third type of sheet metal BK3 serves to connect a window belt F to a vertical belt S.
  • FIG. 5 gives a perspective view of a sheet metal knot BK2A type BK3. It serves as an element for connecting abutting profiles.
  • a sheet metal semi-finished product is used, which is first cut by a beam-honed cutting process or punching tools and then conventional Abkantoperationen are made, after which the third knot type BK3 with adjacent profiles, such as the window belt F or the vertical belt S is added.
  • the joining can be done by welding, other thermal joining methods, but also by gluing (especially when using light metals).
  • the sheet knot BK3A produced in this way is characterized by low production costs and high working accuracy.
  • FIG. 6 shows a second embodiment of the sheet knot type BK3.
  • a deep-drawn sheet metal knot BK3B is manufactured as follows: a deep-drawn cup made of sheet metal semi-finished is divided in the present embodiment by laser cutting or other separation method into uniform quarters, which is used to stiffen corners in abutting connections of profiles, such as the window belt F and the vertical belt S can serve.
  • a force is introduced into the sheet semifinished product in a conventional manner via a stamp, which leads to a collection of sheet metal semi-finished in a drawing ring.
  • the process is characterized by a combined tensile / compressive stress state.
  • the process is characterized by low production costs due to the use of established manufacturing processes, such as stamping and deep drawing. It is a high work accuracy feasible.
  • the diameter of the sheet metal tapping can be used to define the radius of curvature in the sheet metal node BK3B.
  • the BK3B type BK3 sheet metal knot thus produced is designed in two parts, each piece being joined individually to the adjoining profiles.
  • FIG. 7 Another embodiment of a BK3C sheet knot for use with type BK3 is apparent FIG. 7 , First, a suitable blank of the sheet metal semifinished product is made by punching or laser cutting. This is followed by forming by deep drawing. The resulting deep-drawn shape for the sheet metal node is then further tailored as needed. Also the in FIG. 7 shown sheet metal node BK3C is formed in two parts. It has the feature that a position of stiffening flanges FL can be defined via the drawing depth of the sheet metal semifinished product. These flanges FL face each other in the inner area of the knot.
  • FIG. 8 Two embodiments of a connecting element with stripping flanges F2 for the stiffening of corners in abutting connections of profiles go out.
  • the connecting element of FIG. 8 is used for example in a side wall of a car body at the openings of doors (BK5A) and windows (BK5B) used.
  • FIG. 8 In contrast to the deep-drawn sheet metal node execution FIG. 5 is it in the FIG. 8 illustrated stiffening element to a closed, deep-drawn structure. Vertical and horizontal profiles are connected via an encircling, trough-shaped node element.
  • FIGS. 9, 10 each show a cross-shaped, two-part structure of a sheet metal node.
  • This embodiment of a sheet metal node corresponds to the type BK4 FIG. 2 , It is therefore used in the connection between the central longitudinal beams LT and cross members Q in the roof area or underframe area used.
  • Its production process is also characterized by punching or beam-cut cutting of the sheet metal blank, subsequent forming by deep-drawing and blanking of the deep-drawn mold to obtain the illustrated cross-shaped formation.
  • Provided stiffening flanges FL can be arranged at a distance from each other ( Fig. 9 ) or directly adjacent ( Fig. 10 ).
  • An angle of the abutting profiles may be 90 °, as in the case shown in the figure. Taking into account production engineering possibilities, however, he may also be chosen smaller or larger.
  • FIG. 11 shows an embodiment of a sheet metal node BK2A for the type BK2.
  • a deep-drawn starting shape is bent twice in the present embodiment, wherein auxiliary elements are used.
  • the knot formation is suitable for the connection of abutting profiles, such as the application of the sheet metal knot type BK2 in FIG. 1 shows.
  • FIGS. 16 to 23 For example, a manufacturing method for a second embodiment BK2B of the sheet knot type BK2 is shown.
  • the sheet metal node has an outer shell AS and an inner shell IS, whose deep-drawn output forms in the Figures 18 or 19 are shown.
  • FIGS. 20 and 21 a first phase of a bending process is shown while the FIGS. 22 and 23 show the capture of the final shapes of the inner and outer shell.
  • FIGS. 24, 25 Another embodiment BK2C for the sheet metal node type BK2 is in the FIGS. 24, 25 shown.
  • the outer shell AS is produced only from an angled sheet-metal blank, ie without deep-drawing processing.
  • the inner shell IS can only consist of an angled sheet metal blank and the outer shell AS be deep-drawn.
  • FIG. 26 shows a further embodiment of an inner shell IS and an outer shell AS having sheet metal node BK5, which serves in the illustrated embodiment for connecting intermediate elements with a belt or side member.
  • FIGS. 27 and 28 show two different perspective views, in which two sheet metal nodes each have a separate inner shell IS, the outer shells, however, are connected to one another of the two nodes common outer shell AS.
  • FIG. 29 shows an extension of the basis of the FIG. 28 illustrated principle. There are a total of five sheet metal nodes connected to their respective outer shells AS, so that all sheet metal nodes common outer shell AS is present.
  • FIGS. 30, 31 is a sheet metal shell, namely the outer shell AS1, AS2 separated, while the inner shell IS is integrally formed.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Bausatz für eine Wagenkasten-Rohbaustruktur eines Schienenfahrzeugs, mit einer Trägerstruktur, die wenigstens zwei Obergurte und eine Anzahl Dach-Querträger für den Dachbereich des Wagenkastens, wenigstens zwei Untergurte und eine Anzahl Boden-Querträger für einen Bodenbereich des Wagenkastens sowie mehrere senkrecht verlaufende Säulen und mehrere Fenstergurte für Seitenbereiche des Wagenkastens aufweist, und mit mindestens einem Kopfmodul, wobei die Rohbaustruktur modular aufgebaut ist und die Obergurte und die Untergurte von einheitlichem Profilquerschnitt sind.
  • Ein solcher Bausatz für eine Wagenkasten-Rohbaustruktur ist beispielsweise aus der JP 2001171514 A bekannt.
  • Ein solcher Bausatz kommt üblicher Weise zum Einsatz beim Aufbau von Schienenfahrzeugen aller Art, sowohl Nahverkehrsals auch Fernverkehrsfahrzeugen.
  • Solche Wagenkasten-Rohbauten zeigen häufig innerhalb des zu ihrer Herstellung verwendeten Bausatzes eine Vielfalt einfacher Einzelbauteile, wie abgekantete Bleche und offene Profile, die mit extrem zeitaufwendigen Schweißoperationen in der Montage zu einem Rahmenwerk zusammengebaut werden. Abhängig von einem jeweiligen Kundenwunsch, ist eine Anpassung des Bausatzes erforderlich, wobei häufig erhebliche Anpassungen hinsichtlich der Elemente des Bausatzes und Hinzufügungen von Bauelementen erforderlich werden. Auf diese Weise entstehen sowohl in der Entwicklung als auch in der Fertigung des Wagenkasten-Rohbaus sehr hohe Kosten.
  • Hinzu kommt, dass vielfach lediglich eine knappe Entwicklungszeit für die Auslegung des Wagenkasten-Rohbaus zur Verfügung steht und zudem viele einzelne Bauteile des Bausatzes handwerklich zu fertigen sind, so dass eine Produktsicherheit nur mit sehr erheblichem Aufwand zu gewährleisten ist.
  • Gegenwärtig werden die hohen Kosten bei einer Entwicklung eines neuen Wagenkasten-Rohbaus durch möglichst geringe Änderungen der Wagenkasten-Rohbaustruktur eines etwaigen Vorgängermodels bekämpft.
  • Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Bausatz für eine Wagenkasten-Rohbaustruktur eines Schienenfahrzeugs anzugeben, bei dem bei der Neuauslegung eines Wagenkasten-Rohbaus verminderte Entwicklungszeit beansprucht wird.
  • Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Bausatz durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Die vorgesehene modulare Rohbaustruktur ermöglicht es, mit einer sehr geringen Anzahl unterschiedlicher Elemente für den Bausatz einen Wagenkasten aufzubauen. Insbesondere die Einheitlichkeit des Profilquerschnitts der Obergurt- und der Untergurtabschnitte und der Bauweise der Knoten kann für den Aufbau verschiedener Wagenkasten verwendet werden.
  • Dabei können bevorzugt die Obergurt- und die Untergurtabschnitte wenigstens teilweise von einheitlicher Länge sein. Dies wird in den meisten Fällen für die Obergurtabschnitte gelten, während bei den Untergurtabschnitten die Anordnung etwaiger Radkästen zu beachten sein kann.
  • Es ist von Vorteil, wenn auch die Säulen und die Fenstergurte von einheitlichem Profilquerschnitt sind. Dies erleichtert die Bereitstellung von geeigneten Profilen zur Ausbildung der Säulen und der Fenstergurte. So können aus einem einzigen Strangpressprofil bzw. walzprofilierten Profilen sowohl Säulen als auch Fenstergurte hergestellt werden.
  • Auch die Säulen und die Querträger können von einheitlichem Profilquerschnitt sein, was die Vielfalt zu verwendender Profile weiter vermindert.
  • Vorteilhafterweise sind für den Bausatz zur Realisierung verschiedener Fahrzeugbreiten mehrere Sätze von Querträgern vorgesehen, die sich in ihrer Länge unterscheiden. Dies bedeutet, dass die Seitenelemente des Wagenkastens für verschiedene Fahrzeuge gleich bleiben, während lediglich die Länge der verwendeten Querträger sowie die Auslegung des Kopfmoduls von einer Wagenkastenauslegung zu einer anderen verändert wird.
  • Auch für die Realisierung verschiedener Fahrzeuglängen kann vorteilhafter Weise auf Änderungen der Seiten des Wagenkastens verzichtet werden. In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, verschieden lange Endmodule und Kopfmodule jeweils zum Anschluss an eine Stirnseite der Trägerstruktur vorzusehen. Solche Kopfmodule sind typischer Weise aus Kunststoff hergestellt.
  • Im Hinblick auf die Einheitlichkeit der Knoten kann vorgesehen sein, dass die im Inneren der Trägerstruktur vorgesehenen Knoten im Bereich der Ober- und der Untergurte von einheitlicher Bauweise sind. Auch hierdurch wird die Vielfalt von Bauelementen des Bausatzes eingeschränkt.
  • Die Knoten sind als Blechknoten ausgeführt. Dabei ist ein Blechknoten aus Blechhalbzeug gefertigt, das durch strahlbonierte Schneideverfahren oder Stanzwerkzeuge zugeschnitten und anschließend geeignet umgeformt und dann gefügt ist. Das Fügen findet bevorzugt durch Verschweißen oder Verkleben mit einem angrenzenden Gurtabschnitt statt.
  • Alternativ kann der Blechknoten auch durch Tiefziehen hergestellt sein, wobei der Blechknoten nach dem Tiefziehvorgang geeignet zugeschnitten und, soweit erforderlich, abgekantet werden kann.
  • Außerdem ist denkbar, den Blechknoten aus mehreren, jeweils durch Tiefziehen hergestellten Teilen zu bilden.
  • Bevorzugte Ausführungsformen des Bausatzes, insbesondere der Ausführung der bei seinem Aufbau zum Einsatz kommenden Blechknoten, ergeben sich aus den Ansprüchen 13 bis 23.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1
    eine perspektivische Ansicht einer Trägerstruktur eines Wagenkastens für ein Schienenfahrzeug,
    Figur 2
    eine perspektivische Ansicht einer alternativen Trägerstruktur eines Wagenkastens für ein Schienenfahrzeug,
    Figur 3
    eine perspektivische Ansicht der Trägerstruktur von Figur 1 mit ergänzten Dachelementen und Endmodulen,
    Figur 4
    eine perspektivische Ansicht einer Trägerstruktur eines Wagenkastens für ein Schienenfahrzeug mit ergänzten, gegenüber Figur 3 alternativen Dachelementen,
    Figur 5
    eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines Blechknotens in Kombination mit miteinander zu verbindenden Profilabschnitten,
    Figur 6
    eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines Blechknotens, basierend auf einem Viertel eines tiefgezogenen Napfes, in Kombination mit miteinander zu verbindenden Profilabschnitten,
    Figur 7
    eine perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsform eines Blechknotens in Kombination mit miteinander zu verbindenden Profilabschnitten,
    Figur 8
    eine perspektivische Ansicht eines Seitenwandabschnitts der Trägerstruktur von Figur 1,
    Figuren 9, 10
    jeweils eine perspektivische Ansicht zweier Varianten einer vierten Ausführungsform eines Blechknotens in Kombination mit miteinander zu verbindenden Profilabschnitten,
    Figur 11
    eine perspektivische Ansicht einer fünften Ausführungsform eines Blechknotens in Kombination mit miteinander zu verbindenden Gurtabschnitten,
    Figuren 12, 13, 14, 15
    jeweils perspektivische Ansichten eines Blechhalbzeugs in verschiedenen Herstellungsstufen zur Herstellung des Blechknotens von Figur 11,
    Figuren 16, 17
    jeweils eine perspektivische Ansicht einer sechsten Ausführungsform eines Blechknotens,
    Figuren 18, 19
    jeweils eine perspektivische Ansicht einer Außenschale und einer Innenschale zur Herstellung des Blechknotens der Figuren 6, 7,
    Figuren 20, 21, 22, 23
    jeweils eine perspektivische Ansicht eines Blechhalbzeugs in verschiedenen Herstellungsstufen zur Herstellung des Blechknotens der Figuren 6, 7,
    Figuren 24, 25
    jeweils perspektivische Ansichten einer siebten Ausführungsform eines Blechknotens,
    Figur 26
    eine perspektivische Ansicht einer achten Ausführungsform eines Blechknotens,
    Figuren 27, 28
    jeweils perspektivische Ansichten einer Blechknotenanordnung, bei der zwei Blechknoten durch Zusammenlegen jeweiliger Außenschalen miteinander verbunden sind,
    Figur 29
    eine perspektivische Ansicht einer Blechknotenanordnung, bei der drei Blechknoten durch Zusammenlegen jeweiliger Außenschalen miteinander verbunden sind und
    Figuren 30, 31
    jeweils eine perspektivische Ansicht einer neunten Ausführungsform eines Blechknotens, bei der wenigstens eine Blechschale getrennt ist.
  • Die in Figur 1 gezeigte Trägerstruktur eines Wagenkastens für ein Schienenfahrzeug ist modular aufgebaut. Zwei Obergurte O sind im dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils in fünf Obergurtabschnitte OA aufgeteilt, von denen in der Figur 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich einer mit einem Bezugszeichen versehen ist. In Figur 2 wird eine zur Figur 1 alternative Trägerstruktur gezeigt, bei der zusätzlich Endmodule bzw. Kopfmodule E1, E2 vorgesehen sind. Außerdem ist im Dachbereich der Trägerstruktur zusätzlich ein mittig angeordneter Längsträger LT vorgesehen. Anders als in Figur 1 sind die Obergurte O, die Untergurte U und ggf. auch der Längsträger LT in den jeweils durchlaufenden Knoten durchgehend ausgeführt, so dass sich keine jeweilige Unterteilung in Längsachsabschnitte ergibt. Der Längsträger LT im Dachbereich ist über kreuzförmig ausgebildete Blechknoten BK4 und Zwischenprofile ZP, die in Querrichtung verlaufen, mit den Obergurten O verbunden.
  • Es ist hervorzuheben, dass auch bei der Trägerstruktur nach Figur 1 eine durchgehende Ausführung der Obergurte bzw. Untergurte 0, U in den jeweiligen Blechknoten vorgesehen sein kann.
  • Zwei Untergurte U sind ebenfalls in Untergurtabschnitte UA aufgeteilt, wobei ein mittlerer Bereich zur Unterbringung eines Fahrwerks frei bleibt.
  • Die Obergurt- und Untergurtabschnitte OA, UA sind einheitlich hinsichtlich ihres Profilquerschnitts und ihrer Länge.
  • Zur Verbindung der Obergurte O und der Untergurte U sind senkrechte Säulen S vorgesehen. Zur Ausbildung von Fensterbereichen kommen horizontal verlaufende Fenstergurte F zum Einsatz, die hinsichtlich ihres Profilquerschnitts demjenigen der senkrechten Säulen S entsprechen. Dabei sind die Fenstergurte F in einer stoßenden Verbindung an die senkrechten Säulen S angebunden.
  • Zur horizontalen Verbindung der Obergurte O und der Untergurte U untereinander sind Querträger Q vorgesehen, die von einheitlichem Profilquerschnitt und einheitlicher Länge sind. Ihr Profilquerschnitt entspricht dabei dem der senkrechten Säulen S und der Fenstergurt F.
  • Zum Aufbau der Trägerstruktur sind somit lediglich zwei verschiedene Querschnittsprofile nötig, nämlich eines für die Obergurt- und Untergurtabschnitte OA, UA und ein zweites für die Querträger Q, die senkrechten Säulen S und die Fenstergurte F.
  • Von der in Figur 1 dargestellten Trägerstruktur ausgehend, ergibt sich eine in Figur 3 gezeigte Rohbauausführung. Die Darstellung von Figur 3 ist gegenüber derjenigen von Figur 1 um Dachelemente D1, D2 ergänzt, wobei ein mittleres Dachelement D1 etwa der Länge zweier Obergurtabschnitte OA und die beiden äußeren Dachelemente D2 etwa der Länge eines Obergurtabschnittes OA entsprechen. Figur 4 zeigt eine alternative Unterteilung des Dachbereichs, bei der zwei Dachelemente D1, die der Einfachheit halber mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind, der Länge zweier Obergurtabschnitte OA entsprechen. An Stirnseiten z.B. der Trägerstruktur von Figur 2 sind Endmodule E1, E2 angesetzt.
  • Die so beschriebene modulare Struktur für einen Wagenkasten-Rohbau bleibt auch bei der Realisierung verschiedener Fahrzeugbreiten oder -längen erhalten. Zur Realisierung verschiedener Fahrzeugbreiten werden ausschließlich die Querträger Q in ihrer Länge angepasst. Zu jeder Querträgerlänge sind dann zugehörige End- bzw. Kopfmodule E1, E2 bereitzustellen, die an die Stirnseiten der Trägerstruktur zu setzen sind.
  • Verschiedene Fahrzeuglängen werden für eine gegebene Querträgerlänge über die Länge beispielsweise eines Kopfmoduls verwirklicht.
  • Festzuhalten ist, dass selbst bei verschiedenen Fahrzeugbreiten und -längen jeweils die Seitenbereiche der Trägerstruktur unverändert bleiben und somit als modulare Elemente verschiedener Fahrzeugauslegungen verwendet werden können.
  • Zum Aufbau der in den Figuren 1, 2 und 3, 4 gezeigten Trägerstruktur aus den Obergurtabschnitten OA, Untergurtabschnitten UA(bzw. mit durchgehenden Ober- und Untergurten O, U), senkrechten Säulen S, Fenstergurten F und Querträgern Q wird der Einsatz von Blechknoten mit überwiegend einheitlicher Bauweise vorgeschlagen. Dabei wird im Stirnseitenbereich der Trägerstruktur ein erster Blechknotentyp BK1 verwendet, der zur mechanischen Verbindung eines Querträgers Q, eines Obergurtabschnittes OA und einer senkrechten Säule S dient. Der erste Blechknotentyp BK1 kommt immer dann zum Einsatz, wenn die genannten drei Elemente der Trägerstruktur miteinander zu verbinden sind, so auch im inneren Bereich des Untergurts U.
  • Im inneren Bereich der Obergurte O kommt ein zweiter Blechknotentyp BK2 zum Einsatz, der als Verbindungspunkt zwischen zwei hintereinander liegenden Obergurtabschnitten OA, einem Querträger Q und einem senkrechten Gurt S dient. Ein dritter Blechknotentyp BK3 dient zum Anschluss eines Fenstergurtes F an einen senkrechten Gurt S.
  • Aus Figur 5 ergibt sich eine perspektivische Ansicht eines Blechkantknotens BK2A des Typs BK3. Er dient als Element zum Verbinden von stoßenden Profilen. Zu seiner Fertigung wird ein Blechhalbzeug verwendet, das zunächst durch ein strahlboniertes Schneideverfahren oder Stanzwerkzeuge zugeschnitten wird und von dem anschließend herkömmliche Abkantoperationen vorgenommen werden, wonach der dritte Knotentyp BK3 mit angrenzenden Profilen, wie dem Fenstergurt F oder dem senkrechten Gurt S gefügt wird. Das Fügen kann durch Schweißen, andere thermische Fügeverfahren, aber auch durch Kleben (speziell bei Verwendung von Leichtmetallen) vorgenommen werden.
  • Der so hergestellte Blechknoten BK3A zeichnet sich durch geringe Herstellungskosten und hohe Arbeitsgenauigkeit aus.
  • Auch Figur 6 zeigt eine zweite Ausführungsform des Blechknotentyps BK3. Ausgehend von der Grundform eines Rundnapfes wird ein tiefgezogener Blechknoten BK3B wie folgt gefertigt: ein tiefgezogener Napf aus Blechhalbzeug wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel per Laserschneiden oder ein anderes Trennverfahren in gleichförmige Viertel aufgeteilt, die zur Aussteifung von Ecken bei stoßenden Verbindungen von Profilen, wie dem Fenstergurt F und dem senkrechten Gurt S dienen können. Bei dem Umformen des Blechnapfes durch Tiefziehen wird in herkömmlicher Weise über einen Stempel eine Kraft in das Blechhalbzeug eingeleitet, die zu einem Einzug des Blechhalbzeugs in einem Ziehring führt. Der Vorgang ist charakterisiert durch einen kombinierten Zug-/Druckspannungszustand. Das Verfahren zeichnet sich durch geringe Herstellungskosten wegen Verwendung etablierter Fertigungsverfahren, wie Stanzen und Tiefziehen aus. Es ist eine hohe Arbeitsgenauigkeit realisierbar. Über den Durchmesser des Blechnapfes kann der Verrundungsradius im Blechknoten BK3B festgelegt werden.
  • Der so hergestellte Blechknoten BK3B des Typs BK3 ist zweiteilig ausgebildet, wobei jedes Teil einzeln mit den angrenzenden Profilen gefügt wird.
  • Eine weitere Ausführungsform eines Blechknotens BK3C zur Verwendung bei dem Typ BK3 ergibt sich aus Figur 7. Zunächst wird durch Ausstanzen oder Laserstrahlschneiden ein geeigneter Zuschnitt des Blechhalbzeugs vorgenommen. Im Anschluss daran erfolgt ein Umformen durch Tiefziehen. Die sich ergebende tiefgezogene Form für den Blechknoten wird dann bei Bedarf noch weiter zugeschnitten. Auch der in Figur 7 dargestellte Blechknoten BK3C ist zweiteilig ausgebildet. Er weist das Merkmal auf, dass über die Ziehtiefe des Blechhalbzeugs eine Lage aussteifender Flansche FL definiert werden kann. Diese Flansche FL liegen sich im inneren Bereich des Knotens gegenüber.
  • Aus Figur 8 gehen zwei Ausführungen eines Verbindungselementes mit ausstreifenden Flanschen F2 für die Aussteifung von Ecken in stoßenden Verbindungen von Profilen hervor. Das Verbindungselement von Figur 8 kommt beispielsweise in einer Seitenwand eines Wagenkastens bei den Öffnungen von Türen (BK5A) und Fenstern (BK5B) zum Einsatz.
  • Im Gegensatz zu der tiefgezogenen Blechknotenausführung nach Figur 5 handelt es sich bei dem in Figur 8 veranschaulichten Versteifungselement um eine geschlossene, tiefgezogene Struktur. Vertikale und horizontale Profile werden über ein umlaufend geschlossenes, wannenförmiges Knotenelement verbunden.
  • Aus den Figuren 9, 10 gehen jeweils eine kreuzförmige, zweiteilige Struktur eines Blechknotens hervor. Diese Ausführungsform eines Blechknotens entspricht dem Typ BK4 aus Figur 2. Es kommt daher bei der Verbindung zwischen mittigen Langträgern LT und Querträgern Q im Dachbereich oder im Untergestellbereich zum Einsatz. Auch sein Herstellungsverfahren ist gekennzeichnet durch Ausstanzen oder strahlboniertes Zuschneiden des Blechzuschnitts, anschließendes Umformen durch Tiefziehen und Zuschnitt der tiefgezogenen Form zum Erhalten der dargestellten kreuzförmigen Ausbildung. Vorgesehene Versteifungsflansche FL können in einem Abstand zueinander angeordnet (Fig. 9) oder unmittelbar aneinander anliegend (Fig. 10) ausgeführt sein. Ein Winkel der stoßenden Profile kann, wie im, in der Figur gezeigten Fall, 90° betragen. Unter Beachtung fertigungstechnischer Möglichkeiten kann er jedoch auch kleiner oder größer gewählt sein.
  • Figur 11 zeigt eine Ausführungsform eines Blechknotens BK2A für den Typ BK2. Eine tiefgezogene Ausgangsform wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zweifach gebogen, wobei Nebenformelemente zum Einsatz kommen. Die Knotenausbildung ist geeignet zur Verbindung von stoßenden Profilen, wie der Anwendungsfall des Blechknotentyps BK2 in Figur 1 zeigt.
  • Einzelheiten des zugehörigen Herstellungsverfahrens ergeben sich aus den Figuren 12 bis 15. Über eine eingesetzte Blechstärke können unterschiedlich stark beanspruchbare Knotenstrukturen entwickelt werden.
  • Anhand der Figuren 16 bis 23 ist ein Herstellungsverfahren für eine zweite Ausführungsform BK2B des Blechknotentyps BK2 gezeigt. Der Blechknoten weist eine Außenschale AS und eine Innenschale IS auf, deren tiefgezogene Ausgangsformen in den Figuren 18 bzw. 19 dargestellt sind. In den Figuren 20 und 21 ist eine erste Phase eines Biegevorganges gezeigt, während die Figuren 22 und 23 die Einnahme der Endformen der Innen- und der Außenschale zeigen.
  • Eine weitere Ausführungsform BK2C für den Blechknotentyp BK2 ist in den Figuren 24, 25 dargestellt. Im Unterschied zu der zuvor beschriebenen Ausführungsform ist hier die Außenschale AS lediglich aus einem abgewinkelten Blechzuschnitt hergestellt, d.h. ohne Tiefzieh-Bearbeitung.
  • In gleicher Weise kann auch die Innenschale IS nur aus einem abgewinkelten Blechzuschnitt bestehen und die Außenschale AS tiefgezogen sein.
  • Figur 26 zeigt eine weitere Ausführungsform eines eine Innenschale IS und eine Außenschale AS aufweisenden Blechknotens BK5, der im dargestellten Ausführungsbeispiel zur Verbindung von Zwischenelementen mit einem Gurt oder Längsträger dient.
  • Die Figuren 27 und 28 zeigen zwei verschiedene perspektivische Ansichten, bei denen zwei Blechknoten jeweils eine gesonderte Innenschale IS aufweisen, deren Außenschalen jedoch zu einer der beiden Knoten gemeinsamen Außenschale AS miteinander verbunden sind.
  • Figur 29 zeigt eine Erweiterung des anhand der Figur 28 dargestellten Prinzips. Dort sind insgesamt fünf Blechknoten mit ihren jeweiligen Außenschalen AS verbunden, so dass eine sämtlichen Blechknoten gemeinsame Außenschale AS vorliegt.
  • Bei der Ausführungsform nach Figuren 30, 31 ist eine Blechschale, nämlich die Außenschale AS1, AS2 getrennt, während die Innenschale IS einstückig ausgebildet ist.

Claims (21)

  1. Bausatz für eine Wagenkasten-Rohbaustruktur eines Schienenfahrzeugs, mit einer Trägerstruktur, die wenigstens zwei Obergurte (O) und eine Anzahl Dach-Querträger (Q) für den Dachbereich des Wagenkastens,
    wenigstens zwei Untergurte (U) und eine Anzahl Boden-Querträger (Q) für einen Bodenbereich des Wagenkastens sowie mehrere senkrecht verlaufende Säulen (S) und mehrere Fenstergurte (F) für Seitenbereiche des Wagenkastens aufweist, und mit mindestens einem Kopfmodul (E1),
    wobei die Rohbaustruktur modular aufgebaut ist und die Obergurte (O) und die Untergurte (U) von einheitlichem Profilquerschnitt sind,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Obergurte (O) und die Untergurte (U) über Blechknoten (BK1, BK2, BK3, BK4) mit angrenzenden Querträgern (Q), senkrechten Säulen (S) und/oder Fenstergurten (F) verbunden und die Blechknoten (BK1, BK2, BK3, BK4) wenigstens teilweise von einheitlicher Bauweise und aus Blechhalbzeug gefertigt sind, das durch strahlbonierte Schneideverfahren oder Stanzwerkzeug zugeschnitten und anschließend umgeformt und dann gefügt wird.
  2. Bausatz nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Obergurte (O) und die Untergurte (U) wenigstens teilweise von einheitlicher Länge sind.
  3. Bausatz nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die senkrechten Säulen (S) und die Fenstergurte (F) von einheitlichem Profilquerschnitt sind.
  4. Bausatz nach Anspruch 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die senkrechten Säulen (S) und die Querträger (Q) von einheitlichem Profilquerschnitt sind.
  5. Bausatz nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zur Realisierung verschiedener Fahrzeugbreiten mehrere Sätze von Querträgern (Q) vorgesehen sind, die sich in ihrer Länge unterscheiden.
  6. Bausatz nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zur Realisierung verschiedener Fahrzeuglängen verschieden lange Kopfmodule (E1) oder Endmodule (E2) jeweils zum Anschluss an eine Stirnseite der Trägerstruktur vorgesehen sind.
  7. Bausatz nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die im Inneren der Trägerstruktur vorgesehenen Knoten (BK2) im Bereich der Ober- und der Untergurte (O, U) von einheitlicher Bauweise sind.
  8. Bausatz nach Anspruch ,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Fügen des Knotens (BK1, BK2, BK3, BK4) durch Schweißen, andere thermische Fügeverfahren oder Kleben erfolgt.
  9. Bausatz nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Blechknoten (BK1, BK2, BK3, BK4) durch Tiefziehen hergestellt ist.
  10. Bausatz nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Blechknoten (BK1, BK2, BK3, BK4) aus mehreren, jeweils durch Tiefziehen hergestellten Teilen gebildet ist.
  11. Bausatz nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Umformen durch Abkantvorgänge durchgeführt ist.
  12. Bausatz nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die durch Tiefziehen hergestellten Teile des Blechknotens (BK3) aus einer napfförmigen Grundform, die einem nachfolgenden Schneid- oder Stanzvorgang unterzogen wird, gewonnen ist.
  13. Bausatz nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die durch Tiefziehen hergestellten Teile des Blechknotens (BK5) aus einer wannenförmigen Grundform gewonnen sind und aussteifende Flansche (FL) aufweisen.
  14. Bausatz nach Anspruch 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Blechknoten (BK5) eine geschlossene Struktur aufweist.
  15. Bausatz nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die beiden durch Tiefziehen hergestellten Teile jeweils kreuzförmig ausgebildet sind.
  16. Bausatz nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    ein Blechhalbzeug nach dem Tiefziehen nachfolgenden Abkantvorgängen unterzogen ist.
  17. Bausatz nach einem der Ansprüche 10 oder 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die beiden durch Tiefziehen hergestellten Teile von einer Außen- (AS) und einer Innenschale (IS) gebildet sind, die nach dem Tiefziehen weiter zugeschnitten sind.
  18. Bausatz nach Anspruch 17,
    dadurch gekennzeichnet, dass (BK2, BK3)
    wenigstens zwei der Blechknoten mit ihrer Außenschale (AS) derart verbunden sind, dass sich eine ihnen beiden gemeinsame Außenschale bildet.
  19. Bausatz nach Anspruch 17 oder 18,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine von der Außen- (AS) oder der Innenschale (IS) getrennt vorliegt, derart, dass die betreffende Schale wenigstens zweistückig ist.
  20. Bausatz nach einem der Ansprüche 1 bis 19,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Trägerstruktur weitere, unter beliebigem Winkel zur Senkrechten verlaufende Gurte aufweist.
  21. Bausatz nach einem der Ansprüche 1 bis 20,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Obergurte (O) und/oder die Untergurte (U) in Abschnitte gleicher Länge aufgeteilt sind.
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