EP3369638A1 - Wandmodul und ein verfahren zur herstellung von komponenten mit wandmodulen für den rohbau von wagenkästen im schienenfahrzeugbau in differenzialbauweise - Google Patents
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- EP3369638A1 EP3369638A1 EP18159743.6A EP18159743A EP3369638A1 EP 3369638 A1 EP3369638 A1 EP 3369638A1 EP 18159743 A EP18159743 A EP 18159743A EP 3369638 A1 EP3369638 A1 EP 3369638A1
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- 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
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Definitions
- the invention relates to a wall module for a component of a car body for a rail vehicle, a wall segment for a wall module, a car body component, a car body and a method for manufacturing (manufacturing, pre and final assembly) of components (side wall, end wall, roof) for the shell of car bodies in rail vehicle construction in differential construction.
- outer sheet metal segments are placed on the framework and joined with each other and with the framework.
- the joining of the skeleton and the outer panel as well as their segments with each other takes place in the Usually by means of welded joints.
- no longer continuous welds are possible due to the design and the welding equipment must constantly change location and direction of their activity, resulting in low productivity and increased production times result.
- the design-related high number of welded joints also has the consequence that caused by thermal shrinkages, especially in the longitudinal direction of the components considerable tolerance deviations to the nominal dimensional accuracy and the thermal influence leads to buckling of the outer baffle between the fan-like areas. To maintain or reduce these changes in shape within predetermined limits, forcing high additional technical effort, in particular by thermal tensioning of the outer Beliech.
- the fan-like skeletons consist of skeleton carriers arranged at specific intervals with a plurality of longitudinal profiles positioned between them and running parallel to the longitudinal axis of the car body.
- costly devices and time-consuming activities are required.
- the fan-like design of the framework also requires a complex programming and permanent interruption and repositioning of the welding equipment used in the thermal joining process.
- the external paneling consists of prefabricated sheet metal segments whose joining process requires similarly time-consuming activities and time-consuming programming of the welding equipment used.
- the edge profile forms a mounting flange for the joining of two assembly units, which are joined by means of lock bolt connection.
- edge profile forms a mounting flange for the joining of two assembly units, which are joined by means of lock bolt connection.
- this would mean that when mounting a significant manual overhead for setting and a significant extra weight created by the introduced mass of the lock bolt connections.
- a first object of the present invention to provide an advantageous wall module and a favorable wall segment for a component of a wagon of a rail vehicle. It is a second object of the present invention to provide an advantageous body component and an advantageous body for a rail vehicle. Finally, it is a third object of the present invention to provide an advantageous method for producing a carbody component.
- the first object is achieved by a wall module according to claim 1 or by a wall segment according to claim 8
- the second object is achieved by a carbody component according to claim 16 or by a Wagenkaten according to claim 19
- the third object is achieved by a method according to claim 20 solved.
- the section of the outer panel can have a flat or arched outer surface and a constant or variable sheet thickness in a direction transverse to the stiffening elements, and the stiffening elements can each consist in particular of a rib profile with a hollow body profile arranged thereon.
- the wall module according to the invention is characterized in that some or all Formausklinkungen have a shape after positioning the Gerrifegone to the portion of the outer panel with the stiffening elements in cooperation with the stiffening elements of the outer panel already without the cohesive connection a positive or non-positive fixation of the skeletal support relative bring to the section of the outer panel with the stiffening elements.
- an integral part of the external paneling is an integral part of the external paneling.
- one or more of the stiffening elements may be formed by means of a primary shaping or forming process, preferably Cold forming, to be made as an integral part of the outer panel.
- an integral part of the outer panel is to be understood as a component which has been formed separately and subsequently joined to the outer panel.
- one or more of the stiffening elements can be integrated into the outer panel by means of a thermal joining method.
- the portion of the outer panel of the wall module may consist of one or more wall segments, each having a transverse extension and a greater longitudinal dimension relative to the transverse extension, each comprising one or more integral or integral stiffening elements extending along the longitudinal extent and parallel to the inner surface of the wall module Wall modules extend.
- the individual wall segments can then be joined in a simple manner, for example by means of a linearly moving welding device.
- the girder carriers can contain one or more of the form notches which are designed in such a way that, after the girder carriers have been mechanically joined to the stiffening elements, the girder carriers contact them in a touching manner over substantially their entire length on the outer plate or are positioned at a defined spacing. This facilitates the subsequent joining of the skeletons with the outer panel.
- An inventive wall segment for a wall module of a component of a car body of a rail vehicle consists of a strip-shaped portion of a steel sheet ofpracticbeblechung, one or more parallel to the inner surface of the wall segment extending and over the inner surface protruding stiffening elements, each consisting of a web profile and a hollow body profile.
- the wall segment of the strip-shaped portion on the one hand and the web profile and the hollow body profile on the other hand made separately and joined together by a cohesive joining process.
- the Web profile and the hollow body profile produced separately and joined together by a cohesive joining process.
- the web profile and the hollow body profile can be joined together by means of laser or laser hybrid welding.
- the web profile and hollow body profile can also be made in one piece, for example. By extrusion. In addition, they can have locally variable sheet thicknesses.
- the web profile and the hollow body profile are made in one piece as a strip profile.
- they can be produced as urgestformtes strip profile.
- Roll forming can be used, for example, for primary shaping.
- the web profile and the hollow body profile can have locally variable sheet thicknesses.
- a gap of the web profile attributable to the primary molding can be closed with a material which inhibits crevice corrosion, in particular by a cohesive joining process, preferably by a laser welding process or laser brazing process, and can preferably be filled on the outside surface of the external skin.
- a vehicle body component according to the invention for a rail vehicle consists of one or more of the wall modules according to the invention.
- her recesses such as window openings, door cutouts, media feedthroughs or the like can be cut out with high accuracy of fit.
- reinforcing profiles preferably by laser or laser hybrid welding cohesively and as a T-joint on the inside of the recesses can run circumferentially.
- additional stiffening profiles designed as a function of the stress and installation situation, such as, for example, door pillars or gullies, may be arranged.
- the inventive method is characterized in that some or all Formausklinkungen have a shape after inserting the stiffening elements of the section of the outer plate in the Formausklinkept the webs of the skeletons and prior to thermal joining in cooperation with the stiffening elements of the outer Beliech a positive or non-positive Fixation of the ribbed beams relative to the section of the outer sheet with the stiffening elements bring about.
- the method may also include preparing the first stage of a corrosion protection (prime) finish of the component including the void preservation of the stiffening elements.
- the production of the external paneling can be carried out essentially by the uninterrupted joining of wall segments which extend over the entire length of the car body component.
- the joining of the outer panel with the skeletal support to a wall module can be done by the positive positioning and / or non-positive fixation without additional clamping devices for fixing the skeletal support on the technicallybeblechung in the thermal joining process.
- the skeleton formed by the skeletons consists only of the skeletons without additional fan-like arranged longitudinal profiles for stiffening the strictlybeblechung.
- An inventive car body for a rail vehicle comprises at least one car body component according to the invention.
- a railcar body made in accordance with this invention therefore comprises the feature that the side walls or portions of the side walls, the end walls or portions of the end walls, the roof or a portion of the roof are made with wall modules.
- the wall modules comprise in particular the design of the outer panel made of wall segments with integral or integral stiffening elements which are guided without interruption by skeletal support, the skeleton design substantially without the use of additional longitudinal profiles for stiffening the outer panel and the self-positioning feature and possibly the temporary self-fixing of the skeletal support over the Stiffening elements of the outer paneling. It is understood, however, that in wall areas where particularly high voltages may occur, such as e.g. in the field of cutouts for windows, doors, media feedthroughs and the like, further reinforcing profiles can be arranged.
- the components produced according to the invention offer the advantage that they are equipped with a high dimensional accuracy and significantly lower flatness deviations compared to the previously known manufacturing and design methods can be produced and by their design the optimal use of modern manufacturing and thermal joining methods, in particular roll profiling, laser cutting and laser welding allow.
- Particularly advantageous is the possibility to produce wall modules that extend over the entire length (eg, a side wall or a roof) or width (eg, an end wall) of a component for a car body.
- stiffening elements are to be integrated into the outer panel, long, uninterrupted welds and (particularly advantageous when using laser welding methods) the simultaneous parallel operation of multiple welding units are possible.
- longitudinal seams are essentially only required for the joining of the thin sheet strip profiles.
- the strip profile used in this case is particularly suitable for the production process roll profiling.
- Manufacturing technology it may be a particular advantage, necessary cutouts for windows, doors, media feedthroughs and the like in a wall module only after the joining of the skeletons with the outer plate by means of a thermal and / or cutting separation process to introduce.
- the invention makes it possible in particular by the adapted arrangement of the integrated or integral stiffening elements of the outer panel comparable structural properties with reduced sheet thickness compared to the previously known constructions.
- inventive wall modules allows a high degree of automation of the entire manufacturing process of the wall modules over the previously known manufacturing processes and designs.
- Railcar bodies must be designed for a long service life, e.g. be designed for 30 or 35 years. Therefore, their corrosion protection is of great importance.
- the inventive design of the components and their arrangement has good accessibility for conventional corrosion protection measures. When components are made by roll profiling, filling between them existing column prevents crevice corrosion. Even in hollow sections unavoidable cavity is common access cavity preservation measures.
- An inventive design of the stiffening elements also has special advantages for the interior of the car bodies. While it is common in the car bodies manufactured according to the prior art, for the attachment of a thermally and acoustically acting inner insulation and / or for the cultivation of media lines, partitions, luggage reception facilities, lighting and air conditioning and wall coverings, etc., a high number of fasteners in addition to weld, can be largely or completely waived in the inventive design of a car body, if used for the connection of said interior fittings fastener (clamp elements), which are designed such that they are positively and / or non-positively connectable with the stiffening elements.
- clamp elements interior fittings fastener
- the solution according to the invention enables a constructive optimization of the components with regard to the necessary material thicknesses and the space that is appropriate (further or more closely spaced) Distribution of the stiffening elements, which leads to a significant saving in material and weight over the known prior art arrangements and methods for a significant material and weight and over the life of a rail vehicle with an inventively designed car body to a significant saving in operating energy.
- FIG. 1 shows an isometric view of an embodiment of an inventive designed wall module 1 for a rail vehicle
- FIG. 2 shows an enlarged section FIG. 1
- the wall module 1 consists of the outer panel 2 with integrated or integral stiffening elements 3 and a skeleton of ribs 4 arranged at certain intervals.
- the stiffening elements 3 and the perpendicular thereto skeletal support 4 are arranged and connected to the outer panel 2 that the Wall module 1 without a fan-like framework with a variety of additional horizontal stiffening profiles manages.
- the wall module 1 is constructed from a plurality of wall segments 11, 11 ', which each include a strip-shaped segment 2 a of the outer panel 2. In the illustrated wall module 1 different wall segments 11 and 11 'are present.
- the wall segments 11 each have a longitudinal extent L and a transverse extent Q, wherein the longitudinal extent L is greater than the transverse extent Q.
- a stiffening element 3 is integrally formed or integrally formed, which extends linearly along the longitudinal extent L of the wall segment 11 and protrudes beyond the inner surface 22 of the outer panel 2.
- Each stiffening element 3 is guided without interruption by the skeletal support 4. This in FIG. 1 Wall element 11 'to be recognized has a larger transverse extent compared to the wall elements 11.
- Each stiffening element 3 comprises a web profile 5 integrally or integrally formed with the outer plate 2 and a hollow body profile 6 arranged at the end of the web profile 5 remote from the outer plate 2
- FIGS. 3A-E show various design options of the hollow body profile 6.
- the hollow body profile 6 a symmetrical or asymmetrical cross-section and straight or curved profile sections which enclose a central profile opening 23, ..
- FIG.4 shows an example of the configuration of a wall segment 11. It can be seen a section of the strip-shaped segment 2a of the outer panel 2 and an integrated stiffening element 3a.
- the stiffening element 3a runs uninterrupted over the entire longitudinal extent L of the wall segment and consists in the present example of a welded to the strip-shaped segment 2a of the outer panel 2 along a weld 14 web profile 5 and welded to the web profile 5 hollow body profile 6.
- the welding of the web profile 5 at The strip-shaped segment 2 a of the outer panel 2 takes place in the present example by means of laser welding. It is particularly advantageous in this case that the welded joints with the stiffening elements 3 a extending without interruption over the entire length of a wall segment 11 can be produced by uninterrupted weld seams.
- FIG. 5 shows an alternative example of the configuration of the wall segment 11.
- a section of the strip-shaped segment 2a of the outer panel 2 and a stiffening element 3b can be seen.
- the Stiffening element 3b formed in the present embodiment, integrally with the strip-shaped segment 2a of the outer panel 2.
- the hollow section 6 in this case has only an almost completely circular cross section. In the area of the connection of the hollow profile 6 to the web profile 5, a bulge 25 of the hollow profile 6 in the direction of the web profile is present. As a result, an increased elasticity of the hollow profile 6 is achieved at forces acting on the hollow profile 6 within the cross-sectional area.
- the cylindrical hollow profile 6 and the strip profile 2a is preferably made by roll profiling.
- the gap 12 in the region of the web profile 5 at least on the outer surface 24 of the strip-shaped segment 2a of the outer panel 2 can be filled surface-level.
- Particularly advantageous in the sense of corrosion prevention is when the gap 12 is closed over its entire gap length SL.
- the filling on the outer surface 24 and the closing of the gap 12 by a cohesive joining process, preferably by means of laser soldering or gluing or by another welding method in conjunction with a Spaltkorrosionshindernden material.
- FIG.6 shows an embodiment of a self-positioning of a skeletal support 4 on the outer panel 2 via the integrated or integral stiffening element 3.
- the contact contour 9 between the outer panel 2 and the web 8 of the skeletal support 4 a straight line or, if the outer panel 2 of the wall module to be curved be a curve corresponding curve.
- the stiffening element 3 is introduced into a form notching 7 in the web 8 of the skeletal support 4.
- the Formausklinkung 7 has an end portion 7a, whose cross section is formed substantially complementary to the cross section of the hollow profile 6.
- the end portion 7a is separated from an insertion portion 7b whose opening width is slightly larger than the diameter of the hollow profile 6.
- FIG. 7 shows an embodiment of the self-positioning of a skeletal support 4 on the outer panel 2 with temporary self-fixation, in which a temporary self-fixation by means of positive clamps via an integral stiffening element 3b and complementary to the integral stiffening element 3b arranged at least partially positively to the hollow profile designed Formausklinkung 7 takes place in the web 8 of the skeletal support 4.
- the Formausklinkung 7 has an end portion 7a, whose cross section is formed substantially complementary to the cross section of the hollow profile 6.
- the end section 7a is separated from an insertion section 7b whose opening width is slightly larger than the diameter of the hollow section 6 by a pawl section 7c whose opening width is slightly smaller than the diameter of the hollow section 6 due to clamping lugs 10 arranged on both sides.
- the hollow profile is compressed when passing the pawl portion 7 c through the clamping lugs 10.
- the hollow profile 6 expands again in the end portion 7a due to its elasticity, so that the hollow profile 6 is fixed positively in the end portion 7a by means of the pawl portion 7c.
- the opening width of the clamping lugs 10 is selected so that when clamping the skeletal support 4 on the stiffening element 3b only elastic, but no or only a slight plastic deformation of the hollow body profile 6 occurs without the resilient adhesion is released.
- laser cutting should be used, since the required high form and accuracy of fit of the components can be achieved.
- FIG.8 shows an alternative embodiment of the self-positioning of a skeletal support 4 on the outer panel 2 with temporary self-fixation. While in the in FIG. 7 shown embodiment of the self-positioning a two-sided arrangement of clamping lugs 10 in the pawl portion 7c is used, takes place in the present embodiment, a temporary self-fixation by a pairing of asymmetric Formausklink Institute 7 instead.
- a pair of asymmetric Formausklinkonne 7 each Formausklinkung only a pawl portion 7c, wherein the pawl portions 7c in the two Formausklink Institute 7 of the pair different sides of the Formausklinkung 7 are arranged so that they can be converted into each other by an Achsenaptung.
- the respective pawl portions 7 c are oriented differently.
- the pairs of Formausklinkonne 7 are distributed over the respective skeletal support 4, wherein the Formausklink Institute 7 of a pair of Formausklink Institute 7 need not necessarily be arranged side by side.
- the elastic clamping of the integrated stiffening element 3 in the skeletal support 4 is achieved by the cooperation of the pawl portions 7 c of a pair of Formausklinkept 7.
- the Formausklinkeptept 7 can be converted into each other in the present embodiment by an axis mirror, this configuration is not mandatory.
- the two Formausklinkeptept 7 of a pair generated by the asymmetric and opposite, but not necessarily mirrored, aligned arrangement of the pawl portion 7c in its hollow profile laterally comprehensive area an oppositely acting clamping force on the spring action of the web profile 5, so that the Formausklinkept 7 of the pair can bring about a positive connection with the associated stiffening elements 3.
- said asymmetry is chosen so that when clamping the skeletal support 4 on the stiffening element 3a only elastic or no failure-promoting plastic deformation of the web profile 5 and the hollow body profile 6 occur, however, the resilient adhesion is given. After clamping, no voltage is allowed.
- FIG.9 shows the isometric representation of a side wall module 13 in the joining position of the skeletal support 4 to the outer panel 2 with the integrated or integral stiffening elements 3. It may be advantageous to elastically brace the skeletal support 4 when positioned on the outer panel 2 by means of a device so that spread the clamping lugs of Formausklinkungen so far that the engagement can be done on the outer panel 2 associated stiffening elements 3 without increased joining effort. After snapping the clamping lugs of the joining process between the predominantlybeblechung 2 and the webs of the skeletons 4 are preferably carried out by means of laser or laser hybrid welding 14 as a T-joint connection.
- FIG.10 shows the isometric view of a designed as a side wall 17 car body component in joining position consisting of a side wall module 13 after joining the skeletal support 4 in the side wall module 13 by means of a thermal and / or cutting separation introduced cuts 26, 27 for windows, doors, media feedthroughs and the like and in the area of cutouts 26, 27 for windows, doors, media feedthroughs and the like for local stiffening arranged and thermally joined reinforcing profiles 18, door pillars 19 and the Voutenarme 20.
- the thermal cutting method laser cutting or a mechanical separation method should preferably be used , because so the required high form and accuracy of fit of the components can be achieved.
- FIG.11 shows an exemplary section through the representation of the component side wall 17 in the joining of the side wall module 13 with the T-shaped peripheral reinforcing profile 18, wherein the entire contact surface is materially joined preferably by laser or laser hybrid weld 14.
- the production of the outer panel 2 can be carried out essentially by the uninterrupted joining of wall segments 11, which extend over the entire length of the car body component.
- the joining of the outer panel 2 with the skeletal supports 4 to a wall module 1 by the positive positioning and / or non-positive fixation without additional clamping devices for fixing the skeletal support 4 on the technicallybeblechung carried out in the thermal joining process The skeleton formed by the skeletal support 4 consists only of the skeletons 4 without additional fan-like arranged longitudinal profiles for stiffening the strictlybeblechung second
Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Wandmodul für ein Komponente eines Wagenkastens für ein Schienenfahrzeug, ein Wandsegment für ein Wandmodul, eine Wagenkastenkomponente, einen Wagenkasten und ein Verfahren zur Herstellung (Fertigung, Vor- und Endmontage) von Komponenten (Seitenwand, Stirnwand, Dach) für den Rohbau von Wagenkästen im Schienenfahrzeugbau in Differenzialbauweise.
- Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass die Komponenten (Seitenwand, Stirnwand, Dach) von Wagenkästen aus fachwerkartigen Gerippen, bestehend aus miteinander gefügten Gerippeträgern und Längsversteifungen und einer anschließend damit verbundenen Außenbeblechung gefertigt werden. Beispielhaft ist diese sogenannte "Differenzial-Bauweise" in der
DE 10 2008 048 083 A1 , derEP 2 555 957 B1 (DE 10 2010 014 962 A1 ) und derCN 204055793 U beschrieben. Die Fertigung der Komponenten (Seitenwand, Stirnwand, Dach) findet dabei in der Regel so statt, dass die Bauteile für die fächerartigen Gerippe der Komponenten in einem 1. Schritt in Vorrichtungen positioniert und darin mittels thermischer Fügeverfahren zusammengefügt werden. In einem 2. Schritt werden Außenblechsegmente auf das Gerippe aufgelegt und sowohl untereinander als auch mit dem Gerippe gefügt. Das Fügen der Gerippe und der Außenbeblechung sowie deren Segmente untereinander erfolgt in der Regel mittels Schweißverbindungen. Dabei sind bauartbedingt keine längeren durchgehenden Schweißverbindungen möglich und die Schweißgeräte müssen ständig Ort und Richtung ihrer Tätigkeit wechseln, was eine geringe Produktivität und gesteigerte Fertigungszeiten zur Folge hat. Die bauartbedingte hohe Anzahl an Schweißverbindungen hat weiterhin zur Folge, dass durch thermische Schrumpfungen insbesondere in der Längsrichtung der Komponenten erhebliche Toleranzabweichungen zur Nennmaßhaltigkeit entstehen und die thermische Beeinflussung zum Beulen der Außenbeblechung zwischen den fächerartig gestützten Bereichen führt. Diese Formänderungen in vorgegebenen Grenzen zu halten bzw. zurückzuführen, zwingt zu hohem zusätzlichen technischen Aufwand, insbesondere durch thermisches Spannen der Außenbeblechung. Die fächerartigen Gerippe bestehen in der Regel aus in bestimmten Abständen angeordneten Gerippeträgern mit einer Vielzahl von zwischen ihnen positionierten, parallel zur Längsachse des Wagenkastens verlaufenden Längsprofilen. Insbesondere für die Positionierung und das Fügen der Längsprofile sind kostenaufwändige Vorrichtungen und fertigungszeitaufwändige Tätigkeiten erforderlich. Die fächerartige Ausbildung der Gerippe erfordert zudem eine aufwändige Programmierung und ständige Unterbrechung und Neupositionierung der eingesetzten Schweißgeräte beim thermischen Fügeprozess. Die Außenbeblechung besteht in der Regel aus vorkonfektionierten Blechsegmenten, deren Fügeprozess ähnlich fertigungszeitaufwändige Tätigkeiten und aufwändige Programmierung der eingesetzten Schweißgeräte erfordern. Die aus dem Verhältnis Fächerraster des Gerippes zur Blechdicke der Außenbeblechung bestehende Abhängigkeit zur erforderlichen Steifigkeit der Komponenten bedingt zur Erzielung der vorgebenen Komponentenmasse in den Wandbereichen mit hoher oder geringer Beanspruchung den Einsatz von verschiedenen Blechdicken oder Blechen mit unterschiedlichen Festigkeitseigenschaften für die Außenbeblechung. - Aus dem Stand der Technik ist bekannt, die Außenbeblechung mit einem nach innen gezogenen und unter Bildung einer rohrförmigen Wulstversteifung punktverschweißt gestalteten Randprofil zu fertigen. Beispielhaft ist diese technische Lösung in der
DD 274 793 B5 - Das Randprofil bildet dabei einen Montageflansch für den Fügestoß zweier Montageeinheiten, die mittels Schließringbolzenverbindung gefügt werden. Im Falle einer Nutzung des Randprofiles als Versteifungselement für eine Außenbeblechung würde dieses dazu führen, dass bei Montage ein erheblicher manueller Mehraufwand für das Setzen und ein erhebliches Mehrgewicht durch die eingebrachte Masse der Schließringbolzenverbindungen entsteht.
- Aus dem Stand der Technik ist bekannt, Flächenbauteile mit einer Beblechung mit dieser versteifenden auf der Innenseite horizontal verlaufenden Profilen zu fertigen. Beispielhaft ist diese technische Lösung in der
DE 195 28 610 C1 beschrieben. Dabei werden die Fügeschenkel der horizontalen Versteifungsprofile ausgeklinkt und in Teilabschnitten mittels Punktschweißen oder kurzen Kehlnahtschweißungen an die Beblechung gefügt. Diese Lösung führt zu einer diskontinuierlichen Versteifung der Beblechung und bedingt damit eine Erhöhung der Blechdicke zur Erreichung der erforderlichen Steifigkeit für die Außenbeblechung. - Aus dem Stand der Technik ist ein Verfahren zur Herstellung eines modular aufgebauten Stahlwagenkastens bekannt, bei dem die Außenbeblechung mit durch Beulsteifen versehene Deckbleche gebildet wird, die sich in bestimmten Abständen horizontal über die gesamte Länge des Wagenkastens erstrecken. Beispielhaft ist diese technische Lösung in der
DE 10 2006 038 058 A1 beschrieben. Die Beulsteifen werden dabei durch T-bzw. 1- Profile gebildet, die mittels thermischen Fügeverfahrens oder Davex-Technologie mit den Deckblechen verbunden werden und so als ein erstes Basiselement bereitgestellt werden. In einem folgenden Schritt werden diese ersten Basiselemente auf zweite Basiselemente (Spanten), die zuvor auf dem Untergestell positioniert werden, aufgelegt und thermisch gefügt. Diese Lösung bedingt einen hohen technischen Aufwand beim Fügen der Außenbeblechung mit den vorher auf dem Untergestell positionierten Spanten und die aus dieser Montagereihenfolge bedingte Fügeposition der Außenbeblechung zu den Spanten eignet sich nicht für den Einsatz moderner thermischer Fügeverfahren, wie das Laserschweißen. - Gegenüber diesem Stand der Technik ist es eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein vorteilhaftes Wandmodul und ein vorteilhaftes Wandsegment für eine Komponente eines Wagenkatens eines Schienenfahrzeugs zur Verfügung zu stellen. Es ist eine zweite Aufgebe der vorliegenden Erfindung, eine vorteilhafte Wagenkastenkomponente und einen vorteilhaften Wagenkasten für ein Schienenfahrzeug zur Verfügung zu stellen. Schließlich ist es eine dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein vorteilhaftes Verfahren zum Herstellen einer Wagenkastenkomponente zur Verfügung zu stellen.
- Die erste Aufgabe wird durch ein Wandmodul nach Anspruch 1 bzw. durch ein Wandsegment nach Anspruch 8 gelöst, die zweite Aufgabe wird durch eine Wagenkastenkomponente nach Anspruch 16 bzw. durch einen Wagenkaten nach Anspruch 19 gelöst, und die dritte Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 20 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
- Erfindungsgemäß wird ein Wandmodul für die Herstellung von Komponenten (Seitenwand, Stirnwand, Dach) für den Rohbau von Wagenkästen im Schienenfahrzeugbau vorgeschlagen, das:
- ∘ eine Außenbeblechung mit in Abhängigkeit von den lokalen Beanspruchungen in bestimmten Abständen angeordneten integrierten oder integralen Versteifungselementen enthält und dessen Gerippe im Wesentlichen nur noch aus in Abhängigkeit von den lokalen Beanspruchungen in bestimmten Abständen angeordneten Gerippeträgern besteht und im Wesentlichen ohne zusätzlich fächerartig angeordnete Längsprofile zur Versteifung der Außenbeblechung auskommt
- ∘ eine Fertigung, Vormontage und Endmontage der Wandmodule mit einfachen Positionierungs- und Fügevorrichtungen und mit geringem Fertigungszeitaufwand durch eine Selbstpositionierung und temporäre Selbstfixierung für den thermischen Fügeprozess der Außenbeblechung mit den Gerippeträgern ermöglicht
- ∘ geringe Toleranzabweichungen in Maßhaltigkeit und Ebenheit durch eine reduzierte thermische Beeinflussung aufweist
- ∘ eine örtlich erhöhte Ausnutzung der zulässigen Grenzbelastung der Werkstoffe durch die zur Anwendung kommenden Schweißnahtgestaltungen (vorzugsweise Stumpfnahtstöße) mit Bezug auf die Kerbfalllinien der geltenden Berechnungsvorschriften ermöglicht
- ∘ eine Reduzierung der verwendeten Blechdicken für die Außenbeblechung durch eine auf die Beanspruchungen optimierte Anordnung der integrierten oder integralen Versteifungselemente ermöglicht
- ∘ den optimalen Einsatz moderner thermischer Fügeverfahren durch eine Minimierung der Unterbrechungen und Minimierung der Richtungswechsel beim Fügeprozess der Wandmodule ermöglicht
- ∘ den optimalen Einsatz moderner Kaltumformungsverfahren wie bspw. das Rollprofilieren zur Herstellung der Wandmodule ermöglicht
- ∘ durch das Gesamtsystem der genannten Eigenschaften einen hohen Automatisierungsgrad des gesamten Fertigungsprozesses der Wandmodule und eine gute Zugänglichkeit für die üblichen Korrosionsschutzmaßnahmen ermöglicht
- Ein erfindungsgemäßes Wandmodul für eine Komponente wie Seitenwand, Stirnwand, Dach oder dergleichen eines Wagenkastens eines Schienenfahrzeugs besteht aus:
- einem Abschnitt einer Außenbeblechung mit einer Innenfläche, welche dazu vorgesehen ist, im Wagenkasten in Richtung auf das Wageninnere zu weisen,
- einer Anzahl von linienförmigen Versteifungselementen, die sich im Wesentlichen parallel zueinander sowie längs dem Abschnitt der Außenbeblechung erstrecken und über die Innenfläche des Abschnitts der Außenbeblechung vorstehen, und
- Gerippeträgern, die sich im Wesentlichen parallel zueinander, senkrecht zu den Versteifungselementen und parallel zu dem Abschnitt der Außenbeblechung erstrecken und mit dem Abschnitt des Außenbeblechung stoffschlüssig verbunden sind. Dadurch sind die Außenbeblechung, die Versteifungselemente und die Gerippeträger derart miteinander verbunden, dass sie zusammenwirkend die in das Wandmodul eingeleiteten Druck-, Zug- und Schubkräfte sicher ertragen können, und dafür dergestalt ausgebildet sind, dass
- die Versteifungselemente sich über den Bereich mehrerer Gerippeträger hinweg unterbrechungsfrei erstrecken und ein integraler oder integrierter Bestandteil des Abschnitts der Außenbeblechung sind,
- die Gerippeträger an den Kreuzungsstellen mit den Versteifungselementen Formausklinkungen aufweisen, die die durchlaufenden Versteifungselemente aufnehmen.
- Der Abschnitt der Außenbeblechung kann dabei in einer quer zu den Versteifungselementen verlaufenden Richtung eine ebene oder eine gewölbte Außenfläche und eine konstante oder variable Blechdicke aufweisen, und die Versteifungselemente können insbesondere jeweils aus einem Stegprofil mit einem daran angeordneten Hohlkörperprofil bestehen.
- Das erfindungsgemäße Wandmodul zeichnet sich dadurch aus, dass einige oder alle Formausklinkungen eine Form aufweisen, die nach einem Positionieren der Gerippeträger zum Abschnitt der Außenbeblechung mit den Versteifungselementen im Zusammenwirken mit den Versteifungselementen der Außenbeblechung bereits ohne die stoffschlüssige Verbindung eine formschlüssige oder kraftschlüssige Fixierung der Gerippeträger relativ zum Abschnitt der Außenbeblechung mit den Versteifungselementen herbeiführen.
- Unter einem integralen Bestandteil der Außenbeblechung ist ein einstückig mit der Außenbeblechung hergestellter Bestandteil zu verstehen. Bspw. können ein oder mehrere der Versteifungselemente mittels eines urformenden Verfahrens oder eines umformenden Verfahrens, vorzugsweise Kaltumformen, als integraler Bestandteil der Außenbeblechung hergestellt sein. Demgegenüber ist unter einem integrierten Bestandteil der Außenbeblechung ein Bestandteil zu verstehen, der separat geformt und anschließend mit der Außenbeblechung gefügt worden ist. Bspw. können ein oder mehrere der Versteifungselemente mittels eines thermischen Fügeverfahrens in die Außenbeblechung integriert sein.
- Der Abschnitt der Außenbeblechung des Wandmoduls kann aus einem oder mehreren Wandsegmenten mit jeweils einer Querausdehnung und einer im Verhältnis zur Querausdehnung größeren Längsausdehnung bestehen, das bzw. die jeweils eine oder mehrere integrierte oder integrale Versteifungselemente umfassen, die sich entlang der Längsausdehnung und parallel zur Innenfläche des Wandmodules erstrecken. Die einzelnen Wandsegmente können dann in einfacher Weise bspw. mittels einer linear bewegten Schweißvorrichtung gefügt werden.
- Im erfindungsgemäßen Wandmodul können die Gerippeträger eine oder mehrere der Formausklinkungen enthalten, die derart ausgebildet sind, dass nach dem mechanischen Zusammenfügen der Gerippeträger mit den Versteifungselementen die Gerippeträger über im Wesentlichen ihre gesamte Länge an der Außenbeblechung diese berührend anliegen oder in definiertem Abstand positioniert sind. Dies erleichtert das spätere Fügen der Gerippeträger mit der Außenbeblechung.
- Ein erfindungsgemäßes Wandsegment für ein Wandmodul einer Komponente eines Wagenkastens eines Schienenfahrzeugs besteht aus einem streifenförmigen Abschnitt eines Stahlbleches der Außenbeblechung, einem oder mehreren sich parallel zur Innenfläche des Wandsegments erstreckenden und über die Innenfläche vorstehenden Versteifungselementen, jeweils bestehend aus einem Stegprofil sowie einem Hohlkörperprofil.
- In einer ersten Ausgestaltung des Wandsegments sind der streifenförmige Abschnitt einerseits und das Stegprofil sowie das Hohlkörperprofil andererseits separat hergestellt und durch ein stoffschlüssiges Fügeverfahren miteinander gefügt. Dabei besteht die Möglichkeit, dass das Stegprofil und das Hohlkörperprofil separat hergestellt und durch ein stoffschlüssiges Fügeverfahren miteinander gefügt sind. Bspw. können das Stegprofil und das Hohlkörperprofil mittels Laser- oder Laserhybridschweissen miteinander gefügt sein. Das Stegprofil und Hohlkörperprofil können aber auch einstückig hergestellt sein, bspw. durch Strangpressen. Außerdem können sie lokal variable Blechdicken aufweisen.
- In einer zweiten Ausgestaltung des Wandsegments sind der streifenförmige Abschnitt, das Stegprofil und das Hohlkörperprofil einstückig als Streifenprofil hergestellt. Insbesondere können sie als urgeformtes Streifenprofil hergestellt sein. Zum Urformen kann bspw. Rollprofilieren zur Anwendung kommen. Auch in dieser Ausgestaltung können das Stegprofil und das Hohlkörperprofil lokal variable Blechdicken aufweisen. Ein auf das Urformen zurückzuführender Spalt des Stegprofiles kann mit einem spaltkorrosionshindernden Material, insbesondere durch ein stoffschlüssiges Fügeverfahren, vorzugsweise durch ein Laserschweißverfahren oder Laserlötverfahren, geschlossen und an der Außenfläche der Außenbeblechung vorzugsweise oberflächeneben gefüllt sein.
- Eine erfindungsgemäße Wagenkastenkomponente für ein Schienenfahrzeug besteht aus einem oder aus mehreren der erfindungsgemäßen Wandmodule. In ihr können Ausnehmungen, wie Fensterausschnitte, Türausschnitte, Mediendurchführungen oder dergleichen mit hoher Passgenauigkeit ausgeschnitten sein. In diesen Ausnehmungen können umlaufend Verstärkungsprofile, vorzugsweise durch Laser- oder Laserhybridschweißen stoffschlüssig und als T-Stoß auf der Innenseite der Ausnehmungen gefügt, verlaufen. Zusätzlich können in anderen Wandbereichen, in denen besonders hohe Spannungen zu ertragen sind, zusätzliche in Abhängigkeit der Beanspruchung und Einbausituation gestaltete Versteifungsprofile wie bspw. Türsäulen oder Voutenträger angeordnet sein.
- Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Wagenkastenkomponente umfasst die Arbeitsschritte:
- Herstellung wenigstens eines Abschnittes der Außenbeblechung aus erfindungsgemäßen Wandsegmenten sowie Einlegen und Fixieren der Außenbeblechung in einer Haltevorrichtung derart, dass die Versteifungselemente frei zugänglich zur Positionierung der Gerippeträger sind,
- Herstellung der Gerippeträger mit den Formausklinkungen und Positionierung der Gerippeträger zur Außenbeblechung durch Einlegen in die Haltevorrichtung,
- mechanisches Zusammenfügen der Gerippeträger mit den Versteifungselementen derart, dass die Gerippeträger an den Versteifungselementen formschlüssig positioniert oder federnd kraftschlüssig fixiert werden, wobei die Stege der Gerippeträger an der Außenbeblechung zur Anlage kommen oder in definiertem Abstand zur Außenbeblechung positioniert sind,
- thermisches Fügen der Gerippeträger mit der Außenbeblechung mittels eines oder mehrerer thermischer Fügeverfahren und
- falls erforderlich, Herstellung der Ausschnitte für Fenster, Türen, Mediendurchführungen und dergleichen in einem Wandmodul nach dem Fügen der Gerippeträger mit der Außenbeblechung mittels eines thermischen und/oder spanenden Trennverfahrens und mechanisches Zusammenfügen der Verstärkungsprofile in den Ausschnitten mit dem Wandmodul in einer Haltevorrichtung und anschließendes thermisches Fügen der Anordnung mittels eines oder mehrerer thermischer Fügeverfahren.
- Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass einige oder alle Formausklinkungen eine Form aufweisen, die nach dem Einführen der Versteifungselemente des Abschnittes der Außenbeblechung in die Formausklinkungen der Stege der Gerippeträger und vor dem thermischen Fügen im Zusammenwirken mit den Versteifungselementen der Außenbeblechung eine formschlüssige oder kraftschlüssige Fixierung der Gerippeträger relativ zum Abschnitt der Außenbeblechung mit den Versteifungselementen herbeiführen.
- Außerdem kann das Verfahren auch das Herstellen der ersten Stufe einer Korrosionsschutzbehandlung (Grundanstrich) der Komponente einschließlich der Hohlraumkonservierung der Versteifungselemente umfassen.
- Die Herstellung der Außenbeblechung kann im Wesentlichen durch das unterbrechungsfreie Fügen von Wandsegmenten erfolgen, die sich über die gesamte Länge der Wagenkastenkomponente erstrecken.
- Das Fügen der Außenbeblechung mit den Gerippeträgern zu einem Wandmodul kann durch die formschlüssige Positionierung und/oder kraftschlüssige Fixierung ohne zusätzliche Klemmvorrichtungen zur Fixierung der Gerippeträger auf der Außenbeblechung beim thermischen Fügeprozeß erfolgen. Das von den Gerippeträgern gebildete Gerippe besteht nur noch aus den Gerippeträgern ohne zusätzlich fächerartig angeordnete Längsprofile zur Versteifung der Außenbeblechung.
- Ein erfindungsgemäßer Wagenkasten für ein Schienenfahrzeug umfasst wenigsten eine erfindungsgemäße Wagenkastenkomponente. Ein nach dieser Erfindung hergestellter Wagenkasten für ein Schienenfahrzeug umfasst daher das Merkmal, dass die Seitenwände oder Bereiche der Seitenwände, die Stirnwände oder Bereiche der Stirnwände, das Dach oder ein Bereich des Daches mit Wandmodulen hergestellt ist. Die Wandmodule umfassen insbesondere die Gestaltung der Außenbeblechung aus Wandsegmenten mit integrierten oder integralen Versteifungselementen, die unterbrechungsfrei durch Gerippeträger geführt werden, der Gerippegestaltung im Wesentlichen ohne Verwendung zusätzlicher Längsprofile zur Versteifung der Außenbeblechung und dem Merkmal der Selbstpositionierung und ggf. der temporären Selbstfixierung der Gerippeträger über die Versteifungselemente der Außenbeblechung. Es versteht sich, dass jedoch in Wandbereichen, in denen besonders hohe Spannungen auftreten können, wie z.B. im Bereich von Ausschnitten für Fenster, Türen, Mediendurchführungen und dergleichen, weitere Verstärkungsprofile angeordnet sein können.
- Die nach der Erfindung hergestellten Komponenten wie Seitenwand, Stirnwand, Dach oder dergleichen bieten den Vorteil, dass sie mit einer hohen Maßhaltigkeit und wesentlich geringeren Ebenheitsabweichungen gegenüber den bisher bekannten Fertigungs- und Konstruktionsverfahren herstellbar sind und durch ihre Gestaltung den optimalen Einsatz moderner Fertigungs- und thermischer Fügeverfahren, insbesondere das Rollprofilieren, das Laser-Schneiden und Laser-Schweißen ermöglichen. Besonders vorteilhaft erweist sich die Möglichkeit, Wandmodule herzustellen, die sich über die gesamte Länge (z.B. einer Seitenwand oder eines Daches) bzw. Breite (z.B. einer Stirnwand) einer Komponente für einen Wagenkasten erstrecken. Sollen separat hergestellte Versteifungselemente in die Außenbeblechung integriert werden, sind lange, unterbrechungsfreie Schweißnähte und (insbesondere vorteilhaft bei Anwendung von Laserschweißverfahren) das gleichzeitige parallele Arbeiten mehrerer Schweißgeräte möglich. Bei der Verwendung einer Außenbeblechung mit integralen Versteifungselementen sind Längsnähte im Wesentlichen nur noch für das Fügen der dünnblechigen Streifenprofile erforderlich. Das hierbei zur Anwendung kommende Streifenprofil eignet sich insbesondere für das Herstellungsverfahren Rollprofilieren.
- Fertigungstechnisch kann es ein besonderer Vorteil sein, notwendige Ausschnitte für Fenster, Türen, Mediendurchführungen und dergleichen in einem Wandmodul erst nach dem Fügen der Gerippeträger mit der Außenbeblechung mittels eines thermischen und / oder spanenden Trennverfahrens einzubringen.
- Die Erfindung ermöglicht insbesondere durch die angepasste Anordnung der integrierten oder integralen Versteifungselemente der Außenbeblechung vergleichbare strukturmechanische Eigenschaften bei reduzierten Blechdicke gegenüber den bisher bekannten Bauweisen.
- Für die Fertigung, Vormontage und Endmontage der nach der Erfindung gestalteten Wandmodule bedarf es durch die Möglichkeit der Selbstpositionierung und temporären Selbstfixierung eines wesentlich geringeren Vorrichtung- und Fügezeitaufwands gegenüber den bisher bekannten Fertigungsverfahren und Bauweisen.
- Die Verwendung erfindungsgemäßer Wandmodule erlaubt einen hohen Automatisierungsgrad des gesamten Fertigungsprozesses der Wandmodule gegenüber den bisher bekannten Fertigungsverfahren und Bauweisen.
- Wagenkästen für Schienenfahrzeuge müssen für eine hohe Lebensdauer, z.B. für 30 oder 35 Jahre, ausgelegt werden. Deshalb kommt ihrem Korrosionsschutz eine hohe Bedeutung zu. Die erfindungsgemäße Ausbildung der Bauteile und ihre Anordnung weist eine gute Zugänglichkeit für übliche Korrosionsschutzmaßnahmen auf. Sind Bauteile durch Rollprofilieren hergestellt, verhindert das Auffüllen zwischen ihnen bestehender Spalte eine Spaltkorrosion. Auch der in Hohlprofilen unvermeidliche Hohlraum ist üblichen Hohlraumkonservierungsmaßnahmen gut zugänglich.
- Eine erfindungsgemäße Ausbildung der Versteifungselemente hat auch besondere Vorteile für den Innenausbau der Wagenkästen. Während es bei den nach dem Stand der Technik hergestellten Wagenkästen üblich ist, für die Befestigung einer thermisch und akustisch wirkenden Innenisolierung und/oder für den Anbau von Medienleitungen, Zwischenwänden, Gepäckaufnahmeeinrichtungen, Beleuchtungs- und Klimatisierungseinrichtungen und Wandverkleidungen etc. eine hohe Anzahl von Befestigungsmitteln zusätzlich anzuschweißen, kann bei der erfindungsgemäßen Ausbildung eines Wagenkastens weitgehend oder vollständig darauf verzichtet werden, wenn für den Anschluss besagter Innenausbauteile Befestigungsmittel (Klammerelemente) verwendet werden, die derart ausgebildet sind, dass sie form- und/oder kraftschlüssig mit den Versteifungselementen verbindbar sind.
- Durch die erfindungsgemäße Gestaltung und den möglichen hohen Kaltumformungsanteil im Herstellungsprozess ist eine Minimierung des auf die Außenbeblechung wirkenden Wärmeeintrages, des daraus resultierenden Verzugs und der zu dessen Beseitigung oder Minderung aufzuwendenden Korrekturmaßnahmen und Fertigungszeit erreichbar. Gleichzeitig ermöglicht die erfindungsgemäße Lösung eine konstruktive Optimierung der Bauteile hinsichtlich der notwendigen Materialstärken und der anspruchsgerechten (weiter oder enger beabstandeten) räumlichen Verteilung der Versteifungselemente, die gegenüber den zum Stand der Technik bekannten Anordnungen und Verfahren zu einer deutlichen Material- und Gewichtseinsparung sowie über die Lebensdauer eines Schienenfahrzeugs mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Wagenkasten zu einer deutlichen Einsparung an Betriebsenergie führt.
- Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren.
- Figur 1
- zeigt eine isometrische Darstellung eines erfindungsgemäß gestalteten Wandmoduls.
- Figur 2
- zeigt eine isometrische Detaildarstellung eines Ausschnitts des Wandmoduls aus
Figur 1 . - Figuren 3A-E
- zeigen verschiedene Gestaltungsmöglichkeiten des Hohlkörperprofils von Versteifungselementen des Wandmoduls aus
Figur 1 in einer Querschnittsansicht. - Figur 4
- zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für ein Wandsegment des Wandmoduls aus
Figur 1 in einer Querschnittsansicht. - Figur 5
- zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für ein Wandsegment des Wandmoduls aus
Figur 1 in einer Querschnittsansicht. - Figur 6
- zeigt eine Ausgestaltung der Selbstpositionierung eines Gerippeträgers im Wandmodul aus
Figur 1 . - Figur 7
- zeigt eine alternative Ausgestaltung der Selbstpositionierung eines Gerippeträgers mit Selbstfixierung.
- Figur 8
- zeigt noch eine alternative Ausgestaltung der Selbstpositionierung eines Gerippeträgers mit Selbstfixierung.
- Figur 9
- zeigt eine isometrische Darstellung eines Seitenwandmoduls.
- Figur 10
- zeigt eine isometrische Darstellung einer Seitenwand.
- Figur 11
- zeigt einen beispielhaften Schnitt durch die Seitenwand aus
Figur 10 . -
Figur 1 zeigt eine isometrische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäß gestaltetes Wandmodul 1 für ein Schienenfahrzeug, undFigur 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt ausFigur 1 . Das Wandmodul 1 besteht aus der Außenbeblechung 2 mit integrierten oder integralen Versteifungselementen 3 und einem Gerippe aus in bestimmten Abständen angeordneten Gerippeträgern 4. In diesem Beispiel sind die Versteifungselemente 3 und die dazu senkrecht verlaufenden Gerippeträger 4 derart angeordnet und mit der Außenbeblechung 2 verbunden, dass das Wandmodul 1 ohne ein fächerartiges Gerippe mit einer Vielzahl von zusätzlichen horizontalen Versteifungsprofilen auskommt. - Das Wandmodul 1 ist aus einer Mehrzahl von Wandsegmenten 11, 11' aufgebaut, die jeweils ein streifenförmiges Segment 2a der Außenbeblechung 2 beinhalten. Im dargestellten Wandmodul 1 sind unterschiedliche Wandsegmente 11 und 11' vorhanden. Die Wandsegmente 11 weisen jeweils eine Längsausdehnung L und eine Querausdehnung Q auf, wobei die Längsausdehnung L größer als die Querausdehnung Q ist. In jedem Wandsegment 11 ist ein Versteifungselement 3 integriert oder integral ausgebildet, das sich linienförmig entlang der Längsausdehnung L des Wandsegments 11 erstreckt und über die Innenfläche 22 der Außenbeblechung 2 vorsteht. Jedes Versteifungselement 3 ist unterbrechungsfrei durch die Gerippeträger 4 geführt. Das in
Figur 1 zu erkennende Wandelement 11' weist im Vergleich zu den Wandelementen 11 eine größere Querausdehnung auf. Außerdem ist es mit einer Mehrzahl von parallel zueinander verlaufenden, integriert oder integral ausgebildeten Versteifungselementen 3 versehen, die sich in Längsausdehnung erstrecken und über die Innenfläche 22 der Außenbeblechung 2 vorstehen. Entlang linearer Schweißnähte 21 sind die Segmente 2a der Außenbeblechung 2 und damit die Wandsegmente 11, 11' bspw. mittels Laser- oder Laserhybridschweißens miteinander verschweißt. - Jedes Versteifungselement 3 umfasst ein mit der Außenbeblechung 2 integriert oder integral ausgebildetes Stegprofil 5 und ein am von der Außenbeblechung 2 entfernten Ende des Stegprofils 5 angeordnetes Hohlkörperprofil 6. Die
Figuren 3A-E zeigen verschiedene Gestaltungsmöglichkeiten des Hohlkörperprofils 6. Generell kann das Hohlkörperprofil 6 einen symmetrischen oder asymmetrischen Querschnitt sowie gerade oder gekrümmte Profilabschnitte, welche eine zentrale Profilöffnung 23 umschließen, aufweisen.. -
FIG.4 zeigt ein Beispiel für die Ausgestaltung eines Wandsegments 11. Es sind ein Ausschnitt aus dem streifenförmigen Segment 2a der Außenbeblechung 2 und ein integriertes Versteifungselement 3a zu erkennen. Das Versteifungselement 3a verläuft unterbrechungsfrei über die gesamte Längsausdehnung L des Wandsegments und besteht im vorliegenden Beispiel aus einem mit dem streifenförmigen Segment 2a der Außenbeblechung 2 entlang einer Schweißnaht 14 verschweißten Stegprofil 5 und einem an das Stegprofil 5 angeschweißten Hohlkörperprofil 6. Das Schweißen des Stegprofils 5 an das streifenförmige Segment 2a der Außenbeblechung 2 erfolgt im vorliegenden Beispiel mittels Laserschweißen. Besonders vorteilhaft dabei ist, dass die Schweißverbindungen mit den unterbrechungsfrei über die gesamte Länge eines Wandsegments 11 verlaufenden Versteifungselementen 3a durch ununterbrochene Schweißnähte herstellbar sind. -
FIG.5 zeigt ein alternatives Beispiel für die Ausgestaltung des Wandsegments 11. Wie inFigur 4 sind ein Ausschnitt aus dem streifenförmigen Segment 2a der Außenbeblechung 2 und ein Versteifungselement 3b zu erkennen. Im Unterschied zu der inFigur 4 dargestellten Ausgestaltung des Wandelements 11 ist das Versteifungselement 3b in der vorliegenden Ausgestaltung integral mit dem streifenförmigen Segment 2a der Außenbeblechung 2 ausgebildet. Das Hohlprofil 6 weist dabei einen nur fast vollständig kreisförmigen Querschnitt auf. Im Bereich des Anschlusses des Hohlprofils 6 an das Stegprofil 5 ist eine Ausbuchtung 25 des Hohlprofils 6 in Richtung auf das Stegprofil vorhanden. Dadurch wird eine erhöhte Elastizität des Hohlprofils 6 bei innerhalb der Querschnittsfläche auf das Hohlprofil 6 wirkenden Kräften erreicht. - Die in
Figur 5 gezeigte spezielle Form des Stegprofils 5, des zylinderförmigen Hohlprofils 6 und des Streifenprofils 2a wird vorzugsweise durch Rollprofilieren hergestellt ist. Dabei kann der Spalt 12 im Bereich des Stegprofils 5 mindestens an der Außenfläche 24 des streifenförmigen Segments 2a der Außenbeblechung 2 oberflächeneben aufgefüllt sein. Besonders vorteilhaft im Sinne der Korrosionsvermeidung ist es, wenn der Spalt 12 über seine gesamte Spaltlänge SL geschlossen ist. Vorzugsweise erfolgen das Auffüllen an der Außenfläche 24 und das Schließen des Spaltes 12 durch ein stoffschlüssiges Fügeverfahren, vorzugsweise mittels Laserlöten oder Kleben oder durch ein anderes Schweißverfahren in Verbindung mit einem spaltkorrosionshindernden Material. -
FIG.6 zeigt eine Ausgestaltung einer Selbstpositionierung eines Gerippeträgers 4 an der Außenbeblechung 2 über das integrierte oder integrale Versteifungselement 3. Dabei kann die Berührungskontur 9 zwischen der Außenbeblechung 2 und dem Steg 8 des Gerippeträgers 4 eine Gerade oder, wenn die Außenbeblechung 2 des Wandmoduls gekrümmt sein soll, eine der Krümmung entsprechende Kurve sein. Zur Selbstpositionierung wird das Versteifungselement 3 in eine Formausklinkung 7 im Steg 8 des Gerippeträgers 4 eingeführt. Die Formausklinkung 7 weist einen Endabschnitt 7a auf, dessen Querschnitt im Wesentlichen komplementär zum Querschnitt des Hohlprofils 6 ausgebildet ist. Der Endabschnitt 7a ist von einem Einführabschnitt 7b, dessen Öffnungsbreite geringfügig größer als der Durchmesser des Hohlprofils 6 ist, getrennt. -
FIG. 7 zeigt eine Ausführung der Selbstpositionierung eines Gerippeträgers 4 an der Außenbeblechung 2 mit temporärer Selbstfixierung, bei dem eine temporäre Selbstfixierung mittels formschlüssigen Klemmens über ein integrales Versteifungselement 3b und komplementär zum integralen Versteifungselement 3b angeordnete mindestens teilweise formschlüssig zum Hohlprofil gestaltete Formausklinkung 7 im Steg 8 des Gerippeträgers 4 erfolgt. Die Formausklinkung 7 weist einen Endabschnitt 7a auf, dessen Querschnitt im Wesentlichen komplementär zum Querschnitt des Hohlprofils 6 ausgebildet ist. Der Endabschnitt 7a ist von einem Einführabschnitt 7b, dessen Öffnungsbreite geringfügig größer als der Durchmesser des Hohlprofils 6 ist, durch einen Klinkenabschnitt 7c, dessen Öffnungsbreite aufgrund von beidseitig angeordneten Klemmnasen 10 geringfügig kleiner als der Durchmesser des Hohlprofils 6 ist, getrennt. Beim Einführen des Versteifungselements 3 in die Formausklinkung 7 wird das Hohlprofil beim Passieren des Klinkenabschnittes 7c durch die Klemmnasen 10 zusammengedrückt. Nach dem Passieren des Klinkenabschnitts 7c dehnt sich das Hohlprofil 6 im Endabschnitt 7a aufgrund seiner Elastizität wieder aus, so dass das Hohlprofil 6 im Endabschnitt 7a mittels des Klinkenabschnitts 7c formschlüssig fixiert ist. Dabei ist die Öffnungsweite der Klemmnasen 10 so gewählt, dass beim Aufklemmen des Gerippeträgers 4 auf das Versteifungselement 3b nur eine elastische, aber keine oder nur eine geringe plastische Verformung des Hohlkörperprofiles 6 eintritt, ohne dass der federnde Kraftschluss aufgehoben wird. Für die Herstellung der Formausklinkungen 7 sollte unabhängig von der konkreten Ausgestaltung der Formausklinkungen 7 vorzugsweise das Laserschneiden zur Anwendung kommen, da so die erforderliche hohe Form- und Passgenauigkeit der Bauteile erreichbar ist. -
FIG.8 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Selbstpositionierung eines Gerippeträgers 4 an der Außenbeblechung 2 mit temporärer Selbstfixierung. Während in der inFigur 7 gezeigten Ausgestaltung der Selbstpositionierung eine beidseitige Anordnung von Klemmnasen 10 im Klinkenabschnitt 7c zur Anwendung kommt, findet in der vorliegenden Ausgestaltung eine temporäre Selbstfixierung durch eine Paarung von asymmetrischen Formausklinkungen 7 statt. In einem Paar von asymmetrischen Formausklinkungen 7 weist jede Formausklinkung lediglich einen Klinkenabschnitt 7c auf, wobei die Klinkenabschnitte 7c in den beiden Formausklinkungen 7 des Paares an unterschiedlichen Seiten der Formausklinkung 7 angeordnet sind, so dass sie durch eine Achsenspiegelung ineinander überführt werden können. Mit anderen Worten in einem Paar von Formausklinkungen 7 sind die jeweiligen Klinkenabschnitte 7c unterschiedlich orientiert. Die Paare von Formausklinkungen 7 sind über den jeweiligen Gerippeträger 4 verteilt, wobei die Formausklinkungen 7 eines Paares von Formausklinkungen 7 nicht notwendigerweise nebeneinander angeordnet zu sein brauchen. Das elastische Klemmen des integrierten Versteifungselements 3 in dem Gerippeträger 4 wird durch das Zusammenwirken der Klinkenabschnitte 7c eines Paares von Formausklinkungen 7 erreicht. Obwohl die Formausklinkungen 7 im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch eine Achsenspiegelung ineinander überführt werden können, ist diese Ausgestaltung nicht zwingend notwendig. Wesentlich ist lediglich, dass die beiden Formausklinkungen 7 eines Paares durch die asymmetrisch und entgegengesetzt, jedoch nicht zwingend gespiegelt, ausgerichtete Anordnung des Klinkenabschnittes 7c in seinem das Hohlprofil seitlich umfassenden Bereich eine entgegengesetzt wirkende Klemmkraft über die Federwirkung des Stegprofiles 5 erzeugt, so dass die Formausklinkungen 7 des Paares einen Formschluss mit den zugeordneten Versteifungselementen 3 herbeiführen können. Dabei ist besagte Asymmetrie so gewählt, dass beim Aufklemmen des Gerippeträgers 4 auf das Versteifungselement 3a nur elastische bzw. keine versagensbegünstigenden plastischen Verformung des Stegprofiles 5 und des Hohlkörperprofils 6 eintreten, jedoch der federnde Kraftschluss gegeben ist. Nach dem Aufklemmen ist Spannungsfreiheit zulässig. -
FIG.9 zeigt die isometrische Darstellung eines Seitenwandmoduls 13 in Fügeposition der Gerippeträger 4 zur Außenbeblechung 2 mit den integrierten oder integralen Versteifungselementen 3. Hierbei kann es von Vorteil sein, die Gerippeträger 4 beim positionierten Aufsetzen auf die Außenbeblechung 2 mittels einer Vorrichtung elastisch so zu verspannen, dass sich die Klemmnasen der Formausklinkungen soweit spreizen, dass das Einrasten auf die zur Außenbeblechung 2 zugehörigen Versteifungselemente 3 ohne erhöhten Fügekraftaufwand erfolgen kann. Nach dem Einrasten der Klemmnasen kann der Fügeprozess zwischen der Außenbeblechung 2 und den Stegen der Gerippeträger 4 vorzugsweise mittels Laser- oder Laserhybridschweißen 14 als T- Stoßverbindung ausgeführt werden. -
FIG.10 zeigt die isometrische Darstellung einer als Seitenwand 17 ausgestalteten Wagenkastenkomponente in Fügeposition bestehend aus einem Seitenwandmodul 13 mit nach dem Fügen der Gerippeträger 4 in das Seitenwandmodul 13 mittels eines thermischen und / oder spanenden Trennverfahrens eingebrachten Ausschnitten 26, 27 für Fenster, Türen, Mediendurchführungen und dergleichen sowie im Bereich von Ausschnitten 26, 27 für Fenster, Türen, Mediendurchführungen und dergleichen zur örtlichen Aussteifung angeordneten und thermisch gefügten Verstärkungsprofilen 18, Türsäulen 19 und dem Voutenträger 20. Für die Herstellung der Ausschnitte sollte vorzugsweise das thermische Trennverfahren Laserschneiden oder ein mechanisches Trennverfahren zur Anwendung kommen, da so die erforderliche hohe Form- und Passgenauigkeit der Bauteile erreichbar ist. -
FIG.11 zeigt einen beispielhaften Schnitt durch die Darstellung der Komponente Seitenwand 17 im Fügestoß des Seitenwandmoduls 13 mit dem T-stoßförmig umlaufenden Verstärkungsprofil 18, wobei die gesamte Kontaktfläche stoffschlüssig vorzugsweise mittels Laser- oder Laserhybridschweißnaht 14 gefügt ist. - Mit Hilfe der Erfindung kann eine Wagenkastenkomponente hergestellt werden, indem die folgenden Schritte ausgeführt werden:
- Herstellung wenigstens eines Abschnittes der Außenbeblechung 2 aus Wandsegmenten 11,
- Einlegen und Fixieren der Außenbeblechung 2 in einer Haltevorrichtung derart, dass die Versteifungselemente 3 frei zugänglich zur Positionierung der Gerippeträger 4 sind,
- Herstellung der Gerippeträger 4 mit den Formausklinkungen 7 und Positionierung der Gerippeträger 4 zur Außenbeblechung 2 durch Einlegen in die Haltevorrichtung,
- mechanisches Zusammenfügen der Gerippeträger 4 mit den Versteifungselementen 3 derart, dass die Gerippeträger 4 an den Versteifungselementen 3 formschlüssig positioniert oder federnd kraftschlüssig fixiert werden, wobei ihre Stege 8 an der Außenbeblechung 2 zur Anlage kommen oder in definiertem Abstand zur Außenbeblechung 2 positioniert sind,
- thermisches Fügen der Gerippeträger 4 mit der Außenbeblechung 2 mittels eines oder mehrerer thermischer Fügeverfahren und
- falls erforderlich, Herstellung der Ausschnitte 26, 27 für Fenster, Türen, Mediendurchführungen und dergleichen in einem Wandmodul nach dem Fügen der Gerippeträger 4 mit der Außenbeblechung 2 mittels eines thermischen und / oder spanenden Trennverfahrens und mechanisches Zusammenfügen von Verstärkungsprofilen 18 in den Ausschnitten 26, 27 mit dem Wandmodul in einer Haltevorrichtung und anschließendes thermisches Fügen der Anordnung mittels eines oder mehrerer thermischer Fügeverfahren.
- Hieran kann sich das Herstellen der ersten Stufe einer Korrosionsschutzbehandlung (Grundanstrich) der Komponente einschließlich der Hohlraumkonservierung der Versteifungselemente anschließen.
- Die Herstellung der Außenbeblechung 2 kann im Wesentlichen durch das unterbrechungsfreie Fügen von Wandsegmenten 11 erfolgen, die sich über die gesamte Länge der Wagenkastenkomponente erstrecken.
- Im Rahmen des Verfahrens kann das Fügen der Außenbeblechung 2 mit den Gerippeträgern 4 zu einem Wandmodul 1 durch die formschlüssige Positionierung und /oder kraftschlüssige Fixierung ohne zusätzliche Klemmvorrichtungen zur Fixierung der Gerippeträger 4 auf der Außenbeblechung beim thermischen Fügeprozeß erfolgen. Das von den Gerippeträgern 4 gebildete Gerippe besteht nur noch aus den Gerippeträgern 4 ohne zusätzlich fächerartig angeordnete Längsprofile zur Versteifung der Außenbeblechung 2.
-
- 1
- Wandmodul
- 2
- Außenbeblechung (a:streifenförmiger Abschnitt)
- 3
- Versteifungselement (a: integriert, b: integral)
- 4
- Gerippeträger
- 5
- Stegprofil
- 6
- Hohlkörperprofil
- 7
- Formausklinkung
- 8
- Steg
- 9
- Berührungskontur
- 10
- Klemmnase
- 11
- Wandsegment
- 12
- Spalt
- 13
- Seitenwandmodul
- 14
- Laser- oder Laserhybridschweißnaht
- 17
- Seitenwand
- 18
- Verstärkungsprofile
- 19
- Türsäulen
- 20
- Voutenträger
- 21
- Schweißnaht
- 22
- Innenfläche
- 23
- Profilöffnung
- 24
- Außenfläche
- 25
- Ausbuchtung
- 26
- Ausschnitt
- 27
- Ausschnitt
Claims (15)
- Wandmodul für eine Komponente eines Wagenkastens eines Schienenfahrzeugs, bestehend aus:- einem Abschnitt einer Außenbeblechung (2) mit einer Innenfläche (22),- einer Anzahl von linienförmigen Versteifungselementen (3), die sich im Wesentlichen parallel zueinander sowie längs dem Abschnitt der Außenbeblechung (2) erstrecken und über die Innenfläche (22) des Abschnitts der Außenbeblechung (2) vorstehen, und- Gerippeträgern (4), die sich im Wesentlichen parallel zueinander, senkrecht zu den Versteifungselementen (3) und parallel zu dem Abschnitt der Außenbeblechung (2) erstrecken und mit dem Abschnitt der Außenbeblechung (2) stoffschlüssig verbunden sind,wobei- die Versteifungselemente (3) sich über den Bereich mehrerer Gerippeträger (4) hinweg unterbrechungsfrei erstrecken und ein integraler oder integrierter Bestandteil des Abschnitts der Außenbeblechung (2) sind,- die Gerippeträger (4) an den Kreuzungsstellen mit den Versteifungselementen (3) Formausklinkungen (7) aufweisen, die die durchlaufenden Versteifungselemente (3) aufnehmen,dadurch gekennzeichnet, dass- einige oder alle Formausklinkungen (7) eine Form aufweisen, die nach einem Positionieren der Gerippeträger (4) zum Abschnitt der Außenbeblechung (2) mit den Versteifungselementen (3) im Zusammenwirken mit den Versteifungselementen (3) der Außenbeblechung (2) bereits ohne die stoffschlüssige Verbindung eine formschlüssige oder kraftschlüssige Fixierung der Gerippeträger (4) relativ zum Abschnitt der Außenbeblechung (2) mit den Versteifungselementen (3) herbeiführen.
- Wandmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt der Außenbeblechung (2) des Wandmoduls aus einem oder mehreren Wandsegmenten (11) mit jeweils eine Querausdehnung (Q) und einer im Verhältnis zur Querausdehnung (Q) größeren Längsausdehnung (L) besteht, das bzw. die jeweils ein oder mehrere integrierte oder integrale Versteifungselemente (3) umfassen, die sich entlang der Längsausdehnung (L) und parallel zur Innenfläche (22) des Wandmodules erstrecken.
- Wandmodul nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gerippeträger (4) eine oder mehrere der Formausklinkungen (7) enthalten, die derart ausgebildet sind, dass nach dem mechanischen Zusammenfügen der Gerippeträger (4) mit Versteifungselementen (3) die Gerippeträger (4) über im Wesentlichen ihrer gesamten Länge an der Außenbeblechung (2) berührend anliegen oder in definiertem Abstand positioniert sind.
- Wandmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere der Versteifungselemente (3) mittels eines thermischen Fügeverfahrens in die Außenbeblechung (2) integriert sind oder dass ein oder mehrere der Versteifungselemente (3) integraler Bestandteil der Außenbeblechung sind.
- Wandsegment (11) für ein Wandmodul einer Komponente eines Wagenkastens eines Schienenfahrzeugs, bestehend aus einem streifenförmigen Abschnitt (2a) eines Stahlbleches der Außenbeblechung, einem oder mehreren sich parallel zur Innenfläche (22) des Wandsegments erstreckenden und über die Innenfläche (22) vorstehenden Versteifungselementen (3), jeweils bestehend aus einem Stegprofil (5) sowie einem Hohlkörperprofil (6).
- Wandsegment nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der streifenförmige Abschnitt (2a) einerseits und das Stegprofil (5) sowie das Hohlkörperprofil (6) andererseits separat hergestellt und durch ein stoffschlüssiges Fügeverfahren miteinander gefügt sind und/oder das Stegprofil (5) und das Hohlkörperprofil (6) separat hergestellt und durch ein stoffschlüssiges Fügeverfahren miteinander gefügt sind.
- Wandsegment (11) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Stegprofil (5) und das Hohlkörperprofil (6) einstückig hergestellt sind oder der streifenförmige Abschnitt (2a), das Stegprofil (5) und das Hohlkörperprofil (6) einstückig als Streifenprofil, hergestellt sind.
- Wandsegment (11) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein auf das Umformen zurückzuführender Spalt (12) des Stegprofiles (5) mit einem spaltkorrosionshindernden Material geschlossen und an der Außenseite des Abschnitts der Außenbeblechung (2) gefüllt ist.
- Wagenkastenkomponente für ein Schienenfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einem oder aus mehreren der Wandmodule nach den Ansprüchen 1 bis 4 besteht.
- Wagenkasten für ein Schienenfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass er wenigstens eine Wagenkastenkomponente nach Anspruch 9 enthält.
- Verfahren zum Herstellen einer Wagenkastenkomponente nach Anspruch 9 mit den Arbeitsschritten:- Bereitstellen wenigstens eines Abschnittes der Außenbeblechung (2) mit einer Anzahl von linienförmigen Versteifungselementen (3), die sich im Wesentlichen parallel zueinander sowie längs dem Abschnitt der Außenbeblechung (2) erstrecken und über die Innenfläche (22) des Abschnitts der Außenbeblechung (2) vorstehen sowie von Gerippeträgern (4) mit Stegen (8), in denen Formausklinkungen (7) ausgebildet sind,- Einlegen und Fixieren des Abschnitts der Außenbeblechung (2) in einer Haltevorrichtung derart, dass die Versteifungselemente (3) frei zugänglich zur Positionierung der Gerippeträger (4) sind,- Positionieren der Gerippeträger (4) zum Abschnitt der Außenbeblechung (2) durch Einlegen in die Haltevorrichtung, wobei die Versteifungselemente (3) des Abschnittes der Außenbeblechung (2) in die Formausklinkungen (7) der Stege (8) der Gerippeträger (4) eingeführt werden, wodurch die Gerippeträger (4) positioniert werden, und wobei die Stege (8) der Gerippeträger (4) an der Außenbeblechung (2) zur Anlage kommen oder in definiertem Abstand zum Abschnitt der Außenbeblechung (2) positioniert sind,- thermisches Fügen der Gerippeträger (4) mit dem Abschnitt der Außenbeblechung (2) mittels eines oder mehrerer thermischer Fügeverfahren,dadurch gekennzeichnet, dass- einige oder alle Formausklinkungen (7) eine Form aufweisen, die nach dem Einführen der Versteifungselemente (3) des Abschnittes der Außenbeblechung (2) in die Formausklinkungen (7) der Stege (8) der Gerippeträger (4) und vor dem thermischen Fügen im Zusammenwirken mit den Versteifungselementen (3) der Außenbeblechung (2) eine formschlüssige oder kraftschlüssige Fixierung der Gerippeträger (4) relativ zum Abschnitt der Außenbeblechung (2) mit den Versteifungselementen (3) herbeiführen.
- Verfahren nach Anspruch 11, in dem das Bereitstellen des wenigstens eines Abschnittes der Außenbeblechung (2) das Herstellen des wenigstens einen Abschnitts der Außenbeblechung (2) umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 11, in dem das Herstellen des wenigstens einen Abschnitts der Außenbeblechung (2) das unterbrechungsfreie Fügen von Wandsegmenten (11) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, die sich über die gesamte Länge der Wagenkastenkomponente erstrecken, umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 13, in dem das Herstellen des wenigstens einen Abschnitts der Außenbeblechung (2) auch das Herstellen der Wandsegmente (11) für den wenigstens einen Abschnitte der Außenbeblechung (2) durch Urformen oder durch Umformen eines Bleches umfasst.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das thermische Fügen des Abschnitts der Außenbeblechung (2) mit den Gerippeträgern (4) zu einem Wandmodul (1) durch die formschlüssige oder kraftschlüssige Fixierung ohne zusätzliche Klemmvorrichtungen zur Fixierung der Gerippeträger (4) auf der Außenbeblechung beim thermischen Fügeprozeß erfolgt und dass das von den Gerippeträgern (4) gebildete Gerippe nur noch aus den Gerippeträgern (4) ohne zusätzlich fächerartig angeordnete Längsprofile zur Versteifung der Außenbeblechung (2) besteht.
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