EP3666617A2 - Doppelwandige hüllstruktur für einen wagenkasten - Google Patents
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- EP3666617A2 EP3666617A2 EP19210746.4A EP19210746A EP3666617A2 EP 3666617 A2 EP3666617 A2 EP 3666617A2 EP 19210746 A EP19210746 A EP 19210746A EP 3666617 A2 EP3666617 A2 EP 3666617A2
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B61—RAILWAYS
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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
- B61D17/08—Sides
Definitions
- the invention relates to an envelope structure for a car body for a vehicle, and to a method for producing an envelope structure.
- Envelope structures of car bodies are often formed from double-layer structures such as double-walled extruded aluminum profiles.
- Such an envelope structure shows, for example DE 10 2011 088 509 B4 .
- the double-walled structure of aluminum car bodies is used to produce sufficient strength while at the same time being lightweight.
- the outer and inner walls of the extruded aluminum profiles are usually connected to one another via struts which transmit forces introduced into the shell structure or distribute them to the outer and inner walls.
- the envelope profiles are manufactured to the required length using the extrusion process and then placed on top of one another and welded together to produce the envelope structure, that is to say car body floors, walls and ceilings. Due to the double-walled design of the extruded aluminum profiles, it is necessary that both the outer and the inner walls of the stacked cladding profiles are connected to each other in a force-conducting manner. This can be achieved by means of weld seams which are applied both from the outside and from the inside of the car body during the manufacture of the car body, or by means of adhesive connections, as in FIG DE 10 2011 088 509 B4 described.
- Cut-outs in the car body which are provided for windows and doors, for example, reduce the rigidity of the car body.
- the wall thicknesses of the envelope profiles used can be increased.
- the cross sections are usually the same.
- the wall thickness can therefore only be changed over the entire length of an envelope profile.
- additional supporting components can be welded on in order to increase the rigidity, as a result of which the effort for producing the car body is significantly greater.
- the invention is therefore based on the object of creating an easily and inexpensively producible envelope structure which has a low strength and high strength.
- the object is achieved in that the envelope structure has at least one envelope profile with an inner wall and an outer wall, a stiffening element stiffening the envelope structure at least in sections being provided, which is introduced in a form-fitting manner between the outer wall and the inner wall.
- the invention thus makes it possible to use envelope profiles with smaller wall thicknesses and still achieve sufficient strength.
- the higher strength is achieved through the support effect of the stiffening element used.
- the stiffening element enables a more direct power transmission between the inner and outer wall and supports them against each other.
- envelope structure denotes the structure of the outer shell of a rail vehicle. This can include car body floors, walls and / or ceilings and be formed by one or more envelope profiles.
- the shell structure can have the actual outer shell, structural elements such as struts and / or an inner shell.
- the envelope profile can be formed from a plurality of extruded profiles which are welded together.
- the welding process preferably takes place before the stiffening element is inserted.
- supporting forces acting between the stiffening element and the at least one envelope profile can be transmitted essentially in a form-fitting manner during operation.
- the stiffening element can have contact surfaces which rest on adjacent surfaces of the envelope profile.
- the stiffening element can rest on at least four, preferably five, most preferably seven support surfaces on the envelope profile.
- the stiffening element preferably extends in regions of the envelope profile in which relatively large forces or moments occur.
- the stiffening element bears against the inner wall or the outer wall of the envelope profile.
- the stiffening element can be according to an expedient Further development of the invention rest on the inner wall and on the outer wall. This enables direct power transmission between the inner and outer wall.
- the stiffening element can have at least two force transmission surfaces which are arranged on essentially opposite sides of the stiffening element.
- the stiffening element can be designed for insertion into a receiving space in the envelope structure, the receiving space being in contact with a plurality of surfaces when the stiffening element is inserted.
- the envelope structure can be formed by extruded profiles. Accordingly, the receiving space can be formed by one or more, in particular double-walled extruded profiles.
- the envelope structure is preferably formed by extruded aluminum profiles. Cavities in the extruded aluminum profiles form the receiving space.
- At least three force transmission surfaces can be provided.
- the three force transmission surfaces can each run essentially orthogonally to a common force action plane in order to be able to absorb forces and moments from different directions, which essentially lie on a common force action plane.
- the force action plane ideally runs parallel or tangential to the outer shell of the shell structure.
- the force action level is therefore a level that is spanned by force vectors acting in the envelope structure.
- the stiffening element can have at least one receptacle for a strut which reinforces the outer shell of the car body and the receptacle can comprise at least one force transmission surface on its inside in order to enable force transmission in further directions.
- the stiffening element preferably has at least one receptacle for a strut which reinforces the envelope structure of the car body, and the receptacle preferably comprises at least one force transmission surface on its inside.
- At least one strut connecting the inner wall and the outer wall can be provided in the enveloping profile, the stiffening element abutting or engaging around the strut.
- the strut can thus serve as a further form-fitting means that reinforces the form-fitting with the envelope profile.
- a displacement of the stiffening element in the envelope profile can be blocked by the further positive locking.
- At least two struts are provided, which rest on opposite sides of the stiffening element. In this way, the stiffening element can be positively secured against displacement in two directions.
- One or both struts can engage in or be surrounded by the stiffening element in order to optimize the form fit between the stiffening element and the envelope profile. Thus, tensile forces or bending moments can also be transmitted via the stiffening element.
- the struts run parallel to one another, so that the stiffening element can be inserted into the envelope profile in an insertion direction.
- the direction of insertion can correspond to an extrusion direction of the envelope profile.
- the struts can preferably run continuously from the inner wall to the outer wall.
- the struts ideally run in an extrusion direction, the direction of insertion corresponding to the extrusion direction.
- At least three struts can be provided, each abutting one side of the stiffening element and / or engaging in the stiffening element. Forces can thus be transmitted on more than two levels.
- the stiffening element is formed from a composite material (composite, aluminum foam ).
- the stiffening element can in particular be formed from a fiber composite material, such as a carbon fiber or a glass fiber composite material. This enables high strength with low weight.
- the stiffening element can be formed from aluminum, in particular from foamed aluminum.
- the stiffening element can be designed so that it can be molded into the envelope profile. In a non-hardened state, the stiffening element can have slightly larger dimensions than a receiving space provided for receiving the stiffening element between the inner and outer walls. When the stiffening element is inserted, it can be slightly compressed in order to achieve a complete positive connection between the stiffening element and the envelope profile in the hardened state.
- the envelope structure can have a cutout.
- the cutout can be provided in a side wall area, an end wall area, a roof area and / or a floor area.
- the cutout can in particular be a door cutout and / or a window cutout and / or a cutout for an air conditioning system.
- the stiffening element can adjoin the cutout. In this way, the envelope structure is stiffened, in particular in the edge region of the cutouts, and deformations of the envelope structure are blocked.
- the stiffening element can border or limit the cutout at least in sections.
- the stiffening element can form a frame of the cutout, at least in sections, in particular a window frame.
- the stiffening element can form a door frame.
- the stiffening element can be used on bushings in the envelope structure, e.g. on a bushing for an air duct.
- the stiffening element can form sealing surfaces on bushings in order to ensure the best possible sealing of the car body.
- a filler material can be provided between the stiffening element and the enveloping profile in order to close gaps between the enveloping profile and the stiffening element or to smooth unevenness on the contact surfaces.
- the filling material is ideally incompressible in a hardened state.
- the filling material can be formed at least partially by a thermoset and / or quartz sand.
- the stiffening element can be adhesively connected to the inner wall, outer wall or the strut.
- An adhesive can be used to connect the stiffening element to the envelope profile.
- the matrix material can serve as an adhesive.
- the material of the stiffening element can comprise a thermoset which only hardens when the stiffening element is inserted into the envelope profile and connects it to the envelope profile.
- this can form a side wall, a roof and / or a floor of the car body.
- an envelope section is first formed from envelope profiles.
- Several envelope profiles can be connected to one another, in particular welded, in order to form the envelope section.
- a Stiffening element are inserted into a receiving space of the envelope section.
- the stiffening element can preferably be inserted into the envelope section in the extrusion direction.
- Remaining spaces such as gaps between the stiffening element and the covering section, can be filled with a filling material during the insertion of the stiffening element.
- the stiffening element can be provided or coated with filling material before insertion.
- gaps can be filled with a filling material after the stiffening element has been inserted.
- the stiffening element can be glued into the receiving space in order to be able to additionally transmit forces via an adhesive connection. Filling with filling material and gluing can be done at the same time by using the filling material as an adhesive.
- the filling material can be formed from a thermoset.
- the filler material may contain an incompressible filler such as e.g. Quartz sand.
- the stiffening element is provided with at least one force transmission surface, a stiffening element being provided with a distribution system with at least one distribution channel for distributing a filler material which is liquid in a processing state along the force transmission surface.
- a casing structure which is stiffened with a stiffening element according to the invention preferably has a receiving space in which the stiffening element can be received. Inner walls of the receiving space serve as contact surfaces or force transmission surfaces to the stiffening element.
- At least one force transmission surface is provided with an elevation on its edge at least in sections.
- the increase can for example be part of the base body of the stiffening element or be formed by a web formed by the material of the base body of the stiffening element.
- the increase can be on the envelope profile or an inner wall of the receiving space rest and thus serve to set a defined distance between the power transmission surface and the envelope profile.
- a defined and uniform joint width can thus be set in the area of the force transmission surface. Minor unevenness can be compensated for by the defined gap between the force transmission surface and the envelope profile.
- the increase can serve as a flow barrier in order to keep filling material in gaps between the force transmission surface and inner walls of the receiving space on the force transmission surface.
- the amount of filler material to be used can also be predetermined more precisely.
- the stiffening element can be provided with a seal which surrounds the force transmission surface at least in sections.
- the seal can be formed by an elastic sealing lip, through which liquid filler material is held on the force transmission surface when the stiffening element is installed.
- the distribution system can have a filling opening into which the filling material can be introduced.
- the filling opening can have a connection device to which a filling device can be connected.
- the connection device can have a form-locking element for the form-fitting fastening of the filling device, for example a thread or a web or recess for locking with a locking element. The filling material is thus conveyed into the distribution system with increased pressure.
- the distribution system has at least one opening which is arranged on the at least one force transmission surface and forms an opening of the distribution channel.
- the filling material can thus be transported directly to the power transmission surface via the distribution system.
- a hydraulic pressure can be built up via the distribution system and a filling material which is located in the distribution system and is still liquid in a processing state. It is thus possible to align the position of the stiffening element via a hydraulic pressure in the distribution system.
- the distribution channel penetrates the stiffening element. This allows the filling material to be transported via the distribution channel to several sides of the stiffening element or to force transmission surfaces located opposite one another with respect to the stiffening element.
- the distribution channel can be formed at least in sections as a depression on the stiffening element and extend along a surface of the stiffening element.
- a section of the distribution channel designed as a depression can in particular extend along a force transmission surface. The filling material can thus be conveyed along the distribution channel to the force transmission surface.
- the distribution system can comprise a distribution channel connecting at least two distribution channels in order to improve the distribution of the filling material.
- the distribution system has a filling opening which is accessible from the outside in the assembled state of the stiffening element and is connected to the at least one distribution channel.
- the filling material is preferably formed from a material that can be conveyed through the distribution system.
- the filler material is preferably liquid in a processing state at room temperature.
- the filling material can be configured to be essentially liquid at room temperature and to be essentially curing at room temperature.
- the filler material can be formed from a polymer that is designed to be crosslinkable at room temperature.
- the filling material can in particular be designed to be moldable and hardenable without the influence of temperature.
- the filling material can preferably be formed from a thermoset.
- the stiffening element can be produced in a 3D printing process.
- the distribution channels can have undercuts and / or sections of a curved course.
- An envelope structure according to the invention for the car body of a rail vehicle comprises a receiving space for receiving a stiffening element.
- the stiffening element can be designed especially for use in double-walled envelope structures, in particular for envelope structures formed from extruded aluminum profiles.
- the envelope structure can accordingly have at least one envelope profile with an inner wall and an outer wall, the stiffening element being able to be inserted in a form-fitting manner between the outer wall and the inner wall.
- a method according to the invention for assembling a stiffening element comprises the following steps: First, the stiffening element is inserted into a receptacle or a receptacle space of an envelope structure. With the insertion of the stiffening element, a positive connection between the stiffening element and the envelope structure can already be produced.
- the distribution channel is then filled with a filling material.
- Pressure can be built up via the distribution channel or the filling material can be conveyed into the distribution channel under pressure.
- the filling material emerges at openings or ends of the distribution channel.
- the distribution channel is filled further until cavities remaining between the force transmission surfaces and the inner walls of the receptacle or the receptacle are filled with the filling material.
- a stiffening element can preferably be pushed into an envelope profile in the area of a window corner.
- the position of the stiffening element can be defined and / or fixed by pushing it onto one or more struts in the envelope profile. Subsequently, by filling the distribution system with adhesive, adhesive can be distributed between the force transmission surface and the envelope profile.
- Fig. 1 shows a section of an envelope structure 1, which forms a side wall of a rail vehicle.
- the enveloping structure 1 can be formed by a multiplicity of enveloping profiles, some of which are placed on top of one another in a form-fitting manner and welded to one another on their inner and / or outer sides.
- the outside of the envelope structure forms the outer envelope 25, which can be formed accordingly from the outside of a plurality of envelope profiles.
- the envelope structure 1 is part of a car body for a passenger vehicle.
- the envelope structure 1 has cutouts 10, 11, 12, 13 which serve to form accesses and windows.
- the cutouts 11, 12, 13 form windows of the car body, the cutout 10 an access.
- the envelope structure 1 is formed by an envelope profile 2.
- the envelope profile 2 has an inner wall 3 and an outer wall 4.
- Struts 5, 7, 9 run between the inner wall 3 and the outer wall 4, which connect the inner wall 3 and the outer wall 4 to one another and support one another.
- the struts 5, 7, 9 form a receiving space 14. All the struts 5, 7, 9 are produced in an extrusion process for the production of the envelope profile 2 and correspondingly extend in an extrusion direction S.
- a stiffening element 6 is inserted, which is held in the receiving space 14 in a form-fitting manner by the inner wall 3 and outer wall 4 and by the struts 7, 9. According to the course of the adjacent struts 7, 9, the stiffening element 6 is inserted into the receiving space 14. The stiffening element 6 is thus inserted into the receiving space 14 in an insertion direction E, which corresponds to the extrusion direction S.
- Fig. 3 shows a sectional side view of the section of FIG Fig. 2 .
- the stiffening element 6 adjoins the cutout 12.
- the surface of the stiffening element 6 adjacent to the cutout 12 follows the course of the cutout 12 or the surface of the stiffening element 6 adjacent to the cutout 12 is flush with the edge of the cutout 12.
- the stiffening element 6 has contact surfaces 16, 17 on which the stiffening element 6 rests on struts 7, 9.
- the contact surfaces 16, 17 run parallel to the flanks of the struts 7, 9 and thus offer the possibility of a flat power transmission.
- the stiffening element 6 rests on its upper side with the support surface 17 on the strut 7, on its underside with the support surface 16 on the strut 9. A transmission of moments is thus possible between the two struts 7 and 9.
- a further strut 8 is provided which, like the other struts 7, 9, extends in the extrusion direction S and connects the inner wall 3 to the outer wall (not shown here).
- the stiffening element 6 is provided with a slot 15 in which the strut 8 is received.
- the slot 15 ideally adjoins the strut 8 on both sides.
- the strut 8 is thus encompassed by the stiffening element 6 or the strut 8 engages in the stiffening element 6.
- the strut 8 thus complements the form fit between the stiffening element 6 and the envelope structure 1 or the envelope profile 2.
- Fig. 4 shows the section of the envelope structure 1 according to Fig. 2 and 3rd in a perspective view.
- the width of the stiffening element 6 corresponds approximately to the width of the receiving space 14, the stiffening element 6 thus lies directly on the inside of the inner wall 3 and on the inside of the outer wall 4.
- the receiving space 14 is delimited at the top by the strut 7 and at the bottom by the strut 9.
- the strut 8 forms a stop in the insertion direction E. It limits a movement of the stiffening element 6 in the insertion direction E and thus simplifies the assembly of the stiffening element 6.
- the stiffening element 6 has the contour of the cutout 12.
- the inner wall 3 and the outer wall 4 are thus in supported this area seamlessly against each other.
- the stiffening element 6 also forms a window frame in sections.
- FIG. 5 In the sectional view of the Fig. 5 is an alternative cross section of the envelope structure 1 at the point AA Fig. 1 shown.
- the extrusion direction corresponds to a longitudinal direction of the rail vehicle.
- Force transmission surfaces 26, 27, 21, 22 are arranged on the stiffening element 6, each of which cooperates with inner surfaces of the receiving space 14 of the envelope profile 2 in a force-transmitting manner.
- the force transmission surfaces 26, 27, 21, 22 support the inner walls of the cladding profile 2 against one another and thus lead to stiffening of the cladding profile 2.
- cavities such as e.g. between the inner walls of the receiving space 14 and the stiffening element 6 Gaps remain that interfere with the positive connection between the stiffening element 6 and the envelope profile 2.
- a filling with a pressure-resistant filling material is provided.
- the stiffening element 6 is equipped with a distribution system 18 for distributing the filling material between the stiffening element 6 and inner surfaces of the receiving space 14.
- the distribution system 18 comprises a plurality of distribution channels 19, 20 for distributing the filling material onto the force transmission surfaces 26, 27.
- the distribution system 18 has distribution channels 19 which guide the filling material along a longitudinal plane of the stiffening element 6.
- the longitudinal plane is essentially spanned by the axes x and z of the vehicle coordinate system.
- distribution channels 20 are provided, which guide the filling material essentially in a transverse direction, that is, along the y-axis of the vehicle coordinate system. All distribution channels 19, 20 are interconnected.
- Distribution channels 19 each connect two or more distribution channels 20 to one another. The filler material can thus be fed to the distribution system 18 of the stiffening element 6 through only one feed opening.
- the distribution system 18 has a plurality of openings 23 which are arranged on the force transmission surfaces 26, 27, 21, 22 and each form an opening of a distribution channel 19, 20.
- the filler material can thus be transported directly to the force transmission surfaces 26, 27, 21, 22 via the distribution system 18.
- a hydraulic pressure is built up in order to be able to fill relatively wide gaps and more distant cavities with filling material.
- Fig. 6 shows a sectional side view of the section of FIG Fig. 5 .
- the stiffening element 6 adjoins the cutout 12.
- the surface of the stiffening element 6 adjacent to the cutout 12 follows the course of the cutout 12 or the surface of the stiffening element 6 adjacent to the cutout 12 is flush with the edge of the cutout 12.
- the stiffening element 6 has further force transmission surfaces 26, 27 on which the stiffening element 6 rests on struts 7, 9.
- the force transmission surfaces 26, 27 run essentially orthogonally to the force transmission surfaces 21, 22.
- the force transmission surfaces 26, 27 run parallel to the flanks of the struts 7, 9 and thus offer the possibility of a flat force transmission.
- the stiffening element 6 rests on its upper side with the force transmission surface 27 on the strut 7, on its underside with the force transmission surface 26 on the strut 9. A transmission of moments is thus possible between the two struts 7 and 9.
- a further strut 8 is provided which, like the other struts 7, 9, extends in the extrusion direction S and connects the inner wall 3 to the outer wall (not shown here).
- the stiffening element 6 is provided with a receptacle 33 in which the strut 8 is received.
- the receptacle 33 ideally adjoins the strut 8 on both sides. The strut 8 is thus encompassed by the stiffening element 6 or the strut 8 engages in the stiffening element 6.
- openings of the distribution system 18 are arranged on the force transmission surfaces 26, 27 and on the receptacle, at which distribution channels 19 open. Through this filler material can be conveyed to the force transmission surfaces 26, 27, which in the hardened state forms an optimal form fit and / or an additional adhesive connection between the stiffening element 6 and the envelope profile 2.
- force transmission surface 21 is provided at its edge at least in sections with an elevation 24, which in FIG Fig. 3 is shown as a dashed line.
- the elevation 24 can, for example, be part of the base body of the stiffening element 6 and be formed by the material of the base body of the stiffening element 6.
- the elevation 24 lies on the envelope profile 2 or an inner wall of the receiving space 14 and serves to set a defined distance between the force transmission surface 22 and the envelope profile. It is thus possible to set a defined and uniform joint width in the area of the force transmission surface 22, which enables an optimal configuration of an adhesive connection. Minor unevenness can be compensated for by the defined gap between the force transmission surface 22 and the envelope profile 2.
- the elevation 24 serves as a flow barrier in order to keep the filling material conveyed to the force transmission surface 22 via the distribution system 18 in gaps between the force transmission surface 22 and inner walls of the receiving space 14 on the force transmission surface 22.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Hüllstruktur für einen Wagenkasten für ein Fahrzeug, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Hüllstruktur.
- Hüllstrukturen von Wagenkästen werden häufig aus doppellagigen Strukturen wie doppelwandigen Aluminiumstrangpressprofilen gebildet. Eine derartige Hüllstruktur zeigt beispielsweise die
DE 10 2011 088 509 B4 . Der doppelwandige Aufbau dient bei Wagenkästen aus Aluminium der Herstellung einer ausreichenden Festigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht. Außen- und Innenwände der Aluminiumstrangpressprofile sind dazu üblicherweise über Streben miteinander verbunden, die in die Hüllstruktur eingeleitete Kräfte weiterleiten bzw. auf die Außen- und Innenwände verteilen. - Die Hüllprofile werden in der erforderlichen Länge im Strangpressverfahren hergestellt und anschließend zur Herstellung der Hüllstruktur, also von Wagenkastenböden, -wänden und -decken, aufeinandergesetzt und miteinander verschweißt. Aufgrund der doppelwandigen Ausführung der Aluminiumstrangpressprofile ist es erforderlich, dass sowohl die Außen- als auch die Innenwände der aufeinander gesetzten Hüllprofile kraftleitend miteinander verbunden werden. Dies kann über Schweißnähte erreicht werden, die bei der Herstellung des Wagenkastens sowohl von der Außenseite als auch von der Innenseite des Wagenkastens aufgebracht werden, oder über Klebverbindungen, wie in der
DE 10 2011 088 509 B4 beschrieben. - Durch Ausschnitte im Wagenkasten, die beispielsweise für Fenster und Türen vorgesehen werden, wird die Steifigkeit des Wagenkastens herabgesetzt. Um die damit verbundene geringere Festigkeit auszugleichen, können die Wandstärken der verwendeten Hüllprofile erhöht werden. Bei der Herstellung durch Strangpressen entstehen üblicherweise gleichbleibende Querschnitte. Eine Veränderung der Wandstärke kann folglich nur über die gesamte Länge eine Hüllprofils erfolgen. Dies führt jedoch zu einem erhöhten Materialaufwand und somit Gewicht des Wagenkastens. Alternativ können zusätzliche, stützende Bauteile aufgeschweißt werden, um die Steifigkeit zu erhöhen, wodurch der Aufwand für die Herstellung des Wagenkastens deutlich größer ist.
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine einfach und kostengünstig herstellbare Hüllstruktur zu schaffen, die bei einer hohen Festigkeit ein geringes Gewicht aufweist.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Hüllstruktur nach Anspruch 1 gelöst. Weiterhin wird die Aufgabe mit einem Schienenfahrzeug nach Anspruch 13 und einer Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
- Erfindungsgemäß besteht die Lösung der Aufgabe darin, dass die Hüllstruktur wenigstens ein Hüllprofil mit einer Innenwand und einer Außenwand aufweist, wobei ein die Hüllstruktur wenigstens abschnittweise versteifendes Versteifungselement vorgesehen ist, das formschlüssig zwischen Außenwand und Innenwand eingebracht ist.
- Die Erfindung ermöglicht es somit, Hüllprofile mit geringeren Wandstärken zu verwenden und trotzdem eine ausreichende Festigkeit zu erreichen. Die höhere Festigkeit wird dabei über die Stützwirkung des eingesetzten Versteifungselementes erreicht. Das Versteifungselement ermöglicht eine direktere Kraftübertragung zwischen Innen- und Außenwand und stützt diese gegeneinander ab.
- Mit dem Begriff der Hüllstruktur wird die Struktur der Außenhülle eines Schienenfahrzeugs bezeichnet. Diese kann Wagenkastenböden, -wände und/oder -decken umfassen und von einem oder mehreren Hüllprofilen gebildet sein. Die Hüllstruktur kann die eigentliche Außenhülle, Strukturelemente wie Streben und/oder eine Innenhülle aufweisen.
- Das Hüllprofil kann aus mehreren Strangpressprofilen gebildet sein, die miteinander verschweißt sind. Der Schweißvorgang findet dabei bevorzugt vor dem Einsetzen des Versteifungselementes statt.
- Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind im Betrieb zwischen dem Versteifungselement und dem wenigstens einen Hüllprofil wirkende Stützkräfte im Wesentlichen formschlüssig übertragbar. Dazu kann das Versteifungselement Auflageflächen aufweisen, die auf angrenzenden Flächen des Hüllprofils aufliegen. Das Versteifungselement kann an wenigstens vier, vorzugsweise an fünf, äußerst vorzugsweise an sieben Auflageflächen an dem Hüllprofil aufliegen. Bevorzugt erstreckt sich das Versteifungselement in Bereiche des Hüllprofils, in denen verhältnismäßig große Kräfte oder Momente auftreten.
- In einer bevorzugten Variante der Erfindung liegt das Versteifungselement an der Innenwand oder der Außenwand des Hüllprofils an. Das Versteifungselement kann gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung an der Innenwand und and der Außenwand anliegen. Somit ist eine unmittelbare Kraftübertragung zwischen Innen- und Außenwand möglich.
- Das Versteifungselement kann in einer weiteren Variante wenigstens zwei Kraftübertragungsflächen aufweisen, die auf einander im Wesentlichen gegenüberliegenden Seiten des Versteifungselementes angeordnet sind. Das Versteifungselement kann zum Einführen in einen Aufnahmeraum in der Hüllstruktur ausgestaltet sein, wobei der Aufnahmeraum bei eingesetztem Versteifungselement mit diesem an mehreren Flächen anliegt. Die Hüllstruktur kann von Strangpressprofilen gebildet sein. Entsprechend kann der Aufnahmeraum von einem oder mehreren, insbesondere doppelwandigen Strangpressprofilen gebildet sein.
- Die Hüllstruktur ist bevorzugt von Aluminiumstrangpressprofilen gebildet. Dabei bilden Hohlräume der Aluminiumstrangpressprofile den Aufnahmeraum.
- Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung können wenigstens drei Kraftübertragungsflächen vorgesehen sein. Die drei Kraftübertragungsflächen können jeweils im Wesentlichen orthogonal zu einer gemeinsamen Kraftwirkungsebene verlaufen, um Kräfte und Momente aus verschiedenen Richtungen aufnehmen zu können, die im Wesentlichen auf einer gemeinsamen Kraftwirkungsebene liegen. Die Kraftwirkungsebene verläuft dabei idealerweise parallel oder tangential zur Außenhülle der Hüllstruktur. Die Kraftwirkungsebene ist damit eine Ebene, die durch in der Hüllstruktur wirkende Kraftvektoren aufgespannt wird.
- In einer weiteren zweckmäßigen Weiterbildung kann das Versteifungselement wenigstens eine Aufnahme für eine die Außenhülle des Wagenkastens verstärkende Strebe aufweisen und die Aufnahme auf ihrer Innenseite wenigstens eine Kraftübertragungsfläche umfassen, um eine Kraftübertragung in weiteren Richtungen zu ermöglichen. Das Versteifungselement weist bevorzugt wenigstens eine Aufnahme für eine die Hüllstruktur des Wagenkastens verstärkende Strebe auf und die Aufnahme umfasst auf ihrer Innenseite vorzugsweise wenigstens eine Kraftübertragungsfläche.
- In dem Hüllprofil kann wenigstens eine die Innenwand und die Außenwand verbindende Strebe vorgesehen sein, wobei das Versteifungselement an der Strebe anliegt oder diese umgreift. Die Strebe kann somit als weiteres Formschlussmittel dienen, das den Formschluss mit dem Hüllprofil verstärkt. Insbesondere kann eine Verschiebung des Versteifungselementes in dem Hüllprofil durch den weiteren Formschluss blockiert werden.
- In einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung sind wenigstens zwei Streben vorgesehen, die auf gegenüberliegenden Seiten des Versteifungselementes an diesem anliegen. Auf diese Weise kann das Versteifungselement in zwei Richtungen formschlüssig gegen ein Verschieben gesichert sein.
- Eine oder beide Streben können in das Versteifungselement eingreifen oder von diesem umgeben sein, um den Formschluss zwischen Versteifungselement und Hüllprofil zu optimieren. Somit können über das Versteifungselement auch Zugkräfte oder Biegemomente übertragen werden.
- Idealerweise verlaufen die Streben parallel zueinander, so dass das Versteifungselement in eine Einführrichtung in das Hüllprofil einschiebbar ist. Die Einführrichtung kann einer Strangpressrichtung des Hüllprofils entsprechen.
- Die Streben können bevorzugt durchgehend von der Innenwand zur Außenwand verlaufen. Zudem verlaufen die Streben idealerweise in eine Strangpressrichtung, wobei die Einführrichtung der Strangpressrichtung entspricht.
- In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können wenigstens drei Streben vorgesehen sein, die jeweils an einer Seite des Versteifungselementes anliegen und/oder in das Versteifungselement eingreifen. Somit können Kräfte auf mehr als zwei Ebenen übertragen werden.
- Gemäß einer bevorzugten Variante einer erfindungsgemäßen Hüllstruktur ist das Versteifungselement aus einem Verbundwerkstoff (Komposit, Aluminiumschaum...) gebildet. Das Versteifungselement kann insbesondere aus einem Faserverbundwerkstoff gebildet sein, wie einem Kohlefaser- oder einem Glasfaserverbundwerkstoff. Damit ist eine hohe Festigkeit bei zugleich geringem Gewicht möglich. Alternativ kann das Versteifungselement aus Aluminium, insbesondere aus geschäumtem Aluminium geformt sein.
- Das Versteifungselement kann in das Hüllprofil einformbar gestaltet sein. Das Versteifungselement kann in einem nicht ausgehärteten Zustand geringfügig größere Abmessungen als ein für die Aufnahme des Versteifungselementes vorgesehener Aufnahmeraum zwischen Innen- und Außenwand aufweisen. Beim Einsetzen des Versteifungselementes kann dieses geringfügig komprimiert werden, um im ausgehärteten Zustand einen vollständigen Formschluss zwischen Versteifungselement und Hüllprofil zu erreichen.
- Die Hüllstruktur kann einen Ausschnitt aufweisen. Der Ausschnitt kann in einem Seitenwandbereich, einem Endwandbereich, einem Dachbereich und/oder einem Bodenbereich vorgesehen sein. Der Ausschnitt kann insbesondere ein Türausschnitt und/oder ein Fensterausschnitt und/oder ein Ausschnitt für eine Klimaanlage sein. Dabei kann das Versteifungselement an den Ausschnitt angrenzen. Auf diese Weise wird die Hüllstruktur insbesondere im Randbereich der Ausschnitte versteift und Verformungen der Hüllstruktur werden blockiert.
- In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann das Versteifungselement den Ausschnitt wenigstens abschnittsweise umranden bzw. begrenzen. Das Versteifungselement kann zumindest abschnittsweise einen Rahmen des Ausschnittes bilden, insbesondere einen Fensterrahmen. In weiteren Ausgestaltungen kann das Versteifungselement einen Türrahmen bilden. Das Versteifungselement kann an Durchführungen in der Hüllstruktur eingesetzt werden, z.B. an einer Durchführung für einen Luftkanal. An Durchführungen kann das Versteifungselement Dichtflächen bilden, um eine bestmögliche Abdichtung des Wagenkastens zu gewährleisten.
- Zwischen dem Versteifungselement und dem Hüllprofil kann ein Füllmaterial vorgesehen sein, um Spalten zwischen Hüllprofil und Versteifungselement zu verschließen oder Unebenheiten an den Kontaktflächen zu glätten. Das Füllmaterial ist in einem ausgehärteten Zustand idealerweise inkompressibel. Das Füllmaterial kann zumindest teilweise von einem Duroplast und/oder Quarzsand gebildet sein.
- Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung kann das Versteifungselement adhäsiv mit der Innenwand, Außenwand oder der Strebe verbunden sein. Es kann ein Klebstoff zur Verbindung des Versteifungselementes mit dem Hüllprofil verwendet werden. Alternativ kann bei einem Versteifungselement aus einem Verbundwerkstoff das Matrixmaterial als Klebstoff dienen. Beispielsweise kann das Material des Versteifungselementes ein Duroplast umfassen, das erst bei in das Hüllprofil eingesetztem Versteifungselement aushärtet und dieses mit dem Hüllprofil verbindet.
- Bei einem Wagenkasten mit einer erfindungsgemäßen Hüllstruktur kann diese eine Seitenwand, ein Dach und/oder einen Boden des Wagenkastens bilden.
- Gemäß einem Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Hüllstruktur wird zunächst ein Hüllabschnitt aus Hüllprofilen gebildet. Mehrere Hüllprofile können miteinander verbunden, insbesondere verschweißt werden, um den Hüllabschnitt zu bilden. Anschließend kann ein Versteifungselement in einen Aufnahmeraum des Hüllabschnittes eingeführt werden. Das Versteifungselement kann bevorzugt in Strangpressrichtung in den Hüllabschnitt eingeführt werden.
- Verbleibende Zwischenräume wie Spalten zwischen Versteifungselement und Hüllabschnitt können während des Einsetzens des Versteifungselementes mit einem Füllmaterial befüllt werden. Das Versteifungselement kann dazu vor dem Einsetzen mit Füllmaterial versehen bzw. bestrichen werden. Alternativ können Zwischenräume nach dem Einsetzen des Versteifungselements mit einem Füllmaterial befüllt werden.
- In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Versteifungselement in den Aufnahmeraum eingeklebt werden, um zusätzlich über eine adhäsive Verbindung Kräfte übertragen zu können. Das Befüllen mit Füllmaterial und das Einkleben kann gleichzeitig vorgenommen werden, indem das Füllmaterial zugleich als Klebstoff dient. Das Füllmaterial kann von einem Duroplast gebildet sein. Das Füllmaterial kann zum Ausfüllen größerer Volumen einen inkompressiblen Füllstoff enthalten, wie z.B. Quarzsand.
- Gemäß einer Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Versteifungselementes ist das Versteifungselement mit wenigstens einer Kraftübertragungsfläche versehen, wobei in dem Versteifungselement ein Verteilsystem mit wenigstens einem Verteilkanal zur Verteilung eines in einem Verarbeitungszustand flüssigen Füllmaterials entlang der Kraftübertragungsfläche vorgesehen ist. Damit kann ein Füllmaterial auch in eingebautem Zustand des Versteifungsmittels auf die Kraftübertragungsfläche gefördert werden, d.h. die Herstellung einer mit dem Versteifungselement versteiften Hüllstruktur ist deutlich vereinfacht.
- Eine Hüllstruktur, die mit einem erfindungsgemäßen Versteifungselement versteift ist, weist vorzugsweise einen Aufnahmeraum auf, in den das Versteifungselement aufnehmbar ist. Dabei dienen Innenwände des Aufnahmeraums als Kontaktflächen bzw. Kraftübertragungsflächen zum Versteifungselement.
- In einer bevorzugten Ausgestaltung des Versteifungselementes ist wenigstens eine Kraftübertragungsfläche an ihrem Rand wenigstens abschnittsweise randseitig mit einer Erhöhung versehen. Die Erhöhung kann beispielsweise Teil des Grundkörpers des Versteifungselementes sein bzw. von einem von dem Material des Grundkörpers des Versteifungselementes gebildeten Steg gebildet sein. Die Erhöhung kann auf dem Hüllprofil bzw. einer Innenwand des Aufnahmeraums aufliegen und somit der Einstellung eines definierten Abstandes zwischen Kraftübertragungsfläche und Hüllprofil dienen. Es kann somit im Bereich der Kraftübertragungsfläche eine definierte und gleichmäßige Fugenbreite eingestellt werden. Geringfügige Unebenheiten können durch den definierten Spalt zwischen Kraftübertragungsfläche und Hüllprofil ausgeglichen werden. Die Erhöhung kann als Fließbarriere dienen, um Füllmaterial in Spalten zwischen der Kraftübertragungsfläche und Innenwänden des Aufnahmeraums auf der Kraftübertragungsfläche zu halten. Damit kann auch die Menge des einzusetzenden Füllmaterials genauer vorbestimmt werden.
- Alternativ oder zusätzlich kann das Versteifungselement mit einer Dichtung versehen sein, welche die Kraftübertragungsfläche wenigstens abschnittsweise umgibt. Die Dichtung kann von einer elastischen Dichtlippe gebildet sein, durch das im eingebauten Zustand des Versteifungselementes flüssige Füllmaterial auf der Kraftübertragungsfläche gehalten wird.
- Das Verteilsystem kann eine Befüllöffnung aufweisen, in welche das Füllmaterial einbringbar ist. Die Befüllöffnung kann eine Anschlusseinrichtung aufweisen, an die eine Befüllvorrichtung anschließbar ist. Die Anschlusseinrichtung kann ein Formschlusselement zum formschlüssigen Befestigen der Befüllvorrichtung aufweisen, beispielsweise ein Gewinde oder einen Steg oder Vertiefung zum Verrasten mit einem Rastelement. Somit das Füllmaterial mit erhöhtem Druck in das Verteilsystem gefördert werden.
- In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das Verteilsystem wenigstens eine Öffnung auf, die an der wenigstens einen Kraftübertragungsfläche angeordnet ist und eine Mündung des Verteilkanals bildet. Das Füllmaterial kann somit über das Verteilsystem unmittelbar auf die Kraftübertragungsfläche transportiert werden. Des Weiteren kann über das Verteilsystem und ein in dem Verteilsystem befindliches, in einem Verarbeitungszustand noch flüssiges Füllmaterial ein hydraulischer Druck aufgebaut werden. Somit ist es möglich, die Position des Versteifungselementes über einen hydraulischen Druck im Verteilsystem auszurichten.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung durchdringt der Verteilkanal das Versteifungselement. Damit ist über den Verteilkanal ein Transport des Füllmaterials auf mehrere Seiten des Versteifungselementes bzw. auf sich bzgl. des Versteifungselementes gegenüberliegende Kraftübertragungsflächen möglich.
- Der Verteilkanal kann wenigstens abschnittsweise als Vertiefung auf dem Versteifungselement ausgebildet sein und sich entlang einer Oberfläche des Versteifungselementes erstrecken. Ein als Vertiefung ausgebildeter Abschnitt des Verteilkanal kann sich insbesondere entlang einer Kraftübertragungsfläche erstrecken. Das Füllmaterial kann somit entlang des Verteilkanals auf die Kraftübertragungsfläche gefördert werden.
- In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das Verteilsystem einen wenigstens zwei Verteilkanäle verbindenden Verteilkanal umfassen, um die Verteilung des Füllmaterials zu verbessern.
- Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung weist das Verteilsystem eine im montierten Zustand des Versteifungselementes von außen zugängliche Befüllöffnung auf, die mit dem wenigstens einen Verteilkanal verbunden ist.
- Das Füllmaterial ist bevorzugt von einem Material gebildet, das sich durch das Verteilsystem fördern lässt. Bevorzugt ist das Füllmaterial in einem Verarbeitungszustand bei Raumtemperatur flüssig. Das Füllmaterial kann im Wesentlichen bei Raumtemperatur flüssig und im Wesentlichen bei Raumtemperatur aushärtend ausgestaltet sein. Das Füllmaterial kann von einem Polymer gebildet sein, das bei Raumtemperatur vernetzbar ausgestaltet ist. Das Füllmaterial kann insbesondere ohne Temperatureinwirkung formbar und härtbar gestaltet sein. Das Füllmaterial kann bevorzugt von einem Duroplast gebildet sein.
- Um das Versteifungselement mit Verteilkanälen auch in komplexen Geometrien fertigen zu können, kann das Versteifungselement im 3D-Druckverfahren hergestellt sein. Die Verteilkanäle können Hinterschneidungen und/oder abschnittsweise einen gebogenen Verlauf aufweisen.
- Eine erfindungsgemäße Hüllstruktur für den Wagenkasten eines Schienenfahrzeugs umfasst einen Aufnahmeraum zur Aufnahme eines Versteifungselementes.
- Das Versteifungselement kann besonders für eine Verwendung in doppelwandigen Hüllstrukturen ausgestaltet sein, insbesondere für aus Aluminiumstrangpressprofilen gebildete Hüllstrukturen. Die Hüllstruktur kann entsprechend wenigstens ein Hüllprofil mit einer Innenwand und einer Außenwand aufweisen, wobei das Versteifungselement formschlüssig zwischen Außenwand und Innenwand einbringbar ist.
- Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Montage eines Versteifungselementes umfasst die folgenden die Schritte: Zunächst wird das Versteifungselement in eine Aufnahme oder einen Aufnahmeraum einer Hüllstruktur eingesetzt. Mit dem Einsetzen des Versteifungselementes kann bereits ein Formschluss zwischen dem Versteifungselement und der Hüllstruktur hergestellt werden.
- Anschließend erfolgt ein Befüllen des Verteilkanals mit einem Füllmaterial. Über den Verteilkanal kann dabei Druck aufgebaut werden bzw. das Füllmaterial kann unter Druck in den Verteilkanal gefördert werden.
- Nach dem Befüllen des Verteilkanals tritt das Füllmaterial an Öffnungen bzw. Enden des Verteilkanals aus. Es folgt ein weiteres Befüllen des Verteilkanals, bis zwischen Kraftübertragungsflächen und Innenwänden der Aufnahme oder des Aufnahmeraums verbliebene Hohlräume mit dem Füllmaterial befüllt sind.
- Ein Versteifungselement kann bevorzugt im Bereich einer Fensterecke in ein Hüllprofil geschoben werden. Durch ein Aufschieben auf eine oder mehrere Streben in dem Hüllprofil kann die Lage des Versteifungselementes definiert und/oder fixiert werden. Anschließend kann durch ein Befüllen des Verteilsystems mit Klebstoff eine Verteilung von Klebstoff zwischen Kraftübertragungsfläche und Hüllprofil erfolgen.
- Die beiliegenden Zeichnungen veranschaulichen erfindungsgemäße Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung der Prinzipien der Erfindung. Es zeigen:
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Fig. 1 einen Ausschnitt einer Hüllstruktur für ein Schienenfahrzeug; -
Fig. 2 eine Schnittansicht gemäß der Stelle A-A der Hüllstruktur derFig. 1 ; -
Fig. 3 eine Schnittansicht gemäß der Stelle B-B derFig. 2 ; -
Fig. 4 eine Perspektivansicht des inFig. 3 gezeigten Ausschnittes der Hüllstruktur; -
Fig. 5 eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Hüllstruktur, gemäß der Stelle A-A der Hüllstruktur derFig. 1 ; -
Fig. 6 eine Schnittansicht gemäß der Stelle B-B derFig. 5 - Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die
Figuren 1 bis 4 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Hüllstruktur beschrieben. -
Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt einer Hüllstruktur 1, die eine Seitenwand eines Schienenfahrzeuges bildet. Die Hüllstruktur 1 kann von einer Vielzahl von Hüllprofilen gebildet sein, die teils formschlüssig aufeinandergesetzt und an ihren Innen- und/oder Außenseiten miteinander verschweißt werden. Die Außenseite der Hüllstruktur bildet die Außenhülle 25, die entsprechend von Außenseiten einer Vielzahl von Hüllprofilen gebildet sein kann. Die Hüllstruktur 1 ist Teil eines Wagenkastens für ein Passagierfahrzeug. Entsprechend weist die Hüllstruktur 1 Ausschnitte 10, 11, 12, 13 auf, die der Bildung von Zugängen und Fenstern dienen. Die Ausschnitte 11, 12, 13 bilden Fenster des Wagenkastens, der Ausschnitt 10 einen Zugang. - Im Bereich der Ausschnitte 10, 11, 12, 13 ist der Kraftfluss in der Hüllstruktur 1 gestört. Insbesondere in den Eckbereichen der Ausschnitte 10, 11, 12, 13 entstehen somit erhöhte Spannungen, die besondere Festigkeitsanforderungen an die Hüllstruktur 1 stellen. In dem in den
Figuren 1 bis 4 beschriebenen Ausführungsbeispiel ist daher in den Eckbereichen jeweils ein Versteifungselement vorgesehen. - In der Schnittansicht der
Fig. 2 ist ein Querschnitt der Hüllstruktur 1 an der Stelle A-A derFig. 1 gezeigt. Die Hüllstruktur 1 ist von einem Hüllprofil 2 gebildet. Das Hüllprofil 2 weist Innenwand 3 und eine Außenwand 4 auf. Zwischen der Innenwand 3 und der Außenwand 4 verlaufen Streben 5, 7, 9, welche die Innenwand 3 und die Außenwand 4 miteinander verbinden und gegeneinander abstützen. Zugleich bilden die Streben 5, 7, 9 einen Aufnahmeraum 14. Sämtliche Streben 5, 7, 9 sind in einem Strangpressvorgang zur Herstellung des Hüllprofils 2 entstanden und erstrecken sich entsprechen in eine Strangpressrichtung S. - Zwischen Innenwand 3 und Außenwand 4 ist ein Versteifungselement 6 eingesetzt, das in dem Aufnahmeraum 14 formschlüssig von Innenwand 3 und Außenwand 4 sowie von den Streben 7, 9 gehalten ist. Entsprechend dem Verlauf der angrenzenden Streben 7, 9 ist das Versteifungselement 6 in den Aufnahmeraum 14 eingesetzt. Das Versteifungselement 6 wird also in einer Einführrichtung E in den Aufnahmeraum 14 eingeschoben, die der Strangpressrichtung S entspricht.
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Fig. 3 zeigt eine geschnittene Seitenansicht des Ausschnitts derFig. 2 . Das Versteifungselement 6 grenzt an den Ausschnitt 12 an. Die an den Ausschnitt 12 angrenzende Fläche des Versteifungselementes 6 folgt dem Verlauf des Ausschnittes 12 bzw. die an den Ausschnitt 12 angrenzende Fläche des Versteifungselementes 6 fluchtet mit dem Rand des Ausschnittes 12. - Das Versteifungselement 6 weist Auflageflächen 16, 17 auf, an denen das Versteifungselement 6 an Streben 7, 9 aufliegt. Die Auflageflächen 16, 17 verlaufen parallel zu den Flanken der Streben 7, 9 und bieten somit die Möglichkeit einer flächigen Kraftübertragung. Das Versteifungselement 6 liegt an seiner Oberseite mit der Auflagefläche 17 an der Strebe 7 an, an seiner Unterseite mit der Auflagefläche 16 an der Strebe 9. Zwischen den beiden Streben 7 und 9 ist somit eine Übertragung von Momenten möglich.
- An einer dem Ausschnitt 12 abgewandten Seite des Aufnahmeraums 14 ist eine weitere Strebe 8 vorgesehen, welche wie die anderen Streben 7, 9 in Strangpressrichtung S verläuft und die Innenwand 3 mit der (hier nicht gezeigten) Außenwand verbindet. Das Versteifungselement 6 ist mit einem Schlitz 15 versehen, in den die Strebe 8 aufgenommen ist. Der Schlitz 15 grenzt dabei idealerweise beidseitig an die Strebe 8 an. Somit wird die Strebe 8 von dem Versteifungselement 6 umgriffen bzw. die Strebe 8 greift in das Versteifungselement 6 ein. Folglich können Zugkräfte quer zur Erstreckung der Strebe 8 über den Formschluss übertragen werden. Des Weiteren ist die Übertragung von Drehmomenten möglich, insbesondere in einer senkrecht zur Einführrichtung E verlaufenden Richtung. Durch die Strebe 8 wird also der Formschluss zwischen Versteifungselement 6 und der Hüllstruktur 1 bzw. dem Hüllprofil 2 ergänzt.
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Fig. 4 zeigt den Ausschnitt der Hüllstruktur 1 gemäßFig. 2 und3 in einer perspektivischen Ansicht. Die Breite des Versteifungselementes 6 entspricht etwa der Breite des Aufnahmeraums 14, das Versteifungselement 6 liegt somit unmittelbar an der Innenseite der Innenwand 3 sowie an der Innenseite der Außenwand 4 an. Nach oben wird der Aufnahmeraum 14 durch die Strebe 7 begrenzt, nach unten durch die Strebe 9. Die Strebe 8 bildet einen Anschlag in Einführrichtung E. Sie begrenzt eine Bewegung des Versteifungselementes 6 in Einführrichtung E und vereinfacht damit die Montage des Versteifungselementes 6. - Entgegen der Einführrichtung E, in Richtung des Ausschnitts 12, weist das Versteifungselement 6 die Kontur des Ausschnitts 12 auf. Die Innenwand 3 und die Außenwand 4 werden somit in diesem Bereich nahtlos gegeneinander abgestützt. Das Versteifungselement 6 bildet zudem abschnittsweise einen Fensterrahmen.
- In der Schnittansicht der
Fig. 5 ist ein alternativer Querschnitt der Hüllstruktur 1 an der Stelle A-A derFig. 1 gezeigt. Die Strangpressrichtung entspricht einer Längsrichtung des Schienenfahrzeuges. An dem Versteifungselement 6 sind Kraftübertragungsflächen 26, 27, 21, 22 angeordnet, die jeweils kraftübertragend mit Innenflächen des Aufnahmeraums 14 des Hüllprofils 2 zusammenwirken. Die Kraftübertragungsflächen 26, 27, 21, 22 stützen bei eingesetztem Versteifungselement 6 die Innenwände des Hüllprofils 2 gegeneinander ab und führen somit zu einer Versteifung des Hüllprofils 2. - Zwischen den Innenwänden des Aufnahmeraums 14 und dem Versteifungselement 6 können aufgrund von Fertigungstoleranzen Hohlräume wie z.B. Spalten verbleiben, die den Formschluss zwischen Versteifungselement 6 und Hüllprofil 2 stören. Um derartige Hohlräume zu füllen und damit die Kraftübertragung zwischen Versteifungselement 6 und Hüllprofil 2 zu optimieren, ist eine Befüllung mit einem druckbeständigen Füllmaterial vorgesehen.
- Um das Füllmaterial in die Hohlräume fördern zu können, ist das Versteifungselement 6 mit einem Verteilsystem 18 zum Verteilen des Füllmaterials zwischen Versteifungselement 6 und Innenflächen des Aufnahmeraums 14 ausgestattet. Das Verteilsystem 18 umfasst dazu eine Vielzahl von Verteilkanälen 19, 20 zum Verteilen des Füllmaterials auf die Kraftübertragungsflächen 26, 27. Das Verteilsystem 18 weist Verteilkanäle 19 auf, welche das Füllmaterial entlang einer Längsebene des Versteifungselements 6 leiten. Die Längsebene wird im Wesentlichen durch die Achsen x und z des Fahrzeugkoordinatensystems aufgespannt. Des Weiteren sind Verteilkanäle 20 vorgesehen, welche das Füllmaterial im Wesentlichen in einer Querrichtung, also entlang der y-Achse des Fahrzeugkoordinatensystems leiten. Sämtliche Verteilkanäle 19, 20 sind miteinander verbunden. Dabei verbinden Verteilkanäle 19 jeweils zwei oder mehrere Verteilkanäle 20 miteinander. Somit kann das Füllmaterial durch nur eine Zuführöffnung dem Verteilsystem 18 des Versteifungselementes 6 zugeführt werden.
- Das Verteilsystem 18 weist eine Vielzahl von Öffnungen 23 auf, die an den Kraftübertragungsflächen 26, 27, 21, 22 angeordnet sind und jeweils eine Mündung eines Verteilkanals 19, 20 bilden. Das Füllmaterial kann somit über das Verteilsystem 18 unmittelbar auf die Kraftübertragungsflächen 26, 27, 21, 22 transportiert werden. Des Weiteren kann über das Verteilsystem 18 und ein in dem Verteilsystem 18 befindliches, in einem Verarbeitungszustand noch flüssiges Füllmaterial ein hydraulischer Druck aufgebaut werden, um auch sich relativ weit erstreckende Spalten und weiter entfernte Hohlräume mit Füllmaterial befüllen zu können.
-
Fig. 6 zeigt eine geschnittene Seitenansicht des Ausschnitts derFig. 5 . Das Versteifungselement 6 grenzt an den Ausschnitt 12 an. Die an den Ausschnitt 12 angrenzende Fläche des Versteifungselementes 6 folgt dem Verlauf des Ausschnittes 12 bzw. die an den Ausschnitt 12 angrenzende Fläche des Versteifungselementes 6 fluchtet mit dem Rand des Ausschnittes 12. - Das Versteifungselement 6 weist weitere Kraftübertragungsflächen 26, 27 auf, an denen das Versteifungselement 6 an Streben 7, 9 aufliegt. Die Kraftübertragungsflächen 26, 27 verlaufen im Wesentlichen orthogonal zu den Kraftübertragungsflächen 21, 22. Die Kraftübertragungsflächen 26, 27 verlaufen parallel zu den Flanken der Streben 7, 9 und bieten somit die Möglichkeit einer flächigen Kraftübertragung. Das Versteifungselement 6 liegt an seiner Oberseite mit der Kraftübertragungsfläche 27 an der Strebe 7 an, an seiner Unterseite mit der Kraftübertragungsfläche 26 an der Strebe 9. Zwischen den beiden Streben 7 und 9 ist somit eine Übertragung von Momenten möglich.
- An einer dem Ausschnitt 12 abgewandten Seite des Aufnahmeraums 14 ist eine weitere Strebe 8 vorgesehen, welche wie die anderen Streben 7, 9 in Strangpressrichtung S verläuft und die Innenwand 3 mit der (hier nicht gezeigten) Außenwand verbindet. Das Versteifungselement 6 ist mit einer Aufnahme 33 versehen, in den die Strebe 8 aufgenommen ist. Die Aufnahme 33 grenzt dabei idealerweise beidseitig an die Strebe 8 an. Somit wird die Strebe 8 von dem Versteifungselement 6 umgriffen bzw. die Strebe 8 greift in das Versteifungselement 6 ein.
- Zur Verbesserung der Kraftübertragung zwischen Versteifungselement 6 und Hüllprofil 2 sind an den Kraftübertragungsflächen 26, 27 sowie an der Aufnahme 33 Öffnungen des Verteilsystems 18 angeordnet, an welchen Verteilkanäle 19 münden. Durch diese kann Füllmaterial auf die Kraftübertragungsflächen 26, 27 gefördert werden, das in ausgehärtetem Zustand einen optimalen Formschluss und/oder eine zusätzliche adhäsive Verbindung zwischen dem Versteifungselement 6 und dem Hüllprofil 2 bildet.
- Die in
Fig. 2 bezeichnete Kraftübertragungsfläche 21 ist an ihrem Rand wenigstens abschnittsweise randseitig mit einer Erhöhung 24 versehen, die inFig. 3 als gestrichelte Linie dargestellt ist. Eine entsprechend ausgestaltete, hier nicht gezeigte Erhöhung ist auch an der Kraftübertragungsfläche 22 vorgesehen. Die Erhöhung 24 kann beispielsweise Teil des Grundkörpers des Versteifungselementes 6 und von dem Material des Grundkörpers des Versteifungselementes 6 gebildet sein. - Die Erhöhung 24 liegt auf dem Hüllprofil 2 bzw. einer Innenwand des Aufnahmeraums 14 auf und dient der Einstellung eines definierten Abstandes zwischen Kraftübertragungsfläche 22 und Hüllprofil. Es kann somit im Bereich der Kraftübertragungsfläche 22 eine definierte und gleichmäßige Fugenbreite eingestellt werden, die eine optimale Ausgestaltung einer Klebeverbindung ermöglicht. Geringfügige Unebenheiten können durch den definierten Spalt zwischen Kraftübertragungsfläche 22 und Hüllprofil 2 ausgeglichen werden. Die Erhöhung 24 dient als Fließbarriere, um das über das Verteilsystem 18 auf die Kraftübertragungsfläche 22 geförderte Füllmaterial in Spalten zwischen der Kraftübertragungsfläche 22 und Innenwänden des Aufnahmeraums 14 auf der Kraftübertragungsfläche 22 zu halten.
- Die beschriebenen und dargestellten spezifischen Ausführungsformen sind für die Ausführung der Erfindung nicht bindend, sondern können im Rahmen der vorliegenden Erfindung geeignet modifiziert werden, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
-
- E
- Einführrichtung
- S
- Strangpressrichtung
- 1
- Hüllstruktur
- 2
- Hüllprofil
- 3
- Innenwand
- 4
- Außenwand
- 5
- Strebe
- 6
- Versteifungselement
- 7, 8, 9
- Streben
- 10, 11, 12, 13
- Ausschnitt
- 14
- Aufnahmeraum
- 15
- Schlitz
- 16,17
- Auflagefläche
- 18
- Verteilsystem
- 19, 20
- Verteilkanal
- 21, 22
- Kraftübertragungsfläche
- 23
- Öffnung
- 24
- Erhöhung
- 25
- Außenhülle
- 26, 27
- Kraftübertragungsfläche
- 33
- Aufnahme
Claims (15)
- Hüllstruktur (1) für einen Wagenkasten eines Schienenfahrzeugs, mit wenigstens einem Hüllprofil (2), mit einer Innenwand (3), einer Außenwand (4), wobei ein die Hüllstruktur (1) wenigstens abschnittweise versteifendes Versteifungselement (6) vorgesehen ist, das formschlüssig zwischen Außenwand (4) und Innenwand (3) eingebracht ist.
- Hüllstruktur (1) nach Anspruch 1, wobei im Betrieb zwischen dem Versteifungselement (6) und dem wenigstens einen Hüllprofil (2) wirkende Stützkräfte im Wesentlichen formschlüssig übertragbar sind.
- Hüllstruktur (1) nach einem der obigen Ansprüche, wobei das Versteifungselement (6) an der Innenwand (3) und/oder der Außenwand (4) anliegt.
- Hüllstruktur (1) nach einem der obigen Ansprüche, wobei wenigstens eine die Innenwand (3) und die Außenwand (4) verbindende Strebe (5, 7, 8, 9) vorgesehen ist und das Versteifungselement (6) an der Strebe (5, 7, 8, 9) anliegt oder diese umgreift.
- Hüllstruktur (1) nach einem der obigen Ansprüche, wobei wenigstens zwei Streben (5, 7, 8, 9) vorgesehen sind, die auf gegenüberliegenden Seiten des Versteifungselementes (6) an diesem anliegen.
- Hüllstruktur (1) nach einem der obigen Ansprüche, wobei wenigstens drei Streben (5, 7, 8, 9) vorgesehen sind, die jeweils an einer Seite des Versteifungselementes (6) anliegen und/oder in das Versteifungselement (6) eingreifen. Wenigstens drei Stege, um Zugkräfte aufzunehmen.
- Hüllstruktur (1) nach einem der obigen Ansprüche, wobei das Versteifungselement (6) aus einem Verbundwerkstoff (Komposit, Aluminiumschaum...) gebildet ist.
- Hüllstruktur (1) nach einem der obigen Ansprüche, wobei der Hüllstruktur (1) einen Ausschnitt (10, 11, 12, 13) aufweist, insbesondere einen Türausschnitt (10) und/oder einen Fensterausschnitt (11, 12, 13) und/oder einen Ausschnitt für eine Klimaanlage, und das Versteifungselement (6) an den Ausschnitt (10, 11, 12, 13) angrenzt.
- Hüllstruktur (1) nach einem der obigen Ansprüche, wobei das Versteifungselement (6) den Ausschnitt (10, 11, 12, 13) wenigstens abschnittsweise umrandet.
- Hüllstruktur (1) nach einem der obigen Ansprüche, wobei das Versteifungselement (6) adhäsiv mit der Innenwand (3), Außenwand (4) oder der Strebe (5, 7, 8, 9) verbunden ist.
- Wagenkasten für ein Schienenfahrzeug, gekennzeichnet durch eine Hüllstruktur (1) nach einem der obigen Ansprüche.
- Wagenkasten nach Anspruch 11, wobei die Hüllstruktur (1) eine Seitenwand, ein Dach oder einen Boden des Wagenkastens bildet.
- Verfahren zur Herstellung einer Hüllstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch die Schritte:a. Herstellen eines Hüllabschnittes aus Hüllprofilen,b. Anschließend Einführen eines Versteifungselementes in einen Hohlraum des Hüllabschnittes.
- Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungselement in den Hohlraum eingeklebt wird.
- Versteifungselement (6) zur formschlüssigen Versteifung einer Hüllstruktur (1) eines Wagenkastens für ein Schienenfahrzeug, mit wenigstens einer Kraftübertragungsfläche (16, 17, 21, 22), wobei das Versteifungselement (6) ein Verteilsystem (18) mit wenigstens einem Verteilkanal (19, 20) zur Verteilung eines in einem Verarbeitungszustand flüssigen Füllmaterials entlang der Kraftübertragungsfläche (16, 17, 21, 22) umfasst.
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