EP3666617B1

EP3666617B1 - Doppelwandige hüllstruktur für einen wagenkasten

Info

Publication number: EP3666617B1
Application number: EP19210746.4A
Authority: EP
Inventors: Hendrick Seidler; Sven Uschmann; Dr. Jan Prockat
Original assignee: Bombardier Transportation GmbH
Current assignee: Alstom Holdings SA
Priority date: 2018-11-22
Filing date: 2019-11-21
Publication date: 2022-09-28
Anticipated expiration: 2039-11-21
Also published as: EP3666617A3; EP3666617A2

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.
Aus der JP H11 59413 A ist eine Hüllstruktur für ein Fahrzeug mit einer die Hüllstruktur verstärkenden Schweißung bekannt. Aus der JP H11 59412 A und der EP 1 118 521 A1 sind Hüllstrukturen für Fahrzeuge mit einem in einen Hohlraum der Hüllstruktur eingesetzten Verstärkungskörper bekannt.
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 Verfahren nach Anspruch 13 und einem Versteifungselement 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, einer Außenwand und einer die Innenwand und die Außenwand verbindende Strebe aufweist, wobei ein die Hüllstruktur wenigstens abschnittweise versteifendes Versteifungselement vorgesehen ist, das formschlüssig zwischen Außenwand und Innenwand eingebracht ist und wobei das Versteifungselement die Strebe umgreift.
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 ist wenigstens eine die Innenwand und die Außenwand verbindende Strebe vorgesehen, wobei das Versteifungselement die Strebe 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 Au-ßenwand 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, wobei ein Hüllprofil eine Innenwand, eine Außenwand, und wenigstens eine die Innenwand und die Außenwand verbindende Strebe aufweist. Mehrere Hüllprofile können miteinander verbunden, insbesondere verschweißt werden, um den Hüllabschnitt zu bilden. Anschließend kann ein Versteifungselement in einen Aufnahmeraum des Hüllabschnittes eingeführt werden, wobei das Versteifungselement die Strebe umgreift. 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.

Figurenbeschreibung

Die beiliegenden Zeichnungen veranschaulichen erfindungsgemäße Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung der Prinzipien der Erfindung. Es zeigen:

Fig. 1 einen Ausschnitt einer Hüllstruktur für ein Schienenfahrzeug;
Fig. 2 eine Schnittansicht gemäß der Stelle A-A der Hüllstruktur der Fig. 1;
Fig. 3 eine Schnittansicht gemäß der Stelle B-B der Fig. 2;
Fig. 4 eine Perspektivansicht des in Fig. 3 gezeigten Ausschnittes der Hüllstruktur;
Fig. 5 eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Hüllstruktur, gemäß der Stelle A-A der Hüllstruktur der Fig. 1;
Fig. 6 eine Schnittansicht gemäß der Stelle B-B der Fig. 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 der Fig. 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.
Fig. 3 zeigt eine geschnittene Seitenansicht des Ausschnitts der Fig. 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.
Fig. 4 zeigt den Ausschnitt der Hüllstruktur 1 gemäß Fig. 2 und 3 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 der Fig. 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 der Fig. 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. 5 bezeichnete Kraftübertragungsfläche 21 ist an ihrem Rand wenigstens abschnittsweise randseitig mit einer Erhöhung 24 versehen, die in Fig. 6 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.

Bezugszeichenliste

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

Hüllstruktur (1) für einen Wagenkasten eines Schienenfahrzeugs, mit wenigstens einem Hüllprofil (2), mit einer Innenwand (3) und einer Außenwand (4), wobei wenigstens eine die Innenwand (3) und die Außenwand (4) verbindende Strebe (5, 7, 8, 9) vorgesehen ist, wobei ein die Hüllstruktur (1) wenigstens abschnittweise versteifendes Versteifungselement (6) vorgesehen ist, das formschlüssig zwischen Außenwand (4) und Innenwand (3) eingebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungselement (6) die Strebe (8) umgreift.
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 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.
Hüllstruktur (1) nach einem der obigen Ansprüche, wobei das Versteifungselement (6) aus einem Verbundwerkstoff gebildet ist.
Hüllstruktur (1) nach Anspruch 6, wobei das Versteifungselement (6) aus einem Komposit oder 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, wobei ein Hüllprofil eine Innenwand (3), eine Außenwand (4), und wenigstens eine die Innenwand (3) und die Außenwand (4) verbindende Strebe (5, 7, 8, 9) aufweist,

b. Anschließend Einführen eines Versteifungselementes in einen Hohlraum des Hüllabschnittes, wobei das Versteifungselement (6) die Strebe (8) umgreift.
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 einem Hüllprofil (2), mit einer Innenwand (3), einer Außenwand (4) und eine die Innenwand (3) und die Außenwand (4) verbindende Strebe (8), wobei das Versteifungselement (6) wenigstens einer Kraftübertragungsfläche (16, 17, 21, 22) umfasst, dadurch gekennzeichnet dass, 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, wobei das Versteifungselement (6) wenigstens eine Aufnahme (33) für die die Hüllstruktur (1) des Wagenkastens verstärkende Strebe (8) aufweist.