WO1998039190A1

WO1998039190A1 - Rahmen zum befestigen von flächenelementen

Info

Publication number: WO1998039190A1
Application number: PCT/DE1998/000471
Authority: WO
Inventors: Michael Zimmermann
Original assignee: Talbot Gmbh & Co. Kg
Priority date: 1997-03-05
Filing date: 1998-02-18
Publication date: 1998-09-11
Also published as: ATE204818T1; EP0964807A1; DE19708840A1; DE59801311D1; EP0964807B1; DE19708840C2

Abstract

Ein Rahmen zum Befestigen eines Flächenelementes, insbesondere einer Fensterscheibe, an einer ebenen oder gekrümmten Wandstruktur, insbesondere einer Karosseriewand, ist aus Profilteilen und zu deren gegenseitiger Verbindung kaltfügbaren Verbindungsmitteln zusammengebaut. Erfindungsgemäß sind seine Profilteile mittels an sie angeformter Anschlußelemente von einer Innenseite der mit einer gegebenen Dicke ausgeführten Wandstruktur her an diese anlegbar, wobei sich aus einer Dickendifferenz des Rahmens zur Wandstruktur unmittelbar eine vorgegebene Einsenkung einer Anlagefläche für das Flächenelement gegenüber der Außenseite der Wandstruktur ergibt.

Description

Rahmen zum Befestigen von Flächenelementen

Die Erfindung bezieht sich auf einen Rahmen zum Befestigen von Flächenelementen, insbesondere von Fensterflächen, an einer Wandstruktur mit Verbindungsmitteln, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 . Diese Merkmale sind bekannt aus DE-A-44 04 846. Das Dokument offenbart Fensterrahmen für einklebbare Verglasungen, die durch Verkleben und/oder Verrasten von vier geraden Kunststoff-Profilteilen mit gesonderten Eckverbindern kaltgefügt zusammengebaut werden. Kaltfügetechniken werden vorzugsweise auch zum Befestigen dieser Rahmen an einer Wandstruktur angewendet.

EP-A-0 51 5 953 offenbart einen als solchen nicht näher erörterten Fensterrahmen für eine außenhautbündige Verglasung, der mit Schrauben an einem strukturseitigen Trägerrahmen befestigt wird. Die Schrauben können entweder von der Innen- oder von der Außenseite der Wandstruktur zugänglich sein.

Es wurde schon vorgeschlagen (ältere Patentanmeldung 196 19 617.5-24), modu- lare kaltgefügte Bauelemente von Großkarosserien, Wagenkästen und dgl. unter anderem aus Säulen oder Spanten aufzubauen, deren Längsverlauf je nach dem Ort ihrer Anbringung gerade, geknickt oder gekrümmt sein kann. Die Säulen bestimmen den äußeren Umriß der Karosserie, deren Außenhaut eine glatte Fläche bilden soll. Vorschlagsgemäß wird eine erforderliche Längskrümmung der Säulen in einer hochmechanisierten Fertigung ggf. durch CNC-gesteuertes Rollbiegen erzeugt. Diese Krümmungsradien sind bei einer geeigneten Materialauswahl sehr gut reproduzierbar.

Karosserien, z. B. für Eisenbahn-Reisezugwagen, haben bekanntlich zwischen je zwei tragenden, konturgebenden Säulen oder Spanten der Seitenwände größere Ausschnitte zum Einbau von Fenstern und/oder Klappen. Diese Ausschnitte liegen bei Doppelstock-Wagen sowohl im Unterstock als auch im Oberstock. Im Unterstockbereich ist die Außenwand oft eben, während sie im Oberstockbereich gekrümmt in das Dach übergeht. Auch für moderne einstöckige Schienenfahrzeugen, vor allem für Fahrzeuge mit

Neigetechnik, wird jedoch eine gekrümmte Seitenwandkontur vorgesehen, die unter Berücksichtigung des Lichtraumprofils eine maximale Innenbreite ermöglicht.

Das Einpassen z. B. von Fensterrahmen in ebene Seitenwände ist unproblematisch. Will man jedoch den Krümmungsverlauf im Oberstockbereich auch für den Fenster- oder Klappenrahmen und die Verglasung/Beblechung rationell fertigen, so ist dies nach dem bisherigen Stand der Technik mit erhöhtem Aufwand (z. B. Anpassungsarbeiten im Rohbauzustand) verbunden und deshalb teuer.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Rahmen der eingangs erörterten Art anzugeben, der sich besonders, aber nicht ausschließlich, für eine hoch- mechanisierte Fertigung im Sinne einer nacharbeitsfreien Anschmiegung an die gegebene ebene oder gekrümmte Wandstruktur eignet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Merkmale der Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen dieses Gegenstands an. Aufgrund der guten Reproduzierbarkeit der mit dieser Lösung erzielbaren Rahmen- flächen-Krümmung sind keinerlei Probleme beim Verglasen oder Bebiechen eines solchen gekrümmten Rahmens zu erwarten. Insbesondere können vorgefertigte Fensterpakete (z. B. Doppelverglasungen) unmittelbar in den Rahmen eingeklebt werden, wie es an sich Stand der Technik ist. Durch Vorgabe der Rahmenprofil- Tiefen bzw. des Abstands der rahmenseitigen Auflageflächen für die Verglasung von der Außenhautebene wird auch sichergestellt, daß die Außenfläche der Verglasung - bzw. einer Beblechung für eine Klappe- exakt flächenbündig in der angrenzenden Außenhautumgebung der Karosserie liegt. Man braucht daher trotz Anwendung der Differentialbauweise keine Nachstelleinrichtungen vorzusehen. Wird der Rahmen für eine Klappe (z. B. Wartungsklappe für Aggregate im Dachbereich) verwendet, so sind entsprechende Scharniere und Verschlüsse an den vorgegebenen Stellen der Einzelteile anzubringen.

Die Einzelteile des Rahmens werden mit Kaltfügeverbindungen (Stanznieten, Druckfügen) verzugsfrei miteinander verbunden und bevorzugt aus metallischen Rohr- und/oder Abkantprofilen gefertigt. Man kann auch eine werkstoffhybride Bauweise anwenden, indem solche Rahmenteile, die nicht kaltverformt werden müssen, aus glas- oder kohlefaserverstärkten Kunststoffprofilen (z. B. Pultrusionsmaterial) hergestellt werden, und damit eine merkliche Gewichtsreduzierung gegenüber metallischen Profilteilen erzielen. Die Präzision und Paßgenauigkeit der Einzelteile wird vorzugsweise durch Laserschneiden sichergestellt. Rahmenseitige Befestigungsmittel für Klappenscharniere und Verschlüsse (Löcher, Aussparungen), ggf. auch für Klappfenster-Mechanismen, können dann schon bei der mechanisierten Fertigung der Rahmenteile eingebracht werden. Der Rahmen wird auch mit Anlageflächen zur Karosseriestruktur hin ausgeführt, damit man ihn daran wiederum mit Kaltfügeverbindungen verzugsfrei befestigen kann. Diese Anlageflächen werden vorzugsweise mit Positionierhilfen korrespondieren, die strukturseitig in der Umgebung der Aussparungen vorzusehen sind.

Man wird einen solchen Rahmen stets zwischen zwei Säulen einer Wandstruktur anordnen, und seine -in einer Wandstruktur aufrechtstehenden- Querholme unmittelbar an diesen befestigen. Seine Längsholme, die sich in Längsrichtung der Wandstruktur erstrecken, können ggf. an längs verlaufenden Streben (Beulsteifen, Pfetten) befestigt werden oder sich in deren Längsverlauf einpassen. Bei Bedarf werden die Rahmenteile auch Auflageflächen zum Befestigen einer Außenhaut umfassen. Ein solcher Rahmen braucht auch keine Stege zu haben, die die Verglasung oder Klappe seitlich einfassen. Weil er ohnehin zwischen zwei Säulen eingesetzt wird und seine Auflagefiäche eingesenkt ist, bilden die Säulen und ggf. obere und untere Längspro- file der Wandstruktur unmittelbar diese seitlichen Stege, zwischen die das Flächenelement einzupassen ist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Gegenstands der Erfindung gehen aus der Zeichnung eines Ausführungsbeispiels und deren sich im folgenden anschließender eingehender Beschreibung hervor. Es zeigen in vereinfachter Darstellung

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer modularen Karosserie- und

Wandstruktur mit dazu passenden Fensterrahmen,

Fig. 2 eine Ansicht eines Rahmens,

Fig. 3 eine perspektivische Detail-Ansicht einer Rahmenecke, Fig. 4 eine Seitenansicht der Rahmenecke gemäß Fig. 3.

Nach Fig. 1 ist eine Wandstruktur 1 -hier ein Seitenwandabschnitt eines doppel- stöckigen Eisenbahn-Reisezugwagens- modular aus Modulelementen 2 mit längsorientierten Trennfugen aufgebaut. Ihre Form und Kontur wird wesentlich von Säulen oder Spanten 3 bestimmt. Deren Enden sind durch längs der Trennfugen aneinander gelegte Randprofile 4 miteinander verbunden. Nicht näher dargestellte Verbindungselemente legen die Module an den Enden von aneinanderstoßenden Spantabschnitten aneinander fest. So werden umlaufende Säulen aus aufeinanderfolgenden Spantabschnitten gebildet. Die Spanten 3, die Randprofile 4 und längsorientierte Pfetten 5 bilden Auflageflächen für eine hier nicht dargestellte Außenhaut-Beblechung. Im Oberstockbereich hat die Wandstruktur 1 eine an das Lichtraumprofil angepaßte, gekrümmte Kontur. Die formgebende Krümmung im Längsverlauf der betreffenden Spantabschnitte wird vollmechanisiert durch CNC-gesteuertes Rollbiegen erzeugt.

Zwischen bestimmten Spant-Paaren 3 sind Fensterausschnitte 6 zum Einbau von Fenstern (oder auch Klappen) vorgesehen, die im Oberstockbereich innerhalb der gekrümmten Fläche liegen. In diese werden Rahmen 7 einzusetzen sein, um Auflageflächen für eine Verglasung oder die erwähnten Klappen zu bilden. Der Abstand der Spanten 3 voneinander bestimmt direkt die maximale Fenster- oder Klappenbreite.

Die erwähnte hochflexible Fertigungsweise der Spanten soll auch bei den Rahmen 7 angewendet werden. Diese bestehen, wie aus Fig. 2 besser ersichtlich ist, im Ausführungsbeispiel aus je zwei parallelen Längsholmen 8 und Querholmen 9, die in den Eckbereichen des Rahmens 7 an Querschnittsüberlappungen miteinander kaltgefügt sind, wie noch näher zu beschreiben sein wird. Als Verbindungsmittel werden bevorzugt Blindnieten verwendet, die in vorgebohrte Löcher einsetzbar und dann fest- spannbar sind.

Die im Einbauzustand parallel zu den Spanten 3 verlaufenden, hochstehenden Querholme 9 der Rahmen bestehen aus geschlossenem Hohlprofil- oder Rohrmaterial ohne seitlich auskragende Stege. Dieses erlaubt eine von unerwünschten Querschnittänderungen weitestgehend freie Kaltverformung des Längsverlaufs, insbesondere durch Rollbiegen. Der Querschnitt der Querholme ist etwas flacher als der Spantquerschnitt, weil durch die Dickendifferenz die Einsenkung der Auflagefläche für die Verglasung gegenüber der Außenhaut direkt vorgegeben wird. Wenn die Fensterpakete verklebt werden sollen, so muß die Querschnittsbreite hierfür hinreichend breit sein.

Eine denkbare Befestigungsalternative -unter anderen- ist, die Fensterpakete von einer Seite auf den Rahmen 7 aufzulegen und von dessen anderer Seite her mit

Schrauben oder dgl. lösbar zu befestigen. Auch dann bildet der Rahmen die Auflagefläche, seine Holme können jedoch evtl. weniger breit sein als bei der Verklebungs- lösung.

Ebenso wie die Spanten werden die Querholme maßgenau -vorzugsweise durch Laserschneiden- aus dem Rohmaterial abgelängt und dann nach Bedarf in die gewünschte Krümmung gebogen. Danach können zur Gewichtsminderung noch Ausnehmungen in die in die nicht als Aufiagefläche der Verglasung dienenden Wandteile der Querholme eingebracht werden, vorzugsweise wieder durch Laserschneiden. Im gleichen Arbeitsgang werden schon die Löcher zum Durchstecken der Blindnieten hergestellt. Die Längsholme 8 des Rahmens 7 haben demgegenüber im wesentlichen einen durch Abkanten aus Blech erzeugten U-Querschnitt. Jeweils einer der beiden parallelen Schenkel ist ein Teil der Auflageflache des Rahmens 7 Dieser Schenkel ist wiederum hinreichend breit zum sicheren Aufkleben der Verglasung zu dimemsionieren. Beide Enden der Längsholme 8 sind einstuckig mit Anschlußflachen oder -elementen 1 0 versehen. Diese sind ersichtlich hoher als die Schenkel des restlichen U-Quer- schnitts. Im Ubergangsbereich sieht man deshalb zum Vermeiden von Kerbwirkungen und zum Erhohen der Schubsteifigkeit des Rahmens 7 Rundungsflachen 1 1 vor, die an den Ecken in den rechteckigen freien Rahmenquerschnitt hineinragen können Die Längsholme 8 können aus Blechplatinen (mit Laser) ausgeschnitten werden, wobei in einem Arbeitsgang die besagten Anschluß- und Rundungsflachen und ggf Locher zum Durchstecken von Verbindungselementen wie Schrauben, Nieten oder Schließringbolzen erzeugt werden. Anschließend werden sie durch Abkanten in ihre Endform gebracht In einer anderen, hier nicht gezeigten Ausfuhrungsform können die Längsholme aber auch, wie schon eingangs erwähnt, als Formteile mit allen notwendigen Durch- bruchen und Bohrungen aus faserverstärktem Kunststoff hergestellt werden, so daß daraus ein werkstoffhybrider Rahmen 7 entsteht.

Fig. 3 und 4 verdeutlichen eine mögliche Ausfuhrung der Eckverbindungen zwischen den Längs- und Querholmen eines Rahmens und die Lagebeziehung des eingebauten Rahmens 7 zu den Spanten 3. Man erkennt, daß die lichte Weite des U-Querschnitts des Längsholms 8 etwa der Hohe oder Dicke des Rohrquerschnitts des Querholms 9 entspricht. Zum Auflegen und Verkleben einer Verglasung muß jedoch die von den Vorderseiten der Längs- und Querholme gebildete umlaufende Auflageflache F möglichst glatt (je nach Bedarf eben oder gekrümmt) sein.

Auf der Vorderseite des Rahmens 7 sollte es deshalb in den Eckbereichen keine Mateπaluberlappung geben. Statt dessen sieht man, wie hier dargestellt, eine Aussparung in der Vorderseite des Querholms 9 vor, welche von dem in gleicher Ebene egenden U-Schenkelende des Längsholms 8 abgedeckt wird. Diese Losung hat den Vorteil, daß die Schenkel-Endflache sich noch auf den verbleibenden Stirnflachen des Rohrprofil-Querschnitts abstutzen und im Bedarfsfall mit diesen -vorzugsweise per Laser- verschweißt werden kann.

Man konnte aber auch das Ende des vorderen U-Schenkels wegschneiden und den entsprechenden Abschnitt des Rohrprofils belassen. Auf der Ruckseite wird dagegen die Innenseite des rückwärtigen U-Schenkels des Längsholms 8 an die Ruckseite des Querholms 9 angelegt. An dieser Querschnitts- Überlappung werden die Einzelteile des Rahmens 7, wie schon erwähnt, miteinander durch Nieten oder dgl. verbunden, wie hier durch strichpunktierte Linien angedeutet ist.

Die seitliche Positionierung des Rahmens 7 an der Wandstruktur ist, wie schon er- wähnt, durch die Spanten 3 bzw. deren Abstand voneinander vorgegeben. Zur Höhenpositionierung des Rahmens 7 an der Wandstruktur sind im Ausführungsbeispiel Winkelschienen 1 2 vorgesehen, die sich entlang den Längsholmen 8 des Rahmens 7 erstrecken. Sie können über einen vom Rahmen abragenden Schenkel 1 3 vor dessen Montage an der Außenhaut und/oder an den Säulen 3 befestigt werden. Gegen ihren anderen Schenkel 14 wird der jeweilige U-Steg des Längsholms 8 angelegt und wiederum mit Nieten oder dgl. fest angebunden.

An die Stelle der hier gezeigten Winkelschienen können aber ggf. auch sonstige längslaufende Profile treten, die ohnehin in der Gerippestruktur vorzusehen sind. Diese können dann auch andere Querschnittsformen haben, z. B. als Rohrprofile ausgeführt sein.

Das Maß D in Fig. 3 bezeichnet also die Dicke der auf den Rahmen 7 einzusetzenden Verglasung oder Klappe inclusive einer Klebschicht- oder Dichtungsdicke und der Dicke der hier angedeuteten Außenhaut 1 5. Dasselbe Maß D bezeichnet auch annähernd die Differenz zwischen der Dicke der Querholme 9 des Rahmens 7 und der Spanten 3, deren jeweilige Rückseiten mittels der Anschlußflächen 10 flächenbündig ausgerichtet sind. Man kann also die Einsenkung der Auflagefläche F gegenüber der Außenhautfläche sehr einfach durch eine entsprechende Wahl der Abmessungen der Spanten und Querholme definieren. Ein Toleranzausgleich ist an dieser Stelle grundsätzlich nicht mehr notwendig. Bedarfsweise können geringfügige Maßabweichungen durch Vorgabe einer Klebschichtdicke ausgeglichen werden.

Die zum Rahmen 7 hin gerichteten Seitenflächen der Spanten 3 bilden in der gesamten Einbauanordnung die seitlichen Begrenzungs- bzw. Anlageflächen für die Verglasung, die nach dem Befestigen des Rahmens 7 an der Wandstruktur 1 anzubringen ist. Entsprechend bilden die -etwa waagerechten- Schenkel 14 der Winkelprofile 1 2 die oberen bzw. unteren Anlageflächen. Auf Materialdoppelungen in Gestalt von zusätzlichen Stegen an den Rahmenbauteilen kann verzichtet werden. Die notwendige Positionsgenauigkeit und Reproduzierbarkeit wird mit der erwähnten modularen Bauweise und der hochpräzisen Einzelteilfertigung der Wandstruktur 1 sichergestellt. Es ist ohne großen Aufwand möglich, in die Spanten 3 beidseits der Fensterausschnitte 6 schon bei deren Herstellung Positionsmarken für das Anlegen und Befestigen der Winkelprofile 1 2 einzubringen, so daß auch die Höhenlage der Fensterausschnitte rationell und eindeutig vorgegeben ist.

Es versteht sich, daß man beim Einsetzen einer Verglasung in einen fertig mit Rahmen 7 ausgestatteten Fensterausschnitt 6 der Wandstruktur durch Montagehilfen -z. B. Distanzstücke- ein schnelles Ausrichten unterstützen wird. Das Vergla- sungspaket wird allseits einen geringen Spalt zu den erwähnten Anlageflächen an Spanten und Winkelprofilen einhalten, der nach dem Abbinden der Verklebung mit dem Rahmen 7 durch eine dauerelastische Dichtmasse ausgefüllt wird.

Claims

Patentansprüche

1 Rahmen (7) zum Befestigen eines Flächenelementes an einer Wandstruktur (1 ) bestehend aus Profilteilen (8,9) und zu deren gegenseitiger Verbindung kaltfugbaren Verbmdungsmitteln, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilteile (8,9) mittels an sie angeformter Anschlußelemente (10) von einer Seite der mit einer gegebenen Dicke ausgeführten Wandstruktur (1 ) her an diese anlegbar sind, wobei sich aus einer Dickendifferenz des Rahmens (7) zur Wandstruktur (1 ) eine eindeutig vorgegebene Einsenkung (D) einer Anlageflache (F) für das Flachenelement relativ zur gegenüberliegenden Seite der Wandstruktur ergibt

2 Rahmen nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Profilteile (8,9) eine Auflageflache (F) zum Auflegen des Flächenelements ohne seitliche Stege bilden, wobei seitliche Anlage- oder Begrenzungsflächen zum Positionieren des Flächenelements unmittelbar durch angrenzende Bauteile (3,12,14) der Wandstruktur (1 ) gebildet sind.

3 Rahmen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an eine Wandstruktur (1 ) mit gekrümmter Kontur anzupassende Profilteile (8) aus einem kalt, ohne Querschnittsänderung in eine vorgegebene Krümmungsform verformbaren geschlossenen Hohlprofil, bestehen.

4 Rahmen nach einem der vorstehenden Ansprüche, bestehend aus Längs- und Querholmen (8,9), die durch Kaltfügeverbindungen an Querschnittsüberlappungen zusammengefügt sind.

5 Rahmen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht einer Kaltverformung zu unterwerfenden Profilteile aus faserverstärktem Kunststoff bestehen Rahmen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsholme (8) mit U- Querschnitt mit an den Enden vorgesehenen Anschlußelementen (10) ausgeführt sind.