WO2018059981A1 - Bolzengeschweisste erdungslasche - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen bolzenförmigen Leiter (3) für eine Erdungslasche (1) und eine Erdungslasche (1) für ein Schienenfahrzeug, sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Erdungslasche (1), wobei der bolzenförmige Leiter (3) eine Zündspitze (7) aufweist und geeignet ausgebildet ist zum Verschweißen mit einem Rohbau eines Schienenfahrzeugs mittels eines Bolzenschweißverfahrens mit Spitzenzündung, wobei der bolzenförmige Leiter (3) geeignet ausgebildet ist zum Anschweißen eines Kabelschuhs (2) mittels elektromagnetischer Pulsumformtechnologie.

Description

Beschreibung
Bolzengeschweißte Erdungslasche Die Erfindung betrifft einen bolzenförmigen Leiter für eine Erdungslasche, der eine Zündspitze aufweist und geeignet ausgebildet ist zum Verschweißen mit einem Objekt.
Bolzenschweißverfahren mit Spitzenzündung sind bereits be- kannt geworden. Bei diesem Schweißverfahren wird eine
Schweißenergie in sehr kurzer Zeit über eine Zündspitze - auch Bolzenspitze genannt - entladen, welche an einem
Schweißelement angeformt ist und das weitere Schweißelement berührt. Die Schweißbolzen mit Zündspitzen weisen meist einen Gewindeschaft auf. Dabei scheinen die Gewindegrößen begrenzt.
Darüber hinaus sind Erdungslaschen für Schienenfahrzeuge beispielsweise aus der Druckschrift DE 10 2012 215 720 AI bekannt. Diese umfassen jeweils einen Kabelschuh und einen Lei- ter, die mittels EMPT miteinander verschweißt sind. Der Leiter, insbesondere ein Bolzen aus Aluminium, ist seinerseits mit einem Wagenkastenrohbau eines Schienenfahrzeugs, beispielsweise ebenfalls aus Aluminium, verschweißt. Diese werden üblicherweise einzeln mittels eines Schmelzschweißverfah- rens manuell angeschweißt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige Möglichkeit zur galvanischen Verbindung von Komponenten eines Schienenfahrzeugs mit einem Rohbau des Schienenfahrzeugs vor- zuschlagen.
Gelöst wird die Aufgabe durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Merkmalen der abhängigen Patent- ansprüche wieder.
Ein erfindungsgemäßer bolzenförmiger Leiter für eine Erdungslasche umfasst eine, insbesondere an einer stirnseitigen Kon- taktfläche angeordnete, Zündspitze, wobei der bolzenförmige Leiter geeignet ausgebildet ist zum Verschweißen, insbesondere der Kontaktflache , mit einem Objekt mittels eines
Bolzenschweißverfahrens mit Spitzenzündung. Fürderhin ist der bolzenförmige Leiter geeignet ausgebildet zum Anschweißen eines Kabelschuhs mittels elektromagnetischer Pulsumformtechnologie. Dazu kann er weitergebildet einen Schaft aufweisen, welcher ausgebildet ist, in eine hülsenförmige Leiteraufnahme eines Kabelschuhs eingeführt und mit dieser mittels elektro- magnetischer Pulsumformtechnologie verschweißt zu werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist die Kontaktfläche einen größeren Flächeninhalt auf als ein Querschnitt durch den Schaft, wobei ein Kragen zur Vergrößerung der Kon- taktfläche, insbesondere im Bereich der Kontaktfläche , ausgeformt ist. Der an der Stirnseite des bolzenförmigen Leiters angeformte Kragen kann überdies zum Anliegen des Kabelschuhs dienen. Insbesondere das Ende der hülsenförmige Leiteraufnahme, in welches der bolzenförmige Leiter eingeführt wird bzw. ist, kann an der von der Kontaktfläche abgewandten, insbesondere rückwärtigen, Fläche des Kragens anliegen. Eine Vergrößerung der Kontaktfläche bedeutet gleichzeitig eine Vergrößerung der Grund- oder Stirnfläche des bolzenförmigen Leiters und damit der Schweißfläche.
Weitergebildet umfasst der bolzenförmige Leiter Aluminium, insbesondere ist der bolzenförmige Leiter aus Aluminium oder aus einer Aluminium-Legierung hergestellt. Eine erfindungsgemäße Erdungslasche umfasst nun einen Kabelschuh und einen mit dem Kabelschuh mittels elektromagnetischer Pulsumformtechnologie verschweißten, erfindungsgemäßen bolzenförmigen Leiter. Kabelschuh und bolzenförmige Leiter sind dabei so gefügt, dass die Zündspitze an einem freien En- de der Erdungslasche angeordnet ist. Insbesondere bildet somit die Kontaktfläche des bolzenförmigen Leiters ein freies Ende des Kabelschuhs. Der Kabelschuh weist weitergebildet eine, insbesondere einseitig geschlossene, hülsenförmige Lei- teraufnähme auf, in deren offenes Ende der bolzenförmige Leiter eingeführt ist.
Gemäß einer Weiterbildung ist der bolzenförmige Leiter an ei- nem in die Leiteraufnahme des Kabelschuhs eingeführten Ende, insbesondere durch mechanische Umformung, an die Innenkontur der Leiteraufnahme angepasst, insbesondere um zu dieser komplementär ausgebildet zu sein, insbesondere so, dass der Innenquerschnitt der Leiteraufnahme und der Außenquerschnitt des Schafts des bolzenförmigen Leiters eine Übergangspassung eingehen, um den bolzenförmigen Leiter in eine hülsenförmige Leiteraufnahme des Kabelschuhs einzupassen.
Eine weitere Weiterbildung sieht vor, dass der Kabelschuh Kupfer umfasst. Beispielsweise ist der Kabelschuh aus Kupfer oder aus einer Kupfer-Legierung hergestellt.
Eine weitere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Erdungslasche eine Öse oder eine Gabel zur Befestigung der Erdungslasche, beispielsweise mit weiteren Kabelschuhen aufweist .
In einer weiteren Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung umfasst ein Erdungsanschluss eine erfindungsgemäße Erdungsla- sehe und einen mit der Erdungslasche, insbesondere galvanisch verbundenen, weiteren Kabelschuh welcher beispielsweise baugleich mit dem Kabelschuh der Erdungslasche ist. Zwei ähnlich oder gar gleich ausgestaltete Kabelschuhe lassen sich somit um die gemeinsame Achse ihrer Ösen, durch welche sie mitei- nander in Verbindung stehen, in einem weiten Winkelbereich proportional zum angegebenen Winkelbereich gegeneinander verdrehen .
Herstellgestellt wird eine erfindungsgemäße Erdungslasche insbesondere durch:
- Einführen des bolzenförmigen Leiters, insbesondere des Schafts des bolzenförmigen Leiters, in die hül- senförmige Leiteraufnahme des Kabelschuhs; und anschließend
- Verschweißen des bolzenförmigen Leiters, insbesondere des Schafts des bolzenförmigen Leiters, mit der hülsenförmigen Leiteraufnahme des Kabelschuhs mittels elektromagnetischer Pulsumformtechnologie. Dem kann wiederum eine, insbesondere mechanische, Umformung des bolzenförmigen Leiters, insbesondere des Schafts des bolzenförmigen Leiters, und/oder der hülsenförmigen Leiter- aufnähme, vorausgehen, um den bolzenförmigen Leiter und die hülsenförmige Leiteraufnahme des Kabelschuhs aufeinander anzupassen .
Ferner umfasst ein Verfahren zum Herstellen einer Erdungsver- bindung mit wenigstens einer erfindungsgemäßen Erdungslasche folgende Verfahrensschritte:
- Einführen des bolzenförmigen Leiters, insbesondere des Schafts des bolzenförmigen Leiters, in die hül- senförmige Leiteraufnahme des Kabelschuhs und Ver- schweißen des bolzenförmigen Leiters, insbesondere des Schafts des bolzenförmigen Leiters, mit der hülsenförmigen Leiteraufnahme des Kabelschuhs mittels elektromagnetischer Pulsumformtechnologie;
- Aufsetzen der Zündspitze am freien Ende des bolzenförmigen Leiters auf einem Objekt und Verschweißen des bolzenförmigen Leiters, insbesondere dessen Kontaktfläche, mit dem Objekt mittels eines Bolzenschweißverfahrens mit Spitzenzündung.
Die Reihenfolge der Verfahrensschritte kann sich dabei fol- gendermaßen ergeben: zunächst wird der bolzenförmige Leiter, insbesondere der Schaft des bolzenförmigen Leiters, in die hülsenförmige Leiteraufnahme eingeführt und der bolzenförmige Leiter, insbesondere der Schafts des bolzenförmigen Leiters, mit der hülsenförmigen Leiteraufnahme des Kabelschuhs mittels elektromagnetischer Pulsumformtechnologie verschweißt, wobei anschließend wird die Zündspitze am freien Ende der Erdungslasche, insbesondere an der stirnseitigen Kontaktfläche des bolzenförmigen Leiters auf einem Objekt aufgesetzt und die Erdungslasche, insbesondere die Kontaktfläche des bolzenförmigen Leiters, mit dem Objekt mittels eines
Bolzenschweißverfahrens mit Spitzenzündung verschweißt. Alternativ ist die Reihenfolge der Verfahrensschritte umge- kehrt. Dann wird zunächst die Zündspitze am freien Ende des bolzenförmigen Leiters auf dem Objekt aufgesetzt und der bolzenförmige Leiters mit dem Objekt mittels eines
Bolzenschweißverfahrens mit Spitzenzündung verschweißt und anschließend erst der bolzenförmige Leiter in die hülsenför- mige Leiteraufnahme eingeführt und der bolzenförmige Leiter mit der hülsenförmigen Leiteraufnahme des Kabelschuhs mittels elektromagnetischer Pulsumformtechnologie verschweißt. Jeweils vorgelagert kann eine, insbesondere mechanische, Anpassung der Kontur des bolzenförmigen Leiters an die hülsenför- mige Leiteraufnahme des Kabelschuhs oder umgekehrt sein.
Ein erfindungsgemäßes Schienenfahrzeug, insbesondere ein Schienenfahrzeug des Personenverkehrs, umfasst einen Rohbau, insbesondere Aluminium umfassend oder aus Aluminium oder ei- ner Aluminiumlegierung hergestellt, und an dem Rohbau erfindungsgemäß angefügte Erdungslaschen. Die wenigstens eine Erdungslasche ist an dem Rohbau des Schienenfahrzeugs stoffschlüssig mittels Bolzenschweißens mit Spitzenzündung befestigt. Weitergebildet ist die Erdungslasche über die gesamte Kontaktfläche mit dem Rohbau elektrisch leitend verschweißt.
Hergestellt wird so ein Schienenfahrzeug durch:
- Einführen eines bolzenförmigen Leiters, insbesondere dessen Schafts, in eine hülsenförmige Leiterauf- nähme und Verschweißen des bolzenförmigen Leiters, insbesondere dessen Schafts, mit der hülsenförmige Leiteraufnahme mittels elektromagnetischer Pulsumformtechnologie ;
- Aufsetzen einer Zündspitze an einem freien Ende des bolzenförmigen Leiters auf einem Rohbau des Schienenfahrzeugs und Verschweißen des bolzenförmigen Leiters mit dem Rohbau des Schienenfahrzeugs mit- tels eines Bolzenschweißverfahrens mit Spitzenzündung .
Auch hier kann die Reihenfolge der Verfahrensschritte wie aufgeführt lauten. Alternativ kann die Reihenfolge der Ver- fahrensschritte umgekehrt sein.
Vorteile der Erfindung ergeben sich insbesondere durch die Erzielung von Kostenvorteilen. So wird die Fertigungszeit durch das Bolzenschweißen, insbesondere
Lichtbogenbolzenschweißen, auf wenige Sekunden verkürzt. Manuelles Anschweißen von Erdungslaschen mit Schmelzschweißverfahren an Aluminium-Rohbauten benötigt pro Lasche dagegen bis zu ca. 10 Minuten. Die Kontaktflächen zwischen bolzenförmigem Leiter und Rohbau sowie zwischen bolzenförmigem Leiter Kabelschuh und der dadurch begrenzte, übertragbare Strom, sind bei der erfindungsgemäßen Erdungslasche geeignet zum Einsatz im Schienenfahrzeugbau .
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Sie wird anhand der nachfolgenden Figur näher erläutert, in der ein Ausgestaltungsbeispiel dargestellt ist. In der Figur ist eine erfindungsgemäße Erdungslasche 1 schematisch in perspektivischer Explosionsdarstellung gezeigt. Sie umfasst einen Kabelschuh 2 und einen bolzenförmigen Leiter 3, der ausgebildet ist, um mit dem Kabelschuh 2 mittels eines elektromagnetischen Pulsumformverfahrens Stoffschlüssig verbunden zu werden.
Um die fertige Erdungslasche zu bilden, sind Kabelschuh 2 und bolzenförmiger Leiter 3 miteinander verschweißt, wobei die Schweißverbindung mittels elektromagnetischer Pulsumformtechnologie hergestellt ist. Der Kabelschuh 2 weist hierfür eine einseitig geschlossene, hülsenförmige Leiteraufnahme 4 auf, wobei der bolzenförmige Leiter 3 in das offene Ende 5 einführbar ist. Der bolzenförmige Leiter 3 wiederum weist einen Schaft 6 auf, der ausgebildet ist, in die hülsenförmige Leiteraufnahme 4 eingeführt und mit dieser mittels eines elektromagnetischen Pulsumformverfahrens verschweißt zu werden. Dazu ist der Schaft 6 des bolzenförmigen Leiters 3, insbesondere durch me- chanische Umformung, an die Innenkontur der Leiteraufnahme 4 angepasst .
Um die Erdungslasche Ihrerseits an einem Objekt, insbesondere an einem Rohbau eines Schienenfahrzeugs zu befestigen, weist der bolzenförmige Leiter 3 an seinem stirnseitigen, freien
Ende eine Kontaktfläche 8 auf, die mit dem Objekt elektrisch leitend verschweißbar ist. Zusätzlich ist, hier zentral in der Mitte der Kontaktfläche 8, eine Zündspitze 7 vorgesehen, zum Anschweißen des bolzenförmigen Leiters 2 mittels eines Bolzenschweißverfahrens mit Spitzenzündung. Die Zündspitze 7 kann aus dem bolzenförmigen Leiter 3 aus- oder an diesen angeformt sein.
Die Kontaktfläche 8 weist einen größeren Durchmesser auf als der Schaft 6. Dadurch bildet die zur Kontaktfläche rückwärtige Fläche 9 einen Kragen bzw. eine Anschlagfläche für das offene Ende der einseitig geschlossenen, hülsenförmigen Leiteraufnahme 4.

Claims

Bolzenförmiger Leiter (3) für eine Erdungslasche (1), der eine Zündspitze (7) aufweist und geeignet ausgebildet ist zum Aschweißen an einem Objekt mittels eines Bolzenschweißverfahrens mit Spitzenzündung, wobei der bolzenförmige Leiter (3) geeignet ausgebildet ist zum Anschweißen eines Kabelschuhs (2) mittels elektromagnetischer Pulsumformtechnologie.
Bolzenförmiger Leiter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Zündspitze (7) an einer stirnseitig angeordneten Kontaktfläche (8) angeordnet ist.
Bolzenförmiger Leiter nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
er einen Schaft (6) aufweist welcher geeignet ist zum Einführen in eine hülsenförmige Leiteraufnahme (4) des Kabelschuhs (2) und zum Verschweißen mit der hülsenför- migen Leiteraufnahme (4) des Kabelschuhs (2) mittels elektromagnetischer Pulsumformtechnologie .
Bolzenförmiger Leiter nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass
die Kontaktfläche (8) größer ist als ein Querschnitt durch den Schaft (6), wobei ein Kragen zur Vergrößerung der Kontaktfläche (8) ausgeformt ist.
Bolzenförmiger Leiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass
er Aluminium umfasst. Erdungslasche (1) umfassend einen Kabelschuh (2) und einen mit dem Kabelschuh mittels elektromagnetischer Pulsumformtechnologie verschweißten, bolzenförmigen Leiter (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Zündspitze (7) an einem freien Ende des bolzenförmigen Leiters (3) angeordnet ist.
Erdungslasche nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Kabelschuh (2) Kupfer umfasst.
Erdungslasche nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass
die hülsenförmige Leiteraufnahme (4) einseitig geschlossen ist, wobei der bolzenförmige Leiter (3) in das offene Ende (5) eingeführt ist, wobei der
bolzenförmige Leiter (3) an einem in die Leiteraufnahme (4) des Kabelschuhs (2) eingeführten Ende, insbesondere durch mechanische Umformung, an die Innenkontur der Leiteraufnahme (4) angepasst ist.
Verfahren zum Herstellen einer ErdungsVerbindung mit wenigstens einer Erdungslasche (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte :
- Einführen eines bolzenförmigen Leiters (3) in eine hülsenförmige Leiteraufnahme (4) eines Kabelschuhs (2) und Verschweißen des bolzenförmigen Leiters (3) mit der hülsenförmige Leiteraufnahme (4) mittels elektromagnetischer Pulsumformtechnologie ;
- Aufsetzen einer Zündspitze (7) an einem freien Ende des bolzenförmigen Leiters (3) auf einem Objekt und Verschweißen des bolzenförmigen Leiters (3) mit dem Objekt mittels eines Bolzenschweißverfahrens mit Spitzenzündung . Schienenfahrzeug mit wenigstens einer Erdungslasche (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
welche mit einem Rohbau des Schienenfahrzeugs stoffschlüssig verbunden ist.
Schienenfahrzeug nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Erdungslasche (1) mit dem Rohbau des Schienenfahrzeugs mittels eines Bolzenschweißverfahrens mit Spitzenzündung verschweißt ist.
Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass
der Rohbau Aluminium umfasst.
Verfahren zum Herstellen eines Schienenfahrzeugs nach einem der Ansprüche 10 bis 12, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
- Einführen eines bolzenförmigen Leiters (3) in eine hülsenförmige Leiteraufnahme (4) eines Kabelschuhs (2) und Verschweißen des bolzenförmigen Leiters (3) mit der hülsenförmige Leiteraufnahme (4) mittels elektromagnetischer Pulsumformtechnologie ;
- Aufsetzen einer Zündspitze (7) an einem freien Ende des bolzenförmigen Leiters (3) auf einem Rohbau des Schienenfahrzeugs und Verschweißen des
bolzenförmigen Leiters (3) mit dem Rohbau des
Schienenfahrzeugs mittels eines
Bolzenschweißverfahrens mit Spitzenzündung.
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