[0001] Die Erfindung betrifft eine Hüllstruktur für einen Wagenkasten für ein Fahrzeug,
sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Hüllstruktur.
[0002] 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.
[0003] 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.
[0004] 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.
[0005] 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.
[0006] 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.
[0007] 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.
[0008] 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.
[0009] 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.
[0010] Das Hüllprofil kann aus mehreren Strangpressprofilen gebildet sein, die miteinander
verschweißt sind. Der Schweißvorgang findet dabei bevorzugt vor dem Einsetzen des
Versteifungselementes statt.
[0011] 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.
[0012] 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.
[0013] 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.
[0014] Die Hüllstruktur ist bevorzugt von Aluminiumstrangpressprofilen gebildet. Dabei bilden
Hohlräume der Aluminiumstrangpressprofile den Aufnahmeraum.
[0015] 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.
[0016] 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.
[0017] 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.
[0018] 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.
[0019] 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.
[0020] 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.
[0021] 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.
[0022] 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.
[0023] 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.
[0024] 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.
[0025] 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.
[0026] 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.
[0027] 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.
[0028] 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.
[0029] Bei einem Wagenkasten mit einer erfindungsgemäßen Hüllstruktur kann diese eine Seitenwand,
ein Dach und/oder einen Boden des Wagenkastens bilden.
[0030] 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.
[0031] 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.
[0032] 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.
[0033] 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.
[0034] 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.
[0035] 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.
[0036] 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.
[0037] 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.
[0038] 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.
[0039] 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.
[0040] 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.
[0041] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das Verteilsystem einen wenigstens
zwei Verteilkanäle verbindenden Verteilkanal umfassen, um die Verteilung des Füllmaterials
zu verbessern.
[0042] 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.
[0043] 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.
[0044] 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.
[0045] Eine erfindungsgemäße Hüllstruktur für den Wagenkasten eines Schienenfahrzeugs umfasst
einen Aufnahmeraum zur Aufnahme eines Versteifungselementes.
[0046] 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.
[0047] 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.
[0048] 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.
[0049] 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.
[0050] 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
[0051] 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
[0052] Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 4 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Hüllstruktur beschrieben.
[0053] 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.
[0054] 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.
[0055] 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.
[0056] 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.
[0057] 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.
[0058] 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.
[0059] 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.
[0060] 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.
[0061] 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.
[0062] 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.
[0063] 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.
[0064] 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.
[0065] 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.
[0066] 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.
[0067] 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.
[0068] 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.
[0069] 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.
[0070] Die in Fig. 2 bezeichnete Kraftübertragungsfläche 21 ist an ihrem Rand wenigstens
abschnittsweise randseitig mit einer Erhöhung 24 versehen, die in Fig. 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.
[0071] 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.
[0072] 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
[0073]
- 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
1. 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.
2. 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.
3. Hüllstruktur (1) nach einem der obigen Ansprüche, wobei das Versteifungselement (6)
an der Innenwand (3) und/oder der Außenwand (4) anliegt.
4. 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.
5. 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.
6. 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.
7. Hüllstruktur (1) nach einem der obigen Ansprüche, wobei das Versteifungselement (6)
aus einem Verbundwerkstoff (Komposit, Aluminiumschaum...) gebildet ist.
8. 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.
9. Hüllstruktur (1) nach einem der obigen Ansprüche, wobei das Versteifungselement (6)
den Ausschnitt (10, 11, 12, 13) wenigstens abschnittsweise umrandet.
10. 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.
11. Wagenkasten für ein Schienenfahrzeug, gekennzeichnet durch eine Hüllstruktur (1) nach einem der obigen Ansprüche.
12. Wagenkasten nach Anspruch 11, wobei die Hüllstruktur (1) eine Seitenwand, ein Dach
oder einen Boden des Wagenkastens bildet.
13. 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.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungselement in den Hohlraum eingeklebt wird.
15. 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.