Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kraftschlüssigen Verbindung sowie eine kraftschlüssige Verbindung von zwei Bauteilen, insbesondere Verbindung von zwei Bauteilen unterschiedlichen Werkstoffs
Die betriebssichere Herstellung einer kraftschlüssigen Verbindung zwischen zwei Bauteilen bei betriebsbedingt auftretenden dynamischen Kräften stellt ein Problem dar, insbesondere, wenn zwei Bauteile aus unterschiedlichen Werkstoffen, z. B. ein Gelenk oder Kupplungsbock aus Stahlguss an ein Strangpressprofil aus einer Aluminiumlegierung, verbunden werden müssen, was im Schienenfahrzeugbau oft verwirklicht werden muss.
Die Verbindung muss bei Fahrzeugen, insbesondere bei hochbelasteten Schienenfahrzeugen den betriebsbedingten, dynamischen Kräften, z. B. beim Bremsen ebenso wie den erheblich höheren Kräften eines Auflaufstoßes und Anfahren an einer sicherheitsrelevanten Stelle im Zugverband genügen.
Es ist bekannt, eine Verbindung mit geeigneten Schrauben derart vorzuspannen, dass deren Vorspannung über die gesamte Lebensdauer weitgehend aufrechterhalten wird. Als geeignete Schrauben sind z. B. Dehnschrauben aus der DIN 267 bekannt. Bei Werkstoffen geringerer Festigkeit als Stahl, z. B. bei Aluminiumlegierungen ist es aber oft schwierig, die notwendigen Kräfte auf den Bauteilen abzusetzen und abzutragen.
Schrauben langer Klemmlänge reduzieren die unvermeidlichen Setzungsverluste und damit den Verlust der Vorspannkraft. Derartige Schrauben, auch als Dehnschrauben sind z. B. aus der DE 39 18 300 A1 bekannt. Hier wird eine Radsatzführung für Drehgestelle für Schienenfahrzeuge gezeigt. Mittels einer Dehnschraube sind die beiden Federblattlenker am Achslagergehäuse befestigt und die Gummizwischenlagen exakt vorspannbar. Durch entsprechend gewählte Vorspannung der Dehnschraube ist die horizontale Längssteifigkeit der Gummizwischenlagen genau einstellbar. Auch wird eine Druckplatte (Zahnplatte) gezeigt, die zwischen dem Kopf der Mutter und einem Federblattlenker angeordnet ist. Nach dem Lösen der Schraubverbindung ist die aufgebrachte Vorspannung auch zwischen Druckplatte und Federblattlenker weggenommen. Trotz Zahnplatte und insbesondere bei glatten Druckplatten, wie z. B. beim Anschluss des Kupplungsbocks beim ICE und ICE 2 an ein Aluminiumstrangpressprofil verwendet, mindern auch kleine Querverschiebungen zwischen Druckplatte und Trägerteil die Qualität der Verbindung hinsichtlich einer möglichst über die gesamte Betriebsdauer aufrechtzuhaltenden Vorspannkraft, insbesondere auch bei Wechselbeanspruchungen in allen 3 Achsen
Aus der US-A-5,410,847 ist es bekannt, ein Trägerteil an einem stahlummantelten Betonträger über Schraubverbindungen zu befestigen, wobei zwischen Mutterauflage und Mantelfläche des Trägerteils jeweils ein Druckverteilstück angeordnet ist. Die Druckverteilstücke sind als Gegenlager am Trägerteil durch Schweißnähte vor Herstellung der Schraubverbindung fixiert. Da es sich um massive Stahlträger bzw. Stahlwerkstoffe handelt, sind besondere Probleme hinsichtlich der Krafteinleitung und Kraftabsetzung und größere Setzungsverluste bei der Schraubenverbindung bei diesen Verbindungspartnern und einer vorwiegend statischen Beanspruchung nicht zu erwarten. Hinweise zu problematischen Schraubverbindungen zwischen zwei unterschiedlich festen Werkstoffen, z.B. zwischen Stahlwerkstoffen und Aluminiumwerkstoffen, gibt dieses Dokument nicht.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur kraftschlüssigen Verbindung von zwei Bauteilen aufzuzeigen sowie eine derart hergestellte Verbindung so zu verbessern, dass diese Verbindung möglichst über die gesamte Lebensdauer der Anbauteile die aufgeprägte Vorspannung bei minimalen Setzungsverlusten beibehält und eine selbsttätige, ungewollte Lockerung eines mit der Verbindung befestigten Anbauteiles im normalen Betrieb mit hoher Sicherheit verhindert wird.
Diese Aufgabe wird für das Verfahren durch die im Anspruch 1 und für die Verbindung durch die im Anspruch 2 angegebenen Merkmale gelöst.
Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt:
Die erfindungsgemäße kraftschlüssige Verbindung zwischen zwei Bauteilen besteht aus einem Trägerteil 1, einem Anbauteil 2, lösbaren Befestigungsmitteln 3 sowie mindestens einem Druckverteilstück 4. Im folgenden wird das Druckverteilstück 4 in der Einzahl verwendet, obwohl es auch mehrere sein können. Das Anbauteil 2 ist am Trägerteil 1 mittels der das Trägerteil 1 und das hinter ihm angeordnete Druckverteilstück 4 durchdringen Teils der Befestigungsmittel 3, insbesondere Schraube 3a, sowie des zugeordneten, haltenden Teils der Befestigungsmittels, insbesondere Mutter 3b, befestigt. Das Druckverteilstück 4 ist mit dem Trägerteil 1 verschweißt. Dabei ist es für die Spannungseinbringung und Haltbarkeit der Schraubverbindung besonders vorteilhaft, wenn das Druckverteilstück 4 erst nach Aufbringen einer vorgesehenen Vorspannkraft mit Hilfe der lösbaren Befestigungsmittel 3 mit dem Trägerteil 1 unter Spannung verschweißt wird. Das Druckverteilstück 4 verteilt die Kräfte aus der Vorspannung der Befestigungsmittel 3 und aus der betrieblichen Beanspruchung auf benachbarte Bauteile. Nach der Herstellung der Schweißnähte können die lösbaren Befestigungsmittel 3 gelöst und demontiert werden, wobei für diesen Zustand die Schweißnähte 8 am Druckverteilstück 4 anteilige Spannungen - aus der Rücknahme der Vorspannkräfte - erhalten.
Bei der Montage der vorgesehenen Bauteile, z. B. Gelenk, Kupplung etc. durch die lösbaren Befestigungsmittel 3 mit der planmäßig aufzubringenden Vorspannkraft werden die Spannungen in den Schweißnähten 8 wieder entsprechend vermindert. Dadurch erreichen die Schweißnähte 8 am Druckstück 4 ein hohes Potential an ertragbaren Spannungen aus betrieblichen Beanspruchungen.
Das Trägerteil 1 ist als Hohl- bzw. Hohlkammerprofil ausgebildet, das Stege 5 aufweist, die in unmittelbarer Nähe der lösbaren Befestigungsmittel 3 und parallel zum Schaft des durchdringenden Befestigungsmittels (Schraube 3a) angeordnet sind. Die Anordnung der Stege 5 in der unmittelbaren Nähe des lösbaren Befestigungsmittels 3 bewirken eine erhöhte Steifigkeit der Profile in diesem Bereich und ermöglichen das Aufbringen von höheren Vorspannkräften.
Durch diese Bauweise in Verbindung mit Schrauben großer Klemmlänge, insbesondere mit Dehnelementen (Dehnschrauben) werden im Betriebsfall die Setzungsempfindlichkeit und damit die Vorspannkraftverluste reduziert. Die Verbindung ist haltbarer, insbesondere bei hohen betrieblichen Beanspruchungen.
Das Druckverteilstück 4 besteht mindestens in der Schweißzone aus einem Werkstoff, der mit dem Trägerteil 1 verschweißbar ist. Vorzugsweise wird ein artgleicher Werkstoff verwendet.
Das Druckverteilstück 4 kann weitere Versteifungsstege 6 zur Erhöhung der Steifigkeit aufweisen.
Das Druckverteilstück 4 ist in einer bevorzugten Ausführungsform topfartig ausgebildet. Es weist dabei umlaufende Versteifungsstege 6 im Randbereich auf.
Zwischen dem Druckverteilstück 4 und dem zugeordneten, krafteinleitenden Ende des lösbaren Befestigungsmittels 3 ist ein Druckstück 7, insbesondere aus dem Werkstoff Stahl, angeordnet.
Besonders vorteilhaft ist der Gegenstand der Erfindung anzuwenden, wenn das Anbauteil 2 aus höherfestem Werkstoff als das Trägerteil 1 besteht. Dies ist der Fall, wenn Stahlteile z. B. Gelenke und/oder Kupplungsböcke an Aluminiumkonstruktionen belastbar und betriebssicher befestigt werden müssen.