Wagenkastenaufbau für Fahrzeuge

Abstract

 Um einen Wagenkastenaufbau (1) für Fahrzeuge mit einer Boden-(5), Seiten- (3) und Dachwandung (4) bildenden Integralröhre (2), die aus Strangpressprofilen besteht, zu schaffen, der leicht und kostengünstig ist, wird vorgeschlagen, dass die Integralröhre (2) auf Grundlage ihrer niedrigsten Belastung dimensioniert und konfiguriert ist, wobei differenzielle Verstärkungen (12) an Stellen vorgesehen sind, an denen während des vorgesehenen Betriebs höhere Belastungen auftreten.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Wagenkastenaufbau für Fahrzeuge mit einer Boden-, Seiten und Dachwandung bildenden Integralröhre, die aus Strangpressprofilen besteht.

[0002] Ein solcher Wagenkastenaufbau ist aus der DE 195 37 770 A1 bereits bekannt. Der dort gezeigte Wagenkastenaufbau weist eine Integralröhre auf, die aus Strangpressprofilen zusammengesetzt ist. Die Integralröhre ist ferner mit eingeformten Versteifungsrippen ausgerüstet, an denen Isolierungen und Innenausstattung befestigbar sind. Dabei weisen die Wandungen der Integralröhre jeweils die minimale Bauteildicke auf. Die minimale Bauteildicke wird jedoch von der Stelle der Integralröhre bestimmt, an der die größte Belastung auftritt.

[0003] Ein Wagenkasten in dieser klassischen Aluminiumintegralbauweise erreicht trotz des geringen spezifischen Gewichts des Aluminiums gegenüber der Stahldifferenzialbauweise, nur einen kleinen Gewichtsvorteil. Dies ist dadurch zu erklären, dass ein in Aluminiumintegralbauweise hergestellter Wagenaufbau nahezu vollständig aus Profilen besteht, welche sich jeweils über große Bereiche und/oder sogar die gesamte Länge, Breite oder Höhe des Wagenkastens erstrecken. Der Querschnitt der Strangpressprofile kann sich herstellungsbedingt nicht ändern und richtet sich bei seiner Dimensionierung stets nach einem sehr kleinen Längenbereich des Profils, der die höchste Beanspruchung zu tragen hat. Damit ist der konstante Querschnitt des Strangpressprofils festgelegt und für den größten Teil der Profillänge zwangsläufig überdimensioniert. Diese Überdimensionierung mit Masseanhäufung an niedrig beanspruchten Stellen leistet also nahezu keinen Beitrag zur Steifigkeit, sondern nur einen großen Beitrag zum Gewicht.

[0004] Als Alternative zur Aluminiumintegralbauweise bietet sich grundsätzlich auch die Differenzialbauweise mit dem Werkstoff Aluminium an. Dem stehen jedoch Nachteile hinsichtlich der Oberflächenqualität, der Schallisolierung, der Druckdichtigkeit, dem Widerstand gegenüber aerodynamischen Lasten und der Anordnung der Schweißnähte in Bereichen niedriger Beanspruchung gegenüber. Schließlich ist die Aluminiumdifferenzialbauweise auch kostenintensiv.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wagenkastenaufbau der eingangs genannten Art bereitzustellen, der leicht und kostengünstig ist.

[0006] Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass die Integralröhre auf Grundlage ihrer niedrigsten Belastung dimensioniert und konfiguriert ist, wobei differenzielle Verstärkungen an Stellen vorgesehen sind, an denen während des vorgesehenen Betriebs höhere Belastungen auftreten.

[0007] Erfindungsgemäß wird die Integralröhre hinsichtlich der Materialdicke ihrer Hohlprofile aber auch gleichzeitig hinsichtlich ihrer geometrischen Ausgestaltung so dimensioniert, dass nur die Stelle mit der geringsten Belastung den Festigkeitsanforderungen gerecht wird. An Stellen mit höheren Belastungen sind erfindungsgemäß differenzielle Verstärkungen an der Integralröhre angeordnet. Gegenüber dem Stand der Technik ist der erfindungsgemäße Wagenkastenaufbau daher wesentlich leichter. Aufgrund der nur stellenweise angebrachten Verstärkung bleiben die damit verbundenen Herstellungskosten gering, so dass erfindungsgemäß sowohl ein leichter als auch vergleichsweise kostengünstiger Wagenkastenaufbau bereitgestellt ist.

[0008] Zweckmäßigerweise ist die Integralröhre aus Hohlprofilen zusammengesetzt, die Öffnungen für Türen und Fenster aufweisen. Bevorzugt sind die Verstärkungen an solchen durchgehenden Öffnungen, und zwar in deren Randbereich, vorgesehen, so dass der notwendige Strukturhalt bereitgestellt ist.

[0009] Die Hohlprofile der Integralröhre sind im Rahmen der Erfindung offene Profile oder mit geschlossene Hohlkammern ausgerüstet. Diese geometrische Ausgestaltung der Hohlprofile beeinflusst selbstverständlich die Festigkeit des Hohlprofils und somit der Integralröhre.

[0010] Zweckmäßigerweise sind die Verstärkungselemente in Inneren der Integralröhre oder außen unterhalb der Bodenwandung angeordnet. Aufgrund der Anordnung im Inneren werden die aerodynamischen Eigenschaften des Wagenkastens, seine Oberflächenqualität, Schallisolierung und seine Druckdichtigkeit nicht beeinflusst.

[0011] Zweckmäßigerweise sind die Verstärkungen mittels stoffschlüssiger Verbindungen an der Integralröhre angebracht. Stoffschlüssige Verbindungen sind beispielsweise Schweißverbindungen, wie FSW-Schweißen (Friction Stir Welding, Rührreibschweißen), Strahlschweißen, Punktschweißen oder dergleichen.

[0012] Abweichend davon werden zum Anbringen der Verstärkungen Kaltfügetechniken, beispielsweise Vernieten, Verschrauben, Clinchen oder Stanzen, eingesetzt.

[0013] Auch ist es möglich, die Verstärkungen mittels zweckmäßigem Kleber mit einer Wandung der Integralröhre zu verkleben.

[0014] Vorteilhafterweise bestehen die Verstärkungen aus Stahl oder einem karbonfaserverstärktem Material. Stahl ist besonders widerstandsfähig und kostengünstig. Karbonfaserverstärkte Materialien weisen den Vorteil auf, dass die neben ihrer hohen Steifigkeit und Festigkeit auch sehr leicht sind.

[0015] Zweckmäßigerweise sind die differenziellen Verstärkungen im Bereich von Türen und Fensterrahmen angeordnet, die in der Integralröhre vorgesehen sind.

[0016] Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleich wirkende Bauteile verweisen und wobei

Figur 1

eine Seitenansicht eines Wagenkastenaufbaus mit einer Integralröhre ohne Verstärkungen,

Figuren 2 - 7

quergeschnittene Ansichten des Wagenkastenaufbaus gemäß Figur 1,

Figuren 8 - 11

weitere Ausführungsbeispiele eines Wagenkastenaufbaus ohne Verstärkungen,

Figuren 12 - 17

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Wagenkastenaufbaus in einer vergrößerten Querschnittsansicht und die

Figuren 18 - 31

weitere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Wagenkastenaufbaus zeigen.

[0017] Figur 1 zeigt einen beispielhaften Wagenkastenaufbau ohne Verstärkungen in einer Seitenansicht, wobei die Figuren 2, 3, 4, 5 und 6 in Figur 1 angedeutete Querschnittsansichten des Wagenkastenaufbaus zeigen. In Zusammenschau der Figuren 1 bis 6 ist erkennbar, dass der Wagenkastenaufbau 1 eine Integralröhre 2 umfasst, die aus zwei Seitenwandungen 3, eine Dachwandung 4, eine Bodenwandung 5 sowie zwei Stirnwandungen 6 und 7 ausbildet. In den Seitenwandungen 3 sind jeweils Fenster 8 und Türen 9 vorgesehen. Auch in der Dachwandung 4 ist eine nach außen führende Durchgangsöffnung 10 erkennbar, die zum Abführen von Zu- und Abluft an die Außenatmosphäre bzw. eine Klimaanlage dient.

[0018] Figur 7 zeigt einen vergrößerten Teilausschnitt der Seitenwandung 3 der Integralröhre 2. Es ist erkennbar, dass die Integralröhre 2 aus Strangpressprofilen zusammengesetzt ist, die dort als Hohlprofile realisiert sind. Das in Figur 7 im Querschnitt gezeigte Hohlprofil begrenzt geschlossene Hohlräume. Die Strangpressprofile des Wagenkastenaufbaus 1 der Figuren 1 bis 7 sind so dimensioniert und konfiguriert, dass die Anforderungen an die Festigkeit des Wagenkastenaufbaus nur an der am wenigsten stark beanspruchten Stelle erfüllt sind. Die Intergralröhre 2 ist folglich an anderen Stellen nicht stabil genug. Die Anforderungen, die an die Festigkeit der Integralröhre gemäß der Figuren 1 bis 6 gestellt werden, sind daher nicht überall erfüllt.

[0019] Dies gilt im Übrigen auch für die Integralröhre 2, die in den Figuren 9, 10 und 11 gezeigt ist. Die Integralröhre 2 gemäß der Figuren 8 und 9 unterscheidet sich von der Integralröhre 2 gemäß der Figuren 6 und 7 lediglich dadurch, dass die Strangpressprofile der Seitenwandung 3 nicht mit durchgehend geschlossenen Hohlkammern ausgestaltet sind, sondern lokale Öffnungen 11 aufweisen. Bei den in Figuren 10 und 11 gezeigten Ausführungsbeispielen der Integralröhre 2 ist das Strangpressprofil aus offenen Profilen gebildet.

[0020] Figur 12 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wagenkastenaufbaus. Es ist erkennbar, dass die Seitenwand 3 der Integralröhre 2 innen mit einer Verstärkung 12 bestückt ist. Die Verstärkung 12 wurde durch FSW-Schweißen mit der Integralröhre verbunden. Das FSW-Schweißen ist an der Stelle 13 angedeutet. Bei dem in Figur 13 dargestellten Ausführungsbeispiel wurde die Verstärkung 12 durch Strahlschweißen an der Integralröhre angebracht. Gemäß dem in Figur 14 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Verstärkung 12 durch Punktschweißen mit den Strangpressprofilen der Integralröhre 2 verbunden. Die Figuren 15, 16 und 17 setzen Kaltfügetechniken zur Verbindung zwischen Integralröhre 2 und Verstärkungen 12 ein. So ist in Figur 15 eine Verbindung durch Nieten 5 gezeigt. In dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 16 wurden Stanznieten 16 zum Anbringen der Verstärkungen 12 an der Seitenwand 3 eingesetzt. In dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 17 wurde die Verstärkung 12 auf das Hohlprofil der Seitenwandung aufgeklebt.

[0021] Die Figuren 18 bis 29 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Wagenkastenaufbaus 1, wobei die Verstärkungen 12 durch fette Linien dargestellt sind und wobei die jeweilige Schnittansicht Bezug nimmt auf die in Figur 1 eingezeichneten Schnittlinien. Im Hinblick auf Figur 18 ist erkennbar, dass die Verstärkungen 12 im Randbereich der Türen 9 und Fenster 8 an den Seitenwandungen 3 der Integralrohre 2 vorgesehen sind. Hier wurden Verstärkungen aus Stahl mittels Kaltfügetechnik, wie z. B. Kleben oder Vernieten, mit der aus Aluminium bestehenden Integralröhre verbunden. Die Verstärkungen können in dem in Figur 8 gezeigten Ausführungsbeispiel und aus karbonfaserverstärktem Kunststoff bestehen.

[0022] Figur 19 zeigt den Wagenkastenaufbau 1 von unten. Es ist erkennbar, dass die Verstärkungen außerhalb des Wagenkastenaufbaus unter dem Boden 5 angeordnet sind. Aus den Figuren 20, 21 und 22 ist erkennbar, dass die Verstärkungen 12 im Übrigen im Inneren der Integralröhre 2 angeordnet sind. Die Figuren 23, 24, 25 und 26 beziehen sich auf ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wagenkastenaufbaus 1, bei dem die Verstärkungen 12 aus differenziellen Verstärkungsbauteilen, für strukturdynamische Performance ausgelegt sind. Wie bereits ausgeführt, bestehen die Verstärkungen beispielsweise aus Halbzeug mit einem hohen E-Modul, beispielsweise aus Stahl, karbonfaserverstärkten Faserverbundwerkstoffen mit hohem Leichtbaupotenzial, beispielsweise aus Aluminium, Titan, Magnesium und dergleichen. Die differenziellen Verstärkungen 12 werden beispielsweise gegossen, geschmiedet, gefräst oder durch Tiefziehen oder dergleichen hergestellt.

[0023] Der erfindungsgemäße Wagenkastenaufbau gemäß den Figuren 27, 28 und 29, 30 und 31 ist für erhöhte Schubsteifigkeiten ausgelegt. Es ist aus Figur 7 erkennbar, dass die Bodenwandung 5 umfänglich mit Verstärkungen ausgestattet ist, wobei sich Diagonalen in Längsrichtung unterhalb der Bodenwandung erstrecken. Figur 28 zeigt, dass auch der gesamte Innenbereich der Integralröhre mit Verstärkungen 12 ausgelegt ist. Dabei erstrecken sich die Verstärkungen 12 an den Seitenwänden wieder in einem Diagonal-Muster.

[0024] Figuren 30 und 31 zeigen differenzielle Verstärkungen 12 mit Funktionsintegration für Tür- oder Fensterrahmen. Aus Figur 31 ist erkennbar, dass die Verstärkung 12 an das Strangpressprofil der Seitenwandung 3 der Integralröhre 2 aufgeschweißt ist. Dabei weist die Verstärkung 12 einen im Querschnitt "L-förmigen"-Abschnitt 17 auf, der zur Aufnahme einer elastischen Dichtungsmasse 18 und zum gleichzeitigen Halten eines Fensters 19 dient. Weiterhin ist es möglich, Befestigungsmöglichkeiten an den Verstärkungen 12 vorzusehen.

Ansprüche

1. Wagenkastenaufbau (1) für Fahrzeuge mit einer Boden- (5), Seiten- (3) und Dachwandung (4) bildenden Integralröhre (2), die aus Strangpressprofilen besteht,
dadurch gekennzeichnet, dass die Integralröhre (2) auf Grundlage ihrer niedrigsten Belastung dimensioniert und konfiguriert ist, wobei differenzielle Verstärkungen (12) an Stellen vorgesehen sind, an denen während des vorgesehenen Betriebs höhere Belastungen auftreten.

2. Wagenkastenaufbau (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Integralröhre aus Hohlprofilen zusammengesetzt ist, die einseitige Öffnungen nach innen und/oder durchgehende Öffnungen für Türen und Fenster aufweisen.

3. Wagenkastenaufbau (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungselemente im Inneren der Integralröhre oder außen unterhalb der Bodenwandung angeordnet sind.

4. Wagenkastenaufbau (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungen mittels stoffschlüssiger Verbindung an der Integralröhre angebracht sind.

5. Wagenkastenaufbau (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungen durch Kaltfügetechniken an der Integralröhre befestigt sind.

6. Wagenkastenaufbau (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungen aus Stahl oder einem karbonfaserverstärkten Material bestehen.

7. Wagenkastenaufbau (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die differenziellen Verstärkungen (12) im Bereich von Türen (9) und Fensterrahmen (8) angeordnet sind, die in der Integralröhre (2) vorgesehen sind.

Zeichnung