Bauteilanordnung und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bauteilanordnung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie auf ein Verfahren zu ihrer Herstellung .

So ist eine Bauteilanordnung mit einem ersten und einem zwei ten jeweils als Metallprofil vorliegenden Bauteil bekannt, die auf einander gegenüber und schräg zueinander liegenden Außenseiten der Bauteilanordnung an einer erste Schweißstelle an der einen Außenseite und einer zweiten Schweißstelle an der anderen Außenseite miteinander gefügt sind, wobei einan der zugewandte Seiten der Bauteile jeweils einen die Außen seiten verbindenden Steg aufweisen und die Stege parallel zu einander ausgerichtet sind.

Solche Bauteilanordnungen, bei denen es sich beispielsweise um Komponenten eines Untergestells eines Schienenfahrzeugs handeln kann, wie Querträger, Mittellangträger, Hauptquerträ ger und Langträger, werden bisher unter Einsatz des MIG- Schweißverfahrens gefügt. Dabei kommt eine Drehvorrichtung zum Einsatz, da die an die Schweißnähte angrenzenden Außen flächen nicht parallel zueinander stehen. Ein Reibrühr- Schweißverfahren (FSW) ist bisher nicht einsetzbar, da die Stege an den einander zugeordneten Seiten der beiden Bauteile nicht in einem Kraftfluss von einem Reibrühr-Schweißwerkzeug an der einen Außenseite aus über die Stege zu einem Maschi nentisch, auf dem die Bauteilanordnung abgestützt ist, lie gen .

Dabei ist zu berücksichtigen, dass das MIG-Schweißverfahren im Vergleich zum Reibrührschweißen wesentlich aufwändiger ist. Der eigentliche Schweißprozess dauert sehr viel länger, da beispielsweise 5 bis 6 Lagen auf jeder Seite geschweißt werden müssen. Zudem entsteht ein erheblicher Verzug beim Ab kühlen und damit ein hoher nachträglicher Richtaufwand. Wei- tere Kosten werden dadurch verursacht, die Schweißnahtquali tät zu prüfen. Dabei sind zerstörungsfreie Prüfungen erfor derlich, wie beispielsweise eine Röntgenuntersuchung.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Bauteilanordnung derart weiterzuentwi ckeln, dass sie auch mittels Reibrührschweißen herstellbar ist. Zudem soll ein Verfahren zum Herstellen der Bauteilan ordnung angegeben werden.

Hinsichtlich der Bauteilanordnung an sich wird die Aufgabe durch eine Bauteilanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst .

Danach zeichnet sich die eingangs beschriebene Bauteilanord nung dadurch aus, dass an die erste Schweißstelle angrenzende Abschnitte des ersten und des zweiten Bauteils und an die zweite Schweißstelle angrenzende Abschnitte des ersten und des zweiten Bauteils jeweils zusammen ebene Auflageflächen bilden, die parallel zueinander ausgerichtet sind, zu denen die Stege senkrecht verlaufen und die jeweils in einem spit zen Winkel zu ihrer zugeordneten Außenseite stehen und das erste Bauteil und das zweite Bauteil jeweils mittels Reib rührschweißen an der ersten Schweißstelle und der zweiten Schweißstelle gefügt sind.

In dieser Weise werden um die erste und die zweite Schweiß stelle herum zueinander parallele, ebene Auflageflächen ge schaffen, auf denen die Bauteilanordnung für einen Reibrühr- Schweißvorgang abgestützt werden kann, beispielsweise auf ei nem Maschinentisch. Die vorgesehenen Stege liegen dann im Kraftfluss eines gegen eine der Außenseiten drückenden Reib- rühr-Schweißwerkzeugs , so dass der Schweißvorgang ohne Weite res von statten gehen kann. Dies gilt für beide vorgesehenen Schweißnähte auf den einander gegenüberliegenden Außenseiten der Bauteilanordnung. Bevorzugt können die beiden Stege derart gekrümmt sein, dass eine Annäherung der einander zugewandten Seiten der Bauteile eine Zentrierwirkung hat. Dies vereinfacht eine Vorj ustierung der Bauteile zueinander zur Vorbereitung eines Reibrühr- Schweißvorgangs . Alternativ ist es auch möglich, dass die beiden Stege gerade ausgebildet sind und sich von der einen Außenseite der Bauteilanordnung zur anderen Seite der Bau teilanordnung erstrecken.

Die Bauteilanordnung kann im Querschnitt allgemein trapezför mig sein, und die Schweißstellen können zwischen den beiden Bauteilen an den einander gegenüber und schräg zueinander stehenden Seiten des Trapezes vorgesehen sein. In dieser Wei se sind die beiden Außenseiten der Bauteilanordnung ohne Schweißnähte parallel zueinander ausgerichtet, was einen An schluss beispielsweise eines Fahrzeugbodens an einen Außen langträger, der von der Bauteilanordnung gebildet ist, eines Schienenfahrzeugs vereinfacht.

Insbesondere für den Aufbau von Untergestellen eines Schie nenfahrzeugs können die Bauteile als langgestreckte Strang pressprofile, beispielsweise aus Aluminium, vorliegen. Anders ausgedrückt, kann die Bauteilanordnung als Teil eines Unter gestells eines Schienenfahrzeug-Wagenkastens ausgebildet sein. Solche Komponenten können beispielsweise Querträger, der Mittellangträger, der Hauptquerträger und/oder Außenlang träger sein.

Die oben genannte Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 7.

Danach ist ein Verfahren zur Herstellung einer Bauteilanord nung vorgesehen, mit einem ersten und einem zweiten jeweils als Metallprofil vorliegenden Bauteil, die auf einander ge genüber und schräg zueinander liegenden Außenseiten der Bau teilanordnung an einer erste Schweißstelle an der einen Au ßenseite und einer zweiten Schweißstelle an der anderen Au ßenseite miteinander gefügt werden, wobei einander zugewandte Seiten der Bauteile jeweils einen die Außenseiten verbinden den Steg aufweisen und die Stege parallel zueinander ausge richtet sind. An die erste Schweißstelle angrenzende Ab schnitte des ersten und des zweiten Bauteils und an die zwei te Schweißstelle angrenzende Abschnitte des ersten und des zweiten Bauteils werden jeweils zusammen als ebene Auflage flächen ausgebildet, die parallel zueinander ausgerichtet sind, zu denen die Stege senkrecht verlaufen und die jeweils in einem spitzen Winkel zu ihrer zugeordneten Außenseite ste hen. Das erste Bauteil und das zweite Bauteil werden jeweils mittels Reibrührschweißen an der ersten Schweißstelle und der zweiten Schweißstelle gefügt.

Vorteile dieses Verfahrens sind bereits oben anhand der Be schreibung der Bauteilanordnung näher erläutert.

Bevorzugt können bei dem Verfahren die an die erste und die zweite Schweißstelle angrenzenden Abschnitte des ersten und des zweiten Bauteils derart nachbearbeitet werden, dass die Außenseiten insgesamt eine gleichbleibende Schräge zueinander aufweisen. Insbesondere können das erste und das zweite Bau teil im Bereich der Auflageflächen mit geeignet ausgebildeten Nasen vorgesehen sein. Diese können nach dem Fügevorgang mit tels Reibrührschweißen bei Bedarf wenigstens teilweise wieder entfernt werden, so dass sich im Bereich der Schweißstellen und in den daran angrenzenden Oberflächenabschnitten der Au ßenseiten eine insgesamt ebene Fläche ergibt.

Zur Herstellung von Schweißnähten wird beispielsweise ein Reibrühr-Schweißwerkzeug an der Bauteilanordnung linear vor bei geführt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen noch näher erläutert. Dabei werden für funktionsgleiche Komponenten dieselben Bezugszei chen verwendet. Es zeigen: Figur 1 eine schematische Querschnittsansicht eines Quer trägers für ein Untergestell eines Schienenfahr zeugs in einer ersten Ausführungsform,

Figur 2 eine schematische Querschnittsansicht eines Quer trägers für ein Untergestell eines Schienenfahr zeugs in einer zweiten Ausführungsform,

Figur 3 eine schematische Querschnittsansicht einer Spann vorrichtung, in die der Querträger von Figur 2 ein gelegt ist, für einen Reibrührschweiß-Vorgang,

Figur 4 eine schematische Querschnittsansicht einer weite ren Spannvorrichtung, in die der Querträger von Fi gur 2 eingelegt ist, für einen Reibrühr- Schweißvorgang und

Figur 5 eine schematische Querschnittsansicht des Querträ gers von Figur 2 nach mechanischer Bearbeitung.

Figur 1 veranschaulicht einen Querträger 1, der in ein Unter gestell eines Schienenfahrzeugs einzubauen ist. Der Querträ ger 1 als Beispiel für eine Bauteilanordnung oder -gruppe setzt sich aus zwei Bauteilen 2, 3 zusammen, die jeweils als ggf. langgestreckte Aluminium-Strangpressprofile vorliegen.

Im dargestellten Querschnitt zeigt der Querträger 1 eine all gemeine Trapezform. Dabei sind die beiden Außenseiten 4, 5, die in Figur 1 rechts und links liegen, parallel zueinander angeordnet. Demgegenüber stehen einander gegenüber liegenden Außenseiten 6, 7 des Querträgers 1 in einem schrägen Winkel zueinander. Aufgrund dessen, war FSW-Schweißen bei einer sol chen Anordnung bisher nicht möglich.

Die beiden Bauteile 2, 3 sind an FSW-Schweißstellen 8, 9 ge fügt, wovon die eine Schweißstelle 8 an der Außenseite 6 und die andere Schweißstelle 9 an der Außenseite 7 angeordnet ist. Sich senkrecht zur Zeichnungsebene ergebende Schweißnäh- te jeweils durch die Schweißstellen 8, 9 verlaufen parallel zueinander .

Während eines Reibrühr-Schweißvorgangs wird eine Kraft F auf eine jeweilige Auflagefläche 10, 11 ausgeübt, genauer gesagt, auf eine jeweilige Stoßstelle zwischen den Bauteilen 2, 3 an der jeweiligen Außenseite 6, 7.

Einander zugewandte Seiten der Bauteile 2, 3 werden jeweils von Stegen 12, 13 gebildet, die parallel zueinander und senk recht zu den Auflageflächen 10, 11 verlaufen sowie jeweils die Außenseiten 6, 7 des Querträgers 1 miteinander verbinden.

Die Auflageflächen 10, 11 werden von einander angrenzenden

Abschnitten der Bauteile 2, 3 im Bereich der ersten und der zweiten Schweißstelle 8, 9 gebildet, sind eben und stehen pa rallel zueinander. Die jeweilige Auflagefläche 10 an der Au ßenseite 6 und 11 an der Außenseite 7 stehen jeweils in einem spitzen Winkel zu ihren zugeordneten Außenseiten 6, 7. Diese spitzen Winkel weichen voneinander ab, da die Außenseite 6 schräg zu der Außenseite 7 steht.

Die in Figur 2 veranschaulichte Ausführungsform eines Quer trägers 16 unterscheidet sich von derjenigen, die anhand von Figur 1 erläutert worden ist, ausschließlich in der Ausfüh rung der Stege. Stege 14, 15 bei dem Querträger 16 nach Figur

2 sind jeweils in der Nähe der Außenseiten 6, 7 gleichsinnig gekrümmt, so dass sie bei einer Annäherung der Bauteile 2, 3 zueinander eine Zentrierwirkung haben.

Die Figuren 3 und 4 veranschaulichen den Querträger 16 von Figur 3, wenn er in eine Spannvorrichtung 17 bzw. Spannvor richtung 18 eingesetzt ist, so dass mittels Reibrührschweißen die erforderlichen Schweißnähte hergestellt werden können. In Figur 3 wird an der in Figur 2 oben liegenden Außenseite 6 geschweißt, so dass ein Reibrühr-Schweißwerkzeug 19, welches die Kraft F ausübt, im Bereich der Auflagefläche 10 zum Ein satz kommt. Die Auflagefläche 11 der gegenüberliegenden Schweißstelle 9 ist auf einem Auflager 20 der Spannvorrich tung 17 abgestützt. Im Betrieb des Reibrühr-Schweißwerkzeugs 18 wird die von ihm ausgeübte Kraft F über die Stege 14, 15 (oder in Fig. 1 über die Stege 12, 13) in das Auflager 20 der Spannvorrichtung 17 geleitet. Die Spannvorrichtung 17 weist zu beiden Seiten des Auflagers 20 weitere, höhenverstellbare Auflager 21, 22 auf, welche den Querträger 16 abstützen. Ein seitlich vorgesehenes Spannmittel 22 dient zur Fixierung des Querträgers 16 in der Spannvorrichtung 17.

In der Darstellung von Figur 4 ist der Querträger 16 gegen über seiner Position in Figur 3 derart gedreht, dass nunmehr die Auflagefläche 10 mit bereits vorliegender Schweißnaht auf einem Auflager 24 abgestützt ist. Auch hier weist die Spann- Vorrichtung 18 jeweils seitlich von dem Auflager 24 weitere höhenverstellbare Auflager 25, 26 auf, die gemeinsam die Au ßenseite 6 des Hauptquerträgers 16 abstützen. Das Schweiß werkzeug 19 greift nunmehr an der Auflagefläche 11 an. Eine Fixierung des Querträgers in der Spannvorrichtung 18 erfolgt mit Hilfe eines Spannmittels 27.

Figur 5 zeit den Querträger 16 in einem mechanisch nachbear beiteten Zustand, bei dem die Außenseiten 6, 7 ebene Flächen sind, d.h. der jeweilige Bereich um die Schweißstellen 8, 9 herum derart nachbearbeitet ist, dass die jeweilige Außensei te 6, 7 keinerlei Erhöhungen mehr aufweist.