NEDELIK, Robert (Puchsbaumplatz 1/23, Wien, A-1100, AT)
| Patentansprüche Verstärkter Langträger für ein Schienenfahrzeug, wobei der Langträger in Längsrichtung in einen ersten Teilträger (1) und einen zweiten Teilträger (2) geteilt ist und der erste Teilträger (1) mit einer zweiten Baugruppe (B) des Schienenfahrzeugs und der zweite Teilträger (2) mit einer ersten Baugruppe (A) des Schienenfahrzeugs verbunden ist und am ersten Teilträger (1) bestimmte Flächen (8) zur Ausbildung einer Schweißverbindung mit dem zweiten Teilträger (2) vorgesehen sind und am zweiten Teilträger (2) bestimmte Flächen (9) zur Ausbildung einer Schweißverbindung mit dem ersten Teilträger (1) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Teilträger (1, 2) eine Ausfachung (11) aufweist und die Teilträger (1, 2) jeweils einstückig aus Metallblech geformt sind. Verstärkter Langträger für ein Schienenfahrzeug nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der aus dem ersten Teilträger (1) und dem zweiten Teilträger (2) gebildete Langträger ein geschlossenes Profil aufweist. Verstärkter Langträger für ein Schienenfahrzeug nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erster Teilträger (1) ein im wesentlichen dreieckförmiges Profil aufweist. Verstärkter Langträger für Schienenfahrzeuge nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Baugruppe (A) des Schienenfahrzeugs eine Seitenwand ist und die zweite Baugruppe (B) ein Untergestell ist. Verstärkter Langträger für Schienenfahrzeuge gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Baugruppe (A) des Schienenfahrzeugs eine Seitenwand ist und die zweite Baugruppe (B) ein Dach ist . 6. Schienenfahrzeug, umfassend einen Wagenkasten aus Metall, welcher in ein Untergestell, Seitenwände und ein Dach geteilt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbindung des Untergestells mit den Seitenwänden oder zur Verbindung der Seitenwände mit dem Dach ein verstärkter Langträger nach einem der Ansprüche 1 bis 4 vorgesehen ist. |
Verstärkter Langträger für ein Schienenfahrzeug
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen verstärkten Langträger für ein Schienenfahrzeug und ein Schienenfahrzeug mit einem solchen Langträger.
Stand der Technik
Der Aufbau von Schienenfahrzeugen, insbesondere
Passagierfahrzeugen erfolgt heute praktisch ausschließlich als selbsttragende Metallkonstruktionen. Dabei wird ein
Fahrzeugkasten aus einem Untergestell, Seitenwänden,
Stirnwänden und einem Dach aufgebaut. Das Untergestell muss den Betriebskräften, besonders den Beladungs- Kupplungsdruck- und Zugkräften standhalten. Dazu wird das Untergestell häufig als Rahmenkonstruktion ausgeführt und umfasst üblicherweise zwei außenliegende Langträger sowie mehrere, diese
Längsträger verbindende Querträger und ist an den
Fahrzeugenden verstärkt.
Eine wirtschaftliche Herstellung von Schienenfahrzeugen bedingt einen hohen Automatisierungsgrad in der Fertigung. Insbesondere die Vielzahl an Schweißverbindungen soll
automatisiert gefertigt werden. So werden heute die
Untergestelle, Seitenwände und das Dach bereits auf
geeigneten Schweißmaschinen automatisiert hergestellt. Die Verbindung des Untergestells mit den Seitenwänden bzw. der Seitenwände mit dem Dach kann derzeit nur teilweise mittels automatischer Schweißung vorgenommen werden, da alle
bekannten Schweißmaschinen eine einfache Zugänglichkeit der Schweißnähte erfordern. Die Verbindungsschweißungen zwischen dem Untergestell und den Seitenwänden, bzw. zwischen den Seitenwänden und dem Dach sind im Inneren des Wagenkastens jedoch nur schwer zugänglich und müssen manuell hergestellt werden. Zur Bereitstellung von automatisiert schweißbaren Verbindungsstellen wurde in der nicht vorveröffentlichten Anmeldung PCT/EP2009/062599 ein geteilter Längsträger
offenbart, wobei je ein Teil dieses Langträgers je an einer Großkomponente (Untergestell, Seitenwand oder Dach)
angeschweißt ist, und welcher gerade, gut zugängliche
Verbindungsstellen aufweist, welche beim Anfügen der
zugehörigen Großkomponente automatisiert schweißbar sind. Wird diese Lösung für die Verbindungsstelle Seitenwand - Untergestell eingesetzt, so ist ein Durchdringen der
Querträger des Untergestells in den Teil des Langträgers, welcher dem Untergestell zugeordnet ist, erforderlich. Diese Durchdringungen bedingen, dass eine der Schweißnähte, welche die beiden Teile des Langträgers zu einem geschlossenen
Profil verbinden, an diesen Verbindungsstellen unterbrochen werden muss. Auf diese Durchdringung kann bei einem solchen
Langträger aus Festigkeitsgründen allerdings nicht verzichtet werden .
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen
Langträger für Schienenfahrzeuge anzugeben, welcher die automatisierte Schweißung der Verbindungsstellen zwischen den Großkomponenten (Untergestell, Seitenwände, Dach) eines
Schienenfahrzeugs erlaubt, wobei der Langträger eine so hohe Festigkeit aufweist, dass die Durchdringung des Langträgers durch die Querträger des Untergestells entfallen kann.
Die Aufgabe wird durch einen Langträger mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind
Gegenstand untergeordneter Ansprüche. Dem Grundgedanken der Erfindung nach wird ein Langträger für Schienenfahrzeuge aufgebaut, welcher in Längsrichtung im einen ersten und einen zweiten Teilträger geteilt ist, wobei jeweils ein Teilträger an einer diesem Teilträger jeweils zugeordneten Großkomponente (Untergestell, Seitenwände, Dach) befestigt ist. Die beiden Teilträger sind in einer Weise ausgeführt, dass sie zu einem Langträger zusammengesetzt werden können und mittels Schweißverbindungen miteinander verbunden werden können, wobei die beiden Teilträger zusammen einen Langträger mit einem geschlossenen Profil ergeben.
Dabei ist einer der beiden Teilträger mit einer Ausfachung ausgeführt, sodass dieser Teilträger ein im wesentlichen Dreieckförmiges Profil aufweist.
Dadurch ist der Vorteil erzielbar, Großkomponenten von
Schienenfahrzeugen mittels geradlinigen und ununterbrochenen Schweißnähten verbinden zu können, wobei diese Schweißnähte gut zugänglich sind. Dadurch wird der Einsatz von Schweißmaschinen möglich, was die Herstellung von Schienenfahrzeugen beschleunigt und preisgünstiger gestaltet.
Weiters ist es vorteilhaft, dass ein solcherart aufgebauter Langträger mit Ausfachung wesentlich steifer und stabiler ist als die gebräuchlicher Weise eingesetzten Langträger mit U- Profil bzw. Hutprofil oder auch aus Teilträgern
zusammengesetzte Langträger, wobei durch die erfindungsgemäße Ausfachung eines der Teilträger eine besonders hohe
Festigkeit erzielt wird.
Gegebenenfalls kann ein erfindungsgemäßer Langträger dadurch aus Metall mit geringerer Wandstärke ausgeführt werden, wodurch sich Gewichtsvorteile gegenüber gebräuchlichen
Langträgern ergeben.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist der Entfall der Durchdringung eines der Teilträger durch die Querträger des Untergestells. Dadurch ist dieser Teilträger mit weniger Bearbeitungsschritten herstellbar und kann somit schneller und preisgünstiger hergestellt werden. Diese Durchdringung ist bei geteilt aufgebauten Langträgern erforderlich um eine optimale Krafteinleitung zwischen einer Seitenwandsäule und einem Querträger sicherzustellen. Durch die erhöhte
Festigkeit eines mit einer Ausfachung ausgestatteten
Langträgers ist die nicht mehr erforderlich. Somit kann die innere Schweißnaht, welche die beiden Teilträger an der dem Fahrzeuginnenraum zugewandten Seite des Langträgers
verbindet, geradlinig und ununterbrochen über die gesamte Länge des Langträgers ausgeführt werden. Solche Schweißnähte können auch von Schweißmaschinen herstellt werden, was die Fertigung eines Schienenfahrzeugs weiter vergünstigt. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung ist die verbesserte Krafteinleitung von Kräften zwischen den
verbundenen Großkomponenten. Insbesondere ist ein Versatz in Fahrzeuglängsrichtung zwischen den Querträgern und den
Seitenwandträgern, welcher sich aus den Toleranzen der
Fahrzeugfertigung ergibt, nicht mehr nachteilig, da durch die erhöhte Festigkeit der Kraftfluss auch bei Längsversatz gewährleistet ist. In weiterer Fortbildung der Erfindung sind Ausnehmungen
(Lochungen) vorgesehen, welche typischerweise in der
Ausfachung und/oder einem Steg eines Teilträgers vorgesehen werden können. Dadurch ist auch der Innenraum eines
erfindungsgemäßen verstärkten Langträgers nach dem Schließen des Profils zugänglich, sodass über diese Lochungen
beispielsweise Rostschutzmittel oder Lackierungen eingebracht werden können. Bei Fahrzeugen aus nichtrostenden Materialien sind diese Lochungen nicht erforderlich, können jedoch zur Gewichtseinsparung trotzdem vorgesehen werden.
Die Herstellung der Teilträger erfolgt vorteilhafterweise aus Metallblech unter Zuhilfenahme von Biegeverfahren. Es ist auch möglich, die Teilträger mittels eines
Extrusionsverfahrens herzustellen, wobei die Schweißnaht zum Schließen des Profils des ersten Teilträgers nicht mehr erforderlich wird. Diese Extrusionsverfahren eigenen sich besonders für die Herstellung von Teilträgern aus
Leichtmetall . Kurzbeschreibung der Zeichnungen Es zeigen beispielhaft:
Fig.l Prinzipskizze eines verstärkten Langträgers für
Schienenfahrzeuge .
Fig.2 Prinzipskizze eines verstärkten Langträgers für
Schienenfahrzeuge, Details und Schweißnähte.
Fig.3 Verstärkter Langträger für Schienenfahrzeuge,
Verbindungsstelle Untergestell - Seitenwand.
Fig.4 Verstärkter Langträger für Schienenfahrzeuge,
Verbindungsstelle Untergestell - Seitenwand, Ansicht von außen .
Fig.5 Verstärkter Langträger für Schienenfahrzeuge.
Fig.6 Verstärkter Langträger für Schienenfahrzeuge, Ansicht mit Schweißnaht.
Fig.7 Verstärkter Langträger für Schienenfahrzeuge,
Verbindungsstelle Untergestell - Langträger.
Fig.8 Verstärkter Langträger für Schienenfahrzeuge,
Verbindungsstelle Untergestell - Langträger, Ansicht von außen .
Fig.9 Verstärkter Langträger für Schienenfahrzeuge,
Verbindungsstelle Seitenwand - Dach.
Fig.10 Verstärkter Langträger für Schienenfahrzeuge,
Gesamtansicht . Ausführung der Erfindung
Fig.l zeigt beispielhaft und schematisch eine Prinzipskizze eines verstärkten Langträgers für Schienenfahrzeuge. Es ist das stark abstrahierte Konstruktionsprinzip eines längs geteilten, verstärkten Langträgers in Form eines Schnittes quer zur Längsrichtung dargestellt. Der Langträger ist in Längsrichtung in einen ersten Teilträger 1 und einen zweiten Teilträger 2 geteilt. Der erste Teilträger 1 ist mit einer zweiten Baugruppe B (beispielsweise ein Untergestell) verbunden. Der zweite Teilträger 2 ist mit einer ersten Baugruppe A verbunden. Der erste Teilträger 1 umfasst
Schweißflächen 8, welche zur Verbindung mit dem zweiten Teilträger 2 ausgebildet sind. Der zweite Teilträger 2 umfasst Schweißflächen 9, welche zur Verbindung mit dem ersten Teilträger 1 ausgebildet sind. Beim Fügevorgang, bei welchem die erste Baugruppe A mit der zweiten Baugruppe B zusammengefügt wird, werden Schweißnähte zwischen den
Schweißflächen 8 des ersten Teilträgers 1 und den
Schweißflächen 9 des zweiten Teilträgers 2 angefertigt und die Teilträger 1 und 2 und somit auch die Baugruppen A und B verbunden. Diese Schweißnähte verlaufen in Längsrichtung des Langträgers (Bzw. des Schienenfahrzeugs) und können in praktischen Ausführungen des Längsträgers automatisch angefertigt werden. Die Teilträger 1 und 2 bilden in
zusammengefügten Zustand ein geschlossenes Profil, wodurch eine hohe Steifigkeit des Langträgers erzielt wird. Weiters weist der erste Langträger 1 eine Ausfachung 11 auf, wodurch der erste Langträger 1 ein im Wesentlichen dreiecksförmiges Profil erhält.
Fig.2 zeigt beispielhaft und schematisch eine Prinzipskizze eines verstärkten Langträgers für Schienenfahrzeuge wobei Details der Teilträger und Schweißnähte dargestellt sind. Es ist ein erster Teilträger 1 dargestellt, welcher einen Steg 12, einen Gurt 13 und eine Ausfachung 11 umfasst und dadurch ein im Wesentlichen dreiecksförmiges geschlossenes Profil aufweist. Ein solcher Teilträger 1 ist im Allgemeinen
besonders vorteilhaft mittels Biegevorrichtungen aus einem Metallband hergestellt. Dadurch ist es erforderlich, dieses im Wesentlichen dreiecksförmige Profil des Trägers mittels einer Langträgerschweißnaht 10 zu schließen. Ein zweiter
Teilträger 2 umfasst einen Steg 14 und einen Gurt 15 und ist so ausgebildet, dass er mit dem ersten Längsträger 1 zu einem Langträger mit geschlossenem Profil verbunden werden kann. Dazu sind eine äußere Schweißnaht 6 und eine innere
Schweißnaht 7 vorgesehen. Durch den Einsatz eines
erfindungsgemäßen verstärkten Langträgers kann die innere Schweißnaht 7 ebenso wie die äußere Schweißnaht 6 geradlinig und ununterbrochen über die gesamte Länge des Langträgers ausgebildet sein, was die automatische Herstellbarkeit dieser Schweißnähte begünstigt.
Weiters sind eine erste Baugruppe A und eine zweite Baugruppe B dargestellt um die Einbaulage eines erfindungsgemäßen
Langträgers zu verdeutlichen. Die Teilträger 1, 2 werden zuerst mit der jeweilig zugeordneten Baugruppe A, B verbunden und in weiterer Folge miteinander mittels der Schweißnähte 6, 7 verbunden.
Fig .3 zeigt beispielhaft und schematisch ein
Ausführungsbeispiel eines verstärkten Langträgers für
Schienenfahrzeuge an der Verbindungsstelle Untergestell -
Seitenwand. Der Langträger umfasst einen ersten Teilträger 1 und einen zweiten Teilträger 2. Der erste Teilträger 1 ist als im Wesentlichen dreiecksförmiges Profil ausgebildet und mittels der Langträgerschweißnaht 10 verschweißt. Mit dem ersten Teilträger 1 ist eine zweite Baugruppe B (ein
Untergestell) verbunden, wobei in Fig.3 ein Querträger 4 dieses Untergestells dargestellt ist. Der zweite Teilträger 2 ist als im Wesentlichen L-förmiges Profil ausgebildet und mit einer ersten Baugruppe A (eine Seitenwand) verbunden, wobei die Beplankung 5 dieser Seitenwand dargestellt ist. Eine äußere Schweißnaht 6 und eine innere Schweißnaht 7 verbinden die beiden Teilträger 1 und 2 miteinander und somit auch die mit den Teilträgern 1, 2 verbundenen Baugruppen A und B.
Diese Schweißnähte 6 und 7 sind geradlinig und ununterbrochen ausgebildet .
Fig.4 zeigt beispielhaft und schematisch ein
Ausführungsbeispiel eines verstärkten Langträgers für
Schienenfahrzeuge an der Verbindungsstelle Untergestell - Seitenwand, Schrägansicht von Außen. Es ist das
Ausführungsbeispiel aus Fig.3 in der Ansicht von Außen dargestellt .
Fig.5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Langträgers für Schienenfahrzeuge. Es ist der Teilträger 1 eines verstärkten Langträgers dargestellt, wobei der Teilträger 1 Lochungen 3 in der Ausfachung 11 und dem Steg 12 aufweist. Diese
Lochungen 3 dienen einerseits der Gewichtseinsparung
andererseits bieten sie Zugangsmöglichkeiten für das
Aufbringen eines Rostschutzes im Anschluss an die
Fertigstellung der Schweißarbeiten. Fig.6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Langträgers für
Schienenfahrzeuge. Es ist der erste Teilträger 1 aus Fig.5 in Schrägansicht von innen dargestellt. Eine Langträgerschweißnaht 10 schließt das im Wesentlichen
dreiecksförmige Profil des ersten Teilträgers 1.
Fig.7 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines verstärkten
Langträgers für Schienenfahrzeuge an der Verbindungsstelle Untergestell - Langträger. Es ist der erste Teilträger 1 aus Fig.6 dargestellt, an welchem ein Querträger 4 eines
Untergestells angebunden ist. Der Querträger 4 ist an den Steg 12 des ersten Teilträgers 1 zwischen gegebenenfalls vorhandenen Lochungen 3 angebunden (angeschweißt) . Eine
Durchdringung des ersten Teilträgers 1 mit dem Querträger 4 ist nicht erforderlich, da die Ausfachung 11 für eine
ausreichende Festigkeit sorgt. Fig.8 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines verstärkten
Langträgers für Schienenfahrzeuge an der Verbindungsstelle Untergestell - Langträger in einer Schrägansicht von außen. Es ist ein Teilträger 1 dargestellt, an welchem ein
Querträger 4 eines Untergestells angebunden ist. Dieses Untergestell weist weiters eine Beplankung 5 auf. Im
Gegensatz zu dem in Fig.7 gezeigten Ausführungsbeispiel weist der erste Teilträger 1 in diesem Ausführungsbeispiel nur eine Lochung 3 in der Ausfachung 11 auf. Es ist keine Lochung im Steg 12 des ersten Teilträgers 1 vorgesehen, wie es
beispielsweise bei Schienenfahrzeugen aus nichtrostenden Materialen vorteilhaft sein kann.
Fig.9 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines verstärkten
Langträgers an der Verbindungsstelle Seitenwand - Dach in einer Schrägansicht von außen. Der Langträger umfasst einen ersten Teilträger 1 und einen zweiten Teilträger 2. Der erste Teilträger 1 ist als im Wesentlichen dreiecksförmiges Profil ausgebildet und mittels der Langträgerschweißnaht 10 verschweißt. Mit dem ersten Teilträger 1 ist eine zweite Baugruppe B (ein Dach) verbunden, wobei in Fig.9 die
Beplankung 5 des Daches dargestellt ist (weitere Bauteile, etwa Dachspanten sind zur Vereinfachung nicht dargestellt) . Der zweite Teilträger 2 ist als im Wesentlichen L-förmiges Profil ausgebildet und mit einer ersten Baugruppe A (eine Seitenwand) verbunden, wobei die Beplankung 5 dieser
Seitenwand dargestellt ist. Eine äußere Schweißnaht 6 und eine innere Schweißnaht 7 verbinden die beiden Teilträger 1 und 2 miteinander und somit auch die mit den Teilträgern 1, 2 verbundenen Baugruppen A und B. Diese Schweißnähte 6 und 7 sind geradlinig und ununterbrochen ausgebildet.
Fig . 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines verstärkten
Langträgers. Zur Verdeutlichung des Prinzips eines
erfindungsgemäßen geteilten verstärkten Langträgers ist der Aufbau eines Schienenfahrzeugs dargestellt, wobei zur
Verbindung des Untergestells mit einer Seitenwand sowie einer Seitenwand und des Daches jeweils ein verstärkter Langträger vorgesehen ist.
Eine erste Baugruppe A ist an ihrem oberen und unteren Ende jeweils mit einem zweiten Teilträger 2 verbunden. Zwei zweite Baugruppen B (ein Untergestell, ein Dach) sind an der
Verbindungslinie zu der ersten Baugruppe A jeweils mit einem verstärkten ersten Teilträger 1 ausgestattet. Somit können die genannten Baugruppen miteinander über geradlinige
ununterbrochene und somit gut automatisiert herstellbare Schweißnähte 6, 7 (Fig.3, Fig.9) verbunden werden, Liste der Bezeichnungen
A Erste Baugruppe
B Zweite Baugruppe
1 Erster Teilträger
2 Zweiter Teilträger
3 Seitenwandsäule
4 Querträger
5 Beplankung
6 Äußere Schweißnaht
7 Innere Schweißnaht
8 Schweißfläche am ersten Teilträger
9 Schweißfläche am zweiten Teilträger
10 Langträgerschweißnaht
11 Ausfachung
12 Steg des ersten Teilträgers
13 Untergurt des ersten Teilträgers
14 Steg des zweiten Teilträgers
15 Obergurt des zweiten Teilträgers