CN1200089A

CN1200089A - 模件和制造方法

Info

Publication number: CN1200089A
Application number: CN96197721A
Authority: CN
Inventors: K·阿尔藤堡; F·P·格雷斯; H·D·克罗伊茨; H·W·斯特劳赫; M·齐默尔曼; A·迪德瑞兹
Original assignee: Waggonfabrik Talbot GmbH and Co KG
Current assignee: Waggonfabrik Talbot GmbH and Co KG
Priority date: 1995-10-18
Filing date: 1996-10-02
Publication date: 1998-11-25
Also published as: BR9611106A; DE59601839D1; EP0855978B1; JP3219278B2; WO1997014596A1; JPH11510768A; EP0855978A1; CA2235163A1; ATE179659T1

Abstract

本发明涉及不同结构的模件(1),这种模件特别适用于组装冷接的大型车身或箱体。模件的组成部件主要为外板(2)、异形骨架(3)、边缘型材(5)以及必要时垂直于骨架延伸的作为抗翘曲用的桁条(4),它们例如通过压力连接、冲压铆钉等相互冷接。这样,一方面达到了在具有良好表面质量情况下的快速生产过程,另一方面又可用不同的材料如铁族金属和非铁金属、纤维增强的塑料等自由组合成混合结构的模件,并根据模件内各部件的位置选用要求的材料机械性能。本发明描述的结构大大有助于软件控制的高度机械化加工。

Description

模件和制造方法

本发明涉及一种具有权利要求1前序部分所属特征的模件，特别是，制造大型车身或箱体用的模件，以及涉及一种按从属权利要求14所述的制造方法。

在专利DE-A-4410998中描述了车辆制造和箱体制造用的模件的快速安装的一对边缘型材，该型材由互补的单独的外形连接板组成。用这种外形连接板可将模件相互对中心和临时连接。模件之间的最后固定连接通过摩擦力连接和外形连接的固定件(冷变形的铆钉栓)来实现，该固定件打入预连接的边缘型材的相邻腹板中，并相互固定以防止剪切和防止横向移动。通过铆钉栓和互补的外形连接边缘型材的共同作用实现了模件的抗弯矩连接。这种用于大型车身制造如铁路客车制造的模件有利于从外部连接。所以在连接前不受模件全部工作完成的限制，也即内部工作可按组合方式完成。但是这种与骨架端部焊接的实心钢质边线型材使得模件相当笨重。

专利EP-A-0573384同样用焊接的预制刚性箱壁模件冷接的铁路客车的车箱结构可看成是上面援引的先有技术的初步阶段。为了连接模件同样也采用铆钉栓。沿模件纵向延伸的边缘型材在这里通过外板弯起段构成，并设置有多排上述的铆钉栓穿透的钻孔。这种边缘型材使壁板产生抗弯曲和抗翘曲刚度。这种边缘型材还构成冷接技术的基础，而且在不同模件拼装时构成连接边缘和连接平面。

承重架构的Z字形骨架与边缘型材对接；骨架两端相互对应。通过两个模件之间的缝将骨架用一根铆钉栓直接相互连接。铆钉栓既穿过骨架的两个翼缘，又穿过弯起的边缘型材的各一翼缘。

由于铆钉栓位于外板后面，所以在连接模件时必须从车内侧达到隔离缝，以便从里面插入工具。工具插入所需的自由空间妨碍了模件内部工作的完成。

这些公知解决方案的边缘型材必需成对作成互补截面，所以模件的对应边缘结构不同。两个模件之间隔离缝内的力流主要通过与承载骨架或柱端部对接的边缘型材来进行。

本发明的任务是，根据前述的先有技术进一步改进可迅速安装的模件的制造和处理，并提出这种改进的模件的一种制造方法。

这个任务是根据本发明权利要求1或关于方法的权利要求14的特征来实现的。与该两项权利要求的特征无关的分别列在其后的从属权利要求叙述有利的各种改进结构。

根据前述的先有技术，相邻的模件直接通过骨架支脚以外形连接和/或摩擦力连接的方式实现相互连接，骨架支脚间接将骨架端部连接到边缘型材上。

此外，本发明提出的特征在很大程度上消除了焊接引起热应力的不同结构的模件结构，其中至少模件的薄壁构件只用变形连接方法或冲压铆钉实现相互连接。

变形连接、冲压连接或压力连接在这里叫做两个搭接的相对薄壁的构件之间的“自生”连接，这种自生连接通过一个压模和阴模或类似方法在搭接区产生一个共同的局部凸起或凸点，即通过构件的局部冷变型产生一种按钮式结构。

所谓冲压铆钉的连接方法是指适当的铆钉不用事先钻孔就压/冲在两个搭接的相对薄壁的部件上(例如骨架翼缘和外板)，并使这两个部件在冷变形下和部分穿通的情况下相互固定和永久连接。为此，在盲侧上也需要铆钉顶头，但这种冲压铆钉不得穿透盲侧。

最好为大型车身的箱壁、车窗、车顶梁腋和车顶确定的长达25米的模件按基本相同或相似的结构由预成形的骨架型材和必要时冷接成栅格状的桁条型材组装成一个架构。只有在钢板间格较大时必须避免翘曲的场合才需要插入桁条型材。

为了减轻重量，模件纵边缘上的单独的边缘型材最好用碳素纤维或玻璃纤维材料制成(混合结构)，但当然也可用金属材料制作。模件的外板最好(但不必)用夹层钢板(两层防腐蚀薄钢板中间放一层塑料薄膜)。用这种材料可达到集防噪声和防腐蚀功能于一体。

最好通过最后加一层防护膜来实现配色和进一步提高防腐蚀性能，这层防护膜还可把至今为止还能看得到的位于主平面中的冲压铆钉头盖住成平整的面。这样就不再需要表面刮平和内侧设置防噪声材料层，因此比起常规的外层结构可显著节省费用。

在一系列发展过程中证实了不同模件结构用封闭横截面的骨架或柱特别是四方管是特别有利的，这种四方管兼有如下多方面的优点：

-是用机械滚动弯曲切断的骨架型材的纵向用程序控制进行调整的最佳横截面形状，用它可在短时间内灵活加工成大型车身任意弯曲的外轮廓；

-可在与外板横向延伸的箱壁范围内用激光切割开孔或制成栅格结构或桁架结格而达到重复最佳化；

-可在荷载小的范围内通过完全切掉箱壁段达到断面削弱和重复减轻的目的，从而获得两端相同的封闭连接横截面；

-用环形焊缝特别是激光焊缝可在位于相邻模件的连接件之间的隔离缝内连接固定在骨架端部的骨架支脚；

-为外层钢板的支承和冷固定(例如冲压铆钉)提供宽的支座和必要时设置垂直于骨架延伸的抗翘曲的构件(桁条)。

除了模件本身的结构外，还应特别注意从骨架到边缘型材过渡区和相邻模件的并排连接的边缘型材之间的连接。与先有技术比较，用特别适用于这种模件结构的连接方法对模件(纵向)边缘的标准化也达到了显著的简化，而且至少在保持相同连接机械强度的情况下加速了安装。这种连接方法也适用于带有金属的底架结构的模件连接。最后，具有底板和侧板的H形横截面的双层车箱的中间底板侧壁也可用相同的边缘连接组装在这种组合式的总结构中。

在两个模件连接在一起后所有连接件都可从相同的方向连接。如上面先有技术所述，在客车的车箱结构中，连接是从车箱外侧进行的。与预制模件连接的全部其他连接工作也都可相互从外侧进行。所以完成了毛结构的全部模件都可在内侧装完例如车身衬里、管道和车窗。

这种结构和构件的优点是：

-用选择的完全或部分分解的车辆车身可进行快速装配而不需要返工，而且最终装配可在用户处进行；

-为了检修或回收目的可将模件拆卸或分开(冷接的连接件可相当不费力气地就能拆开，即把外露的连接头切掉或剪掉即可。然后螺栓可向里敲打，于是即可将模件相互拆开)；

-减少费用和重量以及改善了在回收时由于消除外板内侧上的防噪声材料层所引起的环境相容性。

至少在装配状态下位于部件的外侧上可将隔离缝按公知的方式相对于主平面凹进布置，这样连接件的(连接)头就不向外凸出。这些连接头可通过与表面平齐的盖板盖住就看不见了。这种盖板在适当构造的情况下还具有在隔离缝范围内传递力和力矩的功能，例如增强了承受沿隔离缝产生的剪切荷载。

相应的组合连接原理除了适用于带水平隔离缝的侧壁连接外，也适用于侧壁段的端面连接，以及侧壁与前壁或整个车头的连接。在这些情况中，必要时可将整个构件在连接件松开后一起拆掉。但必须在隔离缝内设置垂直的有承载能力的外形连接件来支撑轴向拧紧的紧固件的拉紧力。

本发明的其他优点结合一个实施例的附图及其在下面的详细描述来说明，附图表示制造大型车身用的不同结构的模件。

图1表示从车身内侧看出的两个组合在一起的模件的隔离缝范围一段下料的简化透视图；

图2表示为了清楚说明冷连接将图1两个相邻模件拆开以后该下料的视图；

图3表示用另一种骨架结构和连接件的模件方案的一个透视图；

图4表示图3两个模件之间连接范围内的截面图。

根据图1，每个模件1主要由一块具有边缘弯起段2Z的外板2组成，支承该外板的骨架型材3必要时用与之交叉连接的桁条4加固外板以防止翘曲并加固纵边的边缘型材5。

骨架可作成Z字形或帽形横截面。在第一种情况中，Z字形翼缘之一按公知的方式作为相应模件的外板的支承面。而在第二种情况即图示情况中，外侧则支承在帽形的中心或中心翼缘上。骨架型材的一个或两个相离的翼缘以一个由型材腹板确定的距离平行于外板2延伸。该翼缘可用于以后固定内部构件。

在另一种方案中(见图3)，骨架型材3至少在其隔离缝范围内与边缘型材5连接的端部为一个封闭的最好为四方形的管截面。

按精确尺寸切断的直线骨架型材3用适当的弯曲方法最好用计算机数字控制的机械作成以后描述汽车车箱横截面的外轮廓或包络线要求的弯曲形状。然后为了减轻重量，最好通过激光切割在垂直于外板2延伸的骨架腹板上开孔3B。必要时用同一道工序切去与桁条型材4轮廓接近的以后面向外板的骨架上的孔3A。在平行找正后和必要时用一个简单的支撑装置将骨架型材3临时固定到纵向延伸的边缘型材5上后，将垂直于骨架延伸的桁条型材4嵌入外板侧的骨架切孔3A中。

如图2可清楚看出，在该切孔3A中有一个连接片3L从面向外板的梁腹或翼缘突出，桁条型材4的一个翼缘4F可通过压接或冲压铆钉与该连接片连接。铆接点在图中用圆圈表示。连接片3L稍微超过桁条翼缘4F的厚度弯折。这样，在骨架和桁条之间的交叉点上就形成无凸凹的外表面齐平的连接，因此这种连接与边缘型材5一起构成一个有承载能力的架构。

可用灵活的工具很迅速和很可靠地实现骨架和桁条之间的上述连接。

板状的或在横向内弯曲的模件1的骨架型材3和边缘型材5之间的连接可用所谓的骨架支脚6来实现。

骨架支脚6可推到骨架端部，并用此处不拟详述的冷接的高度机械化的连接方法(变形连接或压接或冲压铆接)固定在端部。沿骨架型材3的纵向看，骨架支脚6在模件之间的过渡区内构成连接面以实现固定连接。

由于在一个模件范围内的骨架型材轮廓总是相同的，所以骨架支脚6可根据相应结构的需要大批量加工成廉价的标准件。例如为了达到高度的机械化程度，骨架支脚例如可作为钢板箱形结构用激光精确切割全部所需的切口，然后冷弯成它的最终形状。

根据图2，骨架支脚6有一块上板7和下板8，它们最好位于相距几个厘米的平行平面内。更靠近模件边缘的下板8支承在边缘型材5上，并最好与它铆接；这种连接点可设置在骨架支脚6中心平面的中心或与中心两侧对称设置。

边缘型材5最好用玻璃纤维或碳素纤维材料作成封闭的矩形或箱形断面，而且该断面具有一条从箱形的一壁平面伸出的肋5R。将这种基本形状用高精度的加工机械根据模件长度切断后连续在边缘型材5上加工孔或切口。出于强度考虑，特别是在横截面范围内不得因这些切割的孔中断连续的碳素纤维增强作用。选定的不同结构用冷接技术进行连接具有这样的优点，即在连接处可根据强度标准和轻型结构标准选用所需材料来进行不同的材料和半成品的自由组合。

外层夹层板从圈材按精确尺寸切断、两侧平行校直并在纵边缘上弯制弯起段2Z。这个弯起段一方面在纵向内边缘加固模件或外板，另一方面在每两个模件连接在一起以后在纵向构成一个连续的隔离缝槽沟，其作用在下面还要详细述及。然后将外板2放到与它面对的骨架型材3的翼缘或腹板上。它的弯起段2Z紧贴在边缘型材5的肋5R上，在这个相对于实际的外板轮廓凹进的边缘范围内直接用铆钉将外板纵向边缘与边缘型材5连接。凡是外板2的边缘超过边缘型材的半月形切口5A的地方都在其上设置相应的切口；这些切口在铁板校直时就可用激光切割机切成。最后外板2最好用平头冲压铆钉固定在骨架和桁条上。

模件毛结构的这些工作完成后即可进行内部工作，因为车身结构的其他装配又是用冷接法。如果模件之间需要一些特殊的接口(例如导线引入线或其他)，则这些接口或者设置在模件的端部范围内，或者通过在隔离缝中的适当插塞连接来实现。在从外侧进行有利安装(和必要时拆卸)时，决不影响已经进行的内部工程，所以接头范围内的内部工程不受限制。必要时可保留很小的自由空间，以便在拆卸时从内部拆出连接件或外形连接件不受阻碍。

图3所示冷连接不同结构的任一个模件1也是主要由多个支承着一块外板2的骨架型材3和多个在纵向内沿一条隔离缝T相互连接的边缘型材5组成。必要时每个构件也可包括桁条或抗翘曲件，它们与骨架垂直并平行于边缘型材设置，而且按上述方法与骨架型材和外板连接。

图中所示的下料表示在隔离缝T的整个长度上按设计荷载的需要重复设置的一个单独骨架连接。隔离缝的长度由被连接构件的尺寸来确定，在铁路客车侧壁的情况中，构件长度可为20米。

上述的电子计算机数字控制滚动弯曲方法最好用封闭的对称骨架型材横截面无扭曲进行，以便骨架型材3具有一个有利的连续四方形管截面，这样的四方管截面同时为外板和必要时桁条的安装提供了足够的支承面。然后在铆钉处背向外板的壁上设置切口或孔3C，这样就可插入冲压铆钉工具的顶头。这些孔与铆钉位置位于轴向一条直线上。

垂直于外板的骨架型材壁或腹板上的孔3B作成带圆角的三角形，这样，剩余面积就可构成一个重量和强度都很理想的桁架形状或栅格形状。但这些孔除了图1所示的圆形结构外，亦可根据使用目的作成其他多边形(例如梯形或菱形)；用激光切割加工增加的费用可略去不计。

从孔3C相对于孔3B设置的情况可看到，铆钉位置最好位于骨架侧腹板靠近外板的材料堆积的范围内。

此外，在骨架型材3荷载小的范围内可通过完全切掉腹板或壁段而有意达到削弱横截面和减轻重量的目的。可用焊接的四方管，其纵焊缝设置在离外表面的一侧上。

边缘型材5又是用带有一条与一个壁成一直线伸出的肋5R的箱形玻璃纤维型材或碳素纤维箱形型材。在骨架型材和边缘型材交叉的范围内，在边缘型材5上设置一系列的孔或切口5A。

在隔离缝T两侧的骨架端部上又是固定连接有形状不同的骨架支脚6。根据表示模件之间一个优选连接形式的横截面的图4，骨架支脚6分别具有一个凸出跨度方向的短凸肩9，它嵌入封闭的骨架端部横截面中，然后通过一圈焊缝使它与相应的骨架型材3永久连接，但亦可用另一种结构形式，例如骨架支脚用较大的材料搭接用冷接连接到骨架型材3上。在凸肩9或骨架型材3的两侧从骨架支脚6垂直凸出一个带孔11的翼缘10(图3)，用该翼缘可将骨架支脚6连接在两侧设有孔的骨架型材5上，最好用铆钉连接。

由于在一个模件内的骨架型材轮廓总是相同的，所以骨架支脚6可根相应结构要求的形状作成大批量的廉价的标准件，必要时作成工厂标准件，这种标准件例如可作成具有很高精度的精密铸件。

为了平行找正骨架型材3和为了骨架支脚6固定在纵向延伸的边缘型材5上，只需一个简单的支撑装置，首先将相应的边缘型材而后将骨架型材放入该支撑装置中即可，其中在边缘型材上已经设置的孔5A预告给定骨架位置。

从图4可清楚看出，模件通过隔离缝T中的成对骨加支脚6用轴向可锁紧的连接件12(例如带有单个可压紧的闭锁环的闭锁环形螺栓)相互连接。这种连接件放入由半圆形构成的骨架支脚6的通孔中，该连接件主要由带有一个镦粗头以及闭锁环的圆柱形销钉组成。在进行连接之前，每个锁紧环形螺栓都有一根图中未示出的可拉断的拉销。连接件12与外形连接件13、14共同作用搭接隔离缝，并在通过楔紧作用使连接件轴向拉紧时在隔离缝中产生一个大的预应力。

连接件凸出的扁头或锁紧环相对于局部外板轮廓下降到模件之间在边缘型材5的肋5R之间由外板2边缘侧弯起段2Z构成的槽中。然后用一个型材盖板15(这里用双点画线表示，最好为U形横截面)将它们盖住，盖板把该槽盖住与外板齐平。盖板15本身还有助于模件之间的隔离缝的稳定以防止纵向剪切，该盖板精确与隔离缝槽配合，且其翼缘与外板的弯起段粘接在一起。此外，必要时可在从车顶到侧壁的过渡区组合一个排雨水沟。

如前所述，根据隔离缝的长度，可按图4构成多个连接点，这些连接点分别将两个相邻的骨架段的端部相互连接。在车箱或大型箱体的情况中可构成按预定距离相互平行延伸的环形骨架。在客车车身的情况中，骨架距离主要由车窗分布来控制；在这种情况中，一般不可能用相同的距离，而是将两个骨架设在一根车窗立柱的边缘上，该车窗立柱比包括它在内的车窗口窄。

在前述骨架支脚连接之间的范围内还可在隔离缝平面内设置其他的图中未示出的外形连接件，这种连接件可承受沿隔离缝平面作用的剪力，或必要时也承受横向作用的翘曲力。在上述轿车车身的情况中，这种外形连接件最好设置在窗口上下范围内。

在上述连接位置之间还可在边缘型材5上开孔。在最简单的情况下，这种孔大致呈半圆柱形轮廓并成对一起在隔离缝平面内构成另一个通孔—带有一个自由间隙。在这个通孔中又可嵌入另一个例如大致呈圆柱形的外形连接件，该连接件两端支承在开孔的边缘型材5的壁板上。这样就沿隔离缝T附加实现了一个剪力支撑。在拆卸时，嵌入件可简单地推出。如果该嵌入件在边缘型材5的箱形自由空间范围内具有一个加大的直径，则其端部的挡圈还附加地支撑边缘型材5来抵抗剪力。但这种形状只能用于在拆卸时互相连接的部件不垂直于主表面取出的场合。

如果这时要拆卸上述结构的本身，或例如由于检修原因要从相互连接的整体拆卸一个单独的部件，则必须在取掉盖板后将锁紧环破坏掉。

然后将锁紧环形螺栓12沿其镦粗头的方向向里从通孔中打出。如果要在模件的整个连接的位置上进行这个工作，则可用适当的工具垂直于它的表面延伸的方向内拉出。当然必须在车身内部事先采取适当的支撑措施。

也可在短时间内装一个具有相应尺寸的新部件来代替例如需要检修的旧部件。因此，与常规检修方法比较，车辆例如在侧部碰撞只引起钢板轻微损伤时可很快使它重新投入运营。

Claims

1.不同结构的模件(1)特别用于制造大型车身如铁路车辆车箱或箱体用的模件，包括：

-一块外板(2)，

-这种承重的外形一定的骨架型材(3)具有一个指向外板内侧的支承面，

-骨架型材的端部相互连接，为了连接两个相邻的模件(1)，沿一条隔离缝(T)成对相邻放置的边缘型材(5)具有用来穿插连接模件用的冷接件(6，12)的孔(5A)，其特征是：边缘型材(5)上的孔(5A)分别设置在骨架一端的范围内；骨架两端分别用骨架支脚(6)固定连接，该骨架支脚用来在相邻模件的相应骨架支脚之间借助于冷接的连接件(12)实现直接的外形连接和/或摩擦力连接，并通过冷接件(10，11)与边缘型材(5)在相应孔(5A)的范围内固定连接。

2.按权利要求1的模件，它的骨架型材(3)必要时以横截面连接板(3L、4F)插入骨架型材孔(3A)中的桁条型材(4)通过冷接实现连接。

3.按权利要求1或2的模件，它的外板(2)用冲压铆钉固定到骨架型材(3)、边缘型材(5)和/或必要时固定在桁条型材(4)上。

4.按前述权利要求任一项所述的模件，其外板(2)用防腐蚀的夹层钢板作成。

5.按前述权利要求任一项所述的模件，其边缘型材(5)用纤维增强的塑料制成。

6.按权利要求5的模件，边缘型材(5)的纤维增强特别是在没有孔(5A)穿通的纵向范围用碳素纤维组成。

7.按前述权利要求任一项所述的模件，它的边缘型材(5)具有一个带一个自由伸出的肋(5R)的箱形横截面，其自由端对接在外板(2)上。

8.按权利要求7的模件，它的外板(2)在边缘型材(5)的肋(5R)的范围内向里弯成Z字形，这样，在组装两个被连接的模件(1)时构成一个相对其主表面凹进的槽，冷连接件(12)在外板侧的头部可下降到该槽中，并用一块盖板(15)或类似件与表面平齐盖平。

9.按前述权利要求任一项所述的模件，其外板(2)用一层保护膜遮盖，该保护膜遮盖位于外板平面内的冲压铆钉头呈一个平整的面。

10.按前述权利要求任一项所述的模件，其骨架型材(3)至少在其与骨架支脚(6)固定的端部范围内具有一个封闭的、特别是四方管形横截面，在相应骨架支脚(6)的凸肩(9)固定之前将它按精确配合的尺寸插入该横截面中。

11.按权利要求10的模件，它的骨架支脚(6)作成精密铸件并与相应骨架端通过一条环形焊缝、特别是激光焊缝固定连接。

12.按前述权利要求任一项所述的模件，它的骨架型材(3)垂直于外板的壁段或腹板上开有孔(3B)，以减轻重量。

13.按权利要求12的模件，骨架型材(3)上的孔(3B)使相应壁段的剩余面积构成一个栅格结构或桁架结构，这些孔作成多边形，特别是倒圆角的三角形。

14.按权利要求1所述模件的制造方法，其特征是，按下列步骤制造：

-将外形和数量一定的骨架型材按预定长度切断，特别是用激光切断；

-按模件的每个纵向边缘切断边缘型材，并在其与骨架型材的连接位置开孔；

-边缘型材分别在平行排成一列的骨架的相同端上用固定在这个端上的骨架支脚冷固定，该骨架支脚也用来相互连接模件；

-一块最好是通过激光切割的两侧平行校直的外板支承在面朝外板的骨架支承面上，并用该支承面和边缘型材冷连接，特别是用平头冲压铆钉进行永久的冷连接。

15.按权利要求14的方法，外型一定的按长度切断的、特别是根据相应模件要求的外轮廓由一种封闭的管形型材组成的骨架最好通过机械化的滚动弯曲冷加工成一种预定的弧形。

16.按前述关于方法的权利要求任一项所述的方法，其中，必要时冷变形之后在垂直于外板延伸的骨架型材的腹板上开孔以减轻重量。

17.按权利要求16的方法，其中，开孔周围剩下的横截面构成桁架或栅格结构，这种结构面向外板的材料堆积部位最好位于预定冲压铆钉点范围内。

18.按前述关于方法的权利要求的任一项所述的方法，其中，面向外板的骨架型材的一侧必要时在冷变形之后设置用来插入桁条(抗翘曲)的孔，这些孔最好用激光切割并在孔范围内保留连接条来实现桁条与骨架的冷连接。

19.按前述关于方法的权利要求任一项所述的方法，其中，要连接在边缘型材上的外板边缘弯曲成Z字形，以构成一个相对于整个外板面凹进的槽。