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Verfahren zur Herstellung von Konstruktionsteilen, die aus Blech und
mit diesen verbundenen Versteifungsgliedern bestehen Die Erfindung betrifft ein
Verfahren zur Herstellung von Konstruktionsteilen, die aus Blech und mit diesen
verbundenen Versteifungsgliedern beistehen und bei denen, die Bleche durch die Versteifungsglieder,
insbesondere: zur Erhöhung der Knickfestigkeit, unter Vorspannung gehalten werden.
Diese Konstruktionsteile sind insbesondere für Fahrzeuge bestimmt, wo sie z. B.
als Fahrzeugrahmen mit einem den Rahmen versteifenden Bodenblech, gegebenenfalls
in Verbindung mit einer mittragenden Karosserie verwendet werden können.
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Bei einem bekannten Verfahren dieser Art werden die Blechteile zuerst
vorgespannt und. dann im vorgespannten Zustand mit den Versteifungsgliedern verbunden,
um im Endzustand einen Teil der Vorspannung zu behalten. Durch die von den Blechen
auf die Versteifungsglieder ausgeübten Kräfte werden die Versteifungsglieder mehr
oder weniger verbogen, so daß die Versteifungsglieder entsprechend vorgeformt sein
müssen, damit sie nach dem Zusammenbau mit den Blechen die gewünschte Form erhalten,
z. B. geradlinig verlaufen.
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Demgegenüber besteht das erfindungsgemäße Verfahren darin, daß die
Versteifungsglieder vor der Verbindung mit den Blechen, entgegen der im End zustand
gewünschten Vorspannung der Bleche unter Spannung, insbesondere durch Biegen, gesetzt
werden und hierauf mit den Blechen verbunden werden, so daß die Bleche nach Verbindung
mit den Versteifungsgliedern und nach Freigabe der Versteifungsglieder ihrerseits
die im Endzustand gewünschte Vorspannung erhalten.
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Dem bekannten und dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die Aufgabe
zugrunde., den Blechen der Konstruktionsteile zwecks erhöhter Steifigkeit der Konstruktionsteile
eine Vorspannung zu geben. Während jedoch bei dem bekannten Verfahren zur Herstellung
von Konstruktionsteilen aus Blechen diese unmittelbar höher vorgespannt werden,
als im Endzustand gewünscht wird, erfolgt gemäß der Erfindung eine Vorspannung der
Versteifungsglieder, damit diese nach der Verbindung mit den Blechen ihre Vorspannung
an letztere teilweise abgeben. Hierdurch ergeben sich gegenüber dem bekannten Verfahren
erhebliche Vorteile.
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So stößt die Erzeugung einer erhöhten gleichmäßigen Vorspannung von
Blechen vor der Verbindung mit den Versteifungsgliedern auf große Schwierigkeiten.
Theoretisch läßt sich wohl eine gleichmäßige Vorspannung des Bleches nach Fertigstellung
dadurch erreichen, daß man es vorher ungleichmäßig vorspannt, so daß die Durchfederung
der Rahmenskelettstäbe ausgeglichen wird. Es ist aber in der Regel praktisch geradezu
unmöglich, die Bleche vorher so vorzuspannen, daß sie nach der Verbindung mit dem
Träger den gewünschten gleichmäßigen Spannungszustand aufweisen, da hierbei das
Blech weit über seine Festigkeit beansprucht würde.
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Wollte man beispielsweise vor dem Zusammenschweißen nur das Blech
vorspannen, damit nach dem Fertigstellen die gewünschte gleichmäßige Vorspannung
vorhanden ist, so müßte das Blech in einem mittleren Teil eine sehr hohe Spannung
erhalten, während längs der Kanten gleichzeitig die Vorspannung etwa gleich Null
bleiben müßte. Ein solcher Spannungszustand ist aber elastisch nicht möglich.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann dagegen der Rahmen gleichmäßig
belastet werden, wobei die Kräfte ohne Überbeanspruchung des Rahmens derart gewählt
werden können, daß die sich in der Mitte durchbiegenden Träger nach der Verschweißung
mit dem Blech und nach anschließender Entlastung eine nahezu gleichmäßige Spannungsverteilung
im Blech bewirken.
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Außerdem ergibt sich herstellungsmäßig dadurch ein besonderer Vorteil;
daß es lediglich notwendig ist, die Träger nur an den Enden, nicht aber an denjenigen
Stellen, an denen sie mit den Blechen verbunden werden sollen, zu fassen. Im übrigen
brauchen sie im mittleren Teil nur nach innen gedrückt zu werden, ohne daß hierzu
besondere Greifvorrichtungein od. dgl. erforderlich sind.
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Auch kann unter Umständen eine zusätzliche Varspannung -der Versteifungsglieder
vor der Verbindung mit den Blechen auf thermischem Wege vorgesehen sein.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sei an Hand der schematischen Zeichnungen
nach etwas näher erläutert. Hierbei zeigt
Fig. 1 eine aus zwei übereinander
angeordneten Blechen mit ringsum laufenden Trägern bestehende Hohlplatte, Fig. 2
die, Ansicht einer solchen. Hohlplatte mit einem zusätzlichen Querversteifungsglied,
Fig. 3 ein Schema für die Ausbildung der eine quadratische Platte versteifenden
Träger und Fig.4 ein entsprechendes Schema für eine: Platte mit einem zusätzlichen
mittleren Versteifungsträger. In Fig. 1 sind 10 und 11 zwei Blechplatten, welche
von Längsträgern 12, 13 und Querträgern 14, 15 begrenzt werden.
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Die Zugvorspannung kann einachsig, z. B. in Richtung x, oder zweiachsig,
z. B. in Richtung x und y, sein. Eine zweiachsige Vorspannung ist, wenn sie in beiden
Richtungen die gleiche Größe hat, in allen Richtungen. gleich wirksam, während eine
einachsige Vorspannung ihre volle Wirkung nur in der Zugrichtung ihrer Vorspannung
(z. B. x) hat, für alle anderen Richtungen dagegen geringer und senkrecht zur Zugrichtung
-v gleich Null ist. Es gelten dabei die Gesetze; des Mohrschen Spannungskreises.
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Die Bleche werden durch Träger unter Spannung gehalten, wobei die
Träger mit den, Blechen zweckmäßig verschweißt werden. Bei einer einachsigen Zugverspannung
in Richtung x werden hierbei beispielsweise die: Träger 12 und 13 auf Biegung, die,
Träger 14 und 15 im wesentlichen auf Druck beansprucht. Bei einer zweiachsigen.
Zugvorspannung in Richtung x, y stehen sämtliche Träger 12 bis 15 unter Biegungsspannung.
Die Träger müsson daher steit genug sein, um diese Biegebeanspruchungen aufnehmen
zu können. Um bei längeren Konstruktionen die Biegemomente in den Trägern zu vermindern,
werden sie: zweckmäßig zusätzlich gegeneinander abgestützt, beispielsweise durch
einen mittleren. Querträger 16, wie in Fig. 2 angedeutet ist. Bei den in Fig. 2
dargestellten Abmessungen würde sich durch dle Querversteifung das maximale Biege=
moment auf 1/4 verringern.
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Die Vorspannung der Bleche wird dadurch erzielt, daß die Träger vor
der Verbindung mit den Blechen unter entsprechender Belastung gehalten. und hierauf
die Bleche angeschweißt werden, so daß nach. dem Entfernen der Belastung die Bleche
durch, die Träger auf die gewünschte Vorspannung gebracht werden.
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Ein Teil der Vorspannung läßt sich auch dadurch in an sich bekannter
Weise erzielen, daß das Blech während des Anschweißens der Träger auf einer etwas
höheren Temperatur als die Träger gehalten wird, indem entweder das. Blech erwärmt
und/oder die Träger abgekühlt werden, wodurch beim Ausgleich der Temperatur entsprechende
Spannungen zwischen Blech und Träger entstehen.
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Um eine gleichmäßige Zugvorspannung in den Blechen zu erhalten, müssen
die auf Biegung beanspruchten Träger während des Zusammenbaues so vorgespannt werden,
daß sie nach. dem Entlasten eine gleichmäßige Zugspannung auf das Blech: ausüben.
Hierzu werden die Träger, die nach dem Zusammenbau geradlinig verlaufen, sollen,
im ungespannten Zustand vor dem Zusammenbau in entsprechend gekrümmte Form gebracht.
Ein: Rahmenviereck mit den. Trägern 12 bis 15 ohne zusätzliche Querträger müßte
daher schematisch zunächst die (mit übertriebenen Ausbiegungen dargestellte) Form
nach Fig. 3 haben, so daß die Träger die punktiert gezeichnete Form 12' bis 15'
nach dem Zusammenbau endgültig beibehalten können.
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Für ein Rahmenviereck mit einem zusätzlichen Querträger 16 in einer
Symmetrieebene ergibt sich in entsprechender Weise das in Fig. 4 dargestellte Schema,
wobei die äußerem Rahmenträger 12 bis 15 zunächst entsprechend den voll ausgezogenen
Linien nach außen durchgebogen sein müßten, um später die geradlinige, punktiert
gezeichnete Form 12' bis 15' zu erhalten. Werden Querträger zur zusätzlichen Abstützung
außerhalb der Symmetrieebene angeordnet, so müssen diese ebenfalls vorgekrümmt sein.
Konstruktionen, bei denen vorgespannte Bleche in mehr als einer Ebene verwendet
werden, müssen die Träger jeweils in den entsprechenden Ebenen gekrümmt sein.
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Die durch die Herstellung, z. B. infolge des Schweißens, bedingten
Formänderungen (z. B. Verziehen) müssen natürlich außer der zur Erzielung der gewünschten
Vorspannung der Bleche vorgesehenen Vorkrümmung der Träger bei der Formgebung berücksichtigt
werden.