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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen eines Buckelbleches
aus einer ebenen Blechplatte zur Aufnahme einer Schotterbettverfüllung bei
Bahnbrücken.
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Früher wurden
bei Gleiskonstruktionen, die über
Brücken
geführt
wurden, insbesondere bei Stadtbahnen, die Gleise auf einem Schotterbett
verlegt, d. h. das Schotterbett wurde auch über Brücken geführt. Für solche Schotterfahrbahnen
auf Brücken wurden
tonnen- oder buckelförmig
gekrümmte
Bleche eingelegt und dann mit Schotter verfüllt. Diese Technik wurde erst
vor ca. 25 bis 30 Jahren, auch bei Sanierungen, aufgegeben. Anschließend verlegte man
bei Brückenkonstruktionen
die Schwellen auf Stahlblech auf der Brücke, was jedoch dazu führte, daß das Verkehrsgeräusch beim Überfahren
sehr laut ist und daher eine erheblich Lärmbelästigung auftritt.
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Neuere
Lösungen
bestehen auch darin, die Schienen auf einer Betonunterlage anzubringen.
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Bei
den früher
benutzten Schotterbetten in gekrümmten
Blechen wurden zur Herstellung dieser gekrümmten Bleche Gesenke und Stempel
verwendet, wobei eine Warmverformung stattfand, nach der man anschließend das
geformte Blech an der Luft abkühlen
lassen mußte.
Denn, anders als bei der Autoindustrie, war hier die Verwendung üblicher
Tiefziehbleche, bei denen eine Kaltverformung eingesetzt werden
kann, nicht möglich,
und zwar wegen der mangelnden Festigkeit und der nicht ausreichenden
Korrosionsbeständigkeit
solcher Tiefziehbleche im Hinblick auf die Anforderungen für solche
Brückenkonstruktionen,
und auch unter Berücksichtigung
der sehr viel größeren Materialdicken.
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Diese
frühere
Herstellung der gekrümmten Bleche
war damit relativ aufwendig.
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Aus
der
EP 0 704 258 B1 ist
ein Blechumformungsverfahren bekannt, bei dem das Blech zwischen
einem Oberwerkzeug und einem Unterwerkzeug, von denen eines die
Formkontur aufweist, flüssigkeitsdicht
eingespannt und durch Einwirken eines hydraulischen Druckmittels
auf seine der Formkontur gegenüberliegende
Seite auf die Formkontur aufgeformt wird. Auch hier wird ein Gesenk
mit Stempel zur Herstellung maßgenauer
Automobil-Blechteile eingesetzt, weshalb die Verwendung üblicher
Tiefziehbleche, bei denen eine Kaltverformung einsetzbar ist, erfolgen
kann. Dabei können
jedoch keine Buckelbleche für
die Aufnahme einer Schotterbettverfüllung bei Bahnbrücken eingesetzt
werden, und zwar wegen der mangelnden Festigkeit der üblichen
Tiefziehbleche und deren nicht ausreichender Korrosionsbeständigkeit
im Hinblick auf die Anforderungen für Brückenkonstruktionen bei Bahnbrücken, und
auch noch unter Berücksichtigung
der sehr viel größeren Materialdicken
bei Buckelblechen. Das bekannte Verfahren arbeitet zweistufig, nämlich zunächst mit
einer Vorformung unter Aufbau von Druck auf der einen Seite des
eingespannten Blechs und, nach Erreichen der Vorformung, in einem
zweiten Schritt, mit einer Endformung, die unter anhaltendem Druck
sowie unter Nachziehen des Blechs solange stattfindet, bis ein vollständiges Aufliegen
des Blechs auf der Formkontur vorliegt.
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Auch
bei dem aus der
DE
197 17 953 A1 bekannten Blechformungsverfahren wird wiederum
ein zweiteiliges Werkzeug, bestehend aus Stempel und Matrize, eingesetzt,
wobei die Matrize als „Formkontur-Matrize” ausgebildet
ist. Auch hier wird zunächst die
eingelegte Blechplatte matrizenseitig mittels Druckfluid unter Druck
gesetzt und bei an ihrem Randbereich eingespannter Blechplatte in
Richtung auf den der Matrize gegenüberliegenden Stempel hin vorgewölbt, anschließend durch
diesen umgestülpt und
in die gegenüberliegende
Formkontur-Matrize eingedrückt. Beim
Eindrücken
des Stempels in die Formkontur-Matrize wird durch den Stempel das Druckfluid
auf der ihm gegenüberliegenden
Seite durch seine Zuleitungsöffnungen
nunmehr ausgedrückt,
wobei durch Anpressen des Metallblechs gegen die Formkontur der
Matrize die Endformung stattfindet. Auch dieses bekannte Verfahren
verläuft zweistufig,
indem zuerst eine Formgebung an der Matrize und daneben auch noch
eine entsprechende komplementäre
Formgebung auf der Druckseite des Stempels vorgenommen werden muß, wobei
sogar eine Richtungsumkehr der Verformungsrichtung stattfindet.
Auch bei diesem bekannten Verformungsverfahren werden keine Buckelbleche
hergestellt, sondern Bleche mit einer präzisen geometrischen Endform,
wie sie in der Automobilindustrie eingesetzt werden. Für die Anwendung
bei Blechen mit einer Blechstärke
von 9 mm bis 10 mm, wie sie bei Buckelblechen vorliegt, ist dieses
bekannte Verfahren kaum geeignet, bezieht es sich doch ganz offensichtlich
auf eine herkömmliche
Verformung üblicher
Tiefziehbleche in bei der Automobilindustrie üblichen Blechdicken von unter
1 mm.
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Das
aus der
DE 10
2006 052 696 A1 bekannte Blechformungsverfahren arbeitet
wiederum mit einem zweiteiligen Werkzeug, bei dem in einer Werkzeughälfte eine
Matrize ausgebildet ist. Bei der Umformung des Metallblechs in der
Matrize wird ein Unterdruck erzeugt, durch den sich das umzuformende Blechteil
zunächst
aufweitet und anschließend
an der formgebenden Innenwand der Matrize anliegt, welche die Kontur
des zu formenden Bauteils aufweist. Dabei wird zeitgleich zu dieser
Vakuumansaugung in den gegenüberliegenden
Spalt zwischen dem Blech und der anderen Werkzeughälfte bevorzugt
auch noch ein kontrollierter Überdruck
erzeugt, um eine besonders exakte Ausformung der gewünschten
Geometrie zu erreichen. Als Druckmittel wird dabei ein gasförmiges Fluid
eingesetzt. Die bei diesem Verfahren erfolgende Blechumformung unter
Einwirkung einer Vakuumansaugung in Verbindung mit einer Druckbeaufschlagung
an der gegenüberliegenden Seite
der Blechplatte ist keinesfalls zur Herstellung einfacher Buckelbleche
verwendbar.
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Ausgehend
hiervon liegt der Erfindung die Zielstellung zu Grunde, zur Ermöglichung
der früheren
Bauweise mit Schotterbett auch auf Brücken für die dabei einzusetzenden
Buckelbleche ein einfaches und kostengünstiges Verfahren vorzuschlagen, mit
dem auch Blechgrößen wie
z. B. 3,5 m × 2,5
m und Blechdicken bis zu 9 oder 10 mm verarbeitet werden können.
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Erfindungsgemäß wird dies
nun gelöst
durch ein Verfahren der einleitend genannten Art, bei dem auf einem
Verformungstisch ein dem Umfangsrandbereich der Blechplatte angepaßter, umlaufender Dichtungsprofilrahmen
aufgebracht und auf diesen die Blechplatte so aufgelegt wird, daß der Dichtungsrahmen
den umlaufenden Randbereich der Blechplatte auf deren dem Verformungstisch
zugewandten Seite überdeckt,
hiernach die Blechplatte auf ihrer dem Dichtungsrahmen gegenüberliegenden
Seite mittels eines umlaufenden Spannrahmens unter Zwischenschaltung
des Dichtungsrahmens am Verformungstisch in ihrem Randbereich festgespannt
und anschließend über wenigstens
eine am Verformungstisch angebrachte Öffnung Druckfluid in den Bereich
zwischen Blechplatte und Verformungstisch so lange zugeführt wird,
bis die Blechplatte eine vorgegebene Auswölbungstiefe erreicht hat, und
nach Erreichen der vorgegebenen Auswölbungstiefe das Druckfluid
sofort wieder abgelassen und dann die ausgewölbte Blechplatte zusammen mit
dem Spannrahmen vom Verformungstisch abgenommen wird.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
schafft nun ganz überraschend
die Möglichkeit,
die eingesetzten Bleche mittels Kaltverformung zu verformen, so
daß anschließend kein
Abkühlen
an der Luft mehr erforderlich ist. Zudem ist das erfindungsgemäße Verfahren
sehr rasch durchführbar,
wobei nach Erreichen der vorgegebenen Auswölbung der Druck sofort wieder
abgelassen werden kann. Dabei tritt ein elastischer Rückfederungseffekt
im Blech auf, so daß die
Größe der vorgegebenen
Auswölbung
so bemessen sein muß,
daß nach
Ablassen des Druckfluids und nach dem elastischen Rückfedern
des Bleches die verbleibende Wölbung
der Wölbung
entspricht, die für
den Einsatz gewünscht
wird.
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So
hat sich bei einem Versuch z. B. gezeigt, daß bei einer Platte der Abmessung
3,5 m × 2,5
m und einer Dicke von 9 mm zum Erreichen einer Auswölbungstiefe
von 150 mm als Endwert zunächst
bei Druckzugabe eine Auswölbung
von ca. 180 mm erzeugt werden muß, wonach bei Druckwegnahme
in Folge der elastischen Rückfederung
sich letztlich eine verbleibende Auswölbungstiefe von 150 mm ergibt.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
ist auch eine Minimierung der aufgewendeten Energie für die Erzeugung
bestimmter Formen feststellbar. Zudem bietet das erfindungsgemäße Verfahren
gegenüber
dem früheren
Verfahren mit Gesenkstempel den Vorteil hoher Flexibilität bei relativ
geringem Aufwand, wobei auch unterschiedliche Auswölbungsformen
einfach hergestellt werden können,
indem z. B. nur an einer oder aber auch an mehreren Stellen in dem
Bereich zwischen Blechplatte und Verformungstisch das Druckfluid
eingeleitet wird. Dadurch können während der
Druckzugabe über
der Fläche
der zu wölbenden
Blechplatte unterschiedliche Druckverhältnisse eingestellt werden,
die letztendlich auch zu unterschiedlichen Formen der Auswölbung führen. Dabei
ist zu beachten, daß es
hier nicht um das Erreichen irgendeiner ganz exakten Auswölbungsform geht,
da dies bei der späteren
Schotterverfüllung nicht
erheblich ist. Wesentlich ist, daß die gewünschte Auswölbungstiefe erreicht wird,
wobei das Einhalten einer ganz spezifischen, genauen geometrischen Form
nicht wesentlich ist.
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Als
Druckfluid können
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
sowohl ein Druckgas, insbesondere Druckluft, wie aber auch ein flüssiges Druckmedium
eingesetzt werden. Auch der Zuleitungsdruck des Druckmediums kann
in einem weiten Bereich unterschiedlich eingestellt werden. Es hat
sich aber als sehr vorteilhaft erwiesen, Wasser mit einem Druck von
10 bar einzusetzen. Soll jedoch eine Beschleunigung bei der Durchführung des
Verfahrens erreicht werden, besteht auch die Möglichkeit, daß der Öffnung im
Verformungstisch das Druckfluid aus einem ihr vorgeschalteten Zwischenspeicher
zugeführt wird,
in dem ein entsprechend erhöhter
Druck des Druckfluids vorgehalten werden kann.
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Wird
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum
Druckaufbau nur eine Öffnung
im Verformungstisch eingesetzt, ist es besonders vorteilhaft, diese
in einem zentralen Bereich desselben anzubringen, wodurch später dann
das ausgewölbte
Blech eine Formgebung mit einer maximalen Auswölbung in der Blechmitte erhält, von
der aus die Auswölbung
in Richtung auf die Blechränder
hin kontinuierlich kleiner wird.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht auch darin, die Öffnung
im Verformungstisch mit einem Steuerventil zu versehen, so daß auch der
Druckaufbau in einer gewünschten
Weise gesteuert werden kann.
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Neben
der Ausführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
mit nur einer Öffnung
im Verformungstisch kann es in vielen Fällen auch besonders zweckmäßig sein,
mehr als eine Öffnung,
bevorzugt zwei Öffnungen,
im Verformungstisch anzubringen und aus diesen dann das Druckfluid
zuzuführen.
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Durch
das erfindungsgemäße Verfahren
sind die erforderlichen gewölbten
Bleche in kurzer Zeit kaltverformbar, der einzusetzende Aufwand
ist sehr gering und letztlich lassen sich dadurch die gewölbten Bleche
sehr kostengünstig
herstellen. Damit ist die Möglichkeit
geschaffen, daß die
früher
eingesetzte und später
aus Kostengründen
nicht mehr fortgesetzte Technik der Benutzung solcher gewölbter Bleche
auf Bahnbrücken,
insbesondere bei Stadtbahnen im bewohnten Bereich, bei denen die
Gleise dann auf einer in die gewölbten
Bleche eingebrachten Schotterbefüllung
verlegt werden, auch aus Kostengründen wieder konkurrenzfähig wird,
mit dem ganz besonderen Vorteil, daß bei so verlegten Bahnbrücken die
Lärmbelästigung
beim Überfahren
durch Züge ganz
erheblich gegenüber
den später
eingesetzten Lösungen
reduziert ist, was aber gerade in jüngerer Zeit zunehmend an Bedeutung
gewinnt.
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Die
Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnungen im Prinzip beispielshalber
noch näher erläutert. Es
zeigen:
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1 die
Draufsicht (von oben) auf eine Anordnung zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens,
und zwar in einem Zustand, bei dem das auszuwölbende Blech bereits eingelegt
ist, der obere Gegenlager-Rahmen für den Spannrahmen aber noch
nicht aufgesetzt ist;
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2 Längsschnittlage
II-II in 1, aber hier mit oben aufgesetztem
Gegenlager-Rahmen und nach Auswölbung
der Blechplatte, sowie
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3 eine
vergrößerte Detaildarstellung
der Einzelheit A aus 2.
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In
den Figuren ist eine Vorrichtung 1 zum Erzeugen von räumlich gekrümmten Blechen
(„Buckelblechen”) dargestellt,
wobei 1 die Draufsicht und 2 einen
Schnitt durch die Vorrichtung 1 entsprechend Schnittlage
II-II in 1 zeigen, wobei allerdings in 1 das
in der Schnittdarstellung der 2 oben angeordnete
Spannrahmengegenlager weggelassen ist.
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Dabei
besteht die Vorrichtung 1 aus einem Verformungstisch 2,
auf den eine ebene Blechplatte 3 aufgelegt ist, die mittels
der Vorrichtung 1 zu einem Buckelblech gebogen werden soll.
Bei der Schnittdarstellung aus 2 ist jedoch
die Blechplatte 3 schon in ihrem räumlich gekrümmten Endzustand dargestellt.
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Auf
den Verformungstisch 2 ist zunächst ein umlaufender Dichtungsprofilrahmen 4 aufgelegt,
und zwar so, daß er
den umlaufenden Randbereich a der Blechplatte 3 auf deren
dem Verformungstisch 2 zugewandten Seite überdeckt,
wie dies die vergrößerte Darstellung
der Einzelheit A in 3 zeigt.
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Weiterhin
ist ein umlaufender Spannrahmen 5 vorgesehen, der, wie
ebenfalls 3 darstellt, am umlaufenden
Randbereich der Blechplatte 3 auf deren dem Dichtungsprofilrahmen 4 gegenüberliegenden
(Ober-)Seite aufliegt. Zum Verspannen des Spannrahmens 5 gegen
den umlaufenden Rand der Blechplatte 3 und den darunter
liegenden Dichtungsprofilrahmen 4 ist auf der Oberseite
des Spannrahmens 5 ein geeignetes Spannrahmengegenlager 6 aufgesetzt.
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In
einem Abstand von dem vom Spannrahmen 5 umschlossenen Bereich,
noch außerhalb
der Auflagefläche
des umlaufenden Dichtungsprofilrahmens 4, sind im Verformungstisch 2,
entlang dessen Randbereichen und umlaufend, Gewindebohrungen 7 angebracht,
in die Spannschrauben 8 eingreifen, die durch entsprechende Öffnungen
im Spannrahmengegenlager 6 hindurchgesteckt und von dessen
Oberseite her durch Muttern 9 axial so verspannt werden,
daß die
gewünschte
Spannkraft auf den Spannrahmen 5 aufgebracht wird. Zum
Aufbringen der Spannkraft auf den Spannrahmen 5 gibt es durchaus
unterschiedliche Möglichkeiten:
So könnten
auch Spannschrauben zunächst
von oben durch die Öffnungen
des Spannrahmengegenlagers 6 hindurchgesteckt und dann
nach unten in die Gewindebohrungen 7 im Verformungstisch 2 eingeschraubt werden,
wobei hier die Schraubenköpfe
als Gegenhalterung dienen. Auf die genaue Art und Weise, wie die
Verspannung des Spannrahmengegenlagers 6 gegenüber dem
Verformungstisch 2 und dem Spannrahmen 5 erfolgt,
kommt es aber nicht an: Es ist nur wesentlich, daß das Spannrahmengegenlager 6 in geeigneter
Weise gegenüber
dem Verformungstisch 2 (unter Zwischenschaltung des Spannrahmens 5) verspannt
wird. Die Benutzung von Spannschrauben 8, Gewindebolzen
o. ä. erweist
sich hier jedoch als eine einfache, sehr wirksame Möglichkeit
zum Spannen bzw. Entspannen des Spannrahmens 5.
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Die
Draufsicht gemäß 1 zeigt
neben dem Verformungstisch 2 und den an ihm angebrachten
Gewindebohrungen 7 den aufgelegten Dichtungsprofilrahmen 4,
die darauf gelegte ebene Blechplatte 3, deren umlaufender
Randbereich a vom Dichtungsprofilrahmen 4 nach unten zum
Verformungstisch hin abgedeckt wird (vgl. 3), sowie
einen unteren Abschnitt des auf der Oberseite im umlaufenden Randbereich
a der Blechplatte 3 angebrachten Spannrahmens 5.
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In
dem vom Spannrahmen 5 umschlossenen Bereich des Verformungstisches 2,
der von der ebenen Blechplatte 3 überdeckt ist, sind durch den
Verformungstisch 2 hindurch verlaufende, etwa gleich große Öffnungen
angebracht:
Eine erste Öffnung,
die als Füllöffnung 10 dient,
ist von der Außenseite
her an eine Zuleitung 11 angeschlossen, die über eine
Pumpe 12 aus einem Fluidspeicher 13 mit Druckfluid
beaufschlagt wird. Der Druckfluidzulauf aus der Zuleitung 11 zur Öffnung 10 hin
wird über
ein Ventil 14 gesteuert.
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Mittels
der Füllöffnung 10 kann
bei laufender Pumpe und geöffnetem
Ventil 14 in den Bereich zwischen der Blechplatte 3 und
der Oberseite des Verformungstisches 2 Druckfluid zugeführt werden.
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Bei
der zweiten Öffnung
im Verformungstisch 2 handelt es sich um eine Entleerungsöffnung 15,
die unter Zwischenschaltung eines Ventils 16 an eine Ablaßleitung 17 angeschlossen
ist, die ihrerseits in den Fluidspeicher 13 zurückführt, wie
dies 2 im einzelnen zeigt.
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Wenn
das Ventil 16 geschlossen und das Ventil 14 geöffnet ist,
kann bei eingeschalteter Pumpe 12 aus dem Fluidbehälter 13 Druckfluid
unter der Blechplatte 3 eingespeist werden, wodurch die
ebene Blechplatte 3 in eine sich zunehmend aufwölbende Form
verformt wird, bis sie die gewünschte
Endverformung hat, wie sie in 2 gezeigt
ist. Dabei bleibt der umlaufende Randbereich a der Platte 3 durch
den Spannrahmen 5 und unter Zwischenschaltung des Dichtungsprofilrahmens 4 ortsfest
gegenüber
dem Verformungstisch 2 verspannt.
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Ist
die gewünschte
Auswölbung
der Blechplatte 3 erreicht, wie dies in 2 dargestellt
ist, wird anschließend
das Ventil 14 geschlossen und das Ventil 16 zur
Entleerungsöffnung 15 geöffnet, wodurch
der Druck im Bereich zwischen der Unterseite der Blechplatte 3 und
der Oberseite des Verformungstisches 2 über die Ablaßleitung 17 in
den Fluidbehälter 13 hinein
abgebaut werden kann.
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Zur
Erzeugung von Buckelblechen, wie sie zur Aufnahme von Schotterbettverfüllungen
bei Bahnbrücken
eingesetzt werden können,
werden bevorzugt ebene Blechplatten einer Ausgangsgröße von 3,5
mm × 2,5
m und einer Dicke im Bereich von 8 bis 10 mm, besonders bevorzugt
von 9 mm, eingesetzt.
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Das
durch die Zuleitung 11 zugeführte Druckfluid, ganz besonders
bevorzugt Druckluft, wird vorzugsweise mit einem Druck von 10 bar
zugeführt und
die Blechplatte 3 bis zu einer Auswölbungstiefe von 170 bis 180
mm ausgewölbt,
bevor der Druck wieder abgelassen wird. Beim Ablassen des Drucks federt
die ausgewölbte
Blechplatte 3 etwas zurück, wonach
letztlich eine Auswölbungstiefe
von ca. 150 mm verbleibt.
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Es
besteht ohne weiteres auch die Möglichkeit,
mehr als eine Füllöffnung 10 (und
möglicherweise
auch mehr als eine Entleerungsöffnung 15)
einzusetzen, wobei sich der Einsatz zweier Füllöffnungen 10 und einer
Entleerungsöffnung 15 als
recht günstig erwiesen
hat.
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Gleichermaßen bestünde auch
die Möglichkeit,
der (bzw. den) Füllöffnung(en) 10 das
Druckfluid aus einem vorgeschalteten Zwischenspeicher (in den Figuren
nicht dargestellt) zuzuführen,
der bereits als Druckspeicher ausgebildet ist und mit dem es möglich wäre, das
Druckfluid auch mit einem höheren Druck
als 10 bar zuzuführen.
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Als
Dichtungsprofilrahmen 4 lassen sich alle Rahmen aus die
auftretenden Drücke
sicher nach außen
abdichtenden Dichtungsprofile einsetzen, insbesondere elastomere
Dichtungsprofile, etwa aus Silikonkautschuk.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung 1 ist
einfach aufgebaut, kann rasch zum Einsatz gebracht bzw. die verformte
Blechplatte 3 wieder aus ihr entnommen werden. Auch läßt sich
das Verformungsverfahren mit dieser Vorrichtung einfach und rasch ausführen, der
einzusetzende Energieaufwand ist sehr gering und es lassen sich
mit ein und derselben Vorrichtung 1 in flexibler Weise,
insbesondere wenn sie mehr als eine Füllöffnung 10 aufweist,
durch geeignete Steuerungen der durch die einzelnen Füllöffnungen 10 hindurchtretenden
Füllemengen
auch unterschiedliche Auswölbungsformen
erzielen.
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Auch
wenn sich als einzusetzendes Druckfluid bevorzugt Luft eignet, ist
jedoch ohne weiteres auch die Möglichkeit
gegeben, ein anderes gasförmiges
oder auch ein flüssiges
Fluid, z. B. Wasser, einzusetzen.