DE1048551B

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Publication number: DE1048551B
Application number: DENDAT1048551D
Authority: DE
Publication date: 1959-01-15

Description

DEUTSCHE S

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Blechkonstruktionen, deren Blechteile durch Vermittlung eines Rahmens und unter Materialbehandlung vorgespannt werden. Bei den bekannten Verfahren dieser Art wird entweder das Blech oder der Rahmen auf höhere Temperatur gebracht, so daß zwischen Rahmen und Blech eine Temperaturdifferenz · erzeugt wird, worauf beide Teile in diesem Zustand verschiedener Temperatur verschweißt werden. Bei der nachfolgenden Abkühlung des erhitzten Teiles wird alsdann die gewünschte Vorspannung des Bleches erzeugt.

Bei einem anderen, bereits vorgeschlagenen Verfahren, bei dem zwei Bauteile, die sich bei Wärmebehandlung hinsichtlich ihrer Längendehnung ver- .schieden verhalten, zuerst mittels eines Klebers vorläufig zusammengesetzt werden, gehen diese durch rmezufuhr und durch nachfolgende Abkühlung »-^ine feste Verbindung unter Auftreten einer das unerwünschte Verformen der Oberfläche eines der Teile ao vermeidenden Spannung ein.

Die zuerst genannten Verfahren haben jedoch einmal den Nachteil, daß trotz der ursprünglichen Temperaturdifferenz der zu verbindenden Teile bereits während des Verbindens, insbesondere Verschweißens, ein teihveiser Temperaturausgleich stattfindet, so daß die Erzielung der vorberechneten Spannungen und die Gleichmäßigkeit derselben in Frage gestellt ist, abgesehen von anderen Komplikationen, die durch die ver schiedenartige Wärmebehandlung der zu verbindenden Teile entstehen.

Die Erfindung hat vor allem eine Beseitigung dieser Nachteile zur Aufgabe und besteht im wesentlichen darin, daß Rahmen und Blechteile bzw. einzelne Rahmenteile aus verschiedenen Materialien zusammengesetzt werden, die sich hinsichtlich ihrer Längendehnung gegenüber einer Materialbehandlung verschieden verhalten und die — vorzugsweise gemeinsam — entweder vor, bei oder nach ihrer Verbindung, insbesondere Verschweißung, einer solchen Materialbehandlung unterworfen werden, daß die Blechteile infolge dieser Materialbehandlung durch den Rahmen unter Spannung gesetzt werden.

Eine besondere Anwendung dieses Verfahrens besteht darin, daß die Materialien bzw. eines derselben vor oder nach der Verbindung mit dem anderen Material einer Behandlung unterworfen werden, die nachträglich eine Volumenänderung des oder der behandelten Materialien bewirkt. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß für den Rahmen ein s° Material verwendet wird, dessen Volumen sich infolge -\L ^{IatcriaIbenail<}iI^urig — gegebenenfalls nach vorübergehender Verkleinerung — nachträglich ver-1L-^P?^er^^bz\v, weniger Als,dasjenige.der Blechteile ver- Verfahren zur Herstellung von BlecJikonstruktionen

Anmelder: Daimler-Benz Aktiengesellschaft, Stuttgart-Untertürkheim, Mercedesstr. 136

Dr.-Ing. Albrecht Kuske₁ Sindelfingen (Württ.), ist als Erfinder genannt worden

kleinert, und/oder daß für die Blechteile ein Material verwendet wird, dessen Volumen sich infolge der Materialbehandlung — gegebenenfalls nach vorübergehender Vergrößerung — nachträglich verkleinert bzw. weniger als dasjenige des Rahmens vergrößert. Bei Verwendung verschiedener Materialien kann hierbei das gleiche Verfahren für beide Teile angewendet werden, indem z. B. die aus Rahmen und Blech verschweißte Blechkonstruktion als Ganzes der Materialbehandlung ausgesetzt wird. Das Verfahren kann gegebenenfalls auch in der Weise vor sich gehen, daß bei gleichem oder ungleichem Material die beiden Teile (Rahmen bzw. Blechteile) einem verschiedenartigen Behandlungsverfahren unterworfen werden. Doch wird man diese letztere Möglichkeit im allgemeinen nur in Sonderfällen vorsehen. Beispielsweise kann der Rahmen aus einem Stahl mit 0,35% Kohlenstoffgehalt, die Haut dagegen aus einem Tiefziehblech mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,1 % bestehen. Der Rahmen wird vor dem Zusammenschweißen geglüht. Nach dem Zusammenschweißen wird die Konstruktion nochmals geglüht und abgeschreckt. Dabei tritt eine Volumenvergrößerung des Rahmens ein, während das Blech sein Volumen nicht verändert. Auf diese Weise erhält die Haut eine Vorspannung.

Besteht andererseits der Rahmen aus einem Stahl· beispielsweise mit 0,08% Kohlenstoffgehalt, die Haul aus einem Blech mit 0,35% Kohlenstoffgehalt, sc wird das Blech vor dem Zusammenschweißen geglühl und abgeschreckt, wodurch es eine Volumenvergrößerung erfährt. Nach dem Zusammenschweißen wire die ganze Konstruktion geglüht, ohne abzuschrecken Die dadurch bewirkte Volumenverminderung des Bleches führt zu einer Vorspannung im gewünscht« Sinn.

Infolge der stärkeren Volumenänderung de; Bleches, die bei Rückkehr der Konstruktion auf nor

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male Temperatur eintritt, wird sowohl in einem als auch im anderen Falle das Blech durch den sich weniger zusammenziehenden bzw. weniger ausdehnenden Rahmen unter Vorspannung gebracht.

Für die Materialbehandlung kommen unter anderem Verfahren wie Härten, Aufkohlen. Entkohlen od. dgl. in Betracht, d. h. Verfahren, die eine bleibende Volumenänderung des Materials bewirken. Die Konstruktion kann in diesem Falle in üblicher Weise, d. h. bei normaler Temperatur, zusammengeschweißt werden, ohne daß zunächst eine Vorspannung vorgesehen wird. Die Vorspannung wird alsdann durch die nachträgliche Wärmebehandlung erreicht.

Andererseits ist es unter Umständen zweckmäßig, die Materialien bereits vor dem Zusammenschweißen zu behandeln, wobei eine vorübergehende A^ergrößerung oder Verkleinerung des Volumens stattfindet. Werden in diesem vorübergehenden Zustand Rahmen und Blech miteinander verschweißt, so entsteht die Vorspannung nach einer gewissen Zeit von selbst, wenn die zeitweiligen Volumänderungen wieder zurückgehen.

Eine weitere Möglichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht ferner darin, daß Rahmen und Blechteile aus Materialien mit verschiedener Temperaturdehnung hergestellt sind, beispielsweise für den Rahmen ein Material mit höherer Temperaturdehnung, als für die Blechteile benutzt ist. Das Verbinden, insbesondere Verschweißen, findet bei einer gegenüber der NOrmaltemperatur erniedrigten Temperatur, z. B. in einer Kältekammer, statt.

Um allzugroße Relativbewegungen zwischen den miteinander verbundenen Teilen im Temperaturbereich des Normalbetriebes zu vermeiden, empfiehlt es sich, die Differenz zwischen den Ausdehnungswerten der beiden verwendeten Materialien nicht zu groß zu wählen. Zweckmäßig wird eine möglichst hoch über der Normaltemperatur oder eine möglichst tief unter dieser liegende Temperatur für die Verbindung λόπ Rahmen und Blechteilen verwendet. Hierdurch ist die Gewähr dafür gegeben, daß auch bei den höchsten oder tiefsten auftretenden Betriebstemperaturen ein Ausgleich der Vorspannung nicht eintritt.

Man kann z.B. eine Haut aus' einem bekanntlich durch zeitlich begrenztes Erwärmen. auf ungefähr 500° C veredelten Duralumin mit einem unbehandelten Duraluminrahmen zusammenschweißen, wobei die Haut durch die vorhergehende Erwärmung eine vorübergehende Volumenvergrößerung erfahren hat. Wie bei den früheren Beispielen erhält man bei Normal temperatur die erwünschte Vorspannung. Umgekehrt erfährt eine Haut aus Messing durch Ausglühen eine vorübergehende Volumenverkleinerung, die ebenfalls im obengenannten Sinn angewendet werden kann. Außerdem kann durch Einwirken einer Strahlung mit elektromagnetischen Schwingungen kürzester Wellenlänge (radioaktive Strahlen) in einem der Teile ein Strukturumbruch mit Volumenänderung erzielt werden, durch den eine Vorspannung bei der Verbindung mit dem unbehandelten Rahmenbauteil auftritt.

Eine weitere Möglichkeit der Verwirklichung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht ferner darin, daß ein Rahmen verwendet wird, der aus Materialien verschiedener Wärmedehnungswerte zusammengesetzt ist und mit den Blechteilen bei einer von der Betriebstemperatur abweichenden Temperatur verbunden, insbesondere verschweißt, und _ hierauf wieder auf Xprmaltemperatur gebracht wird, derart, daß der -Rahmen—sich—infolge - der - verschiedenen -Längen-

dehnungen seiner Bestandteile — etwa nach Art von Bimetallstreifen — durchbiegt und dadurch die Blechteile auf Vorspannung bringt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung hierfür schematisch dargestellt. Der Rahmen besteht in diesem Falle aus den beiden Längsträgern a und b sowie aus den mit ihnen fest verbundenen Querträgern c, d und e. Der Rahmen dient zur Versteifung von einem oder zwei (nicht

ίο dargestellten) Blechen, die sich auf der Oberseite bzw. Unterseite des Rahmens über die ganze Fläche desselben erstrecken .und mit den Längsträgern a, b und den Querträgern c und e sowie zweckmäßig auch mit d verschweißt sind.

Die Längsträger a und b sind nach Art von Bimetallstreifen aus zwei Längsträgerteilen a_v o, bzw. b_v b₂ und die Querträger c und e in entsprechender Weise aus Querträgerteilen c_v c₂ bzw. e_v e, zusammengesetzt, und zwar je mit einer in Längsrichtung

so der Träger verlaufenden Naht fest miteinander verbunden, insbesondere verschweißt.

Die inneren Tragerteile c₁ ^₁, C_v bestehen hierbei aus einem Material, das einen anderen Dehnungswert als die äußeren Trägerteile a₂, £>₂, c₂, e_z hat, und zwar ist für die inneren Trägerteile ein Material mit größerem Dehnungswert als für die äußeren Trägerteile verwendet.

Ei ^-iOlgt in diesem Falle das Verschweißen des Rahmens mit den Blechteilen in der gezeichneten Form des Rahmens bei höherer Temperatur, so werden sich beim Abkühlen infolge der stärkeren Zusammenziehung der inneren Trägerteile die Träger nach außen ausbiegen, wie durch a', b', c' und e' in übertriebenem Maßstabe dargestellt ist. Diese Durchbiegung der Träger nach außen ruft eine entsprechende Zugspannung der Bleche sowohl in Längsrichtung χ als auch in Querrichtung 3' hervor.

Natürlich kann auch die Konstruktion so ausgeführt sein, daß bei Normaltemperatur die Träger geradlinig verlaufen, während sie bei höheren Temperaturen nach innen ausgebogen sind. Auch in diesem Falle entstehen Zugspannungen im Blech, während sich die Rahmenträger beim Übergang auf die Normaltemperatur geradlinig strecken.

Gegebenenfalls können auch die im vorstehenden beschriebenen Verfahren in Kombination miteinander verwendet werden, indem z. B. als Bimetallträger ausgebildete Rahmen mit Blechen verbunden werden, die ihrerseits aus einem von den Rahmenteilen verschiedenen Material bestehen, so daß sie bei entsprechender Wärmebehandlung vorübergehend oder ständig eine vom Rahmen verschiedene Volumenänderung erhalten. Auch können die Teile der Rahmenträger derart aus verschiedenem Material bestehen, daß an Stelle eines unterschiedlichen Temperaturdehnungswertes die Längendifferenzen infolge einer unterschiedlichen Gefügeänderung, z. B. durch Härten, Aufkohlen, Entkohlen od. dgl., entstehen.

Gegebenenfalls kann auch die vorübergehende Durchbiegung der Rahmenträger statt durch Verwendung von Bimetallrahmen und Wärmebehandlung durch äußere Kräfte erreicht werden, wobei auch die Rahmenträger durch zwischengespannte Verstrebungen vorübergehend zur Befestigung der Bleche gegeneinander verspannt werden und die hierfür vorgesehenen Verstrebungen nach Fertigstellung der Verschweißung wieder herausgenommen oder herausgeschnitten werden. Die Vorspannung bzw. Durchbiegung der Träger kann auch, z. B. nach vorheriger -70-Berechnung, so gewählt werden,-daß4rn verschweißten-

Claims

endgültigen Zustand die Bleche allseitig unter völlig gleicher Zugspannung gehalten werden. Zu diesem Zweck werden z. B. die Rahmenträger einer Kraft unterworfen, die sich aus einer längs des Umfanges gleichmäßig verteilten Kraft, die später auf das Blech wirken soll, sowie einer zusätzlichen Kraft zusammensetzt, welche der Dehnung entspricht, die das Blech bei Aufnahme der Vorspannung erleidet. Die primäre Vorspannung des Rahmens ergibt hierbei den Vorteil, daß eine gleichmäßige Spannung des Bleches nach dem Verschweißen mit verhältnismäßig geringen Kräften erzielbar ist. während eine primäre Vorspannung des Bleches Kräfte erfordern, die die Festigkeit des Bleches überschreiten könnten. 15 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Blechkonstruktionen, deren Blechteile durch Vermittlung eines Rahmens und unter Wärmebehandlung ao vorgespannt werden, dadurch gekennzeichnet, daß Rahmen und Blechteile bzw. einzelne Rahmenteile aus verschiedenen Materialien zusammengesetzt werden, die sich hinsichtlich ihrer Längendehnung gegenüber einer die Struktur und/oder die Zusammensetzung verändernden Materialbehandlung, beispielsweise Härten, Aufkohlen oder Entkohlen, verschieden verhalten und die entweder vor, bei oder nach ihrer Verbindung, insbesondere Verschweißung, einer solchen Materialbehandlung unterworfen werden, daß die Blechteile infolge ihrer Materialbehandlung durch den Rahmen unter Spannung gesetzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rahmen und die Blechteile aus gleichem oder ungleichem Material bestehen und entweder vor, bei oder nach ihrer Verbindung, insbesondere Verschweißung, einer verschiedenartigen Behandlung unterworfen werden, so daß die Blechteile infolge dieser Behandlung durch den Rahmen unter Spannung gesetzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Rahmen und Blechteile bzw. eines derselben vor, bei oder nach der Verbindung einer solchen Behandlung unterworfen werden, die nachträglich eine Volumenänderung des oder der behandelten Materialien bewirkt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für den Rahmen ein Material, dessen Volumen sich infolge der Behandlung — gegebenenfalls nach vorübergehender Verkleinerung

— nachträglich vergrößert bzw. weniger als dasjenige der Blechteile verkleinert, und/oder für die Blechteile ein Material verwendet wird, dessen Volumen sich infolge der Behandlung — gegebenenfalls nach vorübergehender Vergrößerung

— nachträglich verkleinert bzw. weniger als dasjenige des Rahmens vergrößert.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Rahmen und Blechteile aus Materialien mit verschiedener Wärmedehnung hergestellt, bei einer gegenüber der Betriebstemperatur (Normaltemperatur) niedrigeren Temperatur miteinander verbunden, insbesondere verschweißt werden, so daß, nachdem sie wieder Normaltemperatur angenommen haben, die Blechteile durch den Rahmen vorgespannt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen aus Materialien verschiedenen Wärmedehnungswertes zusammengesetzt, mit den Blechteilen bei einer von der Betriebstemperatur (Normaltemperatur) abweichenden Temperatur mit den Blechen verbunden, insbesondere verschweißt und hierauf wieder auf Normaltemperatur gebracht wird, derart, daß der Rahmen sich infolge der verschiedenen Längendehnungen seiner Bestandteile durchbiegt und dadurch die Blechteile auf Vorspannung bringt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 628 700;
USA.-Patentschriften Nr. 2 197 150, 2 304 970, 688 796.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 965 463.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen