DE2602605A1

DE2602605A1 - Verfahren zum herstellen einer paneelkonstruktion und vorrichtung zur verwendung in diesem verfahren

Info

Publication number: DE2602605A1
Application number: DE19762602605
Authority: DE
Inventors: Akira Hoshi; Tsuneo Kinoshita; Shigetomo Matsui; Kiyoshi Terai; Toru Tohmoto; Toshio Yoshida
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 1975-01-27
Filing date: 1976-01-24
Publication date: 1976-07-29
Also published as: SE7600753L; BR7600446A; GB1537152A; FR2298404B1; US4058883A; DE2602605C3; DE2602605B2; FR2298404A1; SE410339B

Description

Paienianwälte

Bipl-Ing. Woiigang fioichel

6 Frankfurt a. M. 1
Parksiraßo 13

8378

KAWASAKI JUKOGYO KABUSHIKI KAISHA, Kobe-Shi, Japan

Verfahren zum Herstellen einer Paneelkonstruktion und Vorrichtung zur Verwendung in diesem Verfahren

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Paneelkonstruktion aus einem skelettartigen Rahmenwerk und einer an dem Rahmenwerk befestigten Hauttafel. Weiterhin befaßt sich die Erfindung mit einer Vorrichtung zum Strecken und ggf. Erhitzen einer Tafel zur Verwendung in dem Verfahren. Die Paneelkonstruktion ist insbesondere für Fahrzeuge, Schiffe, Bauwerke und dgl. geeignet.

Die Erfindung befaßt sich im allgemeinen mit Paneelkonstruktionen aus Baustoffen, wie sie in Blech- und Dünnplattenkonstruktionen für die Dach- und Seitenverkleidung von vielen Fahrzeugen, Schiffen, Gebäuden und anderen Gebilden verwendet werden. Die Erfindung.befaßt sich insbesondere mit einem Verfahren zum Herstellen von Paneelkonstruktionen der oben beschriebenen Art, wobei die Hauttafel oder das Hautblech in einer solchen Weise an dem Rahmenwerk befestigt werden soll, daß in dem Blech oder in der Tafel keine Schweißungsdeformationen auftreten.

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Es besteht ein großes Bedürfnis zum Vermindern des Eigengewichts von verschiedenartigen Gebilden, insbesondere von Eisenbahnwagen. Um dieses Bedürfnis zu befriedigen, hat man die Wandstärke der Paneel- oder Verkleidungskonstruktionen der Fahrzeuge vermindert. Für Stahl betragen die Wandstärken von Hautplatten oder Hautblechen größenordnungsmäßig 1,2 bis 1,6 mm. Die Rahmenwerkbauteile haben eine Stärke von größenordnungsmäßig 2,3 bis 4,5 mm. Infolge der Tendenz, die Stärke der Bauteile zu vermindern, besteht bei Dünnplattenkonstruktionen der oben beschriebenen Art die Gefahr, daß beim Zusammenbau Deformationen auftreten, beispielsweise in den Dach- und Seitenwand-Paneelkonstruktionen.

Von den verschiedenen Arten der auftretenden Deformationen sind etwa 50% auf Verziehen oder Krümmen der Hauttafeln zurückzuführen, wobei es sich um Verwerfungen handelt. Etwa h0% der Deformationen beruhen auf einem unregelmäßigen Durchhang. Diese beiden Arten von Deformationen machen somit 90^6 der gesamten Deformationen aus. Die Verwerfungsdeformationen der Hautplatten oder Hautbleche umfassen auch örtliche Spannungen, die beim Walzen hervorgerufen werden, und Spannungen, die auf das Schweißen zurückzuführen sind. Wenn daher eine dünne Platte oder eine Hauttafel der beschriebenen Art an einem gitterförmigen Rahmenwerk beispielsweise durch Schweißen befestigt wird, treten verschiedenartige Arten von Deformationen in der Form von konkaven und konvexen Wölbungen in den einzelnen rechteckförmigen Feldern des Hautbleches auf.

Es ist üblich, diese konvexen und konkaven Deformationen durch ein Deformationsentfernungsverfahren zu beseitigen, bei dem nach der Herstellung der Paneelkonstruktion jedes Feld örtlich erhitzt wird, beispielsweise durch Punkt- oder Linienerhitzung, und danach schnell

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abgekühlt wird. Die für dieses Deformationsentfernungsverfahren aufgebrachte Arbeitszeit macht etwa 20 bis 25Sa der Zusammenbauzeit eines Fahrzeugkörpers aus. Die Entfernung der Deformationen ist daher mit sehr viel Arbeit und hohen Kosten verbunden.

Weiterhin können bei rostfreien Stahlblechen die Deformationen nicht entfernt werden, da sich sonst die dünnen Bleche verfärben, und das Paneel seinen Handelswert verliert. Rostfreie Stahlbleche werden daher lediglich als gewellte Hautbleche verwendet. Gewellte Hautbleche sind aber sehr teuer und haben einen geringeren ästhetischen Wert. Bei Hautblechen aus Aluminiumwerkstoffen ist die Wirksamkeit der Deformationsentfernung durch Punkterhitzen sehr gering, da Aluminium eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit hat. In manchen Fällen ist es daher unmöglich, die Deformationen zu beseitigen. Bei der Verarbeitung von Hautblechen aus Aluminium werden daher äußerst komplizierte Arbeitsvorgänge angewandt, die beispielsweise die Verwendung von Hilfskühlplatten umfassen, um die AluminiumpaneaLe herzustellen.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß nach dem Stand der Technik das Auftreten von Schweißungsdeformationen in Dünnplatten- oder Hautplattenkonstruktionen nicht vermieden werden kann und daß es erforderlich ist, die entstandenen Deformationen in einem geeigneten Nacharbeitungsvorgang zu beseitigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Dünnwand-oder Paneelkonstruktionen in einer solchen Weise herzustellen, daß vor, während und nach dem Anbringen der Hauttafeln an dem Rahmenwerk keine Deformationen in den Hauttafeln auftreten.

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Dies wird nach der Erfindung grundsätzlich dadurch erreicht, daß eine Hauttafel einer Paneelkonstruktion vor und während des Anbringens an einem skelettartigen Rahmenwerk in einer solchen Weise verarbeitet wird, daß in der Hauttafel der fertiggestellten Pane.elkonstruktion eine Restzugspannung vorhanden ist. Diese Restzugspannung wird dadurch hervorgerufen, daß die Hauttafel einer solchen physikalischen Bedingung unterworfen wird, daß sie einen Zustand annimmt, in dem sie in ihrer geometrischen Oberfläche in bezug auf den Normalzustand elastisch gedehnt ist, und daß in diesem gedehnten Zustand die Hauttafel an dem Rahmenwerk befestigt wird.

Ein Verfahren zum Herstellen einer Paneelkonstruktion der beschriebenen Art ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß vor der Befestigung der Hauttafel an dem Rahmenwerk lediglich die Hauttafel einer geeigneten Zugspannung ausgesetzt wird, daß die unter der elastischen Dehnungsgrenze im Zugspannungszustand gehaltene Hauttafel an dem Rahmenwerk befestigt wird und daß anschließend die Zugspannungskräfte von der Hauttafel weggenommen werden.

Ein Verfahren zum Herstellen einer Paneelkönstruktion der beschriebenen Art ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Hautplatte vor dem Anbringen an dem Rahmenwerk auf eine geeignete Temperatur gebracht wird, so daß sie sich in einem thermisch ausgedehnten Zustand befindet, daß die Hautplatte in diesem thermisch ausgedehnten Zustand an dem auf Raumtemperatur befindlichen Rahmenwerk befestigt wird und daß danach die Wärmezufuhr zu der Hauttafel eingestellt wird, um eine Abkühlung auf Raumtemperatur zu gestatten.

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Verfahren zum Herstellen einer Paneelkonstruktion der beschriebenen Art ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das oben beschriebene Streckverfahren und das oben beschriebene Erhitzungsverfahren gleichzeitig angewendet werden, um in der Hauttafel durch Strecken und Erhitzen einen Überlagerungseffekt zu erzielen. Eine Weiterbildung irgendeines der drei oben beschriebenen Verfahren zeichnet sich nach der Erfindung dadurch aus, daß vor der Ausführung von irgendeinem der erwähnten Herstellungsschritte die Hauttafel überdehnt wird, um sie einer Zugspannung auszusetzen, die über der elastischen Dehnungsgrenze der Hauttafel liegt. Falls es notwendig ist, kann man somit die Hauttafel mit einer Spannung vordehnen, die die Dehnungsgrenze übersteigt, bevor die anderen Schritte zur Herstellung der Paneelkonstruktion ausgeführt werden.

Die Erfindung wird im einzelnen an Hand einer Zeichnung erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Ansicht eines Hautbleches für das Dach eines Eisenbahnwaggons,

Fig. 2 eine Ansicht einer Paneelkonstruktion, die unter Verv/endung der in der Fig. 1 dargestellten Hauttafel hergestellt worden ist,

Fig. 3 eine Ansicht einer Vorrichtung zur Verwendung in dem Verfahren nach der Erfindung,

Fig. 4 eine Seitenansicht der in der Fig.3 dargestellten Vorrichtung,

Fig. 5 eine vergrößerte Seitenansicht eines wesentlichen Teils der in den Fig. 3 und 4 dargestellten Vorrichtung,

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Fig. 6 eine grafische Darstellung mit einer beispielsweisen Verteilung der Restzugspannung in einer Hauttafel in Längsrichtung,

Fig. 7 eine Teilansicht einer Paneelkons-fcruktion für eine Seitenwand eines Fahrzeugkörpers,

Fig. 8 eine Seitenansicht zur Erläuterung der Art und Weise, wie eine Paneelkonstruktion durch das erfindungsgemäße Erhitzungsverfahren hergestellt wird,

Fig. 9 eine Schnittansicht der in der Fig. 8 dargestellten Paneelkonstruktion und von wesentlichen Teilen eines Gerätes zur Herstellung der Paneelkonstruktion und

Fig. 10 eine grafische Darstellung der Temperaturverteilung in einer Hauttafel "beim Erhitzen der Tafel unmittelbar vor der Befestigung an einem Rahmenwerk.

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Das folgende Ausführungsbeispiel der Erfindung "betrifft ihre Anwendung zur Herstellung einer Hüllenkonstruktion für das Dach eines Schienenfahrzeugs oder Eisenbahnwaggons. Eine Außenhaut oder ein Hautblech 1 mit der in der Fig. 1 dargestellten Form wird dadurch hergestellt, daß eine große Anzahl von rechteckförmigen, dünnen Platten- oder Blechelementen 1a mit einer vorgeschriebenen Eigenschaft durch Schweißen seitlich miteinander verbunden werden. Das Hautblech 1 ist an seinen beiden Enden mit Einspannabschnitten 2 versehen, die später abgeschnitten werden. In der Fig. 2 ist eine Dachverkleidungskonstruktion 4 gezeigt, die dadurch hergestellt wird, daß das Hautblech 1 auf ein Rahmenwerk geschweißt wird. Das Rahmenwerk 3 ist aus Abschlußbögen 5, Kantschienen 6 und Querstreben 7 in der Form eines Gitters zusammengefügt.

Im folgenden wird die Art und Weise beschrieben, in der die Dachverkleidungskonstruktion 4 gemäß der Erfindung durch Anwendung eines Streckverfahrens hergestellt wird:

1. Das Hautblech 1 wird in einem Zustand, bei dem es mit Hilfe einer Streckvorrichtung einer erzwungenen Zugspannung oder Zugdehnung ausgesetzt ist, am Rahmenwerk 3 befestigt, beispielsweise durch Schweißen.

2. Nach Beendigung des Fertigungsschrittes 1. wird die erzwungene Zugspannung weggenommen. Damit ist die Herstellung der Dachverkleidungskonstruktion beendet.

Eine Ausführungsform einer Streckvorrichtung 8 zum Ausüben einer Zugspannung auf das Hautblech 1 während der Herstellung der Dachverkleidungskonstruktion 4 ist in den Fig. 3, 4 und 5 gezeigt. Die Vorrichtung 8 enthält zum Erzeugen der Zugspannung ein bewegliches, aktives Teil 8a

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und ein ortsfestes, reaktives Teil 8b. Die Teile 8a und 8b weisen Einspannköpfe 10a und 10b mit sich gegenüberstehenden Einspannfuttern 9a und 9b auf, die die Endabschnitte des Hautbleches 1 ergreifen. An der dem. Einspannfutter 9a entgegengesetzten Ende weist der Einspannkopf 10a einen mittigen Aufsattelungs- oder Gelenkpunkt auf, der über ein Bolzengelenk 13a mit dem Außenende einer Kolbenstange 11a eines hydraulischen Zylinders 11 verbunden ist. Der Zylinder 11 ist an seinem Kopfende mit einem Bolzen an einer Verankerung 15a befestigt und kann von einer über einen Schlauch 16 angeschlossenen hydraulischen Druckanlage 12 betätigt werden. Ein mittiger Aufsattelungs- oder Gelenkpunkt des Einspannkopfes 10b ist auf der dem Einspannfutter 9b entgegengesetzten Seite über einen Gelenkbolzen 13b mit dem einen Ende einer Stange 8b,. verbunden, die an ihrem anderen Ende über einen Bolzen an einer Verankerung 15b angebracht ist. Die beiden Verankerungen 15a und 15b sind in einem Abstand voneinander vorgesehen. Die genannten Gelenk- oder Bolzenverbindungen, insbesondere die Bolzengelenke 13a und 13b, sind derart vorgesehen, daß die Zugkraft gleichförmig auf das Hautblech 1 ausgeübt wird. In den Fig. 3 und 4 dargestellte Heizeinrichtungen 14 werden bei dem zunächst beschriebenen Streckverfahren nicht verwendete

Die Wirksamkeit und Nützlichkeit der Erfindung zum Verhindern des Auftretens von Deformationen aufgrund des Schweißens bei der Herstellung von Hüllen- oder Wandverkleidungen wird in bezug auf die Dachhüllenkonstruktion 4 erläutert.

Infolge der Beaufschlagung mit der erzwungenen Zug- oder Dehnungskraft beim ersten Herstellungsschritt erfährt das Hautblech 1 eine elastische Längsdeformation. Beim zweiten Herstellungsschritt unterliegt das

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Hautblech 1 einer elastischen Kontraktionsdeformation infolge des Entfernens der erzwungenen Zugspannung. Diese Deformation des Hautbleches 1 wird durch das Rahmenwerk 3 erzwungen, wobei eine Restzugspannung in dem Hautblech 1 bleibt.

Die Verteilung dieser Restzugspannung in der Längsrichtung des Hautbleches 1 ist in der Fig. 6 dargestellt. Durch das Anlegen der erzwungenen Zugkraft tritt nach dem Entfernen dieser Belastung in dem Hautblech eine Restzugspannungsverteilung mit einem trapezförmigen Verlauf auf, wie es durch eine Linie P in der Fig. 6 dargestellt ist. In einem Verteilungsbereich A, der dem mittleren Abschnitt des Bleches 1 zugeordnet ist, treten keine Deformationen auf. Dieser Verteilungsbereich A entspricht einem Abschnitt der Linie P, wo die Restzugspannung höher als eine kritische Spannung σ_ ist, unterhalb von der Deformationen auftreten. Der Pegel der kritischen Spannung σ liegt geringfügig unter der Spannung 0, so daß die Spannung CP in Wirklichkeit eine Druckspannung ist. Selbst bei einer Druckspannung tritt eine Deformation des Hautbleches nicht auf, wenn die Druckspannung gleich der kritischen Spannung σ ist oder über dieser kritischen Spannung liegt. Bei der praktischen Anwendung der Erfindung wird das Hautblech allerdings behandelt, so daß nur die Restzugspannung darin verbleibt. In den Verteilungsbereichen B, also den Endabschnitten des Hautbleches 1, die solchen Abschnitten der Linie P entsprechen, wo die Restzugspannung niedriger als die kritische Spannung O„ ist, können Deformationen auftreten, da in diesen Bereichen die volle erzwungene Spannung nicht anliegt.

Somit kann man gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren Deformationen, beispielsweise Schweißungsdeformationen und in dem Hautblech existierende örtliche Defor-

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mationen, durch Erzeugen einer gleichförmigen Restzug-'spannung in der gesamten Blechhaut verhindern. In der auf diese Weise hergestellten Hüllenkonstruktion treten daher nahezu keine Deformationen auf. Die bisher üblichen Arbeitsgänge zum Entfernen solcher Deformationen können daher entfallen.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird bei der Herstellung der Außenhüllenkonstruktion der Seitenwand eines Eisenbahnwaggons entsprechend der Darstellung nach der Fig. 7 ein Erhitzungsverfahren angewendet. Im fertigen Zustand enthält eine derartige Verkleidungs- oder Hüllenkonstruktion 21 ein im wesentlichen gitterförmiges Rahmenwerk 23 sowie ein durch Schweißen an diesem Rahmenwerk 23 befestigtes Seitenhautblech 22. Die Hauttafel oder das Hautblech 22 wird dadurch hergestellt, daß zahlreiche rechteckförmige, dünne Platten- oder Blechelemente durch Schweißen seitlich miteinander verbunden werden. Das Hautblech 22 weist Öffnungen 22a und 22b für Türen und Fenster auf. Das Rahmenvrerk 23 wird dadurch- hergestellt, daß eine große Anzahl von Winkelrahmenelementen 23a zu einem Gitter zusammengefügt werden. In der fertigen Hüllenkonstruktion 21 wird das Hautblech 22 von dem gitterförmigen Rahmenwerk 23 in mehrere rechteckförmige Felder 24 unterteilt.

Als nächstes wird an Hand der Fig. 8 und 9 die gemäß der Erfindung ausgeführte Folge von Schritten zum Herstellen der Hüllenkonstruktion der Fahrzeug- oder Waggonseitenwand erläutert:

1) Auf die Oberfläche eines Tisches oder einer Platte 25 wird ein thermisches Isoliermaterial 26, beispielsweise Asbest in Plattenform, gelegt.

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2) Auf das Isoliermaterial 26 wird eine Hautplatte oder ein Hautblech 22 gelegt.

3) Eine Heizeinrichtung 27, bei der es sich beispielsweise um eine geheizte Stahlplatte handeln kann, die zuvor auf eine Temperatur in der Größenordnung von 150 ⁰G vorerhitzt worden ist, wird etwa in der Mitte eines Feldes 24 auf das Hautblech 22 gelegt und mit Hilfe einer Presse 28 nach unten gegen das Hautblech 22 gedrückt, um das Blech 22 auf eine Temperatur von etwa 100 bis 150 ⁰C zu erhitzen. Diese Behandlungsbedingungen können in Abhängigkeit von der Natur der Hüllenkonstruktion, dem Material des Hautbleches und der Art und Weise der Schweißung abgeändert werden.

4) Wenn sich das Hautblech 22 infolge der Erwärmung in einem thermisch ausgedehnten Zustand befindet, wird ein auf Raumtemperatur gehaltenes Rahmenwerk 23 zunächst provisorisch daran angebracht und dann angeschweißt.

5) Unmittelbar nach der Schweißung wird die Heizeinrichtung 27 weggenommen. Die verschweißten Teile kühlen auf Raumtemperatur ab. Damit ist die Herstellung der Hüllenkonstruktion beendet.

Der oben beschriebene erfindungsgemäße Herstellungsvorgang ist äußerst wirksam, um Deformationen zu vermeiden. Das (in einem Feld 24 betrachtete) Hautblech wird einer thermischen Expansion unterzogen. Dabei kommt es zu einer Temperaturzunahmeverteilung, wie sie in der Fig. 10 dargestellt ist. Diese Temperaturzunahmeverteilung beruht auf der Wirkung der vorerhitzten Heizeinrichtung 27. Das Rahmenwerk 23 wird während dieses thermisch ausgedehnten Zustandes an dem Hautblech 22 befestigt. Erst danach wird die Heizeinrichtung 27 entfernt, so daß das

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Blech 22 abkühlen kann. Die thermische Kontraktion und Deformation des Bleches 22, die sonst den AbkühlVorgang begleiten würden, werden vom Rahmenwerk 23 aufgenommen. Folglich verbleibt in dem Hautblech 22 eine Zugspannung.

Diese Restzugspannung verhindert Formänderungen, die sonst infolge des Schweißens auftreten würden. In dem Feld 24 werden daher konkave und konvexe Deformationen vermieden. Es ist daher auch nicht notwendig, nach der Fertigstellung der Hüllenkonstruktion Deformationen zu beseitigen. Durch das Andrücken der Heizeinrichtung durch die Presse 28 an das Blech 22 während des Erhitzens werden auch konkave und konvexe Deformationen des Bleches während des Erhitzungsvorganges vermieden.

Zum Herstellen einer Hüllenkonstruktion wird somit nach der Erfindung ein Verfahren geschaffen, bei dem zunächst eine Hautplatte oder ein Hautblech vor erhitzt wird, um das Hautblech zu einer thermischen Ausdehnung zu veranlassen, und bei dem im thermisch ausgedehnten Zustand des Bleches ein Rahmenwerk an dem Blech befestigt wird. Die während der Abkühlung des Bleches auftretende thermische Kontraktion ruft in dem Blech eine Restzugspannung hervor, die Deformationen in dem Blech vermeidet. In der hergestellten Wand- oder Hüllenkonstruktion treten daher nahezu keine konkaven oder konvexen Deformationen auf. Ein bisher üblicher Arbeitsgang zum Entfernen solcher Deformationen kann daher entfallen. Dadurch wird auch die Gefahr einer Verschlechterung der Qualität des Erzeugnisses sowie die Gefahr der Beschädigung des Erzeugnisses vermieden. Der erfindungsgemäße Herstellungsvorgang führt zu Einsparungen von geschultem Personal und zu einer Verringerung des Energieverbrauches. Die Herstellungszeit ist ebenfalls stark herabgesetzt. Das nach der Erfindung hergestellte Erzeugnis zeichnet sich somit durch geringe Fertigungskosten aus.

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Das von der Vorerhitzung Gebrauch machende Herstellungsverfahren eignet sich insbesondere zum Anfertigen von Verkleidungen oder Wandkonstruktionen für Seitenwände mit Öffnungen in den Hautblechen, da solche
Hautplatten oder Hautbleche nicht gestreckt oder gedehnt werden können. Dies gilt allgemein zum Herstellen von
Hüllenkonstruktionen, in denen man eine vollkommen
gleichmäßige Verteilung der Dehnungsspannung beim Strekken nicht erreichen kann. Das beschriebene erfindungsgemäße Verfahren ist zum Verhindern von Blechdeformationen in Verkleidungskonstruktionen aus Aluminiumwerkstoff besonders wirksam, aus dem in Anbetracht der hohen Wärmeleitfähigkeit dieses Materials Deformationen durch punktweises Erhitzen nicht leicht entfernt werden können. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß es auch, da die Erwärmungstemperatur im allgemeinen weniger als 150 ⁰C beträgt, für rostfreie Stahlwerkstoffe eingesetzt werden kann, ohne daß eine Verfärbung der Hautbleche oder der dünnen Tafeln auftritt.

Ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren macht sowohl von dem Streckverfahren als auch von dem Heizverfahren Gebrauch, um eine Verkleidungskonstruktion herzustellen, beispielsweise eine dünne Tafelkonstruktion für das Dach eines Eisenbahnwaggons. Dazu wird ein Hautblech 1
und ein Rahmenwerk 3 verwendet, wie es bereits an Hand
der Fig. 1 und 2 beschrieben worden ist. Die in der
Fig. 2 dargestellte Dachverkleidungskonstruktion 4 wird dann unter Anwendung eines Streck- und Erhitzungsverfahrens wie folgt hergestellt:

. 1) Das Hautblech 1 wird an dem Rahmenwerk 3 in
einem Zustand befestigt, bei dem mit der an Hand der
Fig. 3 bis 5 beschriebenen Streckvorrichtung 8 eine erzwungene Zugspannung auf das Hautblech 1 ausgeübt wird
und gleichzeitig solche Bereiche des Hautbleches 1, auf

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die die erzwungene Zugspannung nicht hinreichend ausgeübt werden kann, beispielsweise auf die Endabschnitte, veranlaßt werden, unter der Einwirkung der bereits genannten Heizeinrichtungen 14 eine thermische Expansion .vorzunehmen.

2) Nach Beendigung des HerstellungsSchrittes 1) wird die oben erwähnte erzwungene Zugspannung weggenommen, und die Heizeinrichtungen 14 werden abgeschaltet. Dadurch führt das Hautblech 1 eine die Abkühlung be- . gleitende thermische Kontraktion aus. Nach Beendigung der Abkühlung ist die Herstellung der Verkleidungskonstruktion beendet.

Bezüglich des Aufbaus und der Wirkungsweise einer Ausführungsform der Streckvorrichtung 8 wird auf die Erläuterung zu den Fig. 3, 4 und 5 verwiesen. Zusätzlich zu dieser Darstellung werden bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren die Heizeinrichtungen 14, beispielsweise heiße Platten, in enge Berührung mit der Oberfläche des von den Einspannfuttern 9a und 9b der Streckvorrichtung 8 erfaßten Hautbleches 1 gebracht, und zwar an Stellen,, die sich nahe bei den Endabschnitten des Bleches befinden. Diese Endabschnitte des Bleches werden auf diese Weise erhitzt, und zwar beispielsweise auf eine Temperatur von größenordnungsmäßig 100 ⁰C.

Die Wirksamkeit und der Nutzen der Erfindung zum Verhindern des Auftretens von Deformationen bei der Herstellung von Dünnwand- oder Panelkonstruktionen sollen an Hand der Dachverkleidungskonstruktion 4 erläutert werden.

Durch den oben beschriebenen ersten Verfahrensschritt werden die Deformationen beseitigt, die beim Schweißen während der Herstellung des Hautbleches 1 ent-

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stehen, und auch die durch das Walzen hervorgerufenen örtlichen Spannungszustände. Weiterhin erfährt das Hautblech 1 durch das Anlegen der erzwungenen Zugkraft während des ersten Herstellungsschrittes eine elastische Längendeformation. Gleichzeitig führen die Endabschnitte des Hautbleches 1, denen die Zugkraft in einer ausreichenden Weise nicht mitgeteilt werden kann, eine thermische Expansion infolge der Vorerhitzung. Beim zweiten Herstellungsschritt führt dann das Hautblech 1 eine elastische Kontraktionsdeformation infolge des Entfernens der erzwungenen Zugkraft und eine thermische Kontraktionsdeformation aus, die die Abkühlung nach dem Abschalten und dem Entfernen der Heizeinrichtungen 14 begleitet. Diesen Deformationen des Hautbleches 1 wirkt das Rahmenwerk 3 entgegen, so daß in dem Hautblech eine Restzugspannung verbleibt.

Die Verteilung dieser Restzugspannung in der Längsrichtung des Hautbleches 1 ist in .der Fig. 6 dargestellt. Die auferlegte Zugkraft ruft nach ihrer Entfernung in dem Hautblech eine Restzugspannungsverteilung hervor, die einen trapezförmigen -Verlauf zeigt und in der Fig. 6 durch die Linie P dargestellt ist. In einem dem mittleren Abschnitt des Bleches 1 entsprechenden Verteilungsabschnitt A treten keine Deformationen auf, da dort die der Linie P entsprechende Restzugspannung höher als eine kritische Spannung <J _ ist, unterhalb von der Deformationen möglich sind. Andererseits können in den Spannungsverteilungsbereichen B bei den Endabschnitten des Bleches 1 Deformationen auftreten, da dort die Restzugspannung unter der kritischen Spannung σ _ liegt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß in diesen Bereichen B die erzwungene Zugspannung nicht vollständig zur Wirkung gekommen ist. Darüberhinaus wird aber · in den Bereichen B, also in den Endabschnitten des Bleches 1, eine in der Fig* 6 durch die Linie Q dargestellte

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Kontraktionsdeformationsspannung (Restzugspannung) während der Abkühlzeit der vorerhitzten Blechbereiche hervorgerufen.

Als Folge der Überlagerung der Linien P und Q, d.h., als Folge der kombinierten Wirkung der erzwungenen Zugkraft und des Vor erhitz ens, wird in dem Hautblech 1 eine resultierende Zugrestspannung hervorgerufen, die in der Fig. 6 durch die Linie R dargestellt ist. Infolgedessen sind in dem gesamten Blech 1 keine Bereiche enthalten, die für Deformationen anfällig sind. In den von dem Rahmenwerk 3 jeweils begrenzten rechteckförmigen Feldern 4a treten daher nahezu keine Welligkeiten oder Konkav- Konvex-Def ο rmationen auf. Es ist daher keine Veranlassung gegeben, in der fertiggestellten Dachverkleidungskonstruktion 4 Deformationen zu entfernen.

Es hat sich gezeigt, daß durch das erfindungsgemäße Verfahren in der Dachverkleidungskonstruktion eines Fahrzeugs Deformationen in dem Hautblech nahezu vollkommen vermieden werden können, wenn man bei Verwendung von SPA-H (japanische Industrienormen) mit einer Stärke von 1,2· mm als Hautblech eine erzwungene Zugspannung in der

Größenordnung von 25 kg/mm oder mehr entsprechend dem beschriebenen Streckverfahren ausübt, das Hautblech entsprechend dem beschriebenen Erhitzungsverfahren auf eine Temperatur von 100 ⁰C bis 150 ⁰C bringt oder entsprechend dem beschriebenen Streck- und Erhitzungsverfahren eine erzwungene Zugspannung in der Größenordnung von 15 kg/mm an das Blech legt und es gleichzeitig bis auf eine Temperatur von etwa 50 ⁰C erhitzt.

Obwohl das reine Streckverfahren als auch das Streck- und Erhitzungsverfahren im Hinblick auf ein Strecken oder Dehnen in einer einzigen Richtung beschrieben worden sind, ist die Erfindung auf ein in einer Rich-

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tung wirkendes Strecken nicht begrenzt. Es ist grundsätzlich möglich, ein Hautblech in mehreren Richtungen zu strecken, die nicht parallel zueinander zu sein brauchen.

Ferner ist es nicht erforderlich, daß das Hautblech eine ebene Blechtafel ist. Die Erfindung ist gleichermaßen zur Herstellung von Verkleidungskonstruktionen mit Hautblechen anwendbar, die nicht eben und an gewölbten oder andersartig geformten Rahmenwerken befestigt sind. Solche Hautbleche können eine einzige Krümmung' oder eine Doppelkrümmung aufweisen.

Falls es bei der Anwendung der Erfindung erforderlich sein sollte, kann das Hautblech. 1 mit einer Zugspannung überdehnt werden, die die Dehnungsgrenze übersteigt. Dadurch können-Spannungen entfernt werden, die beim Walzen des Bleches oder während des seitlichen Aneinanderschweißens der Blechelemente entstanden sind. Der Überdehnungsschritt kann vor den beschriebenen drei Verfahren zur Herstellung der Paneelkonstruktion ausgeführt werden.

Nach der Erfindung werden somit Schweißungsdeformationen und bereits in dem Blech bestehende örtliche Deformationen durch Überdehnung des Hautbleches entfernt. Darüberhinaus werden durch Anwendung einer gleichförmigen Restzugspannung als Ergebnis einer Dehnung durch eine erzwungene Zugkraft und einer Vorerhitzung allein oder in Kombination Deformationen vermieden. Es treten daher nahezu in der gesamten Paneel-oder Verkleidungskonstruktion keine Deformationen auf. Der übliche Arbeitsgang zum Entfernen von Deformationen kann daher entfallen.

Aus den obigen Gründen wird auch die Gefahr einer Werkstoffbeeinträchtigung, einer Materialbeschädigung oder von anderen schädlichen Einwirkungen auf die Qualität

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des Erzeugnisses vermindert. Ferner sind der Arbeitsaufwand und der Energiebedarf geringern. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Herstellungskosten aus. Die Erfindung ist daher zur Herstellung von Dünnplattenkonstruk- *■ tionen insbesondere für Fahrzeuge, Schiffe und Bauwerke geeignet.

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Claims

Patentansprüche

1.) Verfahren zum Herstellen einer Paneelkonstruktion aus einem skelettartigen Rahmenwerk und einer an dem Rahmenwerk befestigten Hauttafel, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauttafel eine solche physikalische Bedingung auferlegt wird, daß sie in ihrer geometrischen Oberfläche einen gedehnten Zustand annimmt, daß die Hauttafel in diesem gedehnten Zustand an dem Rahmenwerk befestigt wird und daß danach die der Hauttafel auferlegte physikalische Bedingung aufgehoben wird, wobei eine solche RestZugspannung in der Hauttafel verbleibt, daß unerwünschte Deformationen in der fertiggestellten Paneelkonstruktion vermieden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die physikalische Bedingung durch eine innerhalb der geometrischen Oberfläche der Hauttafel ausgeübte Zugdehnung hervorgerufen wird, die in der Hauttafel eine die elastische Zugdehnungsgrenze nicht überschreitende erzwungene Zugspannung erzeugt.

3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die physikalische Bedingung durch Erhitzen der Hauttafel auf eine über der Raumtemperatur liegende Temperatur hervorgerufen wird, um eine thermische Ausdehnung innerhalb der geometrischen Oberfläche der Hauttafel zu erzeugen, und daß die Hauttafel im thermisch ausgedehnten Zustand an dem auf Raumtemperatur befindlichen Rahmenwerk befestigt wird.

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4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die physikalische Bedingung durch eine Kombination aus einer Zugdehnung innerhalb der geometrischen Oberfläche der Hauttafel zwecks Erzeugung einer die elastische Zugdehnungsgrenze nicht überschreitenden erzwungenen Zugspannung in der Hauttafel und aus Erhitzen der Hauttafel auf eine Temperatur oberhalb der Raumtemperatur hervorgerufen wird, um innerhalb der geometrischen Oberfläche der Hauttafel eine thermische Ausdehnung zu bewirken.

5. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß eine im wesentlichen ebene Hauttafel verwendet wird und daß die Zugdehnung in einer einzigen Richtung innerhalb der Ebene der Hauttafel hervorgerufen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß eine im wesentlichen ebene Hauttafel verwendet wird und daß die Zugdehnung in zueinander nicht parallelen Richtungen innerhalb der "Ebene der Hauttafel hervorgerufen wird.

7. Verfahren nach Anspruch -3»
dadurch gekennzeichnet, daß eine im wesentlichen ebene Hauttafel verwendet wird,

8. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß eine im wesentlichen ebene Hauttafel verwendet wird und daß die Zugdehnung in einer einzigen Richtung innerhalb der Ebene der Hauttafel hervorgerufen wird.

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9. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß eine im wesentlichen ebene Hauttafel verwendet wird und daß die Zugspannung in zueinander nicht parallelen Richtungen innerhalb der Ebene der Hauttafel hervorgerufen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß eine nicht ebene Hauttafel verwendet wird und daß -die Zugspannung in Gegenrichtungen hervorgerufen wird, so daß an jeder Stelle der Hauttafel eine Zugspannung in einer einzigen Richtung erzeugt werden kann.

11. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß eine nicht ebene Hauttafel verwendet wird und daß die Zugspannung in Gegenrichtungen hervorgerufen wird, so daß in einer Anzahl von zueinander nicht parallelen Richtungen an irgendeiner Stelle der Hauttafel eine Zugspannung erzeugt werden kann.

12. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß eine nicht ebene Hauttafel verwendet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß eine nicht ebene Hauttafel verwendet wird und daß die Zugspannung in Gegenrichtungen hervorgerufen wird, so daß an irgendeiner Stelle der Hauttafel eine Zugspannung in einer einzigen Richtung erzeugt werden kann.

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14. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß eine nicht ebene Hauttafel verwendet wird und daß die Zugspannung in Gegenrichtungen ausgeübt wird, so daß in einer Anzahl von nicht zueinander parallelen Richtungen an irgendeiner Stelle der Hauttafel eine Zugspannung hervorgerufen werden kann.

15. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Hauttafel aus einer Anzahl von Tafelelementen hergestellt wird, die seitlich miteinander verbunden werden.

16. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauttafel vor dem Auferlegen der physikalischen Bedingung überdehnt wird, indem sie einer Zugspannung ausgesetzt wird, die die Zugdehnungsgrenze überschreitet.

17. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich η e t , daß als Hauttafel ein dünnes Metallblech verwendet wird·

18. Vorrichtung zum Ausüben einer Zugdehnung auf eine Platte oder Tafel, insbesondere zur Verwendung in dem Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein stationäres, Kraft ausübendes Teil (8b) mit einem ersten Einspannkopf (1Ob), einem an dem Einspannkopf angebrachten ersten Einspannfutter (9b) zum Ergreifen des einen Endes der Platte oder Tafel (1), einer Stange (8b,.), die an ihrem einen Ende mit einem Bolzengelenk (13b) an einem vom Einspannfutter entfernt gelegenen mittigen Gelenkpunkt des Einspannkopfes angelenkt ist, und einer ersten Verankerung (15b), die mit einem Bolzengelenk mit dem anderen

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Ende der Stange verbunden ist, und durch ein bewegliches, Kraft ausübendes Teil (8a) mit einem zweiten Einspannkopf (1Oa), einem an dem zweiten Einspannkopf angebrachten zweiten Einspannfutter (9a) zum Erfassen des anderen Endes- der Platte oder der Tafel, einer Kraft ausübenden Einrichtung (11,. 11a),die an ihrem einen Ende mit einem Bolzengelenk (13a) an einem von dem zweiten Einspannfutter entfernt gelegenen mittigen Gelenkpunkt des zweiten Einspannkopfes angelenkt und an ihrem anderen Ende mit einer zweiten Verankerung (15a) verbunden ist, die in einem Abstand von der ersten Verankerung (15b) angeordnet ist , und einer Antriebseinrichtung 12, 16) zum Antreiben der Kraft ausübenden Einrichtung, die aufgrund des Antriebs meßbare Zugkräfte zum Hervorrufen der Zugdehnung erzeugt.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft ausübende Einrichtung einen hydraulischen Zylinder (11) und einen Kolben mit einer Kolbenstange (11a) aufweist, und daß die Antriebseinrichtung eine hydraulische Druckanlage (12) ist, die über einen Schlauch (16) mit dem hydraulischen Zylinder in Verbindung steht.

20. Vorrichtung zum Strecken und Erhitzen einer Platte oder einer Tafel, insbesondere zur Verwendung in dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, gekennzeichnet durch ein stationäres, Kraft ausübendes Teil (8b) mit einem ersten Einspannkopf (10b), einem an dem Einspannkopf angebrachten ersten Einspannfutter (9b) zum Erfassen des einen Endes der Platte oder der Tafel (1), einer Stange (Sb^), die an ihrem einen Ende über ein Bolzengelenk (13b) mit einem vom Einspannfutter entfernt gelegenen, mittigen Gelenkpunkt des'Einspannkopfes verbunden

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ist, und einer ersten Verankerung (15b), die über ein Bolzengelenk mit dem anderen Ende der Stange verbunden ist, durch ein bewegliches, Kraft ausübendes Teil (8a) mit einem zweiten Einspannkopf (10a), einem an dem zweiten Einspannkopf angebrachten zweiten Futter (9a) zum Erfassen des anderen Endes der Platte oder der Tafel, einer spannungsausübenden Einrichtung (11, 11a), die an ihrem einen Ende über ein Bolzengelenk (13a) mit einem vom zweiten Einspannfutter entfernt gelegenen mittigen Gelenkpunkt des zweiten Einspannkopfes verbunden ist und an ihrem anderen Ende an einer zweiten Verankerung (15a) angelenkt ist, die gegenüber der ersten Verankerung (15b) räumlich versetzt angeordnet ist, und einer Antriebseinrichtung (12, 16) zum Antreiben der spannungsausübenden Einrichtung, die aufgrund des Antriebs meßbare Zugkräfte zum Hervorrufen von ggf. einer Überdehnung und der Zugdehnung erzeugt, und durch eine Heizeinrichtung zum Vorerhitzen von solchen Teilen der Platte oder der Tafel, bei denen die Zugspannung nicht vollkommen zur Wirkung kommt.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die spannungsausübende Einrichtung einen hydraulischen Zylinder (11) und einen Kolben mit einer Kolbenstange (11a) aufweist und daß die Antriebseinrichtung eine hydraulische Druckanlage (12) ist, die über eine Leitung (16) mit dem hydraulischen Zylinder in Verbindung steht.

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