DE2822825A1

DE2822825A1 - Verfahren zum formen einer metallplatte

Info

Publication number: DE2822825A1
Application number: DE19782822825
Authority: DE
Inventors: Roger Francis Mullen
Original assignee: General Dynamics Corp
Current assignee: General Dynamics Corp
Priority date: 1977-05-24
Filing date: 1978-05-24
Publication date: 1978-12-07
Also published as: IT7849465A0; NL7805598A; FI781596A; GB1588099A; SE433812B; PT68051A; US4120187A; NO781774L; IT1103292B; NO152324B; FR2391788B1; BE867432A; NO152324C; JPS53146965A; DK229878A; SE7805877L; PT68051B; ES469995A1; FR2391788A1

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl-Phys. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

Dr. Ing. H. Liska

8 MÜNCHEN 86, DEN £ 4. ^öj 1978

POSTFACH 860 820 '*"^w

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 3921/22

SP/cb
35802-F

GENERAL DYNAMICS CORPORATION

Pierre Laclede Center

St. Louis, Missouri, V.St.A.

Verfahren zum Formen einer Metallplatte.

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Die Erfindung betrifft das Formen von bogenförmigen Metallplatten, und zwar insbesondere das Formen von großen, relativ dünnen Metallplatten, zu dreidimensionalen Formen mit Mehrfachkrümmung .

Ein gegenwärtig benutztes Verfahren zum Formen von Metallplatten zu dreidimensionalen Formen mit Mehrfachkrümmung ist die Formung durch Matrizenpressen entweder bei Umgebungstemperatur oder bei erhöhten Temperaturen. Schmieden und Pressen ist ein anderes Verfahren, das verwendet wird. In manchen Fällen sind Walzvorgänge angewandt worden, und zwar unter Verwendung von komplizierten, zu Spezialzwecken dienenden Walzen, um eine Mehrfachkrümmung zu erzielen. Ein noch anderer Weg besteht darin, zunächst eine einfache, zweidimensionale Krümmung mittels konventionellen Walzens zu erzeugen, und dann eine Krümmung in einer zusätzlichen Richtung (zuweilen als Rückversenken bezeichnet) durch Pressen, Schmieden oder dergl. hinzuzufügen.

Wenn jedoch die Abmessung der Platten, die geformt werden sollen, relativ klein oder die Anzahl von identischen Platten, die für eine spezielle Arbeit erforderlich sind, ziemlich groß ist, dann sind diese Verfahren inhärent ziemlich teuer, und infolgedessen sind Versuche unternommen werden, alternative Verfahren auszudenken. Es wurde versucht, Platten durch Erhitzen mit Gasbrennern zu formen, jedoch beruhten diese Versuche auf einem Rotationseffekt, der durch unterschiedliche Erhitzung erzeugt wird, so daß eine Oberfläche des Metallgegenstands bis zu einer größeren Tiefe als die entgegengesetzte Oberfläche erhitzt wurde. Allgemein schrumpft eine Seite der Platte mehr als die andere Seite, wodurch bewirkt wird, daß sich die Platte längs der Erhitzungslinie biegt, so daß auf diese Weise ein Biegen in dieser Richtung erzeugt wird. Die US-Patentschrift 2 428 825 vom 14. Oktober 1974 beschreibt und veranschaulicht ein solches

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Verfahren.

Es wurde nun gefunden, daß dann, wenn ein solches unterschiedliches Erhitzen oder Differentialerhitzen im wesentlichen ausgeschaltet wird, so daß eine relativ gleichförmige Temperatur längs eines schmalen Bandes erzielt wird, die Erscheinung der "Schrumpfung in der Ebene" dazu benutzt werden kann, große, relativ dünne Metallplatten zu dreidimensionalen Formen mit Mehrfachkrümmung zu formen. Das Erhitzen kann dadurch ausgeführt werden, daß man Acetylengasbrenner oder dergl. verwendet, um die Platte längs eines schmalen Bandes schnell zu erhitzen, und bevor die Wärme von einem solchen schmalen Band durch die Platte abgeleitet bzw. verteilt wird, wird schnell eine Kühlung bewirkt. Die Erhitzung wird in einem vorbestimmten geometrischen Linienmuster bzw. -verlauf ausgeführt, das bzw. der von der Art der angewandten Projektion abhängt; beispielsweise kann die Erhitzung längs geraden, parallelen Linien von variierender Länge erfolgen, die sich von den Kanten der Platte nach einwärts erstrecken. Bei einer Fluß- bzw. Weichstahlplatte, bei der es erwünscht ist, eine Änderung der mechanischen Eigenschaften des Metalls zu vermeiden, wird deren Temperatur bis in die Nähe von etwa 537,78°C erhöht, und die Erhitzung wird vorzugsweise in einer vorbestimmten Aufeinanderfolge ausgeführt, welche bewirkt, daß die Formumwandlung so gleichmäßig wie möglich durch bzw. über die gesamte Platte fortschreitet. Normalerweise wird eine solche Umwandlung bzw. Umformung durch eine Aufeinanderfolge bewirkt, in der die Erhitzung zunächst entlang den Linien einer intermediären bzw. Zwischenlänge erfolgt, und dann entlang der progressiv längeren und kürzeren Linien.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger besonders bevorzugter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 5 der Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

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Fig. 1 eine fragmentarische perspektivische Ansicht, welche das Linienerhitzen einer flachen Platte veranschaulicht, das ausgeführt wird, während die Platte auf einem geeigneten Gestell gehalten wird bzw. angeordnet ist;

Fig. 2 eine Aufsicht auf die Platte vor irgendeiner Erhitzung, und zwar zeigt diese Aufsicht das Muster, das auf der Platte markiert ist und längs dessen die Erhitzung bewirkt wird;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht, die ein sphärisches Segment zeigt, das aus der Platte der Fig. 2 als Ergebnis des Erhitzungsverfahrens geformt worden ist;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht des Gestells, das in Fig. 1 gezeigt ist; und

Fig. 5 eine der Fig. 2 ähnliche Ansicht einer Platte, auf der ein alternatives Muster zum Ausbilden einer etwas unterschiedlichen Form einer Mehrfachkrümmung markiert ist.

Das Formungsverfahren dürfte insbesondere für die Verwendung bei Platten von unterschiedlichen Metallen geeignet sein; jedoch dürfte es seine größte kommerzielle Anwendung beim Formen oder Gestalten von Stahlplatten finden. Allgemein sollte das Verfahren nicht bei Platten angewandt werden, die eine Wärmeleitfähigkeit haben, welche größer als diejenige von Aluminium ist, weil das Phänomen von der Fähigkeit abhängt, eine gleichförmige hohe Temperatur in einem relativ schmalen Band zu erzielen, das schnell gekühlt werden kann. Das Formungsverfahren wurde mit größter Leistungsfähigkeit bei Stahlplatten praktiziert, die eine Dicke zwischen etwa 9,525 mm und etwa 31,75 mm hatten, und es ist zu erwarten, daß dieses Verfahren seine umfangreichste Anwendung beim Formen von Platten aus Eisenlegierungen findet, die mehr als 6,350 mm dick sind.Wenn

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ziemlich dicke Stahlplatten verwendet werden, dann kann es zu bevorzugen sein, die Platte längs der in Frage stehenden Linie gleichzeitig von beiden Oberflächen her zu erhitzen, um die gewünschte relative Gleichförmigkeit der Temperatur zu erzielen, während noch die Erhitzung auf ein relativ schmales Band beschränkt ist, und außerdem kann es zu bevorzugen sein, von beiden Oberflächen her schnell zu kühlen. Weichstahlplatten können durch Erhitzen auf oberhalb von etwa 426,67°C geformt werden, und obwohl theoretisch Temperaturen verwendet werden können, die sich dem Schmelzpunkt nähern, wird zwar, sofern es gewünscht ist, eine Änderung der mechanischen Eigenschaften des Stahls zu vermeiden, eine Temperatur oberhalb von etwa 7O4,44°C nicht angewandt.

Das Verfahren ist speziell für die Formung von sehr großen Platten geeignet, die etwa 450 kg (genauer Umrechnungswert 453,59 kg) oder mehr wiegen, wie sie beispielsweise als Teile von großen Metallstrukturen verwendet werden, z. B. als Teile von großen Schiffskörpern oder von anderen Eaupt-Schiffskomponenten, von großen chemischen Anlageninstallationen, wie beispielsweise von Tanks, Reaktoren und dergl., sowie für andere solcher großen gekrümmten Metallstrukturen. Wie bereits angedeutet wurde, besteht der Zweck des Verfahrens darin, eine dreidimensionale Gestalt zu formen, die eine Mehrfachkrümmung hat. Zu Zwecken der Definition sei darauf hingewiesen, daß eine einfache zweidimensional gekrümmte Oberfläche als eine solche Oberfläche definiert wird, in der eine unendliche Anzahl von Ebenen vorhanden sind, deren Schnitt mit der Oberflä- ' ehe eine gerade Linie ist, beispielsweise ein Zylinder oder ein Konus. Eine dreidimensionale, mehrfach gekrümmte Oberfläche wird als eine solche Oberfläche definiert, in der der Schnitt mit irgendeiner Ebene eine gekrümmte Linie ist, beispielsweise sind das Oberflächen, die sphärisch, elliptisch, parabolisch und hyperbolisch sind.

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Wegen der Abmessung und des Gewichts einer üblichen Platte 11, die geformt werden soll, wird diese im allgemeinen von der
Oberseite eines Gestells 13 getragen, wie es in den Fig. 1 und 4 z. B. veranschaulicht ist, und vorzugsweise ist das Gestell
13 so ausgebildet, daß es die genaue Mehrfachkrümmung des endgültig gekrümmten Abschnitts hat. Das Gestell trägt die Platte 11 in einer solchen Weise, daß ihr Umfang nicht festgehalten
wird, so daß sich keine Störung mit der Schrumpfung in der
Ebene ergibt, die in einer Richtung rechtwinkelig zu jeder
Linie der Erhitzung auftritt. Das Gestell 13 ist in seinem Aufbau einfach, denn es ist aus einer Mehrzahl von Querrahmen 15 hergestellt, von denen jeder so zugeschnitten ist, daß er eine obere Oberfläche 17 von genauer Krümmung hat, und er ist weiterhin aus einer Reihe von Längsteilen 19 hergestellt, welche die Rahmen 15 zu einem starren Trägerrahmenwerk verbinden. Obwohl das Formen ausgeführt werden kann, während sich die Platte in irgendeiner Orientierung befindet, beispielsweise vertikal, wird dadurch, daß man die Platte in einer allgemein horizontalen Anordnung auf einem Gestell plaziert, die Schwerkraft dazu benutzt, das Erzeugen der Krümmung beim Formen der Platte zu einem nach aufwärt konkaven Abschnitt zu unterstützen.
Bei einer solchen Gestellanordnung wird, wenn das Erhitzen nur von einer Oberfläche der Platte her erfolgt, vorteilhafterweise die obere Oberfläche erhitzt.

Das Erhitzen wird dadurch ausgeführt, daß man einen geeigneten Gasbrenner 21 oder eine andere geeignete Wärmequelle benutzt,
welche die Platte 11 schnell auf die erwünschte Temperatur
bringt (beispielsweise etwa 537,78°C für Stahl), ohne sie zu
überhitzen. Allgemein werden Gas-Sauerstoff-Brenner verwendet, in denen ein geeignetes Gas, wie z. B. Acetylen oder Propan,
verbrannt wird. Das Flammenmuster bzw. der Flammenverlauf des Brenners wird so eingestellt, daß damit nur ein relativ schmales Band längs der Linie erhitzt wird, längs deren das Erhitzen

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erwünscht ist, vorzugsweise wird die Flammenbreite so eingestellt, daß sie etwa gleich der Plattendicke oder etwas geringer ist. Beispielsweise kann eine Flammenbreite von etwa 12,7 mm für eine Stahlplatte von 14,287 mm Dicke benutzt werden. Das Phänomen basiert auf dem Erzielen eines hohen Temperaturgradienten in dem Stahl und eines nachfolgenden schnellen Kühlens desselben. Vorzugsweise sollte der Gradient von der Mitte des erhitzten Bandes nach auswärts zu eine Neigung von wenigstens etwa 26O°C pro 12,7 mm haben. Wenn man einen Acetylenbrenner mit einer solchen Flammenbreite benutzt, dann kann Stahl auf eine gleichförmige Temperatur innerhalb eines Bereichs zwischen etwa 510°C und etwa 565,56°C mit dem gewünschten Gradienten erhitzt werden, wobei man eine Brennerwandergeschwindigkeit von etwa 35,56 cm pro Minute anwendet.

Die Erhitzung von derartigen, sehr großen Platten wird allgemein draußen außerhalb von Gebäuden oder unter einem Dach in großen offenen Abteilungen ausgeführt, wo eine adäquate Drainage vorhanden ist, weil das Kühlen mittels einer Wassersprühung bewirkt wird. Im allgemeinen wird eine Wassersprühdüse 23 von dem Brenner 21 getragen bzw. gehalten, und die Köpfe sind mittels einer Kupplung 24 verbunden, welche die Düse im Abstand hält, so daß die Kühlung automatisch in einem vorbestimmten Abstand hinter der Erhitzung folgt, und zwar allgemein so dicht an der Flamme, wie es möglich ist, ohne daß eine störende Beeinflussung der Erhitzungswirkung des Brenners stattfindet. In einer Anordnung, in der die Wanderungsgeschwindigkeit des Gasbrennerkopfs etwa gleich der oben erwähnten ist, kann die Kühlungssprühung etwa 7,62 cm bis etwa 10,16 cm hinter der Flamme auf die Platte gerichtet werden. Die Kupplungseinrichtung 24 umfaßt vorzugsweise eine Führungseinrichtung, die beispielsweise ein Paar Führungsräder 25 hat, welche den Brennerkopf in einer gewünschten Höhe über der Metallplatte halten. Wie bereits früher erwähnt wurde, tritt das Phänomen der Schrumpfung in der Ebene in einem schmalen Bereich auf, und zwar als

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Ergebnis der Tatsache, daß zunächst ein scharfer Temperaturgradient erzeugt wird und dann die Temperatur des erhitzten Metalls schnell herabgesetzt wird, um das Auftreten der Schrumpfung in diesem Bereich zu bewirken, und die sich ergebende Schrumpfung über die Erhitzungslinie erzeugt die erwünschte Krümmung in diesem lokalisierten Teil der Metallplatte ._Der Erhitzungs-Abschreckungs-Prozeß konnte von Hand erfolgreich ausgeführt werden, er kann jedoch gewünschtenfalls auch automatisiert werden.

Auf jeder kontinuierlichen Oberfläche ist eine Geometrie vorhanden, welche die dimensioneilen Beziehungen zwischen Punkten definiert. Auf einer ebenen Oberfläche ist die Geometrie die allgemein bekannte euklidische Geometrie. Auf jeder dreidimensional gekrümmten Oberfläche gibt es diese speziellen Beziehungen nicht mehr, sondern hier ist eine andere Geometrie anzuwenden, nämlich die nichteuklidische Geometrie. Da diese beiden Geometrien nicht miteinander kompatibel sind, ist es unmöglich, die dreidimensional gekrümmte Oberfläche auf eine Ebene zu projizieren, ohne daß eine gewisse Verzerrung eingeführt wird. Jedoch können die Differentialbeziehungen bzw. die differentiellen Beziehungen (nämlich das Verzerrungsmuster) zwischen einer kontinuierlichen dreidimensional gekrümmten Oberfläche und einer ebenen Oberfläche bestimmt werden,und der Vorteil dieser Beziehungen wird bei dem Plattenformungsverfahren ausgenutzt.

Gerade wie die Form einer Oberfläche die dimensioneilen Beziehungen zwischen den Punkten der Oberfläche bestimmt, bestimmen umgekehrt die dimensioneilen Beziehungen zwischen den Punkten die Form der Oberfläche. Wenn beispielsweise das dimensioneile Muster der Punkte auf einer Stahlplatte auf das Muster eingestellt werden kann, das in der sphärischen Geometrie vorhanden ist, dann muß die Platte die Form der sphärischen Oberfläche annehmen, · sobald dieses dimensioneile Muster

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bewirkt wird, weil es keine andere Geometrie gibt, in welcher diese spezielle Beziehung existiert. Die vorstehenden Ausführungen sind in ähnlicher Weise gültig für andere dimensioneile Muster, die dazu benutzt werden können, ein elliptisches Segment oder dergl. zu erzeugen. Demgemäß wird, wenn es erwünscht ist, eine flache Platte zu, beispielsweise einer Oberfläche umzuformen, welche die Form einer Kugel hat, ein Erhitzungs- bzw. Wärmelinienmuster entwickelt, das eine differentielle Schrumpfung in der Ebene erzeugt, die in der Richtung und Größe genau gleich dem Unterschied in den dimensionellen Beziehungen (nämlich dem Verzerrungsmuster) zwischen der Geometrie der Projektionsebene der sphärischen Oberfläche und der sphärischen Oberfläche selbst ist. Daraus ergibt sich, daß dann, wenn eine gleichförmige Erhitzung längs der schmalen Bänder des Erhitzungslinienmusters in einer flachen Platte ausgeführt wird, sich die Platte selbst zu einem Segment mit sphärischer Oberfläche formt, und zwar einfach deswegen, weil das die einzige geometrische Oberfläche ist, welche eine Existenz des neuen dimensionellen Musters zuläßt.

Das Muster wird im allgemeinen dadurch auf der flachen Platte 11 "ausgelegt", daß man die Linien der Erhitzung mit einem Farbstift markiert. Das Linienmuster hängt von dem Typ der gekrümmten Oberfläche ab, der wunschgemäß erzeugt werden soll, sowie von der speziell gewählten Projektion. Beispielsweise kann zum Erzeugen einer sattelförmigen Oberfläche ein Muster von kreisförmigen Linien verwendet werden. Für ein Segment mit einer sphärischen Oberfläche ergeben sich gerade Linien, jedoch werden das Muster und der Umriß der Platte durch die Art der gewählten Projektion bestimmt. Wenn eine Azimutalprojektion benutzt wird, wie man sie im allgemeinen wählt, wenn die flachen Platten allgemein quadratisch in ihrer Form sind, dann erstrecken sich die Linien von den Kanten radial nach einwärts. Wenn das Verhältnis von Länge zu Breite den Wert der Quadrat-, wurzel aus 2 überschreitet., dann dürfte es am leistungsfähig-

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sten sein, eine quer verlaufende bzw. transversale rechtwinkelige Projektion anzuwenden, bei der die longitudinale Mittellinie der Platte dem Meridian der Kugel entspricht, die tangential zu dem Zylinder ist, auf den das Segment projiziert wird. Ein Punkt, der unterschiedlichen Projektionen gemeinsam ist, ist der, daß sich keine geraden Linien von Kante zu Kante über die Platte erstrecken.

Als ein Beispiel zur Veranschaulichung des Formens eines Segments einer hemisphärischen Abdeckung besteht darin, daß man zunächst ein Muster jedes sphärischen Segments bestimmt, und daß man dann eine rechtwinkelige Quer- bzw. Transversalprojektion ausführt, welche den Segmenten der sphärischen Oberfläche entspricht. Eine solche beispielsweise Projektion ist in Fig. 2 gezeigt, in der ein Plattenrohstück 11 aus 14,287 mm dickem Stahl wiedergegeben ist, das etwa 8,9916 m lang, etwa 2,4384 m an seinem obersten Ende und etwa 3,048 m an seinem untersten Ende breit ist. In einer solchen Projektion ist jede Verzerrung parallel zur Längsmittellinie 29, und längs der Längsmittellinie ist die Verzerrung Null. An allen anderen Stellen ist die Verzerrung eine Funktion des reziproken Werts des Kosinus der Winkelabweichung weg von der Mittellinie. Nimmt man beispielsweise an, daß der Radius der Kugel 19,71675 m ist, dann ist k = -r-r-r = 34,412174 cm pro Grad. Wenn d gleich dem. linearen Abstand von der Mittellinie und θ gleich dem Winkelabstand von der Mittellinie ist, dann ist d = k χ 0.

Das Erhitzungslinienmuster ist so konstruiert, daß das resultierende Schrumpfungsmuster das gleiche wie das Verzerrungsmuster ist, welches in der ursprünglichen flachen Platte vorhanden ist. Da die Schrumpfung in der Richtung senkrecht zu den Erhitzungslinien auftritt, und da das Verzerrungsmuster longitudinal ist, sind die Erhitzungslinien quer zu der Longitudinalrichtung. Die Erhitzung und Kühlung kann in jeder Richtung längs der Linien ausgeführt werden, beispielsweise von

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der Kante der Platte nach einwärts zu oder umgekehrt.

Ein Muster wird dadurch erzeugt, daß man Erhitzungslinien von verschiedenen Längen verwendet, die so angeordnet sind, daß die longitudinale Schrumpfung innerhalb jedes Bereichs oder Bands, der bzw. das sich parallel zu der longitudinalen Mittellinie 29 erstreckt und in einem unterschiedlichen Abstand von dieser angeordnet ist, angenähert, wie der reziproke Wert des Kosinus des Winkelabstands von der Mittellinie variiert. Die relativen Längen der Erhitzungslinien sind eine Funktion des Radius der speziellen Kugel; und infolgedessen können diese Längen auf alle Abmessungen und Dicken von Metallplatten angewandt werden, die nach diesem Verfahren geformt werden sollen. Andererseits ist der Abstand zwischen einzelnen Linien der Erhitzung eine Funktion des Betrags an Schrumpfung, die an jeder Linie erzeugt wird, und infolgedessen variiert er mit der Plattendicke. Beispielsweise kann der Abstand bei einer 14,287 mm dicken Stahlplatte 20,32 cm betragen, während der Abstand bei einer dickeren Platte, beispielsweise bei einer 19,05 mm Stahlplatte geringer ist, z. B. etwa 15,24 cm.

In einem Muster von parallelen Linien von verschiedenen Längen, wie sie für diese zur Veranschaulichung benutzte Art der Projektion verwendet werden, erhält man eine Anzahl von Bereichen oder Bändern, die senkrecht zu den Linien sind und unterschiedliche Anzahlen von Linien pro Band enthalten. Um ein Muster so einfach wie möglich zu halten, ist es wünschenswert, eine Progression von "Linien pro Band" zu benutzen, die dem Wert

von — - 1 einigermaßen nahe ist, und es wurde gefunden, daß

die Verwendung von Erhitzungslinien, die in acht unterschiedlichen Abständen von der longitudinalen Mittellinie 29 ausgehen, ein ziemlich genaues Muster erzeugt, ohne daß die Berechnungs- und Markierungsvorgänge übermäßig kompliziert werden.

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Um eine Platte von dem gewünschten Umriß mit einem solchen Muster zu markieren, wird die longitudinale Mittellinie 29, die in der Mitte der Platte nach abwärts verläuft und die allgemein parallel zu den beiden längsten Rändern verläuft, zunächst lokalisiert. Diese Linie 29 wird dann zweigeteilt, damit man die quer verlaufende Mittellinie 31 findet, und die beiden Bezugslinien 33 können dann parallel zu der longitudinalen Mittellinie markiert werden. Längs beider longitudinalen Bezugslinien werden Inkremente markiert, und zwar beginnend von der quer verlaufenden Mittellinie 31 und in jeder Richtung, wobei jede Inkrementmarkierung einen Bezugspunkt für eine Erhitzungslinie ergibt. Der inkrementelle Abstand dieser Markierungen variiert mit der Dicke der Metallplatte, die geformt wird, worauf oben bereits hingewiesen wurde. Alle Linien, die markiert werden, sind gerade Linien, die an einer Kante der Platte beginnen und die sich um weniger als die Hälfte des Abstands nach der entgegengesetzten Kante zu erstrecken.

Wenn einmal die Anzahl von unterschiedlichen Ursprungsabständen, die zu benutzen sind, festgelegt worden ist, wird der Abstand zwischen dem Ursprung der kürzesten Linie und der Mittellinie 29 auf einen Wert festgesetzt, der gleich der halben Breite der Platte 11 an ihrer quer verlaufenden Mittellinie 31 ist oder etwas weniger beträgt. Bei der Platte, die in Fig. 2 gezeigt ist, beträgt die Breite der quer verlaufenden Mittellinie etwa 274,32 cm, und der Ursprungsabstand für die kürzeste Linie (nämlich die Linie No, 8) ist auf 137,16 cm festgesetzt. Die Ursprungsorte der anderen sieben Linien sind dann eine Funktion dieses Abstands (d. h. 137,16 cm) und der Verhältnisse von "Linien pro Band", und jeder von ihnen wird mathematisch bestimmt.

Benutzt man Linien von acht unterschiedlichen Ursprungsabständen, dann sollte, wie gefunden wurde, das Anordnungsmuster die

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-yt-

folgende Aufeinanderfolge haben, und zwar beginnend in jeder Richtung von der quer verlaufenden Mittellinie 31 (wobei die No 1 die längste Erhitzungslinie und infolgedessen den kürzesten Ursprungsabstand repräsentiert): 1, 7, 5, 8, 3, 7, 6, 8, 2, 7, 5, 8, 4, 7, 6, 8. Durch Auftragen dieser Aufeinanderfolge auf dem Muster von vorbestimmten Intervallen kann die Gesamtanzahl von Linien pro Band gefunden werden. Es läßt sich dann zeigen, daß der Ursprungsabstand (D ) für jede der Bezugslinien No,l bis Mo. 8 dadurch gefunden werden kann, daß man die Gleichung löst, in welcher das Reziproke des Kosinus des äquivalenten Winkelabstands (Θ ) gleich 1 plus der Anzahl von Linien pro Band (S ) multipliziert mit der projezierten Verzerrung pro Linie ist. Berechnungen führen zu den folgenden Werten:

Linie No. S D

η η

1 1 35,56 cm

2 2 48,26 cm

3 3 58,42 cm

4 4 68,58 cm

5 6 83,82 cm

6 8 96,52 cm

7 12 119,38 cm

8 16 137,16 cm

Aus Fig. 2 läßt sich ersehen, daß gewisse Linien aus den Linien der No. 8 ihren Ursprung jenseits der Kante der Platte haben würden, und in solchen Fällen wird die Linie einfach weggelassen. Es ist ersichtlich, daß alle Erhitzungslinien an der Kante bzw. am Rand der Platte beginnen, und alle diejenigen, die sich längs der beiden longitudinalen oder Hauptkanten erstrecken, erstrecken sich in allgemein paralleler Beziehung zu der anderen longitudinalen Kante der Platte. Die Mechanismen

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des Formungsvorgangs sind so, daß das äußerste obere und untere Ende der Platte nicht so viel Querbiegekraft wie der Hauptkörper der Platte erhalten, und um das zu kompensieren, sind wenige kurze Diagonallinien 33 am Ende jeder Platte 11 hinzugefügt, wie in Fig. 2 gezeigt ist.

Nachdem das Linienerhitzungsmuster auf der Platte markiert worden ist, wird mit der Erhitzung bei den Linien der Kategorie der mittleren Länge (Linien der No. 4) begonnen, und dann abwechselnd mit den Linien der nächstkürzeren Kategorie (No. 5) und dann der nächstlängeren Kategorie (No.3) fortgefahren, bis das Muster vollendet ist. Alle Erhitzungslinien innerhalb jeder Kategorie werden vollendet, bevor mit der nächstfolgenden Kategorie begonnen wird, und das geometrische Muster ist so, daß es sich in alle Quadranten der Platte erstreckt, wobei Linien jeder Kategorie allgemein in jedem Quadranten erscheinen. Die Erhitzung in dieser Aufeinanderfolge wird als vorteilhaft angesehen, weil am Ende der Erhitzung entlang den Linien irgendeiner Kategorie die Platte eine Gesamtform angenommen hat, welche sich der endgültig gewünschten Konfiguration über ihren gesamten Bereich annähert, so daß die Erzeugung von Spannungen in irgendeinem lokalisierten Bereich vermieden wird. Demgemäß ist eine solche graduelle Gesamtumformung gegenüber einer solchen Umformung zu bevorzugen, bei der die gesamte Erhitzung in einem Quadranten vollendet wird, bevor man sich zu dem nächsten Quadranten bewegt.

Allgemein werden die diagonalen Endlinien 33 während der ziemlich frühen Stufen des Prozesses erhitzt, und vorzugsweise wird die Erhitzung längs der Endlinien im Anschluß an die Erhitzung längs der Linien No. 5 ausgeführt. Die oben gekennzeichnete Aufeinanderfolge wird für ein sphärisches Segment benutzt, und sie kann für eine nichtsphärische Oberfläche etwas variiert werden, jedoch bleibt das Prinzip des Erzielens einer allmählichen Gesamtumformung das gleiche. Nachdem die

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Erhitzung der letzten Linien, welches die Linien No. 8 sind, erfolgt ist, hat die Stahlplatte die Form eines Segments 37 mit sphärischer Oberfläche angenommen, wie in Fig. 3 veranschaulicht.

In Fig. 5 ist eine Platte 41 gezeigt, die mit einem Muster von Linien 43 markiert ist, das allgemein repräsentativ für die Formung eines Segments einer Kugel ist, welche auf einer Azimutalprojektion basiert. Das Linienmuster für eine Azimutalprojektion ist von der Art, daß sich die Erhitzungslinien allgemein radial von der Mitte der Platte zu einer Kante der Platte 41 erstrecken, und alle Linien 43 enden kurz vor der Mitte der Platte, so daß sich keine der Linien vollständig über die Platte erstreckt. Es wird die gleiche Aufeinanderfolge beim Erhitzen und Abschrecken bzw. -kühlen benutzt, wobei die Erhitzung zunächst längs der Linien von intermediärer Länge bzw. Zwischenlänge ausgeführt wird.

Im Rahmen der Erfindung sind die verschiedensten Abwandlungen möglich, so kann man bei dem erfindungsgemäßen Formungsverfahren, obwohl allgemein an die Verwendung von flachen Platten gedacht ist, weil sie am einfachsten in dieser Form vom Hersteller verfügbar sind und weil die Projektion zum Bestimmen des geometrischen Linienmusters leicht vereinfacht ist, das Formungsverfahren auch mit Platten anderer Formen beginnen, beispielsweise mit einem Zylinderabschnitt, und das Gesamtkonzept bleibt unverändert. Weiterhin kann man anstelle der Verwendung eines Gasbrenners als Erhitzungsguelle auch eine elektrische Erhitzung anwenden, und zwar kann z. B. eine elektrische Induktionserhitzung angewandt werden.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1.) Verfahren zum Formen einer Metallplatte, so daß diese eine dreidimensionale Form von vorbestimmter Mehrfachkrümmung erhält, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Verfahrensschritte umfaßt: lokale Erhitzung einer Metallplatte auf eine erhöhte Temperatur, und zwar längs eines relativ schmalen Bandes durch Bewegen einer Wärmequelle längs einer vorbestimmten Linie mit einer solchen Geschwindigkeit, daß sich die Erhitzung vollständig durch die Dicke der Platte erstreckt; schnelles Kühlen der Platte längs der Linie nachfolgend auf die erwähnte Erhitzung, so daß eine merkbare Schrumpfung innerhalb der Ebene der Platte in einer Richtung auftritt, die im wesentlichen senkrecht zu der Linie der Erhitzung ist; und Wiederholen der Erhitzungs- und Kühlungsschritte längs zusätzlicher Linien in einem vorgewählten geometrischen Muster, das durch alle Bereiche der Platte angeordnet und von einer linearen Verzerrung abgeleitet ist, die ihrerseits der Projektion der vorbestimmten Mehrfachkrümmung auf die Metallplatte inhärent ist, so daß das Gesamtergebnis der in der Ebene erfolgenden Schrumpfung darin besteht, daß die Platte die vorbestimmte Mehrfachkrümmung annimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine flache Platte anfänglich in einer im wesentlichen horizontalen Orientierung angeordnet wird und ihr Umfang nicht befestigt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte von einem darunter liegenden Gestell, Gerüst o.dgl. getragen wird, das so aufgebaut ist, daß es ein Segment einer Oberfläche aufnimmt und trägt, welches die gewünschte Mehrfachkrümmung hat.

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4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dreidimensionale Form diejenige einer Kugel ist, und daß die Erhitzungslinien an den Kanten bzw. Rändern der Platte beginnen und sich in einer geraden Linie über eine Entfernung erstrecken, die geringer als die Entfernung zur entgegengesetzten Kante bzw. zum entgegengesetzten Rand ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das geometrische Muster auf einer rechtwinkeligen Quer- bzw. Transversalprojektion basiert und die vorbestimmten Linien im allgemeinen parallel und von unterschiedlicher Länge sind, wobei alle diese Linien kurz vor der Längsmittellinie der Platte enden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Erhitzen in einer vorgewählten Aufeinanderfolge ausgeführt wird sowie längs der Linien von intermediärer Länge, bevor das Erhitzen längs der längsten und der kürzesten Linien ausgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte eine Stahlplatte ist und daß die erhöhte Temperatur oberhalb von 426,67°C und unterhalb von 7O4,44°C liegt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Erhitzen längs der Linien in dem geometrischen Muster in einer vorgewählten Aufeinanderfolge unter Einschluß aller Quadranten der Platte ausgeführt wird, so daß die Platte eine graduelle Umformung insgesamt auf die gewünschte Mehrfachkrümmung erfährt.

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9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Erhitzen gleichzeitig längs der Linien von beiden Oberflächen aus durchgeführt wird, und daß das Kühlen von beiden Oberflächen der Platte her bewirkt

10,- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Erhitzen in dem relativ schmalen Band so ausgeführt wird, daß ein Temperaturgradient von wenigstens etwa 26O°C über eine Breite von 12,7 mm in einer Richtung senkrecht zur Richtung des Erhitzens erzeugt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, insbesondere nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte aus Stahl hergestellt ist und der erhitzte Teil der Platte eine Temperatur zwischen etwa 51O°C und etwa 565,56°C erreicht.

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