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Die Erfindung betrifft ein aus mehreren Blechteilen ge-
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schweißtes, vorzugsweise doppelt gekrümmtes Schalenbauteil.
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Derartige Bauteile werden in der Regel mit stumpfem Stoß geschweißt,
also indem man die miteinander zu verbindenden Bleche mit ihren Stirnflächen aneinander
stoßen läßt und diese Stirnflächen dann mit einem geeigneten Schweißverfahren, meist
im Lichtbogenschweißverfahren, miteinander verschweißt. Derart geschweißte Schalenbauteile
sind in verschiedener Hinsicht nachteilig. So bereitet es vielfach erhebliche Schwierigkeiten
und bedarf gesonderter, oft aufwendiger Vorrichtungen, um die verschiedenen das
Bauteil oder wenigstens einen großen Teil desselben bildenden Bleche in der richtigen
Lage für den Schweißvorgang zusammenzuhalten. Dadurch wird der Fertigungsaufwand
groß. Ferner bedarf es in der Regel der Anbringung zusätzlicher Versteifungsrippen
auf der Blechhaut des Schalenbauteils, um diesem die erforderliche Versteifigkeit
zu geben.
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Die Erfindung schafft ein geschweißtes Schalenbauteil, das die dargelegten
Mängel nicht aufweist, also ein Schalenbauteil, dessen Teile zum Schweißen leicht
ohne aufwendige
Vorrichtungen in der gewünschten Lage zusammengespannt
werden können und welches zugleich längs der der Schweißnähte Versteifungsrippen
aufweist, die dem Bauteil die erforderliche Festigkeit und Steifigkeit geben.
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Das wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die Blechteile
wenigstens an einigen ihrer miteinander verschweißten Ränder ein etwa spazierstockförmiges
Profil bildend umgebördelt sind, daß diese Umbördelungen der jeweiligen Schweißnaht
auf der gleichen Seite des Bauteils, also entweder auf der Aussenseite oder der
Innenseite des Bauteils liegen, und daß jeweils eine der Hohlkehlen zwischen den
beiden Umbördelungen der Schweißnaht wenigstens weitgehend mit Schweißzusatzmaterial
ausgefüllt ist.
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Der Begriff des Schalenbauteils ist hier nicht im engen Sinne aufzufassen.
Er soll hier vielmehr Bauteile, die wenigstens zum Teil aus mehreren Blechteilen
zusammengeschweißt sind, umfassen und bei welchen der von diesen Blechteilen gebildete
offene oder geschlossene Hohlkörper wenigstens in gewissem Umfang selbsttragend
sein muß.
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So ist die Erfindung beispielsweise gut zur Herstellung von Bootsrümpfen,
Behältern mit einem grösseren Volumen, Fahrzeugteilen, selbsttragenden Blechdachkuppeln,
transportablen Schuppen und Unterkünften und dergleichen geeignet.
Das
Schalenbauteil muß nicht unbedingt doppelt gekrümmt sein. Es kann auch ebene Wände
aufweisen, beispielsweise, wenn es ein würfelförmiger Behälter ist. In der Regel
wird jedoch das Bauteil wenigstens einfach, vielfach auch doppelt gekrümmt sein.
Ob die einzelnen Blechteile hierbei bereits doppelt gekrümmt sind oder einfach,
hängt von der Konstruktion ab. So wird man beispielsweise eine Hohlkugel bei nicht
allzu großen Ansprüchen an die Festigkeit und Form aus lanzettförmigen, nur einfach
gekrümmten Blechstreifen zusammensetzen, während man beispielsweise bei anspruchsvoll
geformten Bootsrümpfen die den Rumpf bildenden Blechstreifen vielfach doppelt krümmen
wird, dieses kann z.B. durch maschinelles Strecken oder Schrumpfen des Mittelbereiches
der Blechstreifen geschehen.
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Wenn hier von einer Umbördelung gesprochen wird, die ein etwa spazierstockförmiges
Profil aufweist, so ist dies nicht im strengen Sinne aufzufassen. Das reine Spazierstockprofil
(Fig. 4 bis 6 der Zeichnungen) ist zwar besonders leicht herstellbar und in den
meisten Fällen bevorzugt. Unter Umständen kann dieses Profil jedoch auch beispielsweise
durch ein Winkelprofil ersetzt werden, welches dann mit seinem einen Schenkel beispielsweise
unter 450 an die Blechfläche anschließt und selbst einen Winkel von beispielsweise
900 einschließt.
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Je nach den technischen Gegebenheiten kann die durch die
erfindungsgemäße
Schwe ißnahtausbildung vorgesehene Versteifungsrippe auf der Aussenseite oder der
Innenseite des Schalenbauteils liegen. Kommt es auf eine glatte Aussenwand an, legt
man die Rippe nach innen, kommt es auf eine glatte Innenwand an, legt man die Rippe
nach aussen.
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Meist wird man die Rippe nach innen legen, da eine Innenrippe meist
weniger stört.
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Von wesentlicher Bedeutung bei der Erfindung ist, ob man die Verschweißung
in der Hohlkehle durchführt, die auf der Seite des Schalenbauteils liegt, auf welcher
sich die durch die Schweißnaht gebildete Rippe erstreckt, oder in der anderen Hohlkehle
zwischen den Umbördelungen. Legt man die Schweißnaht in die andere Hohlkehle, also
bei einem Schalenbauteil mit innen liegender Rippe nach aussen bzw. bei einem mit
aussen liegender Rippe nach innen, so gibt dies dem Bauteil eine besonders hohe
Steifigkeit und Festiykeit und auch eine besonders glatte Oberfläche an der nicht
die Rippe tragenden Seite. Legt man jedoch das Schweißzusatzmaterial oder die Schweißraupe
in die Hohlkehle auf der Seite, auf der die Umbördelungen liegen und damit auch
die Rippe, so wird das Bauteil besonders elastisch und die Schweißspannungen lassen
sich in hohem Maße ausgleichen.
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Je nach den Gegebenheiten kann man auch die mit Schweißzusatzmaterial
ausgefüllte Hohlkehle bei der einen Naht aussen und bei der anderen Naht innen anbringen.
Liegt die
ausgefüllte Hohlkehle auf der Seite des Bauteils, auf
welcher sich die Umbördelungen nicht befinden, so wird dann, wenn es auf eine glatte
Oberfläche und/oder große Festigkeit ankommt, die genannte Hohlkehle vorzugsweise
ganz oder fast ganz mit Schweißzusatzmaterial ausgefüllt. Liegt die ausgefüllte
Hohlkehle auf der Seite der Umbördelungen, so wird man sie nur so stark machen,
wie es die Festigkeit des Bauteils erfordert. Dem Grunde nach ist es auch möglich,
beide Hohlkehlen wenigstens zum Teil auszufüllen.
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Eine derartige Konstruktion stellt einen Kompromiß zwischen den Forderungen
an Elastizität und Festigkeit dar.
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Kommt es auf große Elastizität und glatte Aussenflächen an, so kann
man die Schweißnaht nach innen legen und die äussere Hohlkehle mittels einer Spachtelfüllung
glätten.
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Durch die Wahl des Krümmungsradius für die Umbördelung kann man die
Festigkeit des fertigen Schalenbauteils wesentlich beeinflußen. Macht man diesen
Krümmungsradius relativ groß, so wird je nach der Lage der ausgefüllten Hohlkehle
auch die Elastizität des Körpers quer zur Richtung der Schweißnaht und die Steifigkeit
in Längsrichtung der Schweißnaht groß. In der Regel wird man den mittleren Krümmungsradius
der Umbördelung etwa bei der zwei- bis dreifachen Blechstärke halten.
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Die erfindungsgemäße Schweißnahtausbildung erlaubt es,
durch
Eingreifen hinter die Umbördelungen mit einem geeigneten Werkzeug die jeweils zusammenzuschweissenden
Blechteile sicher und genau zusammenzuhalten. Die Erfindung umfaßt daher auch eine
Klammer zum Zusammenhalten der Blechteile eines Schalenbauteils gemäß der Erfindung.
Diese Klammer ist dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei aufeinander zugerichtete
Finger aufweist, die in die Höhlungen der Umbördelungen der zusammenzuschweissenden
Blechteile eingreifen können. Auf diese Weise kommt man mit universell verwendbaren
Klammern aus. Wenn eine besonders gute Führung der Blechteile erwünscht ist, kann
man den erwähnten Fingern eine relativ große Länge geben, so daß sie jeweils mit
dieser ganzen Länge an der Oberfläche der zusammenzuspannenden Blechteile anliegen
und diese dadurch nicht nur zusammenhalten, sondern auch ausrichten. Die Klammern
können beispielsweise zangenartig ausgebildet sein und Spannfedern aufweisen. Für
grössere Bauteile wird man jedoch Spannklammern, welche mittels einer Schraubeinrichtung
oder hydraulischen Einrichtung zusammengespannt werden, bevorzugen. Am besten wird
die Wirkung der Spannklammer, wenn die Abmessungen der Finger so sind, daß ihre
Spitzen jeweils gerade den lichten Querschnitt der Umbördelungen ausfüllen.
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Nachfolgend ist die Erfindung in Form von Ausführungsbeispielen anhand
der Zeichnungen näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt schematisch einen aus Blechstreifen geschweißten Bootsrumpf
gemäß der Erfindung; Fig. 2 zeigt die Schnitte A und B aus Fig. 1; Fig. 3 zeigt
zum Teil zwei Bleche des Bootsrumpf es nach Fig. 1 in der miteinander zu verschweissenden
Lage; Fig. 4 bis 7 zeigen verschiedene Möglichkeiten der Schweißnahtgestaltung;
Fig. 8 zeigt das Zusammenklammern zweier Blechteile für das Verschweißen mittels
einer Spannklammer nach der Erfindung.
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Der in Fig. 1 gezeigte Bootsrumpf besteht in jeder Hälfte aus einer
Mehrzahl untereinander nicht gleicher Blechstreifen 1 bis 5, die am Bug in nicht
näher gezeiqter Weise mit einem Stevenprofil und am Heck mit einem Spiegelblech
verschweißt sind. Die Bleche können jeweils einfach gekrümmt sein oder, wie im vorliegenden
Beispiel und aus Fig. 3 ersichtlich, doppelt gekrümmt. Die doppelte Krümmung kann
in einer bekannten Weise erzeugt sein.
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An den miteinander zu verschweissenden Rändern sind die Bleche umgebördelt,
so daß sie am Rand ein Spazierstockprofil aufweisen. Die Bördelung kann beispielsweise
im
Walzenrollenverfahren aufgebracht sein. Die Bördelung liegt
jeweils auf der Innenseite des Bootsrumpfes. Die so vorbereiteten Blechstreifen
1 bis 5 werden nun mittels Spannklammern 8 zusammengespannt. Diese Spannklammern
8 sind zangenartig ausgebildet. Sie besitzen zwei Schenkel 8a und 8b. Die Zangenschwenkachse
ist mit 8c bezeichnet.
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An den Spannschenkeln sa und 8b sitzen Finger von der aus Fig. 8 ersichtlichen
Form, die jeweils hinter die Umbördelungen der zusammengespannten Bleche (in Fig.
8 der Bleche 2 und 3) fassen und die Höhlung der Umbördelung jeweils wenigstens
angenähert ausfüllen. Die Finger 8d und 8e der Spannzange haben dabei eine gewisse
Längserstreckung, so daß sie zugleich die miteinander zu verschweissenden Bleche
führen.
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Bei dem hier als Beispiel gezeigten Bootsrumpf ist die Verschweissung
zweckmässig in der in Fig. 4 etwa in natürlicher Größe und maßstabsgetreu dargestellten
Art und Weise durchgeführt. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, stoßen die beiden
Blechstreifen 2 und 3 hier in einer Ebene senkrecht zum Verlauf der Schweißnaht
gesehen unter einem stumpfen Winkel zusammen. Man erkennt hier deutlich das Spazierstockprofil
der Umbördelung der Blechstreifen.
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Die Blechstreifen liegen jeweils so aneinander, daß sich die Wölbungen
der Umbördelungen wenigstens angenähert berühren. Das Schweißzusatzmaterial ist
von der Aussenseite
des Bootsrumpfes her in die so gebildete Hohlkehle
zwischen den beiden Umbördelungen eingelegt, wie dies aus der Zeichnung ersichtlich
ist. Die Schweißnaht ist hier mit 10 bezeichnet und füllt die Hohlkehle fast ganz
aus. Eine 100 teige Glättung wird durch Spachtelung vor dem Lackieren erreicht.
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Die übrigen Schweißnähte zwischen den Blechstreifen 1 bis 5 sind bei
diesem Ausführungsbeispiel in der gleichen Art und Weise ausgeführt. Der Bootsrumpf
ist selbst bei geringer Blechstärke so steif, daß Längsstringer entfallen können.
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Die hier angewandte Lage der Schweißnaht bringt eine hohe Festigkeit
und gute Versteifungswirkung der durch die Umbördelungen 11 und 12 der Bleche 2
und 3 gebildeten Rippen.
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Fig. 5 bis 7 zeigen andere Möglichkeiten der Ausbildung der Schweißnaht
bei einem Bauteil nach der Erfindung.
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Die Schweißnaht gemäß Fig. 5 unterscheidet sich von der gemäß Fig.
4 lediglich darin, daß die Berührungslinie zwischen den beiden Umbördelungen zwar
am Scheitelpunkt der oberen Umbördelung 15, nicht jedoch am Scheitelpunkt der unteren
Umbördelung 16 liegt, so daß die äussere
Kante 17 nicht in dem
Schweißzusatzmaterial 13, sondern neben diesem liegt.
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Die Schweißkonstruktion nach Fig 6 zeigt eine Schweißnaht, die sich
von der Schweißnaht gemä3 Fig. 4 lediglich dadurch unterscheidet, daß die beiden
Bleche 19 und 20 in einer Flucht liegen.
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Eine gegenüber den Fig. 5 bis 6 mehr abweichende Schweißnahtkonstruktion
ist in Fig. 7 gezeigt. Man erkennt hier die beiden Bleche 21 und 22, die jeweils
etwa mit den Scheiteln der hier winkelförmigen Umbördelungen 23 und 24 aneinanderstoßen.
Die Schweißraupe 26 liegt hier jedoch nicht so, daß sie die Flächen der Bleche 21
und 22 verlängert, also nicht mehr auf der Aussenseite der Wölbung des Schalenbauteils,
sondern auf der Innenseite und füllt dort die Hohlkehle zwischen den Dachprofil
aufweisenden Umbördelungen 23 und 24 aus. Dadurch sind hier die beiden äusseren
Quadranten der Umbördelung miteinander verschweißt. Sie erlauben ein federndes Nachgeben
der Konstruktion und einen Abbau der Schweißspannung. Um hier jedoch Kerbspannungen
zu vermeiden, ist die Umbördelung eckig ausgebildet und es ist bis zur anderen Seite
durchgeschweißt.