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Verfahren zur Herstellung insbesondere in der
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Modellbautechnik des Fahrzeugbaus verwendeter Stützen-, Verstrebungs-
oder Rippenkonstruktionen od.dgl.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung insbesondere
in der Modellbautechnik des Fahrzeugbaus verwendeter Stützen-, Verstrebungs- oder
Rippenkonstruktionen od.dgl. durch festes Verbinden, insbesondere durch Verschweißen
oder Verlöten, von strebenartigen Stützen untereinander und/oder mit einem Unterbau
an einzelnen Befestigungsstellen.
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Auf den Gebieten des Fahrzeugbaus, Flugzeugbaus, Leichtbaus od.dgl.
werden häufig Modelle benötigt, um beispielsweise in Forschung, Entwicklung oder
Versuch kostengünstig Resultate zu ermitteln, die auf entsprechende reale Bauteile,
beispielsweise in der Serienfertigung, übertragbar sind. Aber auch größere
Gebilde,
wie Tragwerke und Flächenkonstruktionen werden mit derartigen Verfahren dargestellt.
So werden beispielsweise im Fahrzeugbau Kraftfahrzeuge im originalgetreuen Maßstab
mit Hilfe von Rippenkonstruktionen nachgebildet, um etwa in Crash-Versuchen Erkenntnisse
über die Verformungbzw. Deformationseigenschaften des Fahrzeugs zu erlangen. Die
Einzel stützen werden hierfür in der Regel mittels Dreiecksverbänden zu räumlich
steifen Konstruktionen zusammengestellt und an ihren Verbindungspunkten verschweißt,
verschraubt, vernietet, verklebt oidgl.
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Ein weiterer Einsatz oben genannter Verfahren findet sich beispielsweise
bei der Versteifung von Konstruktionen positiver und negativer Schalen für Modelihinterbauten
in der Modellfertigung. Aus Gründen der Präzision sollten die strebenartigen Stützen
möglichst aus dem gleichen Werkstoff mit dem gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten
wie die späteren Umformwerkzeuge bestehen, was in der Regel einen Einsatz von Stahl
erforderlich macht.
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Des weiteren sind spielfreie Verbindungen der Streben untereinander
oder zwischen Streben und Schalen erforderlich, wofür nur Schweiß- oder Klebeverbindungen
in Frage kommen. Die Klebeverbindung mittels verschiedener Verfahren ist für Modelle
in der Einzelfertigung zu teuer und folglich unrentabel, so daß der Schweißverbindung
der Vorzug gegeben ist. Die einzelnen strebenartigen Stützen werden hierfür im gewünschten
Verbund zusammengestellt und zusammengeschweißt wofür in der Regel Längsnähte Verwendung
finden.
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Bei den Schweißungen entstehen dadurch jeweils längere Zeit hohe Temperaturen
und eine große Wärmeeinflußzone. Dies hat zur Folge,
daß sich die
Schweißkonstruktion im Bereich der Schweißung nach dem Erkalten häufig verzieht,
oder falls eine Deformation unmöglich ist, daß hohe Schweißeigenspannungen entstehen.
Diese Eigenspannungen sind insbesondere dann von Nachteil, wenn mit Hilfe der Konstruktion
Verformungs- bzw. Spannungsdaten ermittelt werden sollen, da hier die Eigenspannungen
den realen Spannungen überlagert sind und somit die Untersuchungsergebnisse verfälschen.
Es ist also in jedem Falle unerläßlich, im Nachgang an eine Schweißung eine thermische
Behandlung anzuschließen, die beispielsweise durch Glühen zur Entspannung der Konstruktion
beiträgt.
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Dies ist sehr aufwendig und nicht selten werden die Werkstoffeigenschaften
der Konstruktion im Bereich der Glühbehandlung beeinträchtigt. Ein weiterer Nachteil
der oben genannten Verfahren besteht darin, daß einmal miteinander verbundene Stützen
eine starre und unveränderbare Position zueinander einnehmen, die keinerlei Lagekorrekturen
mehr zuläßt. Ist beispielsweise eine anschließende Lagekorrektur erforderlich, so
ist dies nur möglich entweder durch Auftrennen der Schweißverbindung oder durch
Biegen der Stützen in die gewünschte Stellung. Alle obengenannten Nachteile insbesondere
der zuletzt genannten Anwendungsmöglichkeiten sollen mit der Erfindung vermieden
werden.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, den obigen Nachteilen abzuhelfen
und ein Verfahren der oben genannten Art vorzuschlagen, mit dem unter Anwendung
einfachster Mittel ohne nachfolgende z.B. thermische Behandlung Stützen-, Verstrebungs-
oder Rippenkonstruktionen od.dgl. verzugs- und eigenspannungsfrei hergestellt werden
können und bei dessen Durchführung auch während und im Anschluß an durchgeführte
Schweiß oder Lötverbindungen noch Justierungen einzelner Stützen möglich sind.
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Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß man insbesondere
zur Verhinderung des Entstehens von Eigenspannu$nund Verzug die Befestigungsstellen
an den Endbereichen der Stützen als Partien mit punktförmiger Gestalt und Erstreckung
ausbildet, daß man diese punktförmigen Partien der einzelnen Stützen an Flächen
an den hiermit zu verbindenden Stützen bzw. am Unterbau in Anlage bringt und daß
man die aneinander anliegenden Teile an den Berührungsstellen durch eine punktförmige
Schweiß- oder Lötverbindung bzw. Klebeverbindung miteinander verbindet.
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Vor dem Zusammenbau der Konstruktion werden die strebenartigen Stützen
also einer Vorbehandlung unterzogen, indem man an den Endbereichen, an denen eine
Schweiß- bzw. Lötverbindung durchgeführt werden soll, erhabene punktförmige Befestigungspartien
vorsieht, an denen sehr leicht eine punktförmige Verbindung durchgeführt werden
kann. Wird nun eine Stütze mit ihrer Befestigungspartie beispielsweise an eine andere
Stütze oder an die
Befestigungspartie einer anderen Stütze angesetzt,
so kann dort leicht durch einmaliges kurzes Anpunkten beispielsweise mittels einem
Punktschweißgerät eine feste Schweißverbindung hergestellt werden. Der kurze Schweißimpuls
aber bewirkt, daß nur für sehr kurze Zeit Wärme erzeugt wird, die die zu verbindenden
Teile kaum beeinflußt. Das kurzzeitige Einbringen von Wärme in den Stützenwerkstoff
verursacht eine nur geringe Wärmeeinflüßzone und dadurch nur geringe Änderungen
der Werkstoffeigenschaften, die die Gesamtkonstruktion nicht beeinflussen. Auch
ist es möglich, während des Schweißens die einzelnen Stützen in ihrer Richtung zu
halten, da der Schweißpunkt keinen Verzug verursacht, der die Stützen in eine bestimmte
Richtung zwingt.
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Es ist sogar möglich, im Anschluß an die Schweißverbindung noch gewisse
Lagekorrekturen der einzelnen Stützen vorzunehmen, in-dem sie um den Schweißpunkt
in gewissen Grenzen schwenkbar sind. Durch das Durchführen von einer punktförmigen
Schweiß- oder Lötverbindung od.dgl.
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an den.Befestigungspunkten der Stützen erfährt also die Gesamtkonstruktn
bei geeigneter Vorbereitung, Schweißfolge und Schweißausführung nahezu keine Schweißspannungen.
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Zumindest ist die Konstruktion so spannungsarm, daß die Präzision
gewährleistet ist, da keine vorhandenen Spannungen frei werden.
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Das Verfahren gemäß Anspruch 2 ermöglicht Schweiß- bzw.
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Lötverbindungen od.dgl., die die Gesamtkonstruktion von Wärmespannungen
nahezu unbeeinflußt lassen. Die
zu verbindenden Stützen werden
an ihren Befestigungspartien unmittelbar in Anlage gebracht und die Befestigungspartien
mit ihren sehr geringen Querschnitten verhindern einen Wärmeabfluß und eine Wärmeabgabe
an die Stützen.
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Durch die Weiterführung des Verfahrens gemäß Anspruch 3 erhält man
genau definiert e/Berührungspunkte, deren Größe jeweils so gewählt wird, daß die
beispielsweise bei einem Versuch auftretenden Spannungen aufgenommen werden können.
Die knotenartigenerührungSpunktdienen als Gelenke, so daß auch noch während der
Durchführung der Schweiß-bzw. Lötarbeiten noch Lageänderungen durch Schwenken der
Stützen möglich sind. Auch ist die Schweiß- bzw. Lötstelle sehr leicht zugänglich,
der Schweißvorgang beschränkt sich auf einfachesiknpunkten und erfordert keinerlei
aufwendige und präzise Nahtverbindungen wie Schweißflähte.
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Vorteilhafterweise werden die Stützen gemäß Anspruch 4 ausgeführt,
so daß sehr steife Gesamtkonstruktionen herstellbar sind. Auch eignen sich derartige
Stützen besonders, um die in den Ansprüchen 5 - 7 aufgeführten vorteilhaften Maßnahmen
durchzuführen. Die Maßnahme nach Anspruch 5 ist sehr einfach auszuführen, indem
beispielsweise die Stütze gezogen oder gequetscht wird. Da sich der Befestigungspunkt
am spitzen Ende befindet, ist sein Querschnitt sehr gering woaurch beim Schweißen
oder Löten vorteilhafterweise nur eine sehr geringe Wärmemenge an die Stütze selbst
abgegeben wird. Auch ermöglicht diese Form des Befestigungspunktes ein hohes Maß
an
Bewegungsfreiheit auch während des Schweiß- bzw. Lötvorganges,
die Stütze weist noch zwei Freiheitsgrade der Bewegung auf.
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Durch die vorteilhafte Maßnahme nach Anspruch 6 wird die Zahl der
Freiheitsgrade der Bewegung der Stützen bei bzw. nach ihrem Anschweißen auf einen
beschränkt.
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Es besteht also die Möglichkeit, je nach Erfordernis durch Zuhilfenahme
unterschiedlicher Freiheitsgrade ein bestimmtes Verhalten der Gesamtkonstruktion
zu bewirken. Durch die Maßnahme nach Anspruch 6 werden ausserdem auf einfache Art
und Weise Befestigungspartien hergestellt, da beispielsweise nur ein Rohrmaterial
abgequetscht werden muß. Weitere vorteilhafte Herstellungsmöglichkeiten der Stützen
sind in Anspruch 7 aufgeführt.
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Durch die Maßnahme nach Anspruch 8 können mit der Verstrebungs- bzw.
Rippenkonstruktion erzielte Ergebnisse mit sehr guter Näherung auf spätere Maßnahmen
übertragen werden.
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Durch die Maßnahme nach Anspruch 9 ist gewährleistet, daß auf aufwendige
und kostenintensive thermische Nachbehandlungen verzichtet werden kann.
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Durch die Maßnahme gemäß Anspruch 13 ist es möglich, den Konstruktionen
eine hohe Festigkeit zu verleihen.
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Die Herstellung einer Konstruktion gemäß Anspruch 15 ist kostengünstig,
da auf starke Träger od.dgl. verzichtet werden kann. Es ist sogar möglich, eine
dünne Aussenhaut mittels der Stützen so zu versteifen, daß die Gesamtkonstruktion
eine sehr hohe Festigkeit aufweist.
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Das Verfahren wird im einzelnen in den beiliegenden Zeichnungen näher
erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte
Konstruktion, Fig. 2 - 4 Ausführungsformen verschiedener Stützen zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 5 die Ansicht einer Stütze gemäß der Linie
V-V aus Fig. 4, Fig. 6 eine Ausführung einer Schweiß- bzw. Lötverbindung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In Fig. 1 ist eine insgesamt mit 1 bezeichnete Verstrebungskonstruktion
dargestellt, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde. Sie enthält
einen schalenartigen Unterbau 2, eine Vielzahl von
strebenartigen
Stützen 3 sowie eine ebene Decke 4.
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Zusammengehalten wird die Konstruktion, in dem an den Streben 3 beidendig
ausgeführte Befestigungspartien 5 einerseits an der Decke 4 und andererseits am
Unterbau 2 aber auch an benachbarten Stützen angeschweißt sind. Es ergibt sich dadurch
eine räumlich steife Konstruktion, die aus im wesentlichen in Art von Dreiecken
angeordneten Stützen 3 besteht.
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Im folgenden sollen die Verfahrensschritte aufgezeigt werden, die
unternommen werden, um eine Konstruktion ähnlich der in Fig. 1 zu erhalten.
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In Fig. 2 ist eine Stütze 3' aus Rohrmaterial dargestellt, die an
einem ihrer Endbereiche 6 konisch ausgeführt ist.
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Die Konizität wird erhalten durch beispielswiese Ziehen, Pressen oder
Abquetschen. Ausgeheod vom ungestörten Durchmesser verjüngt sich die Stütze 3' zu
einer Spitze 7, 5 deren Ende 8 als Befestigungspartie//dient. Die in Fig. 3 dargestellte
Stütze 3" ist an einem ihrer Endbereiche 6' abgeschrägtXbeispielswiese durch Absägen,und
längs der Schnittlinie 9 zusammengepresst, so daß die Stütze hier verschlossen ist.
Dadurch entsteht am längeren Ende 10 der Stütze ein zugespitzter Bereich 11, der
ebenfalls in eine Befestigungspartie 5 ausläuft.
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In Fig. 4 schließlich ist eine Stütze 3"' aus Rohrmaterial dargestellt,
die im Bereich eines ihrer Enden 6"
quer zur Längsrichtung abgequetscht
ist. Die Stütze 3"' erhält hierdurch in ihrem Endbereich 6" einen schnabelartigen
Verlauf, dessen Ende 11 linienförmig ausgeführt ist, wie dies insbesondere aus Fig.
5 ersichtlich ist, in Fig. 4 die eine Ansicht gemäß der Linie V-V/zeigt. Die beiden
Ecken 12 des Endes 11 sind als Befestigungspartie 5 vorgesehen.
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Zum Zusammenbau einer Konstruktion, beispielsweise derer aus Fig.
1, können sämtliche Stützen der in Fig. 2 bis Fig. 5 erläuterten Art Verwendung
finden. Dargestellt sind in Fig. 1 der Einfachheit halber nur Stützen gemäß Fig.
2, diese können jedoch im Bedarfsfalle jederzeit durch andersartige ersetzt werden.
(Die Stützen werden in Fig. 1 deshalb allgemein mit der Bezugsziffer 3 bezeichnet).
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Nachdem nun die Stützen gemäß ihrer gewünschten Form hergestellt sind,
werden sie am schalenartigen Unterbau 2 bzw. der Decke 4 mit ihren Befestigungspartien
5 an den gewünschten Positionen zur Anlage gebracht.
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Sie können hierbei einzeln in Anlage gebrachtMerden (bei Pos. 13)oder
aber im Verbund, bei dem sich an einer Stelle mehrere Befestigungspunkte 5 auf engstem
Raume zusammengefaßt befinden (bei Pos. 14). An den Anlagestellen 13, 14 der Befestigungspunkte
5 auf dem Unterbau 2 bzw. der Decke 4 werden nun knotenartige Anlenkpunkte 15 hergestellt,in-dem
ein punktartiges
Verschweißen durchgeführt wird. Die Schweißung
erfolgt nur kurzzeitig, so daß sich die Wärmeausbreitung auf einen nur kleinen Bereich
beschränkt. Die Schweißung an den Befestigungspartien, die einen nur sehr geringen
Querschnitt aufweisen, verhindert ein Wärmeabfließen an die Stützen und dadurch
eine Beeinflussung ihrer Werkstoffeigenschaften.
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Selbstverständlich können die Stützen nicht nur unmittelbar an ihren
Befestigungspartien zusammengeschweißt werden, es ist vielmehr auch möglich, die
Befestigungspartieneinzelner Stützen an irgend einer Stelle des Stützenkörpers 16
anzusetzen, wie dies bei 17 dargestellt ist.
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In Fig. 6 ist die Ausführung einer Stützenverbindung dargestellt,
bei der die Befestigungspartie5 dreier verschiedener Stützen in einem einzigen Berührungspunkt
15' zusammengefasst sind. Eine der Stützen 3"' ist eine Ausführung gemäß Fig. 4
und mit ihren beiden Ecken 12 an einem rohrartigen Unterbau 2' angepunktet.
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Die Anlenkpunkte befinden sich hierbei im Kantenbereich 18 des als
Vierkantrohr ausgebildeten Unterbaus 2', wodurch gewährleistet ist, daß eine steife
Kraftübertragung vom Unterbau auf die Stütze und umgekehrt stattfinden kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhafterweise
so
durchgeführt werden, daß während des Schweißens die Stäbe in ihrer Richtung gehalten
werden, da der Schweißpunkt (Schweißknoten) keinen Verzug verursacht und im warmen
Zustand in seiner Richtung gehalten werden kann.
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Eine einfache Lösung des Zusammenbaus verschiedener Stützen ist die
Kombination von Stützen in Art von runden Rohren und in Art von Vierkantrohren.
Die runden Rohre werden einfacherweise nur geschert und gequetscht und sind dadurch
für einen Knotenschweißpunkt geformt.
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Die wesentlichen Punkte des erfindungsgemäßen Verfahrens sollen im
folgenden nodheinmal zusammengefaßt werden: In der Technik des Modellbaus,z.B. auch
auf den Gebieten des Leichtbaus, des Fahrzeugs und Flugzeugbaus werden räumlich
steife Konstruktionen mittels Dreiecksverbänden dargestellt, auch größere Gebilde,
Tragwerke und Flächenkonstruktionen.
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Solche Gerippe oder Verstrebungen werden an ihren Enotenpunkten z.B.
verschweißt, geschraubt, genietet, geklebt usw.
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Bei Modellhinterbauten mit hoher Genauigkeitsforderung werden spielfreie
Verbindungen erforderlich, die entweder nur geschweißt oder geklebt oder beides
sind.
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Die Klebeausführung mittels verschiedenen Verfahren ist für Modelle
in der Einzelfertigung zu teuer, so daß die ge-Auqführung schweißte/ wird. wird,
Diese hat aber den Nachteil, daß eine nachträgliche thermische Behandlung durch
Glühen zur
Entspannung der Konstruktion notwendig ist.
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Solche versteifenden Konstruktionen, z.B. für Modellhinterbauten,
z.B. in der Modellfertigung für den Fahrzeugbau von positiven und negativen Schalen
angewendet, werden aus Präzisionsgründen möglichst aus dem gleichen Werkstoff mit
dem gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten, wie die späteren Umformwerkzeuge, also
z.B. aus Stahl, hergestellt. Die Streben können aus drucksteifen Profilen bestehen,
aus Stangen oder aus runden oder profilierten Rohren.
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Verjüngt man nun diese Profile an den Enden zu einer Spitze, dann
können damit Knoten zusammengeschweißt werden. Diese können mit den bekannten, im
Knoten geschraubten Verbänden verglichen werden. Durch die Knotenverschweißung erfährt
nun bei geeigneter Vorbereitung, Schweißfolge und Schweißausführung die Konstruktion
fast keine Schweißspannungen. Zumindest ist sie so sPannungsarm, daß die Präzision
gewährleistet ist, weil keine vorhandenen Spannungen frei werden.
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-Es wird also vermieden, daß Längsnaht erzeugt werden.
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-Die Knoten werden so dimensioniert, daß sie die Spannungen der Betriebskräfte
aufnehmen können und keine Momente in die Konstruktion bringen.
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-Während des Schweißens können die Stäbe in ihrer Richtung gehalten
werden, da der Schweißpunkt oder Schweißknoten keinen Verzug verursacht oder im
warmen Zustand in seiner Richtung gehalten werden kann.
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Würde eine Längsnaht erzeugt werden, dann wären Deformierungen durch
zu viel Wärmeeintritt in den angeschweißten Teil und starres Aus lenken des Stabes
in Natrichtung zu erwarten.
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Der Gedanke der Erfindung befaßt sich also damit, alle diese Nachteile
zu beseitigen und Knoten an Knoten oder Knoten an Profilen so anzuschweißen, daß
keine Spannungen entstehen oder Profile sich biegen. Außerdem sollen die Knoten
an Profilen so angeschweißt werden, daß sie steif übertragen und nicht in nachgiebigen
Profilflächen sitzen.
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Die Enden der Streben können durch Sägen, Scheren, Ziehen, Verjüngen
oder Quetschen usw. geformt werden, daß ein möglichst knicksteifer Stab entsteht.
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Eine einfache Lösung ist z.B. die Kombination von runden Rohren und
Vierkantrohren.
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Die runden Rohre werden geschert und gequetscht und sind dadurch für
einen Knotenschweißpunkt geformt.
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