DE60027687T2

DE60027687T2 - Drehendes Reibungschweissverfahren und struktureller Körper.

Info

Publication number: DE60027687T2
Application number: DE60027687T
Authority: DE
Inventors: Takeshi Kawasaki; Toshiaki Sagawa; Hideyuki Nakamara
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-01-24
Filing date: 2000-08-09
Publication date: 2007-01-25
Anticipated expiration: 2020-08-10
Also published as: DE60027687D1; US6568872B2; KR20040039247A; AU5363100A; JP3538357B2; KR20040039248A; US20010009334A1; AU742987B2; TW460347B; KR100459092B1; US6276591B1; EP1123770A2; KR20010076184A; US6461072B2; US20010009723A1; JP2001205456A; EP1123770A3; EP1123770B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Reibrührschweißverfahren und einen Strukturkörper mit zwei miteinander verbundenen hohlen Rahmenelementen.
Die vorliegende Erfindung eignet sich zum Beispiel für ein Reibrührschweißverfahren eines aus einer Aluminiumlegierung hergestellten extrudierten Rahmenelements, das in einem Schienenfahrzeug oder einer Gebäudestruktur oder Ähnlichem verwendet wird.
Ein Reibrührschweißverfahren ist ein Verfahren, bei dem ein rotierender runder Stab ("rotierendes Werkzeug" genannt) in einen Verbindungsabschnitt eingeführt wird und entlang einer Verbindungslinie extrudierter Rahmenelemente bewegt wird und der Verbindungsabschnitt erhitzt, erweicht und plastisch fluidisiert sowie im festen Zustand verbunden wird.
Das rotierende Werkzeug umfasst einen Abschnitt kleinen Durchmessers, der in den Verbindungsabschnitt eingeführt wird, und einen Abschnitt großen Durchmessers, der an einem Außenabschnitt des Abschnitts kleinen Durchmessers des rotierenden Werkzeugs positioniert wird. Der Abschnitt kleinen Durchmessers des rotierenden Werkzeugs und der Abschnitt großen Durchmessers des rotierenden Werkzeugs haben dieselbe Achse. Eine Begrenzung zwischen dem Abschnitt kleinen Durchmessers des rotierenden Werkzeugs und dem Abschnitt großen Durchmessers des rotierenden Werkzeugs wird ein wenig in den Verbindungsabschnitt eingeführt. Die oben erwähnte Technik ist zum Beispiel in der Japanischen offen gelegten Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. Hei 9-309164 ( EP 0797043 A2 ) offenbart.
In 9 der Japanischen offen gelegten Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. Hei 9-309164 ( EP 0797043 A2 ) wird das Verbinden zweier Flächen der hohlen extrudierten Rahmenelemente von einer der zwei Flächen des hohlen extrudierten Rahmenele ments aus ausgeführt. Insbesondere wird eine Platte der einen Seitenfläche aufgesetzt, und das Reibrührschweißen wird von der anderen Seitenfläche der anderen Platte aus ausgeführt. Eine Außenflächenseite der Platte wird flach verbunden. Ein Endabschnitt der Platte der anderen Flächenseite ist senkrecht auf einer Dickenrichtung.
9 der oben erwähnten Japanischen Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Nr. Hei 9-309164 ( EP 0797043 A2 ) zeigt einen Fall, bei dem ein hohles Rahmenelement von einer Seite aus mittels Reibrührschweißen verbunden wird. In diesem Fall ist es wichtig, dass der Abstand zwischen Platten 33 und 33 oberer Flächen der zwei hohlen Rahmenelemente 31 und 32 sowie die Breite eines Verbindungselements 60, das an diesem Abschnitt angeordnet ist, genau bemessen sind.
Beide Enden des Verbindungselements 60 stoßen an die Platten 33 und 33 und werden miteinander verbunden. Aus diesem Grund ist es, wenn der Abstand zwischen den oberen Deckplatten 33 und 33 kleiner als eine Breite des Verbindungselements 60 ist, unmöglich, das Verbindungselement 60 anzubringen.
Umgekehrt ist es, wenn der Abstand zwischen den oberen Deckplatten 33 und 33 größer als die Breite des Verbindungselements 60 ist, schwierig, das Reibrührschweißen am Anstoßabschnitt auszuführen. Insbesondere ist es wichtig, dass eine Lücke des Anstoßabschnitts, die zwischen der Platte 33 und dem Verbindungselement 60 gebildet wird, klein ist.
Allerdings kann entsprechend einer Herstellungstoleranz während der Auspressverarbeitung der hohlen Rahmenelemente 31 und 32 und des Verbindungselements 60 sowie einer Herstellungstoleranz während des Reibrührschweißens eine große Lücke im Anstoßabschnitt leicht auftreten. Im Falle des Verbindens des Waggonkörpers des Schienenfahrzeugs ist die obige große Lücke in dem Fall zu beachten, in dem viele hohle Rahmenelemente miteinander verbunden werden, indem sie Seite an Seite gelegt werden.
Ähnlich offenbart JP-11267858 ein Verfahren zum Zusammenschweißen zweier hohler Rahmenelemente mittels eines Verbindungselements, wobei alle Schweißungen Reibrührschweißungen mit Anstoßen sind. Diese Druckschrift offenbart den Oberbegriff der Ansprüche 1 und 4.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Reibrührschweißverfahren zur Verfügung zu stellen, bei dem eine gute Verbindung des hohlen Rahmenelements unbeachtlich einer Abmessungsgenauigkeit eines hohlen Rahmenelements und ähnlichem von einer Seite der besagten Deckplatten aus ausgeführt wird.
Vorzugsweise kann die oben erwähnte Aufgabe durch das Verbinden der Deckplatten eines hohlen Rahmenelements mittels eines Verbindungselements bewältigt werden, wobei das Verbinden des einen Endes des Verbindungselements gemäß einer anstoßenden Verbindung und das des anderen Endes gemäß einer überlappenden Verbindung ausgeführt werden.
Die oben erwähnte Aufgabe kann mit einem wie in Anspruch 1 beschriebenen Reibrührschweißverfahren und mit einem wie in Anspruch 4 beschriebenen Strukturkörper bewältigt werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen:
1 ist eine Querschnittsansicht in Längsrichtung, die einen Verbindungsabschnitt vor der Verbindung zweier Strukturkörper gemäß des Verfahrens der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine Querschnittsansicht in Längsrichtung, die einen Verbindungsabschnitt nach der Verbindung der zwei Strukturkörper gemäß des Verfahrens der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ist eine Querschnittsansicht in Längsrichtung, die einen Verbindungsabschnitt hohler Rahmenelemente eines Strukturkörpers gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 ist eine Perspektivansicht, die einen Waggonkörper eines Schienenfahrzeugs zeigt;
5A ist eine Querschnittsansicht in Längsrichtung, die einen Verbindungsabschnitt eines Strukturkörpers zeigt; und
5B ist eine Querschnittsansicht in Längsrichtung, die einen anderen Verbindungsabschnitt eines Strukturkörpers zeigt.
Beschreibung der Erfindung:
Ein Ausführungsbeispiel eines Reibrührschweißverfahrens wird unter Bezugnahme auf 1 bis 4 erklärt werden.
1 ist eine vergrößerte Ansicht, die einen wesentlichen Abschnitt eines seitlichen Strukturkörpers eines Schienenfahrzeugs aus 3 zeigt. 3 ist eine Querschnittsansicht in Längsrichtung, die einen seitlichen Strukturkörper eines Strukturkörpers aus 4 zeigt.
Ein Waggonkörper 200 eines Schienenfahrzeugs umfasst einen seitlichen Strukturkörper 201, der eine Seitenfläche bildet, einen Dachstrukturkörper 202, der ein Dach bildet, einen Gestellrahmen 203 zum Bilden eines Bodens sowie einen seitlichen Strukturkörper 204 zum Bilden eines Endabschnitts in Längsrichtung.
Der seitliche Strukturkörper 201, der Dachstrukturkörper 202 und der Gestellrahmen 203 werden alle jeweils durch das Verbinden mehrerer extrudierter Rahmenelemente gebildet. Eine Längsrichtung des extrudierten Rahmenelements wird zu einer Längsrichtung des Waggonkörpers hin gebildet. Das extrudierte Rahmenelement ist ein aus einer Aluminiumlegierung hergestelltes hohles Rahmenelement.
Ein Aufbau und ein Verbindungsverfahren hohler extrudierter Rahmenelemente 10 und 20 zum Bilden des seitlichen Strukturkörpers 201 wird erklärt werden. Andere Abschnitte und andere Strukturkörper ähneln dem obigen.
Die hohlen Rahmenelemente 10 und 20 umfassen zwei lagenartige Deckplatten 11, 12 und 21, 22 und mehrere in einer Strebenstruktur angeordnete Rippen 13 und 23. Die zwei lagenartigen Deckplatten 11 und 12 sind im Wesentlichen parallel zueinander. Die zwei lagenartigen Deckplatten 21 und 22 sind im Wesentlichen parallel zueinander.
Eine Neigung der Strebenstruktur entsprechend den Rippen 13 und 23 ist dieselbe. Die Strebenstruktur wird durch die Rippen 13 und 23 sowie eine Mittellinie einer Plattendicke der jeweiligen Deckplatten 11, 12 und 21, 22 gebildet. An einer Seite der Deckplatten 11, 12 und 21, 22 wird ein Scheitelpunkt gebildet.
In der Nähe des Scheitelpunkts der Strebenstruktur auf einer Innenseite des Fahrzeugs werden Schienen 19 und 29 zur Installation von Maschinen und Vorrichtungen einstückig vorgesehen. Die Schienen 19 und 29 setzen sich aus zwei L-förmigen Elementen zusammen. Die Schienen 19 und 29 werden Auflagen zur Installation der Maschinen und Vorrichtungen wie innerer Grundplatten und Stühle und ähnlichem.
Endabschnitte der Deckplatten 12 und 22, die an einer Außenflächenseite des Waggonkörpers positioniert sind, ragen zu einer Seite der angrenzenden hohlen Rahmenelemente 20 und 10 hin von den Endabschnitten der Deckplatten 11 und 21 auf der Innenseite des Waggons des Schienenfahrzeugs aus hervor. Diese hervorragenden Deckplatten werden durch 12b und 22b angezeigt.
Das Reibrührschweißen kann durch das Aufsetzen der Endabschnitte der Deckplatten 12b und 22b aufeinander ausgeführt werden. Eine Plattendicke jeder der Deckplatten 12b und 22b ist größer als ein anderer Abschnitt der Deckplatten 12 und 22.
Die hohlen Rahmenelemente 10 und 20 werden auf einer Unterlage 240 durch Auflegen der Deckplatten 12 und 22 im unteren Abschnitt befestigt. Die Seiten der Deckplatten 11 und 21 werden zum oberen Abschnitt hin gebildet. Durch Einführen eines rotierenden Werkzeugs 250 in den Verbindungsabschnitt vom oberen Abschnitt aus wird das Reibrührschweißen ausgeführt. Das Reibrührschweißen wird von der Innenseite des Schienenfahrzeugs aus ausgeführt.
Am Endabschnitt (der aufgesetzte Abschnitt) der Deckplatten 12b und 22b sind erhabene Abschnitte 16 und 26 vorgesehen, die auf die Innenseite des Waggons (nämlich die Seite der Deckplatten 11 und 21) hervorragen. Breite und Höhe jeder der erhabenen Abschnitte 16 und 26 sind im Wesentlichen gleich.
Der Endabschnitt der Deckplatte 11 auf der Innenseite des Waggons und der Endabschnitt der Deckplatte 21 sind über ein Verbindungselement 30 miteinander verbunden. Der Endabschnitt des Verbindungselements 30 ist an den Auflagen 17 und 27, die am Scheitelpunkt der Strebenstruktur vorgesehen sind, befestigt oder überlappt diese.
Die Auflage 17 wird am Endabschnitt des hohlen Rahmenelements 10 von einer Normallinie aus, die durch einen Schnittpunkt zwischen der Rippe 13A und der Rippe 13B läuft, gebildet. Eine von der Auflage 17 zur Außenfläche (die obere Fläche) der Deckplatte 11 reichende Fläche wird auf der oben erwähnten Normallinie gebildet. An einem Endabschnitt der Deckplatte 11 auf der Seite der Auflage 17 wird ein erhabener Abschnitt 11b angeordnet, der zur Außenfläche (die obere Fläche) hin hervorragt.
Der Endabschnitt des Verbindungselements 30 weist einen erhabenen Abschnitt 32 auf, der zur Außenfläche (der oberen Flä che) hin hervorragt. Breite und Höhe der erhabenen Abschnitte 11b und 32 sind die gleichen wie die der erhabenen Abschnitte 16 und 26. Die Breite der Auflage 17 ist die gleiche wie die Breite des erhabenen Abschnitts 32.
Die Auflage 27 ist an einem Schnittpunkt zwischen den Rippen 23A und der Rippe 23B als Mitte angeordnet. Der oben erwähnte Schnittpunkt ist in der Mitte der Breite der Auflage 27 angeordnet. Insbesondere ist der Scheitelpunkt der Strebenstruktur des Endabschnitts an einem zentralen Abschnitt der Breite der Auflage 27 angeordnet. Die von der Auflage 27 zur Deckplatte 22 reichende Fläche ist als eine Nut für eine Elektroschweißung ans Verbindungselement 30 geneigt.
Ein erhabener Abschnitt 35 ist am Endabschnitt des Verbindungselements 30 angeordnet, das auf der Auflage 27 befestigt ist. Die Höhe des erhabenen Abschnitts 35 ähnelt der der erhabenen Abschnitte 16, 26, 11b und 32. Die Breite des erhabenen Abschnitts ähnelt einer kombinierten Breite der erhabenen Abschnitte 16 und 26.
Das Verbindungselement 30 ist dazu ausgelegt, dass es die Oberflächen der Deckplatten 11 und 21 fortzusetzen beabsichtigt. Der zentrale Abschnitt des Verbindungselements 30 ist abgesehen von den beiden Endabschnitten eine Platte 31, und eine Plattendicke der Platte ist im Wesentlichen die gleiche wie die Plattendicke der Deckplatten 11 und 21. Eine obere Fläche des erhabenen Abschnitts 35 hat eine V-förmige Nut 36.
Die Nut 36 ist in der Mitte der Breite des erhabenen Abschnitts 35 angeordnet. Eine Breite des erhabenen Abschnitts 35 ist größer als ein Durchmesser eines Abschnitts 252 großen Durchmessers des rotierenden Werkzeugs 250. Die Nut 36 wird zum Gegenstand bei der Positionsdetektion zur Führung des rotierenden Werkzeugs 250.
Die Nut 36 wird mittels eines Lasersensors detektiert, und der axiale Mittelpunkt des rotierenden Werkzeugs 250 wird in Übereinstimmung mit der Nut 36 gebracht. Eine Erweiterungslinie der Nut 36, nämlich in der axialen Mitte des rotierenden Werkzeugs 250, ist der Schnittpunkt der Rippen 23A und 23B.
Die Breite des Verbindungselements 30 ist kleiner als der Abstand zwischen den Deckplatten 11 und 21 der zwei hohlen Rahmenelemente 10 und 20. Das Verbindungselement 30 ist aus dem extrudierten Rahmenelement mit demselben Material der hohlen Rahmenelemente 10 und 20 hergestellt. Eine Länge des Verbindungselements 30 ist die gleiche wie die Länge der hohlen Rahmenelemente 10 und 20.
Eine Entfernung P vom Endabschnitt der Deckplatte 11 zum Endabschnitt der Deckplatte 21 ist dieselbe Neigung P der Strebenstruktur der anderen Stellen. Eine Entfernung vom Scheitelpunkt der Strebenstruktur zum Endabschnitt des hohlen Rahmenelements 10 und dem Scheitelpunkt der Strebenstruktur des Endabschnitts des hohlen Rahmenelements 20 ist die gleiche Neigung P der Strebenstruktur der anderen Stellen.
Wenn die Seite der Deckplatten 11 und 12, 21 und 22 der Scheitelpunkt ist, ist die Strebenstruktur des hohlen Rahmenelements ein gleichschenkliges Dreieck. Allerdings ist die Strebenstruktur des Endabschnitts der hohlen Rahmenelemente 10 und 20 kein gleichschenkliges Dreieck.
Aus dem oben erwähnten Grund ist die Rippe 13A mit einem Zwischenraum der Deckplatte 12 verbunden, und die Rippe 23A ist mit einem Zwischenraum der Deckplatte 22 verbunden. Zwischen einem Verbindungsabschnitt zwischen der Rippe 13A und der Deckplatte 12 und einem Verbindungsabschnitt zwischen der Rippe 23A und der Deckplatte 22 wird ein Zwischenraum zum Einführen der Reibrührschweißvorrichtung gebildet.
Das Herstellungsverfahren dieses Strukturkörpers wird nun erklärt. Die hohlen Rahmenelemente 10 und 20 werden auf der Unterlage 240 befestigt. Als Nächstes lässt man die Deckplatten 12b und 22b aneinander anstoßen. Als Nächstes werden die Rahmenelemente 10 und 20 auf der Unterlage 240 fixiert.
Als Nächstes werden die Abschnitte der Endflächen 12b und 22b mittels Elektroschweißen zeitweise fixiert. Diese zeitweise Schweißung wird in unterbrochener Weise ausgeführt.
Eine obere Fläche der Unterlage 240, auf der der Anstoßabschnitt der Deckplatten 12b und 22b befestigt ist, ist flach. Drei Abschnitte, die einen Punkt in der Nähe des Anstoßabschnitts der Deckplatten 12b und 22b, einen Schnittpunkt in der Nähe der Rippen 13A und 23A und der Deckplatten 12b und 22b sowie einen Schnittpunkt in der Nähe der Rippen 13B und 23B und der Deckplatten 12 und 22 darstellen, werden auf der Unterlage 240 mit der gleichen Höhe befestigt.
Unter diesen Bedingungen wird das rotierende Werkzeug 250 der Reibrührschweißvorrichtung vom oberen Abschnitt zum Anstoßabschnitt der erhabenen Abschnitte 16 und 26 eingeführt und wird entlang einer Verbindungslinie bewegt, und dann wird das Reibrührschweißen ausgeführt. Die axiale Mitte des rotierenden Werkzeugs 250 ist eine senkrechte Richtung (die Richtung entlang der Normallinie des Verbindungsabschnitts). Allerdings ist die axiale Mitte gegen eine fortschreitende Richtung des rotierenden Werkzeugs 250, wie schon bekannt, geneigt.
Das rotierende Werkzeug 250 umfasst den Abschnitt 252 großen Durchmessers und den Abschnitt 251 kleinen Durchmessers an einem Spitzenende des Abschnitts 252 großen Durchmessers. Das Spitzenende (das untere Ende) des Abschnitts 251 kleinen Durchmessers des rotierenden Werkzeugs 250 ist in der Nähe der unteren Fläche aus der Richtung der oberen Fläche der Deckplatten 12b und 22b angeordnet. Das untere Ende des Abschnitts 252 großen Durchmessers des rotierenden Werkzeugs 250 ist zwi schen dem Scheitelpunkt der erhabenen Abschnitte 16 und 26 und zwischen den Deckplatten 12b und 22b auf der Innenseite des Waggons (der Flächenseite der Platten 11 und 21) angeordnet.
Ein Durchmesser des Abschnitts 252 großen Durchmessers des rotierenden Werkzeugs 250 ist kleiner als eine Breite, die sich aus den zwei erhabenen Abschnitten 16 und 26 zusammensetzt. Der Abschnitt 251 kleinen Durchmessers des rotierenden Werkzeugs 250 bildet ein Schraubenelement.
Während des Reibrührschweißens wird die Scheitelpunktsfläche der erhabenen Abschnitte 16 und 26 unter einen unteren Abschnitt einer Rolle gedrückt, die das rotierende Werkzeug 250 bewegt.
Die erhabenen Abschnitte 16 und 26 werden mittels des Lasersensors detektiert. Demgemäß wird eine Höhenposition der erhabenen Abschnitte 16 und 26 erkundet, und ein Einführungsmaß des rotierenden Werkzeugs 250 wird bestimmt. Ferner wird eine Lücke des Anstoßabschnitts der zwei erhabenen Abschnitte 16 und 26 erkundet, und die axiale Mitte des rotierenden Werkzeugs 250 wird an dieser Position damit in Übereinstimmung gebracht.
Gemäß diesem Reibrührschweißverfahren wird die Lücke des Anstoßabschnitts der Deckplatten 12b und 22b eingegraben und verbunden. Das ursprüngliche Material des Metalls zum Eingraben der Lücke sind die erhabenen Abschnitte 16 und 26. Die Außenflächenseite (die Außenseite des Waggons) der Deckplatten 12b und 22b wird flach verbunden. Zur Außenflächenseite der Deckplatten 12b und 22b existiert kein vertiefter Abschnitt der Verbindungslinie.
Die obere Fläche der erhabenen Abschnitte 16 und 26 nimmt eine konvexe Form entsprechend dem Abschnitt 252 großen Durchmessers des rotierenden Werkzeugs 250 an. An beiden Enden des vertieften Abschnitts bleiben die erhabenen Abschnitte 16 und 26 übrig.
Als Nächstes wird das Verbindungselement 30 auf den Auflagen 17 und 27 der Deckplatten 11 und 21 befestigt. Ein Ende (ein Endabschnitt des erhabenen Abschnitts 32) des Verbindungselements 30 wird gegen einen Endabschnitt der Platte 11 (eine Grenze zwischen dem erhabenen Abschnitt 11b und der Auflage 17) aufgesetzt.
Als Nächstes wird der Endabschnitt des Verbindungselements 30 zeitweise an den Deckplatten 11 und 21 mittels Elektroschweißen fixiert. Diese zeitweise Verschweißung wird in unterbrochener Weise ausgeführt.
Als Nächstes wird das Verbinden des einen Endes des Verbindungselements 30 und des Endabschnitts der Deckplatte 11 unter Verwendung der Reibrührschweißvorrichtung, die zum Reibrührschweißen des Anstoßabschnitts der Deckplatten 12b und 22b verwendet wird, ausgeführt. Das ist das Gleiche wie das Verbinden des Anstoßabschnitts der erhabenen Abschnitte 16 und 26.
Als Nächstes wird das Verbinden der Auflage 27 und des anderen Endes des Verbindungselements 30 ausgeführt. Während das rotierende Werkzeug 250 in einen Abschnitt eingeführt wird, an dem das Verbindungselement 30 und die Auflage 27 einander überlappen, wird das rotierende Werkzeug 250 entlang der Verbindungslinie bewegt, und das Reibrührschweißen wird ausgeführt. Eine Breite des erhabenen Abschnitts 35 ist größer als der Durchmesser des Abschnitts 252 großen Durchmessers des rotierenden Werkzeugs 250.
In der Mitte des erhabenen Abschnitts 35 wird die Nut 36 vorgesehen. Die Rotationsachsenmitte des rotierenden Werkzeugs 250 wird mit der Nut 36 in Übereinstimmung gebracht. Ein Spitzenende des Durchmessers 251 kleinen Durchmessers des rotie renden Werkzeugs 250 wird tief in die Auflagen 17 und 27 eingeführt. Mit diesem Aufbau wird das überlappende Verbinden ausgeführt. Das untere Ende des Abschnitts 252 großen Durchmessers des rotierenden Werkzeugs 250 wird zwischen der oberen Fläche des Verbindungselements 30, die den nicht-erhabenen Abschnitt darstellt, und dem Scheitelpunkt des erhabenen Abschnitts 35 angeordnet.
Die obere Fläche des erhabenen Abschnitts 35 wird zu einer Vertiefung entsprechend dem Abschnitt 252 großen Durchmessers des rotierenden Werkzeugs 250. An beiden Enden des vertieften Abschnitts bleibt der erhabene Abschnitt 35 übrig.
Der oben erwähnte Sensor der Reibrührschweißvorrichtung detektiert die Nut 36, und das rotierende Werkzeug 250 wird entlang der Nut 36 bewegt.
2 ist eine schematische Ansicht, die einen Zustand des Verbindungsabschnitts des Strukturkörpers nach der Verbindung zeigt. Ein schraffierter Abschnitt zeigt den Verbindungsabschnitt.
Die axiale Mitte des rotierenden Werkzeugs 250 wird am Scheitelpunkt der Strebenstruktur der zwei Rippen 13A und 13B (23A und 23B) oder durch die senkrechte Linie, die in deren Nähe durchläuft, angeordnet. Entgegen der exzentrischen Weise entspricht dies einer Erhöhung der Plattendicke der Rippen 13A und 13B (23A und 23B), einer Bogenform zur Verbindung der Rippe und der Deckplatte, einer Dicke des Verbindungselements 30 und der Dicke der Auflagen 17 und 27 usw.
Wenn zwei rotierende Werkzeuge benutzt werden, kann das Verbinden der beiden Enden des Verbindungselements 30 gleichzeitig ausgeführt werden.
Gemäß dem oben beschriebenen Aufbau kann die Stärke gemäß einer Verbesserung der Verbindungseffizienz und einer Verringe rung einer Spannungskonzentration in einem Krümmungsabschnitt verbessert werden, da eine Verbindung eine überlappende Verbindung und eine weitere eine aufgesetzte Verbindung ist. Da das Elektroschweißen verringert werden kann, kann ferner ein thermisches Verziehen des Strukturkörpers verringert werden, das Aussehen des Strukturkörpers verbessert werden und ferner kann eine Installation eines inneren Befestigungsmaterials leicht ausgeführt werden.
Entsprechend dem oben erwähnten Aufbau wird das Verbinden der beiden Flächen der hohlen Rahmenelemente von einer Seitenfläche aus ausgeführt. Aus diesem Grund ist es unnötig, den Strukturkörper umzudrehen, mit dem eine Fläche verbunden wird. Entsprechend kann der Strukturkörper mit geringen Kosten und einer hohen Genauigkeit hergestellt werden.
Ferner kann die Außenfläche des Verbindungsabschnitts der Deckplatten 12b und 22b flach verbunden werden. Die erhabenen Abschnitte 16, 26 und 35 sind auf der Innenseite des Strukturkörpers und der Innenseite des Waggons angeordnet, aber existieren nicht an einem Abschnitt (die Außenflächenseite, die Außenseite des Waggons), an dem eine flache Fläche erforderlich ist.
Ferner liegt auf der Außenseite des Waggons kein erhabener Abschnitt vor, der durch das Löschen mittels des rotierenden Werkzeugs 250 begründet ist. Aus diesem Grund wird das Abschneiden usw. des erhabenen Abschnitts unnötig, und der Waggonkörper kann mit geringen Kosten hergestellt werden.
Ferner kann die Unterlage 240 durch ein Stützelement wie eine Rolle usw. ersetzt werden.
Außerdem wird der Anstoßabschnitt zuerst verbunden und als Nächstes der überlappende Abschnitt. Aus diesem Grund ist es im Vergleich zum umgekehrten Fall ersichtlich, dass eine gute Reibrührschweißung ausgeführt werden kann.
Es ist ersichtlich, dass die Stärke des Verbindungsabschnitts des überlappenden Abschnitts (der Verbindungsabschnitt der Auflage 27 und des Verbindungselements 30) und die Stärke des Krümmungsabschnitts der Deckplatte 21 geringer sind als die Stärke des Anstoßabschnitts (der Verbindungsabschnitt der Deckplatte 11 und des Verbindungselements 30).
In diesem Fall werden der Endabschnitt des Verbindungselements 30 und der Endabschnitt der Deckplatte 21 mittels Elektroschweißung miteinander verbunden. Diese Elektroschweißung kann an einer Stelle ausgeführt werden, die notwendigerweise eine größere Stärke aufweist, zum Beispiel nur an einer Stelle nahe einer Fensterecke.
Außerdem kann das Element, das auf die oben erwähnte Weise verbunden wird, als eine Außenfläche (eine für das Auge sichtbare Fläche) des Strukturelements wie eine Gebäudestruktur verwendet werden.
Der Abschnitt zur Befestigung des Verbindungselements 30 kann an die Struktur und den Abschnitt, in dem es der Belastung während des Reibrührschweißens standhalten kann, gesetzt werden. Zum Beispiel kann die Struktur und der Abschnitt wie in 9 der oben erwähnten Druckschrift der Japanischen Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Nr. Hei 9-309164 ( EP 0797043 A2 ) gesetzt werden.
Ein weiterer durch das Ausführen von Reibrührschweißen erhaltener Strukturkörper wird in 5A und 5B gezeigt und wird nun erklärt werden. Dieser eignet sich für einen Fall, bei dem ein großer Strukturkörper mittels Verbinden dreier oder mehrerer als dreier hohler Rahmenelemente hergestellt wird. Zum Beispiel setzt sich der seitliche Strukturkörper 201 aus drei Rahmenelementen zusammen. Das Verhältnis zwischen dem hohlen Rahmenelement 10 (zum Beispiel einem ersten Rahmenelement) und dem hohlen Rahmenelement 20 (zum Beispiel einem zweiten Rahmenelement und einem mittleren Rahmenelement) auf der linken Seite und dem Verbindungselement 30 ist ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel des in 1 gezeigten Strukturkörpers.
An einem anderen Ende (das rechte Ende) des mittleren hohlen Rahmenelements 20 (das zweite Rahmenelement) werden das linke Ende eines hohlen Rahmenelements 40 (zum Beispiel ein drittes Rahmenelement) und das Verbindungselement 30B miteinander verbunden. Das linke Ende des hohlen Rahmenelements 40 (das dritte Rahmenelement) und des Verbindungselements 30B sind die gleichen wie das linke Ende des mittleren hohlen Rahmenelements 20 (das zweite Rahmenelement) und des Verbindungselements 30.
Die Struktur des anderen Endes (das rechte Ende) des mittleren hohlen Rahmenelements 20 (das zweite Rahmenelement) ist die gleiche wie die Struktur des rechten Endes des hohlen Rahmenelements 10 (das erste Rahmenelement). Die Struktur des linken Endes des hohlen Rahmenelements 40 (das dritte Rahmenelement), das mit dem rechten Ende dieses hohlen Rahmenelements 10 (das erste Rahmenelement) verbunden wird, ist die gleiche wie die des rechten Endes des mittleren hohlen Rahmenelements 20 (das zweite Rahmenelement). Die Struktur und die Richtung des Verbindungselements 30B sind die gleichen wie die des Verbindungselements 30.
Das linke Ende des mittleren hohlen Rahmenelements 20 (das zweite Rahmenelement) und des hohlen Rahmenelements 10 (das erste Rahmenelement) werden in 5A gezeigt. Das rechte Ende des mittleren hohlen Rahmenelements 20 (das zweite Rahmenelement) und des hohlen Rahmenelements 40 (das dritte Rahmenelement) werden in 5B gezeigt. Das linke Ende des in 5A gezeigten mittleren hohlen Rahmenelements 20 (das zweite Rahmenelement) erstreckt sich zum rechten Ende des in 5B gezeigten mittleren Rahmenelements 20 (das zweite Rahmenelement), und ein Zwischenabschnitt des rechten Endes des mittle ren Rahmenelements 20 (das zweite Rahmenelement) wird weggelassen.
Das hohle Rahmenelement 40 (das dritte Rahmenelement) umfasst zwei lagenartige Deckplatten 41 und 42, mehrere in Strebenstruktur angeordnete Rippen 43A und 43B und eine Auflage 47. Die Deckplatte 42 weist eine herausgehobene Platte 42b und einen erhabenen Abschnitt 46 auf und die Deckplatte 41 weist eine Neigungsfläche 47b auf.
Insbesondere wird, wenn das Verbinden der drei Rahmenelemente 10, 20 und 40 ausgeführt wird, an einem Ende (das linke Ende) der Deckplatte 21 des mittleren hohlen Rahmenelements 20 (das zweite Rahmenelement), eine Neigungsfläche 27b vorgesehen, und am anderen Ende (das rechte Ende) der Deckplatte 21 ein erhabener Abschnitt (entsprechend dem erhabenen Abschnitt 11b) vorgesehen.
Bei diesem Aufbau sind alle Richtungen des erhabenen Abschnitts 32 der Verbindungselemente 30 und 30B an den beiden Enden des mittleren hohlen Rahmenelements 20 (das zweite Rahmenelement) im linken Abschnitt der Verbindungselemente, wie in 5A und 5B zu sehen.
Im Ergebnis kann das fehlerhafte Anordnen der Verbindungselemente 30 abgeschwächt werden, da die Richtungen der erhabenen Abschnitte 32 der mehreren Verbindungselemente 30 in die gleiche Richtung zeigen.
Der Verbindungsvorgang besteht darin, dass die drei hohlen Rahmenelemente 10, 20 und 40 auf der Unterlage 240 befestigt und eingespannt werden. Danach ist der Vorgang ähnlich dem im Falle von 1.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann unbeachtlich der Abmessungsgenauigkeit des hohlen Rahmenelements und ähnlichem ein gutes Verbinden von einer Seitenfläche des hohlen Rahmenelements aus ausgeführt werden.

Claims

Reibrührschweißverfahren, bei dem (i) zwei hohle Rahmenelemente (10, 20) vorgesehen werden, deren jedes eine erste (11, 12) und eine zweite (21, 22) Deckplatte aufweist, die in Dickenrichtung des hohlen Rahmenelements in Abstand voneinander angeordnet und über mehrere Rippen (13, 23) verbunden sind, wobei jede Deckplatte (11, 12, 21, 22) sich in seitlicher Richtung quer zu der Dickenrichtung erstreckt und an jeder Seitenkante einen Endabschnitt aufweist, und wobei an jedem hohlen Rahmenelement der Endabschnitt (12b, 22b) der zweiten Deckplatte (12, 22) über den Endabschnitt der ersten Deckplatte (11, 21) hinausragt, (ii) die Endabschnitte (12b, 22b) der jeweils zweiten Deckplatten (12, 22) durch Reibrührschweißen mittels eines an der Innenseite der Endabschnitte (12b, 22b) angesetzten rotierenden Reibrührschweißwerkzeugs verbunden werden, (iii) ein Verbindungselement (30) mit entgegengesetzten ersten und zweiten Enden vorgesehen wird und diese Enden jeweils an den Endabschnitten der ersten Deckplatten (11, 21) des ersten und des zweiten hohlen Rahmenelements angeordnet werden, wobei die Enden des Verbindungselements (30) jeweilige Auflageabschnitte (17, 27) der hohlen Rahmenelemente überlappen, (iv) das erste Ende des Verbindungselements (30) mit dem Endabschnitt der ersten Deckplatte (11) des ersten hohlen Rahmenelements (10) durch Reibrührschweißen mittels eines rotierenden Reibrührschweißwerkzeugs (250) verbunden wird, das an der Außenseite des ersten hohlen Rahmenelements (10) und an in der Dickenrichtung verlaufenden aneinanderstoßenden Flächen des Verbindungselements (30) und des ersten hohlen Rahmenelements (10) angesetzt wird, und (v) das zweite Ende des Verbindungselements (30) und der Endabschnitt der ersten Deckplatte (21) des zweiten hohlen Rahmenelements (20) durch Reibrührschweißen mittels eines an der Außenseite des zweiten hohlen Rahmenelements (20) angesetzten Reibrührschweißwerkzeugs (250) verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt (v) durch Ansetzen des rotierenden Reibrührschweißwerkzeugs an einer Stelle in Abstand vom äußersten Ende des Verbindungselements (30) durchgeführt wird, wobei sich die Reibrührschweißzone über die gesamte Dicke des Verbindungselements (30) und in den überlappten Auflagebereich (27) hinein erstreckt.
Reibrührschweißverfahren nach Anspruch 1, wobei das zweite Ende des Verbindungselements (30) einen erhabenen Abschnitt (35) aufweist, der an der Stelle der Reibrührverschweißung in Dickenrichtung an seiner Außenseite herausragt.
Reibrührschweißverfahren nach Anspruch 2, wobei in der Mitte des erhabenen Abschnitts (35) eine Nut (36) vorgesehen wird, die zur Platzierung des Reibrührschweißwerkzeugs benutzt wird.
Strukturkörper mit zwei miteinander verbundenen hohlen Rahmenelementen (10, 20), wobei jedes hohle Rahmenelement (10, 20) eine erste (11, 12) und eine zweite (21, 22) Deckplatte aufweist, die in Dickenrichtung des hohlen Rahmenelements in Abstand voneinander angeordnet und über mehrere Rippen (13, 23) verbunden sind, wobei jede Deckplatte (11, 12, 21, 22) sich in seitlicher Richtung quer zu der Dickenrichtung erstreckt und an jeder Seitenkante einen Endabschnitt aufweist, und wobei an jedem hohlen Rahmenelement der Endabschnitt (12b, 22b) der zweiten Deckplatte (12, 22) über den Endabschnitt der ersten Deckplatte (11, 21) hinausragt, die Endabschnitte (12b, 22b) der jeweils zweiten Deckplatten (12, 22) durch Reibrührschweißen miteinander verbunden sind, das mittels eines an der Innenseite der Endabschnitte (12b, 22b) angesetzten Werkzeugs durchgeführt wurde, ein Verbindungselement (30) mit entgegengesetzten ersten und zweiten Enden vorgesehen ist, die mit den jeweiligen Endabschnitten der ersten Deckplatten (11, 21) des ersten und des zweiten Rahmenelements verbunden sind, wobei die Enden des Verbindungselements (30) jeweilige Auflageabschnitte (17, 27) der hohlen Rahmenelemente überlappen, das erste Ende des Verbindungselements (30) und der Endabschnitt der ersten Deckplatte (11) des ersten hohlen Rahmenelements (10) durch Reibrührschweißen verbunden sind, das mittels eines an der Außenseite des ersten hohlen Rahmenelements (10) und an in der Dickenrichtung verlaufenden aneinanderstoßenden Flächen des Verbindungselements (30) und des ersten hohlen Rahmenelements (10) angesetzten rotierenden Reibrührschweißwerkzeugs (250) durchgeführt ist, und das zweite Ende des Verbindungselements (30) und der Endabschnitt der ersten Deckplatte (21) des zweiten hohlen Rahmenelements (20) durch Reibrührschweißen verbunden sind, das mittels eines an der Außenseite des zweiten hohlen Rahmenelements (20) angesetzten Reibrührschweißwerkzeugs (250) durchgeführt wurde, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelle der Reibrührverschweißung des zweiten Endes des Verbindungselements (30) und des Endabschnitts der ersten Deckplatte (21) des zweiten hohlen Rahmenelements (20) in Abstand vom äußersten Ende des Verbindungselements (30) liegt, wobei sich die Reibrührschweißzone über die gesamte Dicke des Verbindungselements (30) und in den überlappten Auflagebereich (27) hinein erstreckt.