SI20968A - Ploskovni element in postopek za izdelavo ploskovnega elementa - Google Patents

Abstract

Izum se nanaša na postopek za izdelavo ploskovnega elementa (2) za ogrodja vagonov v diferencialni izvedbi, pri kateri je element sestavljen iz zunanje oplate (2) in vsaj ene ploskovne togostne ojačitve, pri čemer so profili (8) in vozlišča profilov (10) nameščeni na zunanjo oplato (4) v določenem razporedu. V prvem koraku na zunanjo oplato (4) prilepimo togostno ojačitev. V drugem koraku namestimo profile (8) in vozlišča profilov (10) ter jih spojimo v ogrodje, pri čemer vsaj deloma uporabimo hladne postopke spajanja. V tretjem koraku ogrodje spojimo z zunanjo oplato (4) na strani, kjer se nahaja togostna ojačitev pri čemer vsaj deloma uporabimo hladne postopke spajanja. S temi ukrepi dosežemo visoko uklonsko togost površine pločevine v poljih.ŕ

Description

Ploskovni element in postopek za izdelavo ploskovnega elementa

Opis izuma

Izum se nanaša na postopek za izdelavo ploskovnega elementa za ogrodja vagonov v diferencialni izvedbi, pri kateri je element sestavljen iz zunanje opiate in iz ustrezne ojačitve, pri čemer so profili in vozlišča profilov nameščena na zunanjo oplato v določenem razporedu. Poleg tega se izum nanaša tudi na ploskovni element.

Ogrodja vagonov, na primer za potniški promet, so zgrajena iz različnih sestavnih delov. Med te sestavne dele spadajo med drugim tudi ploskovni elementi. Ploskovni elementi pa so sestavljeni iz večih pločevin in komponent, ki so spojeni med seboj. Za spajanje se pri tem uporabljajo različne tehnike varjenja, kot sta na primer točkovno varjenje in konvencionalno obločno varjenje.

Pri gradnji tirnih vozil seje za izdelavo sestavnih elementov za ogrodja vagonov tirnih vozil doslej običajno in splošno znano uporabljala diferencialna gradnja, pri kateri iz profilov izdelano palično ali rešetkasto konstrukcijo z zunanje strani opremimo z oplato, ki je s palično konstrukcijo povezana na tak način, da nastanejo ploskovni elementi, ki imajo strižno togost. Poleg tega je opiata v polju med palicami rešetke z notranje strani dodatno ojačena z linijskimi profili, ki imajo pogosto prečni prerez Z-oblike in služijo kot dodatne ojačitve za doseganje potrebne uklonske togosti zunanje opiate.

Iz GB 885,279 je poznan postopek izdelave rešetkaste konstrukcije za velike karoserije iz klobučasto oblikovanih profilov, ki so na križanjih profilov prekriti z ravno tako klobučasto oblikovanimi profilnimi vozlišči, s pomočjo katerih so trdno povezani.

V zgoraj navedenih primerih se za spajanje pri izdelavi palične ali rešetkaste konstrukcije, za spoje z zunanjo oplato kot tudi za pritrjevanje linijskih uklonskih ojačitev uporabljajo v celoti ali vsaj mestoma termični postopki spajanja. Pomanjkljivost vseh teh postopkov spajanja je, da mora biti pri izvedbi palične ali rešetkaste konstrukcije zagotovljena visoka natančnost in je zato potrebna posebna pozornost pri delu, poleg tega pa dovedena toplota v vseh elementih povzroča nezaželjene napetosti in deformacije, zaradi katerih je potrebna zamudna in draga naknadna obdelava, da zagotovimo željeno obliko in ravnost površine ploskovnih elementov ter zagotovimo izdelavo znotraj dovoljenih toleranc.

Poleg tega prihaja do znatnih toplotnih deformacij, ki jih lahko opazimo v obliki izbočitev, katere negativno vplivajo na kakovost površine. Za izravnavo deformacij so potrebna obsežna dela z naravnavanjem in napenjanjem elementov kot tudi naknadne obdelave s ponovnim brušenjem. Nastale dimenzijske tolerance povzročajo dodatna dela pri medsebojnem usklajevanju in prilagajanju elementov pri končni montaži. Poznani postopki spajanja terjajo obsežno naknadno protikorozijsko zaščito ali pa pogojujejo uporabo dražjih legiranih jekel. Za zagotavljanje ustrezne uklonske togosti površine je potrebno ploskovne elemente z naknadno toplotno obdelavo napeti ali pa opremiti z ojačitvenimi profili za povečanje uklonske togosti.

Razen tega ti postopki spajanja ovirajo ali preprečujejo uporabo materialov, ki že imajo anorgansko in/ali organsko protikorozijsko zaščito, proizvodnjo pretežno predizdelanih sestavnih delov, ki npr. že imajo ustrezno toplotno izolacijo ali pa so že dokončno pobarvani, kot tudi izdelavo hibridnih sestavnih delov, ki so sestavljeni iz različnih materialov (npr. kompozitnih materialov ojačenih z vlakni).

Pri izdelavi tirnih vozil se zato v vedno večji meri poizkuša nadomestiti termične postopke spajanja s hladnimi postopki spajanja.

V DE 195 01 805 A1 je predstavljen postopek spajanja rešetkaste konstrukcije in linijskih uklonskih ojačitev z zunanjo oplato s pomočjo lepljenja. Ta tehnologija ni uporabna in stroškovno ugodna za vse primere uporabe.

Iz EP 0 855 978 A1 so poznani moduli ploskovnih elementov, ki se lahko medsebojno spajajo in se lahko izdelujejo v diferencialni gradnji vsaj deloma s hladnim spajanjem (npr. s kovičenjem). Ta tehnologija zahteva deloma visoke stroške za naprave in orodja, je konstrukcijsko relativno omejena in zamudna. Profili z votlimi komorami so zamudni za oblikovanje in izdelavo, pri čemer nastajajo draga in nefleksibilna lita vozlišča, ki ne dopuščajo nobenih izravnav toleranc. Tudi oblikovanje robov ploskovnih elementov v območju med profilom in pločevino se izkaže za zelo zamudno.

WO 97/14596 A1 opisuje modularne elemente v diferencialni izvedbi in postopek za njihovo izdelavo. Modularni elementi imajo zunanjo lupino, ki medsebojno povezuje nosilna rebra iz profilov, ki dajejo obliko in so z naležno površino obrnjeni proti notranji strani zunanje lupine, povezuje pa tudi konce reber iz profilov. Za povezavo dveh sosednjih modularnih elementov so vzdolž stika nameščeni robni profili, ki nalezejo drug na drugega, in imajo odprtine, v katere vstavimo spojna sredstva za hladno spajanje modularnih elementov. Odprtine v robnih profilih se vedno nahajajo v območju, kjer so konci reber. Konci reber so vedno trdno spojeni s podstavki reber. Podstavki reber služijo za izvedbo neposrednih trdnih spojev med sovpadajočimi podstavki sosednjih modularnih elementov s pomočjo sredstev za hladno spajanje, sami podstavki pa so trdno spojeni z robnimi profili na mestih odprtin s pomočjo sredstev za hladno spajanje.

Za izdelavo tovrstnega modularnega elementa moramo narezati veliko število profilov za rebra na določeno dolžino. Za vsak vzdolžni rob modularnega elementa se narežejo robni profili, v katere se izdelajo odprtine na mestih za spajanje s profili za rebra. Robni profili se pritrdijo s hladnim spajanjem na podstavke reber, ki so pritrjeni na konce reber, ki morajo biti poravnani v linijo. Podstavki reber služijo tudi za medsebojno spajanje modularnih elementov. Na naležno površino reber, ki je obrnjena proti zunanji lupini, položimo zunanjo lupino in jo poravnamo z robovi, nakar jo s hladnim spajanjem trajno spojimo z naležnimi površinami reber in z robnimi profili.

V EP 0 369 134 A1 je predstavljena celica za vozila, zlasti za tirna vozila, ki je izdelana iz nosilnega ogrodja in iz sendvič elementov, ki so pritrjeni na to ogrodje. Sendvič elementi imajo zunanjo in notranjo krovno plast, med njiju pa je prilepljena zaščitna plast. Celica vozila je zgrajena iz posamično izdelanih celičnih modulov, ki so vedno izdelani v integralni izvedbi kot sendvič konstrukcija z elementi nosilnega ogrodja, ki so vstavljeni na območju podporne plasti in pritrjeni na krovne plasti, po robu pa so na elementih nosilnega ogrodja izdelane spojnice za spajanje celičnih modulov.

V literaturi P.Cordes, V.Huller: Sodobne lahke jeklene konstrukcije za gradnjo tirnih vozil; pločevinasti cevni profili 42 (1995) 12, str. 773-777, je med drugim opisana uporaba plošče z vdolbinami. Pri tej plošči z vdolbinami je gladka pločevina povezana z drugo pločevino, v kateri so v določenem rastru oblikovane vdolbine v obliki prisekanega stožca ali piramide. Gladka pločevina in pločevina z vdolbinami sta medsebojno spojeni s točkovnimi zvari v vsaki vdolbini.

DE 197 42 772 A1 opisuje vmesni strop za dvonadstropni železniški vagon, ki ločuje zgornje nadstropje od spodnjega. Vmesni strop se razteza od ene vzdolžne stranice vagona do druge in preko določenega dela dolžine vagona. Sestavljen je iz večih ploskovnih, pravokotnih sendvič elementov, ki so položeni drug poleg drugega, tako da s svojo krajšo čelno stranico segajo od ene do druge vzdolžne stranice vagona in na teh mestih nalegajo na nosilec, ki poteka vzdolž vagona, medtem ko so s svojo daljšo vzdolžno stranico povezani z votlo in upogibno podajno gredo, ki je nekoliko daljša od notranje širine vagona. Sendvič elementi so sestavljeni iz dveh pločevin, ki imata celično strukturo, ki je izdelana tako, da se v pločevino z globokim vlekom oblikujejo vdolbine. Konice poglobitev obeh pločevin se dotikajo in so medsebojno zvarjene.

Osnovo izuma sedaj predstavlja naloga določiti postopek za izdelavo ploskovnega elementa za ogrodja vagonov v diferencialni izvedbi, ki ne bojmel pomanjkljivosti poznanih postopkov in s katerim bo možno izdelati ploskovne elemente z majhnim tolerančnim razponom in z visoko kakovostjo površine. Poleg tega je potrebno opredeliti ploskovni element, ki je izdelan po postopku v skladu z izumom.

Ta naloga je rešena s postopkom za izdelavo ploskovnega elementa za ogrodja vagonov v diferencialni izvedbi z značilnostmi opisanimi v zahtevku 1.

Poleg tega je ta naloga rešena s ploskovnim elementom, kije izdelan po tem postopku.

S tem postopkom za izdelavo ploskovnega elementa dosežemo visoko uklonsko togost površine pločevine v poljih. Nastopajo le majhna tolerančna odstopanja, pri čemer je s postopkom lepljenja samodejno dosežena umestitev pločevine v ravnino elementa. Z uporabo postopka dosežemo vsestransko integracijo funkcij, pri čemer sta v ospredju protikorozijska zaščita in zvočna izolacija. Z uporabo hladnih postopkov spajanja dosežemo zelo majhne tolerance sestavnih delov. Poleg tega dosežemo znatne finančne prihranke, saj odpadejo mezdno intenzivni procesi, kot so npr. naravnavanje, peskanje, napenjanje, brušenje in glajenje z izravnalnimi masami. Poleg tega prihranimo tudi stroške za material. Osnovnemu premazu se lahko odpovemo, potreben je le vmesni premaz in pokrivni lak ali folija. S predstavljenim postopkom je možna tako gradnja v hibridni izvedbi kot tudi v modularni izvedbi. Izdelujemo lahko ploskovne elemente z različnimi profili, na primer ravno ali ukrivljeno stransko steno.

Po možnosti se v drugem in tretjem koraku v celoti uporablja hladno spajanje. S tem ko se odpovemo uporabi varjenja, še dodatno izboljšamo že navedene prednosti.

Hladno spajanje se še zlasti lahko izvaja s somiki, kovicami ali s pomočjo lepljenja. Možna je tudi kombinacija kovic, sornikov in lepljenja. Te tehnike spajanja zagotavljajo spoje z majhnimi tolerancami, kajti pri hladnem spajanju se lahko izognemo deformacijam krčenja, ki jih je zelo težko izračunati in se jih pri varjenju ne moremo izogniti.

V nadaljnjem oblikovanju izuma v ustrezno pripravo vsaj deloma razporedimo in spojimo profile in vozlišča profilov. Tako rekoč s pomočjo opaža ali šablone lahko sestavne dele ogrodja namestimo v določeno obliko. Manevrskega prostora za netočnosti tako praktično ni več. Skupaj z uporabo tehnik hladnega spajanja je tako zagotovljena izdelava ogrodja z visoko točnostjo.

Po možnosti togostne ojačitve zlepimo z zunanjo oplato s postopkom vakuumske vreče. Tako na primer pločevine, ki jih nameravamo zlepiti, zavijemo v zrakotesno embalažo, zlasti v folijo, v kateri nato ustvarimo podtlak, ki pritisne togostne ojačive na oplato, slednjo pa na ravnino oziroma opaž, na primer za ukrivljeno stransko steno. S tem tako imenovanim postopkom vakuumske vreče lahko na cenovno ugoden način z visoko natančnostjo izdelamo ravne ploskve. Izkazalo seje, daje postopek neodvisen od velikosti ploskovnega elementa. Zapleteni pripomočki za izdelavo ravnih ploskovnih elementov, ki so odvisni od velikosti samih elementov, niso več potrebni.

Nadalje razvite prednosti so predstavljene v spodnjih zahtevkih.

Izum bo podrobneje obrazložen na primeru izvedbe s pomočjo priloženih slik FIG 1 in FIG 2. Sliki prikazujeta:

FIG 1 prikazuje shematično izrisan detajl ploskovnega elementa za ogrodja vagonov v diferencialni izvedbi v pogledu;

FIG 2 prikazuje prerez skozi element, ki je prikazan z linijo A-A na sliki FIG 1.

Slika FIG 1 prikazuje shematično izrisan detajl ploskovnega elementa 2 v pogledu. Ploskovni element 2 je sestavljen iz zunanje opiate 4 in pločevine z vdolbinami 6, ki je nameščena na zunanjo oplato 4. Na zunanjo oplato 4 so na tisti strani, kjer se nahaja pločevina z vdolbinami, nameščeni profili 8, ki so medsebojno povezani z vozlišči profilov 10. V drugih primerih izvedbe, ki niso prikazani na sliki, lahko za togostne ojačitve namesto pločevine z vdolbinami 6 predvidimo na primer tudi profilirano pločevino, kombinacijo penaste mase in krovne pločevine ali z vlakni ojačene kompozitne polizdelke.

Pri predstavljenem postopku za izdelavo ploskovnega elementa 2 v prvem koraku zlepimo pločevino z vdolbinami 6 z zunanjo oplato 4, ki sta nato medsebojno togo spojeni. V drugem koraku na določena mesta namestimo profile 8 in vozlišča profilov 10 ter jih spojimo v ogrodje, pri čemer vsaj deloma uporabimo hladne postopke spajanja. V tretjem koraku spojimo ogrodje z zunanjo oplato 4 na strani pločevine z vdolbinami, pri čemer vsaj deloma uporabimo hladne postopke spajanja. Alternativno lahko v drugem in tretjem koraku tudi v celoti uporabljamo hladno spajanje. V prikazanem primeru izvedbe so za profile 8 za izdelavo ogrodja uporabljeni profili s klobučastim prečnim prerezom. Uporabimo pa lahko tudi drugačne profile.

Profile 8 in vozlišča profilov 10 vsaj deloma razporedimo in spojimo v ustrezni pripravi. S pomočjo opaža ali šablone že v tej fazi namestimo profile 8 in vozlišča profilov 10 ogrodja v njihovo končno obliko. Manevrskega prostora za netočnosti tako praktično ni več. Skupaj z uporabo tehnik hladnega spajanja je tako zagotovljena izdelava ogrodja z visoko točnostjo.

Vdolbine v pločevini 6 so lahko oblikovane v ploskovno pravilni razporeditvi in sicer v navpičnih in vodoravnih vrstah, ki se križajo ali v poševno potekajočih vrstah, ki se križajo.

V drugem primeru izvedbe, ki ni prikazan na sliki, so lahko vdolbine v pločevini 6 po površini razporejene tudi neenakomerno, in sicer tako, da je na območjih, ki morajo imeti večjo uklonsko togost, tudi večje število vdolbin na manjši medsebojni razdalji, temu ustrezno pa je na območjih, kjer zadošča nižja uklonska togost, predvideno manjše število vdolbin.

Na stičiščih ali na križanjih profilov 8 so nameščena vozlišča profilov 10, ki prekrivajo profile 8, ki se stikajo ali križajo. Vozlišča profilov so spojena s profili 8 ter tako ojačujejo stičišča ali križanja profilov 8. Del profilov 8 in proti njim obrnjeni konci vozlišč profilov 10 imajo prečni prerez klobučaste oblike. Vozlišča profilov 10 so izdelana s tehnologijo globokega vleka.

Na sliki FIG 2 je prikazan prerez skozi ploskovni element 2 iz slike FIG 1 vzdolž linije A-A. Zunanja opiata 4 je s pločevino z vdolbinami 6 spojena s pomočjo lepila 12. Poleg tega se v nastalih prostorih med zunanjo oplato 4 in pločevino z vdolbinami 6 nahaja izolacijski material 14. Lepljenje naj se po možnosti izvede s postopkom vakuumske vreče. Sestav, ki ga nameravamo v tem primeru zlepiti, zavijemo v zrakotesno embalažo, npr. folijo, v kateri nato ustvarimo podtlak. Pločevino z vdolbinami pa lahko na zunanjo oplato pritisnemo tudi na drug način.

Ogrodje, ki ga tvorijo profili 8 in vozlišča profilov 10, je v prikazanem primeru hladno spojeno s pomočjo kovic 16. V drugem primeru izvedbe, ki ni prikazan, lahko hladno spajanje izvedemo s pomočjo sornikov ali z lepljenjem. Ustrezna je tudi kombinacija tehnik hladnega spajanja.

S predstavljenim postopkom za izdelavo ploskovnega elementa 2 dosežemo visoko uklonsko togost površine zunanje opiate 4 in s tem tudi celotnega ploskovnega elementa 2. Nastopajo le majhna tolerančna odstopanja, pri čemer je z lepljenjem samodejno dosežena umestitev pločevine v ravnino elementa.

Claims (16)

1. Patentni zahtevki

   1. Postopek za izdelavo ploskovnega elementa (2) za ogrodja vagonov v diferencialni izvedbi, pri kateri je element sestavljen iz zunanje opiate (4) in iz ustrezne ojačitve, pri čemer so profili (8) in vozlišča profilov (10) nameščena na zunanjo oplato (4) v določenem razporedu, označen s tem, da

   - v prvem koraku uporabimo ploskovno oblikovano togostno ojačitev in jo zlepimo z zunanjo oplato (4),

   - v drugem koraku namestimo profile (8) in vozlišča profilov (10) ter jih spojimo v ogrodje, pri čemer vsaj deloma uporabimo hladne postopke spajanja, in

   - ogrodje v tretjem koraku spojimo z zunanjo oplato (4) na strani, kjer se nahaja togostna ojačitev, pri čemer vsaj deloma uporabimo hladne postopke spajanja.
2. 2. Postopek v skladu z zahtevkom 1 označen s tem, da se v drugem in tretjem koraku v celoti uporablja hladno spajanje.
3. 3. Postopek v skladu z zahtevkom 1 ali 2 označen s tem, da se hladno spajanje izvaja s kovicami (16).
4. 4. Postopek v skladu z zahtevki 1 do 3 označen s tem, da se hladno spajanje izvaja s sorniki ali z lepljenjem.
5. 5. Postopek v skladu z enim od zahtevkov 1 do 4 označen s tem, da profile (8) in vozlišča profilov (10) vsaj deloma razporedimo in spojimo v ustrezni pripravi.
6. 6. Postopek v skladu z enim od zahtevkov 1 do 5 označen s tem, da togostno ojačitev zlepimo z zunanjo oplato (4) s postopkom vakuumske vreče.
7. 7. Ploskovni element (2), ki je izdelan po postopku v skladu z enim od zahtevkov 1 do 6.

   -1010
8. 8. Ploskovni element v skladu z zahtevkom 7 označen s tem, da je ojačitvena pločevina z vdolbinami (6) togo spojena z zunanjo oplato (4).
9. 9. Ploskovni element (2) v skladu z zahtevkom 8 označen s tem, da so vdolbine v pločevini (6) oblikovane v ploskovno pravilni razporeditvi in sicer v navpičnih in vodoravnih vrstah, ki se križajo.
10. 10. Ploskovni element (2) v skladu z zahtevkom 8 označen s tem, da so vdolbine v pločevini (6) oblikovane v ploskovno pravilni razporeditvi in sicer v poševno potekajočih vrstah, ki se križajo.
11. 11. Ploskovni element (2) v skladu z zahtevkom 8 označen s tem, da so vdolbine v pločevini (6) oblikovane v ploskovno nepravilni razporeditvi, in sicer tako, da je na območjih, ki morajo imeti večjo uklonsko togost, tudi večje število vdolbin na manjši medsebojni razdalji ter obratno na območjih, kjer zadošča nižja uklonska togost.
12. 12. Ploskovni element (2) v skladu z zahtevki 7 do 11 označen s tem, da so na stičiščih ali na križanjih profilov (8) nameščena vozlišča profilov (10), ki prekrivajo profile (8), ki se stikajo ali križajo. Vozlišča profilov (10) so spojena s profili (8) ter tako ojačujejo stičišča ali križanja profilov (8).
13. 13. Ploskovni element (2) v skladu z zahtevkom 12 označen s tem, da ima vsaj del profilov (8) in proti njim obrnjeni konci vozlišč profilov (10) prečni prerez klobučaste oblike.
14. 14. Ploskovni element (2) v skladu z zahtevkom 13 označen s tem, da so vozlišča profilov (10) izdelana s tehnologijo globokega vleka.
15. 15. Ploskovni element (2) v skladu z zahtevkom 13 ali 14 označen s tem, da so profili (8) in vozlišča profilov (10) medsebojno spojeni, pri čemer so vsaj deloma uporabljeni postopki hladnega spajanja.

    -1111
16. 16. Ploskovni element (2) v skladu z zahtevkom 7 označen s tem, da je kot togostna ojačitev uporabljena profilirana krovna pločevina, kombinacija penaste mase in krovne pločevine ali z vlakni ojačeni kompozitni polizdelki.