DE60031036T2

DE60031036T2 - Struktureller Körper und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE60031036T2
Application number: DE60031036T
Authority: DE
Inventors: Takeshi Kudamatsu-shi Kawasaki; Masakuni Kudamatsu-shi Ezumi; Masaki Kudamatsu-shi Yono; Toshiaki Yanai-shi Sagawa
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-05-28
Filing date: 2000-05-26
Publication date: 2007-05-10
Anticipated expiration: 2020-05-27
Also published as: AU757971B2; AU3635900A; TW464576B; US6378264B1; US6532712B2; KR100481786B1; EP1057574A3; DE60031036D1; CN1275453A; KR20010014973A; CN1165402C; EP1568434A1; US20020095903A1; EP1057574A2; EP1057574B1

Description

Hintergrund der Erfindung
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Strukturkörper sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen. Beispielsweise ist die Erfindung bei Strukturkörpern anwendbar, die aus aus einer Aluminiumlegierung extrudierten Rahmenelementen hergestellt werden, wie sie in einem Schienenfahrzeug, einer Gebäudekonstruktion usw. verwendet werden.
Stand der Technik
Reibrührschweißen ist ein Verfahren, bei dem ein in die Verbindungszone eingeführter runder Stab (als "rotierendes Werkzeug" bezeichnet) gedreht wird und entlang der Verbindungslinie beispielsweise extrudierter Rahmenelemente bewegt wird, wobei das Verbindungsmaterial erwärmt, erweicht und in einen plastischen Fluidzustand versetzt wird, so dass eine Festzustandsverbindung erfolgt.
Das rotierende Werkzeug besteht aus einem Abschnitt kleinen Durchmessers, der in das Verbindungsmaterial eingeführt wird, und einem koaxialen Abschnitt großen Durchmessers angrenzend an den Abschnitt kleinen Durchmessers. Die Grenze oder die Schulter zwischen den Abschnitten des rotierenden Werkzeugs wird etwas in das Verbindungsmaterial eingeführt. Diese Technik ist beispielsweise in EP-A-0797043 offenbart, wobei die 9 die Verbindung zweier Flächen hohlextrudierter Rahmenelemente zeigt, die von einer der zwei Flächen ausgeführt wird. Ferner ist ein Kopplungselement zum Verhindern einer Verformung der hohlextrudierten Rahmenelemente dargestellt.
Ein Unterschiedspunkt zwischen dem Reibrührschweißen und dem Bogenschweißen besteht darin, dass beim Reibrührschweißen beim Einführen des rotierenden Werkzeugs eine große Belastung ausgeübt wird. Diese Belastung wirkt hauptsächlich in der Einführrichtung (axialen Richtung) des rotierenden Werkzeugs.
Wenn hohlextrudierte Rahmenelemente durch Reibrührschweißen verbunden werden, wirkt diese Einführkraft gegen eine Rippe, die zwei parallele Frontplatten verbindet, und es besteht die Gefahr, dass das hohlextrudierte Rahmenelement verformt wird. Aus diesen Gründen ist es erforderlich, eine Struktur aufzubauen, bei der eine Verformung des Kopplungselementabschnitts verhindert werden kann. Zu diesem Zweck ist gemäß EP-A-0797043 in einem Verbindungsabschnitt der zwei hohlextrudierten Rahmenelemente eine vertikale Platte (als "Längsrippe" bezeichnet) vorhanden, die zwei Frontplatten des hohlextrudierten Rahmenelements verbindet. Diese Längsrippe ist in einer Verlängerungslinie der Achse des rotierenden Werkzeugs positioniert. Die Längsrippe ist mit zwei Frontplatten des hohlextrudierten Rahmenelements verbunden. Da auf diese Rippe eine große Belastung wirkt, ist es erforderlich, die Plattendicke groß zu machen. Aus diesem Grund existiert eine Einschränkung hinsichtlich des Erhaltens eines leichten Kopplungselements.
Ferner wird diese Längsrippe des hohlextrudierten Rahmenelements aus einem anderen Gesichtspunkt untersucht. Es ist bekannt, dass dann, wenn eine äußere Biegekraft auf das hohlextrudierte Rahmenelement einwirkt, der für die Stabilitätswirkung dominierende Abschnitt die Rippe ist. Um die Stabilitätswirkung zu verbessern, ist es wünschenswert, die Rippe so anzuordnen, dass sie mit einer Richtung und einem Winkel von 45 Grad relativ zur Frontplatte übereinstimmt, wobei es sich um die Hauptbelastungskraft orthogonal zu einer Scherkraft handelt. Da jedoch die Längsrippe orthogonal zu den zwei lagenartigen Frontplatten verläuft, trägt sie kaum als Verstärkungselement bei.
EP-A-0797043 offenbart ein Verfahren und eine Struktur mit den Merkmalen des Oberbegriffs der vorliegenden Ansprüche.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Strukturkörper mit leichter Konstruktion und hoher Stabilität sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen zu schaffen.
Die Erfindung ist in ihren verschiedenen Erscheinungsformen in den Ansprüchen dargelegt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Längsschnitt, der einen Verbindungsabschnitt einer Ausführungsform eines Strukturkörpers gemäß der Erfindung zeigt;
2 ist ein Längsschnitt, der mehr vom Verbindungsabschnitt der 1 zeigt;
3 ist eine schematische Ansicht, die ein Paar hohler Rahmenelemente zeigt;
4 ist eine perspektivische Ansicht eines Wagenkörpers eines Schienenfahrzeugs, bei dem die Erfindung angewandt ist;
5 ist eine schematische Schnittansicht eines Verbindungsabschnitts einer anderen Ausführungsform eines Strukturkörpers der Erfindung;
6 ist ein Längsschnitt, der einen Verbindungsabschnitt gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
7 bis 10 zeigen jeweils in Längsschnittansicht einen Verbindungsabschnitt jeweiliger weiterer Ausführungsformen von Strukturkörpern gemäß der Erfindung.
Beschreibung der Ausführungsformen
In den 1 bis 4 ist eine Ausführungsform eines Strukturkörpers und der Herstellung für diesen gemäß der Erfindung dargestellt. Die 4 zeigt einen Wagenkörper 200 mit einem seitlichen Strukturkörper 201, einem Dachstrukturkörper 202, einem Grundrahmen 203, der den Boden des Wagenkörpers 200 bildet, und einem Endstrukturkörper 204 am Längsende des Wagenkörpers 200.
Betreffend den seitlichen Strukturkörper 201, den Dachstrukturkörper 202 und den Grundrahmen 203 wird jeder durch Verbinden mehrerer extrudierter Rahmenelemente hergestellt. Die Längsrichtung der extrudierten Rahmenelemente liegt in der Längsrichtung des Wagenkörpers 200. Jedes extrudierte Rahmenelement ist ein hohles Rahmenelement aus einer Aluminiumlegierung.
Die 1 bis 3 veranschaulichen ein Verbindungsverfahren für hohlextrudierte Rahmenelemente 10, 20 des seitlichen Strukturkörpers 201. Andere Teile der seitlichen Struktur und andere Strukturkörper sind ähnlich.
Die Rahmenelemente 10, 20 bestehen jeweils aus zwei lagenartigen Frontplatten 11, 12 und 21, 22 sowie in Gitterstruktur angeordnete Rippen 13, 23. Die zwei lagenartigen Frontplatten 11, 12, (21, 22) sind im Wesentlichen parallel. Die Teilungsweite P der Gitterstruktur der Rippen 13, 23 ist gleichmäßig. Die Gitterstruktur besteht aus den Rippen 13, 23 und einer Mittellinie der Plattendicke der Frontplatten 11, 12, 21, 22, wobei sich der Scheitelpunkt der Dreiecksform an einer der Frontplatten befindet.
Nahe Scheitelpunkten der Gitterstruktur sind an der Innenseite des Schienenfahrzeugs Schienen 19, 29 zum Installieren von Befestigungen und Vorrichtungen wie im Inneren zu montierenden Platten und Stühlen usw. integral vorhanden. Die Schienen 19, 29 besteht aus zwei L-förmigen Elementen.
Endabschnitte 12b, 22b der Frontplatten 12, 22 an der Außenflächenseite des Wagenkörpers ragen seitlich zu den benachbarten hohlen Rahmenelementen 20, 10 heraus. An Stoßenden der Endabschnitte 12b, 22b wird ein Reibrührschweißen ausgeführt. Die Plattendicke jedes Endabschnitts 12b, 22b, ist größer als die anderer Abschnitte der Frontplatten 12, 22.
Die Frontplatten 11, 22 auf der Wageninnenseite sind über ein Verbindungselement 30 verbunden. An Stoßabschnitten des Verbindungselements 30 und der Frontplatten 11, 21 wird ein Reibrührschweißen ausgeführt. Die Verbindungen des Verbindungselements 30 und der Frontplatten 11, 21 sind in der Nähe der Scheitelpunkte der durch die Rippen und die Frontplatten gebildeten Gitterstruktur positioniert.
Für den Verbindungsvorgang werden die hohlen Rahmenelemente 10, 20 auf einem in den 1 und 2 dargestellten Bett 240 mit den Frontplatten 12, 22 untenliegende montiert. Von oben her wird das rotierende Werkzeug 250 in die Verbindungsabschnitte eingeführt, und es wird ein Reibrührschweißen ausgeführt. Dieses Reibrührschweißen wird so von der Innenseite des Wagens aus ausgeführt.
Die Endabschnitte 12b, 22b verfügen über Endabschnitte 16, 26, die zur Wageninnenseite vorstehen. An den Endabschnitten der Frontplatten 11, 21 (d.h. am Scheitelpunkt der Gitterstruktur im Endabschnitt) sind erhöhter Abschnitt 15 und 25 vorhanden, die zur Wageninnenseite vorstehen (d.h. außerhalb der Frontplatten 11, 21).
Die Endabschnitte des Verbindungselements 30 verfügen über erhöhter Abschnitt 35, die ebenfalls zur Wageninnenseite vorstehen. Die Höhe und die Breite jeder der erhöhter Abschnitte 15, 25, 35, 16, 26 sind im Wesentlichen gleich.
Die Stoßflächen (beispielsweise die Fläche 25b) der erhöhten Abschnitte 15, 25, 35, 16, 26 verlaufen orthogonal zu den Flächen der Frontplatten. Die Endabschnitte des Verbindungselements 30 sind auf den Auflagen 17, 27 in der Nähe des Scheitelpunkts der Gitterstruktur, von den Rippen 13a, 23a vorstehend, montiert. Durch die vertikalen Flächen 15b, 25b und die Oberseiten der Auflagen 17, 27 sind Aussparungen oder Vorsprünge gebildet, die vertikal und horizontal ausgerichtet sind.
Die Stoßflächen (beispielsweise die Fläche 25b) verlaufen orthogonal zu den Frontplatten 11, 12, 21, 22, und sie erstrecken sich in der Dickenrichtung der hohlen Rahmenelemente 10 und 20.
Die Position der Fläche 25b ist leicht zum anderen Ende des hohlen Rahmenelements 20 ausgehend von der Normallinie versetzt, die durch den Scheitelpunkt der Gitterstruktur verläuft. Wenn sich die Fläche 25b auf der Normallinie befindet, die durch den Scheitelpunkt der Gitterstruktur verläuft, ist die Breite des Verbindungselements 30 klein (sie liegt innerhalb einer Fehlertoleranz), und die Einführposition des rotierenden Werkzeugs 250 nähert sich der Seite des Verbindungselements 30 an. In diesem Fall wird die Position der zwei erhöhten Abschnitte 15, 35 in der Breite erfasst, und es wird dafür gesorgt, dass die Achse des erhöhten Abschnitts 250 mit dem Zentrum dieser Breite übereinstimmt.
Die Unterseite der Endabschnitte des Verbindungselements 30 ist leicht nach unten abgewinkelt, so dass die Verbindungsnaht dick ausgebildet werden kann. Die Strebe 31 (mit Ausnahme von Verdickungen am Endabschnitt) des Verbindungselements 30 ist auf der Verlängerungslinie der Frontplatten 11, 21 der hohlen Rahmenelemente 10, 20 vorhanden. Die Plattendicke der Strebe 31 ist größer als die der Frontplatten 11 und 21, oder sie ist gleich groß. Das Verbindungselement 30 ist ein extrudiertes Rahmenelement aus demselben Material wie die hohlen Rahmenelemente 10, 20, und es verfügt über dieselbe Länge.
Der Abstand P vom Endabschnitt der Frontplatte 11 zum Endabschnitt der Frontplatte 21 (der Abstand zwischen dem Scheitelpunkt der Gitterstruktur am Ende des hohlen Rahmenelements 10 und dem Scheitelpunkt der Gitterstruktur am Ende des hohlen Rahmenelements 20) stimmt mit der allgemeinen Teilungsweite P der Gitterstrukturen überein. Im Allgemeinen bilden die Gitterstrukturen jedes hohlen Rahmenelements gleichschenklige Dreiecke. Jedoch sind die Gitterstrukturen an den Enden der hohlen Rahmenelemente 10, 20 keine gleichschenkligen Dreiecke, da die Endrippe 13A, 23A unter einem Winkel θ zur Vertikalen verläuft, der kleiner als der Winkel θ₂ der normalen Rippen 13B, 23B der Gitterstrukturen ist.
So ist die Rippe 13A mit einem Zwischenpunkt der Frontplatte 12 verbunden, und die Rippe 23A ist mit einem Zwischenpunkt der Frontplatte 22 verbunden. Zwischen den Verbindungspunkten der Rippen 13A, 23A an den Frontplatten 12, 22 ist ein Raum zum Einführen der Reibrührschweißvorrichtung gebildet.
Da die Rippen 13A, 23A stärker vertikal (θ1 kleiner als θ2) als die Rippen 13B, 23B verlaufen, ist die Plattendicken der Rippen 13A, 23A größer als die der Rippen 13B, 23B. Die Plattendicke der Rippen 13B, 23B ist größer als die der anderen Rippen 13. Die Verbindungen zwischen den Rippen 13A, 13B, 13 und den Frontplatten 11, 12, 21, 22 verfügen über abgerundete Kehlnähten. Die Dicke des Verbindungselements 30 wird entsprechend der benötigten Festigkeit bestimmt.
Nun wird die Herstellung dieses Strukturkörpers erläutert. Die hohlen Rahmenelemente 10, 20 werden am Bett 240 montiert und fixiert. Die Endabschnitte 12b, 22b werden miteinander in Kontakt gebracht oder einander angenähert. Die erhöhten Abschnitte 16, 26 werden durch Bogenschweißen von oben her vorübergehend verbunden. Dieses vorübergehende Verschweißen wird intermittierend ausgeführt.
Die Oberseite des Betts 240, auf dem die stumpf aneinander gesetzten Frontplatten 12b, 22b montiert sind, ist flach. Drei Abschnitte, die in der Nähe des Stoßabschnitts der Frontplatten 12b und 22b liegen, die Nähe des Schnitt punkts der Rippen 12A und 22B, der Frontplatten 12b und 22b sowie die Nähe des Schnittpunkts der Rippen 12B und 22B und der Frontplatten 12 und 22 sind auf dem Bett 240 mit derselben Höhe montiert.
In diesem Zustand wird das sich drehende rotierende Werkzeug 250 der Reibrührschweißvorrichtung von oben her in die aneinander stoßenden erhöhten Abschnitte 16, 26 eingeführt und entlang der Verbindungslinie bewegt, um ein Reibrührschweißen auszuführen. Die Achse des rotierenden Werkzeugs 250 befindet sich in einer vertikalen Ebene, jedoch ist sie relativ zur Vorschubrichtung des rotierenden Werkzeugs 250 nach hinten geneigt. Es wird die Position der zwei erhöhten Abschnitte 16, 26 in der Breitenrichtung erfasst, und die Achse des rotierenden Werkzeugs 250 wird in deren Zentrum positioniert.
Das rotierende Werkzeug 250 verfügt über einen Abschnitt 252 großen Durchmessers und einen koaxialen Abschnitt 251 kleinen Durchmessers, der vom Ende des Abschnitts 252 großen Durchmessers vorsteht. Während des Verbindens wird das Vorderende des Abschnitts 252 kleinen Durchmessers des rotierenden Werkzeugs 250 unter dem Niveau der Oberseite der Platten 12b, 22b positioniert. Das untere Ende des Abschnitts 252 großen Durchmessers des rotierenden Werkzeugs 250 wird zwischen den Oberseiten der erhöhten Abschnitte 16, 26 und dem Niveau der Oberseitenplatten 12b, 22b positioniert. Der Durchmesser des Abschnitts 252 großen Durchmessers ist kleiner als die Gesamtbreite der zwei erhöhten Abschnitte 16, 26. Der Abschnitt 251 kleinen Durchmessers ist ein Schraubelement.
Durch dieses Reibrührschweißen wird jeder Abstand zwischen den stumpf aneinandergesetzten Flächen der Abschnitt 12b und 22b ausgefüllt und verbunden. Die Außenflächenseite (die Wagenaußenseite) der Stoßabschnitte bleibt flach. An den Außenflächenseite verbleibt keine Vertiefung in der Verbindungslinie.
Als Nächstes wird das Verbindungselement 30 auf den Auflagen 17, 27 der Frontplatten 11, 21 montiert. Die Enden des Verbindungselements 30 werden mit entgegengesetzten Enden der Frontplatten 11, 21 in Kontakt gebracht oder an diese angenähert. Die benachbarten Paare der erhöhten Abschnitte 15, 35 und 25, 35 werden vorübergehend durch Bogenschweißen an der beabstandeten Punkten (intermittierend) fixiert. Wenn das rotierende Werkzeug 250 von oben her in die Stoßabschnitte eingeführt wird und entlang den Verbindungslinien bewegt wird, wird ein Reibrührschweißen ausgeführt. Es wird die Position der zwei benachbarten erhöhten Abschnitte 15, 35 und 25, 35 in der Breitenrichtung erfasst, und die Achse des rotierenden Werkzeugs 250 wird im zugehörigen Zentrum positioniert.
Die Achse des rotierenden Werkzeugs 250 befindet sich so am Scheitelpunkt der Gitterstruktur der zwei Rippen 23A, 23B oder der senkrechten Linie, die durch die Nähe des Scheitelpunkts verläuft. Das mögliche Exzentrizitätsausmaß entspricht der Zunahme der Plattendicke der Rippen 13A, 13B, der Form der Kehlnaht zum Verbinden der Rippe und der Frontplatte, der Dicke des Verbindungsabschnitts usw.
Das Vorderende des Abschnitts 251 kleinen Durchmessers des rotierenden Werkzeugs 250 wird tief von der Oberseite der Auflage 17 her eingeführt. Das untere Ende des Abschnitts 252 großen Durchmessers des rotierenden Werkzeugs 250 wird zwischen den Oberseiten der erhöhten Abschnitte 15, 25, 35 und dem Niveau der Oberseiten (auf der Wageninnenseite) der Frontplatten 11, 31 positioniert. Der Durchmesser des Abschnitts 252 großen Durchmessers des rotierenden Werkzeugs 250 ist kleiner als die Gesamtbreite der zwei erhöhten Abschnitte 15, 35 (25, 35).
Das Verbinden der Frontplatten 11 und 21 mit den beiden Enden des Verbindungselements 30 kann unter Verwendung desjenigen rotierenden Werkzeugs 250 ausgeführt werden, das zum Verbinden der Endabschnitte 12b, 22b verwendet wird. Beispielsweise wird das Verbinden der Frontplatte 11 ausgeführt, und als Nächstes wird das Verbinden der Frontplatte 21 ausgeführt. Wenn zwei rotierende Werkzeuge verwendet werden, kann das Verbinden beider Enden des Verbindungselements 30 gleichzeitig ausgeführt werden.
Das Verbinden an den beiden Flächen der hohlen Rahmenelemente wird so von einer Flächenseite her ausgeführt. Demgemäß ist es nicht erforderlich, den Strukturkörper umzukehren. Im Ergebnis kann der Strukturkörper billig und mit hoher Genauigkeit hergestellt werden.
Ferner können die Außenflächen der Verbindungsabschnitte 12b, 22b fluchtend verbunden werden, um eine flache Oberfläche zu liefern. Die erhöhten Abschnitte 16, 26, 15, 25, 35 sind in der Innenstruktur oder auf der Wageninnenseite vorhanden, jedoch sind sie nicht an der Außenflächenseite oder der Wagenaußenseite vorhanden, wo eine glatte Fläche benötigt wird. Ferner exis tieren an der Außenfläche erhöhte oder vertiefte Abschnitte, die durch das rotierende Werkzeug erzeugt wurden, die abgeschnitten werden müssen. Der Wagenkörper kann billig hergestellt werden.
Die Einführkraft während des Verbindens des Verbindungselements 30 und der Frontplatten 11, 21 wird in jedem Fall durch die zwei Rippen 13A, 13B (23A, 23B) abgestützt, die so angeordnet sind, dass sie in der Achse des rotierenden Werkzeugs 250 ausgerichtet sind. Aus diesem Grund kann ein Verbiegen der Rippen eingeschränkt werden. Die Plattendicke der Rippen kann relativ gering sein, und es kann eine leichte Konstruktion erzielt werden. Ferner kann ein Verbiegen der Frontplatten 11, 21, 31 eingeschränkt werden.
Da das die Rippen 13A, 13B, 23A, 23B abstützende Bett 42 über gleichmäßige Höhe verfügt, kann ein Verbiegen der Frontplatten 11, 22 verhindert werden.
Nach dem Reibrührschweißen besteht der gesamte Strukturkörper im Wesentlichen aus einer Gitterstruktur. Aus diesem Grund, da nämlich der Verbindungsabschnitt der hohlen Rahmenelemente 10 über eine Gitterstruktur verfügt, kann die Biegefestigkeit der Konstruktion verbessert werden, und es kann eine leichte Konstruktion erhalten werden.
Ferner ist, da die Plattenabschnitte 12b, 22b, die Rippen 13A, 23A und das Verbindungselement 30 im Wesentlichen als Gitterstruktur ausgebildet sind, dieser Abschnitt nicht schwach. Jedoch sollte der Plattendicke Aufmerksamkeit geschenkt werden.
Der Neigungswinkel θ1 der Rippen 13A, 23A kann größer als der Winkel θ2 der Rippen 13B, 23B sein. Damit ist die Breite des Verbindungselements 30 groß. Dies macht es erforderlich, die Plattendicke groß zu machen, und dann wird das Gewicht groß. Dies kann dann erfolgen, wenn eine große Öffnung zum Einführen der Reibrührschweißvorrichtung benötigt wird.
Wenn die Neigungswinkel θ1 und θ2 gleich sind, kann ein gleichschenkliges Dreieck gebildet werden. Demgemäß können die Plattendicken der Rippen 13A, 13B (23A, 23B) gleich sein. Ferner kann die Plattendicke der Rippen 23A, 23B kleiner gemacht werden, als es in der 1 dargestellt ist. Jedoch kann die Breite des Verbindungselements 30 groß sein, wenn die Größe der Gitterstruk tur dieses gleichschenkligen Dreiecks gleich ist wie die der Gitterstruktur der anderen Abschnitte.
Wenn die Neigungswinkel θ1 und θ2 der Rippen 13A, 13B (23A, 23B) gleich groß wie der Neigungswinkel θ1 sind, kann die Gitterstruktur des Endabschnitts ein kleines gleichschenkliges Dreieck bilden. Die Größe der Bodenseite der Gitterstruktur dieses Endabschnitts ist kleiner als die Größe der Bodenseite der anderen Abschnitte.
Demgemäß kann der Abstand vom Schnittpunkt der Rippe 13B (23B) und der Frontplatte 12 (22) zum Endabschnitt des hohlen Rahmenelements 10 (20) klein ausgebildet werden. Im Ergebnis kann die Breite des Verbindungselements 30 mit der Breite des in der 1 dargestellten Verbindungselements 30 übereinstimmen.
Die Teilungsweiten aller Gitterstrukturen einschließlich des Abschnitts mit dem Verbindungselements 30 sind gleich. Die Größen der Gitterstrukturen, mit Ausnahme der Gitterstruktur des Endabschnitts, sind gleich. Demgemäß kann das Design des hohlen Rahmenelements standardisiert werden.
Der durch die zwei Rippen 13A, 13B (23A, 23B) gebildete Scheitelpunkt kann außerhalb der Frontplatten 11, 21 positioniert sein.
Die Stoßflächen 15b, 25b können ausgehend vom Scheitelpunkt der zwei Rippen 13A, 13B, (23A, 23B) zum Verbindungselement 30 hin positioniert sein. Jedoch müssen der Winkel θ, die Plattendicke, die Belastung usw. der Rippe 13A (23A) berücksichtigt werden.
Ferner kann das rotierende Werkzeug 250 in einer Richtung in der Mitte des durch die zwei Rippen 13A, 13B (23A, 23B) gebildeten Winkels eingeführt werden. Die Achse dieses Werkzeugs ist in diesem Fall zum Scheitelpunkt der Gitterstruktur gerichtet.
Das Verbinden des Verbindungselements 30 erfolgt bei der obigen Ausführungsform durch Reibrührschweißen, jedoch kann es durch einen anderen Schweißvorgang, wie Bogenschweißen, ausgeführt werden. Beim Bogenschweißen können, da währen des Verbindungsvorgangs keine Belastung existiert, die Rippen 13A, 13B (23A, 23B) dünn ausgebildet werden. Das Verbinden des Verbindungselements 30 kann intermittierend ausgeführt werden.
Das Verbinden der Frontplattenabschnitte 12b, 22b kann unter Verwendung eines anderen Schweißvorgangs, wie Bogenschweißen, ausgeführt werden. Wenn bei diesem Schweißen Schweißnähte an der Rückseite, beispielsweise Außenflächen, gebildet werden, ist es erforderlich, die Nähte nach dem Schweißen abzutrennen.
Bei der obigen Ausführungsform verlaufen die Frontplatten 11, 12 und die Frontplatten 21, 22 parallel, jedoch kann eine der Frontplatten zur anderen geneigt sein.
Betreffend die Plattendicke der Rippen 13A und 13B, (23A und 23B) ist diejenige auf der Seite der Frontplatten 11 und 22 größer als diejenige auf der Seite der Frontplatten 12 und 22 ausgebildet. Durch Ausbilden der Seite der Frontplatten 11 und 21 wird während des Verbindens leicht eine hohe Temperatur erzielt.
Die 5 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die Linie normal zu den Frontplatten im Verbindungsabschnitt geneigt ist. Ein Ende des hohlen Rahmenelements 20 verläuft horizontal. Die hohlen Rahmenelemente 10, 20 sind auf dem Bett 240 montiert. Dies erlaubt ein einfaches Verbinden im Endabschnitt des seitlichen Strukturkörpers 210. Die Achse des rotierenden Werkzeugs verläuft entlang einer Linie normal auf der Frontplatte. Diese Normallinie läuft durch die Nähe des Scheitelpunkts der Gitterstruktur. Eine Pfeilmarkierung zeigt die Position und die Richtung des rotierenden Werkzeugs 250.
Die 6 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die Fläche 27b der Auflage 27 zum Montieren des Verbindungselements 30 nach unten geneigt ist. Der Endabschnitt des Verbindungselements 30 ist entsprechend geneigt. Wenn die Frontplattenabschnitte 12b, 22b verbunden werden, ist der Abstand der erhöhten Abschnitte 15, 25 klein. Durch Anbringen der schrägen Fläche 27b kann das Verbindungselement 30 leicht angeordnet werden.
Bei den in den 7 und 8 dargestellten Ausführungsformen sind die Längen der Endabschnitte 12b, 22b der Frontplatten klein, und diese Abschnitte sind dick. Nach dem Verbinden der Abschnitte 12b, 22b durch Reibrührschweißen von der Oberseite her, können diese Abschnitte 12b, 22b bogenförmig von oben her abgeschnitten werden. Dieser Bogen stimmt mit den Rippen 13A, 23A überein. Demgemäß kann eine Festigkeitsverringerung durch eine Spannungskonzentration verhindert werden.
Bei der in der 9 dargestellten Ausführungsform verläuft eine Querrippe 13C am Endabschnitt des hohlen Rahmenelements 10c orthogonal zu den Frontplatten 11c und 12c. Im Verbindungsabschnitt der Frontplatte 11c und der Rippe 13c sind die Vertiefung und die Auflage 17c ähnlich wie oben beschrieben vorhanden. Ein vorstehender Flansch bildet die Auflage 17c, auf der das Ende des Verbindungselements 30 montiert ist. Die Stoßflächen in diesem Verbindungsabschnitt liegen innerhalb des Bereichs (der Ausdehnung) der Plattendicke der Rippe 13C. Die Fläche 16c verlauft normal zur Frontplatte. Der erhöhter Abschnitt 15c ist im Endabschnitt der Frontplatte 11c vorhanden. Bei dieser Konstruktion wird die Einführkraft während des Reibrührschweißens durch die Rippe 13C abgestützt. In diesem Fall ist es nicht möglich, im Endabschnitt des hohlen Rahmenelements eine dreieckige Gitterstruktur anzubringen.
Bei der Ausführungsform der 10 ist die Breite des erhöhten Abschnitts 35 größer als der Durchmesser eines Abschnitts 252 großen Durchmessers des Werkzeugs 250. Das Werkzeug 250 dringt durch den Abschnitt 35 hindurch, um die Verbindung zu bewerkstelligen. Im Zentrum der Breite des erhöhten Abschnitts 35 ist ein Graben 36 vorhanden. Die Rotationsachse des Werkzeugs 250 stimmt mit dem Graben 36 überein. Ein Sensor der Reibrührschweißvorrichtung erfasst den Graben 36, und das Werkzeug 250 wird diesen entlang bewegt. Wenn die Frontplattenabschnitte 12b, 22b verbunden werden, kann eine Positionsbeziehung zum Werkzeug 250 durch den Sensor auf dieselbe Weise bewerkstelligt werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Strukturkörpers, umfassend die folgenden Schritte: (i) Vorsehen zweier hohler Rahmenelemente (10, 20), bei denen jeweils zwei lagenartige Frontplatten (11, 12, 21, 22) mit mehreren Rippen (13A, 13B, 23A, 23B) als eine Gitterstruktur verbunden sind, wobei ein Endabschnitt einer ersten Frontplatte (11, 21) in der Nähe eines Scheitelpunkts der Gitterstruktur angeordnet ist und ein Endabschnitt (12B, 22B) der zweiten Frontplatte (12, 22) seitlich weiter als der Endabschnitt der ersten Frontplatte herausragt; (ii) Verbinden der herausragenden Endabschnitte (12b, 22b) der zweiten Frontplatten miteinander von einer ihrer Seiten aus, die näher an den ersten Frontplatten (11, 21) liegt; (iii) Einrichten eines Verbindungselements (30) zwischen den Endabschnitten der ersten Frontplatten (11, 21) der zwei hohlen Rahmenelemente; und (iv) Verbinden der jeweiligen Endabschnitte des Verbindungselements (30) mit den jeweiligen ersten Frontplatten (11, 21), gekennzeichnet dadurch, daß bei jedem der hohlen Rahmenelemente (10, 20), im Querschnitt über den Verbindungsbereich der Elemente (10, 20) gesehen, eine erste (13A, 23A) der mehreren Rippen, welche die nächste zum jeweils anderen hohlen Rahmenelement (10, 20) unter den Rippen ist, vom Scheitelpunkt der Gitterstruktur zur zweiten Frontplatte (12, 22) am Scheitelpunkt in einem Winkel verläuft, der zu der auf den Frontplatten (10, 11, 21, 22) senkrechten Linie geneigt ist, und auf die zweite Frontplatte (12, 22) an einer Zwischenstelle zwischen der senkrechten Linie und der Extremität des herausragenden Endabschnitts (12b, 22b) der zweiten Frontplatte (12, 22) auftrifft.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die hervorragenden Endabschnitte (12b, 22b) in Schritt (ii) mittels Reibrührschweißen verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Verbindung in Schritt (iv) mittels Reibrührschweißen ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Verbindungselement (30) in Schritt (iii) in der Nähe des Scheitelpunkts von jedem der jeweiligen hohlen Rahmenelemente (10, 20) überlappt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Verbindungselement (30) im Bereich seiner Reibrührschweißverbindung einen Abschnitt (35) aufweist, der zum Reibrührschweißwerkzeug (250) hin erhaben ist und der in seiner Mitte eine Nut (36) in seiner Breitenrichtung aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Strukturkörpers, umfassend die folgenden Schritte: (i) Vorsehen eines ersten hohlen Rahmenelements (20), bei dem zwei lagenartigen Frontplatten (21, 22) mit mehreren Rippen (23A, 23B) als eine Gitterstruktur verbunden sind, wobei ein Endabschnitt einer ersten Frontplatte (21) in der Nähe eines Scheitelpunkts der Gitterstruktur angeordnet ist und ein Endabschnitt (22b) der zweiten Frontplatte (22) seitlich weiter als der Endabschnitt der ersten Frontplatte herausragt; (ii) Vorsehen eines weiteren hohlen Rahmenelements (10c), bei dem zwei Frontplatten (11c, 12c) mit einer zu den Frontplatten (11c, 12c) im wesentlichen senkrechten ersten Rippe (13c) und mit einer mit einem Endabschnitt der ersten Frontplatte (11c) und einem Zwischenabschnitt der zweiten Frontplatte (12c) verbundenen zweiten Rippe verbunden werden, wobei ein Endabschnitt (12b) der zweiten Frontplatte (12c) seitlich weiter als der Endabschnitt der ersten Frontplatte herausragt; (iii) Verbinden der herausragenden Endabschnitte (12b, 22b) der zweiten Frontplatten (12c, 22) miteinander von einer ihrer Seiten aus, die näher an den ersten Frontplatten liegt; (iv) Einrichten eines Verbindungselements (30) zwischen den Endabschnitten der ersten Frontplatten (11c, 21) der zwei hohlen Rahmenelemente; (v) Verbinden der jeweiligen Endabschnitte des Verbindungselements (30) mit den jeweiligen ersten Frontplatten (11c, 21), gekennzeichnet dadurch, daß beim ersten hohlen Rahmenelement (20), im Querschnitt über den Verbindungsbereich der Elemente (20) gesehen, eine erste (23A) der mehreren Rippen, die die nächste Rippe zum zweiten hohlen Rahmenelement (20) unter den Rippen ist, vom Scheitelpunkt der Gitterstruktur zur zweiten Frontplatte (22) am Scheitelpunkt in einem Winkel verläuft, der zu der auf den Frontplatten (21, 22) senkrechten Linie geneigt ist, und auf die zweite Frontplatte (22) an einer Zwischenstelle zwischen der senkrechten Linie und der Extremität des herausragenden Endabschnitts (22b) der zweiten Frontplatte (22) auftrifft.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die herausragenden Endabschnitte (12b, 22b) in Schritt (iii) mittels Reibrührschweißen verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Verbindung in Schritt (v) mittels Reibrührschweißen stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 6, 7 oder 8, wobei in Schritt (iv) ein Endabschnitt des Verbindungselements (30) in der Nähe des Scheitelpunkts vom ersten hohlen Rahmenelement (10) überlappt wird; und ein anderer Endabschnitt des Verbindungselements (30) von einer auf der ersten Rippe (13c) des zweiten hohlen Rahmenelements (10c) vorgesehenen Auflage (17c) überlappt wird.
Strukturkörper, wobei zwei hohle Rahmenelemente (10, 20) verbunden sind; bei jedem der hohlen Rahmenelemente zwei lagenartige Frontplatten (11, 12, 21, 22) mit mehreren Rippen als eine Gitterstruktur verbunden sind, wobei ein Endabschnitt einer ersten Frontplatte (11, 21) in der Nähe eines Scheitelpunkts der Gitterstruktur vorgesehen ist und ein Endabschnitt (12b, 22b) der zweiten Frontplatte (12, 22) seitlich weiter als der Endabschnitt der ersten Frontplatte herausragt; die herausragenden Endabschnitte (12b, 22) miteinander verbunden sind; und die Endabschnitte der ersten Frontplatten (11, 21) der zwei hohlen Rahmenelemente mit einem Verbindungselement (30) verbunden sind, gekennzeichnet dadurch, daß bei jedem der hohlen Rahmenelemente (10, 20), im Querschnitt über den Verbindungsbereich der Elemente (10, 20) gesehen, eine erste (13A, 23A) der mehreren Rippen, die die nächste Rippe zum jeweils anderen hohlen Rahmenelement (10, 20) ist, vom Scheitelpunkt der Gitterstruktur zu der zweiten Frontplatte (12, 22) am Scheitelpunkt in einem Winkel verläuft, der zu der auf den Frontplatten (10, 11, 21, 22) senkrechten Linie geneigt ist, und auf die zweite Frontplatte (12, 22) an einer Zwischenstelle zwischen der senkrechten Linie und der Extremität des herausragenden Endabschnitts (12b, 22b) der zweiten Frontplatte (12, 22) auftrifft.
Körper nach Anspruch 10, wobei das Verbindungselement (30) an einer Verlängerungslinie der ersten Frontplatten (11, 21) vorgesehen ist.
Körper nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Verbindung der herausragenden Endabschnitte (12b, 22b) mittels einer Reibrührschweißverbindung erfolgt ist.
Körper nach Anspruch 10, 11 oder 12, wobei die Verbindungen zwischen beiden Enden des Verbindungselements (30) und den ersten Frontplatten (11, 21) Reibrührschweißverbindungen sind.
Körper nach Anspruch 13, wobei die jeweiligen Endabschnitte des Verbindungselements (30) von Auflagen (17, 27) überlappt sind, die an den Endabschnitten der ersten Frontplatten (11, 21) vorgesehen sind.
Körper nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei der Neigungswinkel der ersten Rippe (13A, 23A) jedes hohlen Rahmenelements zur senkrechten Linie kleiner ist als der der nächsten benachbarten Rippe (13B, 23B) im jeweiligen hohlen Rahmenelement.
Körper nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei der Abstand zwischen den Verbindungen an den Enden des Verbindungselements (30) der gleiche ist wie die regelmäßige Höhe der Gitterstruktur der hohlen Rahmenelemente.
Strukturkörper umfassend: ein erstes hohles Rahmenelement (20) mit zwei lagenartigen Frontplatten (21, 22), die mit mehreren Rippen (23A, 23B) in einer Gitterstruktur verbunden sind, wobei ein Endabschnitt einer ersten Frontplatte (21) in der Nähe eines Scheitelpunkts der Gitterstruktur liegt und ein Endabschnitt (22b) der zweiten Frontplatte (22) seitlich weiter als der Endabschnitt der ersten Frontplatte (21) herausragt; und ein zweites hohles Rahmenelement (10c) mit zwei lagenartigen Frontplatten (11c, 12c), die mit einer ersten Rippe (13c) verbunden sind, die im wesentlichen orthogonal zu den Frontplatten (11c, 12c) ist und einen Endabschnitt einer ersten Frontplatte (11c) und einen Zwischenpunkt der zweiten Frontplatte (12c) verbindet, und wobei ein Endabschnitt (12b) der zweiten Frontplatte (12c) seitlich weiter als der Endabschnitt der ersten Frontplatte herausragt; wobei die herausragenden Endabschnitte (12b, 22b) der zweiten Frontplatten von ihrer den ersten Frontplatten gegenüberliegenden Seite miteinander verbunden sind; und die Endabschnitte der ersten Frontplatten (11c, 21) mittels eines Verbindungselements (30) verbunden sind; gekennzeichnet dadurch, daß bei dem ersten hohlen Rahmenelement (20), im Querschnitt über dem Verbindungsbereich der Elemente (20) gesehen, eine erste (23A) ihrer mehreren Rippen, die die nächste Rippe zum zweiten hohlen Rahmenelement (20) ist, vom Scheitelpunkt der Gitterstruktur zur zweiten Frontplatte (22) am Scheitelpunkt in einem Winkel verläuft, der zu der auf den Frontplatten (21, 22) senkrechten Linie geneigt ist, und auf die zweite Frontplatte (22) an einer Zwischenstelle zwischen der senkrechten Linie und der Extremität des herausragenden Endabschnitts (22b) der zweiten Frontplatte (22) auftrifft.
Strukturkörper nach Anspruch 17, wobei das Verbindungselement (30) auf einer Verlängerungslinie der ersten Frontplatten (11, 21) liegt.
Hohles Rahmenelement umfassend zwei lagenartige Frontplatten (11, 12, 21, 22), die mit mehreren Rippen (13A, 23A) als eine Gitterstruktur verbunden sind, wobei an einer Randseite des Elements ein Endabschnitt einer ersten Frontplatte (11, 21) in der Nähe eines Scheitelpunkts der Gitterstruktur angeordnet ist und ein Endabschnitt (12b, 22b) der zweiten Frontplatte (12, 22) seitlich weiter als der Endabschnitt der ersten Frontplatte herausragt; gekennzeichnet dadurch, daß, im Querschnitt über die Randseite des Elements gesehen, eine erste (13A, 23A) der mehreren Rippen, die die nächste Rippe zu der Randseite unter diesen Rippen ist, vom Scheitelpunkt der Gitterstruktur zur zweiten Frontplatte (12, 22) am Scheitelpunkt in einem Winkel verläuft, der zu der auf den Frontplatten (10, 11, 21, 22) senkrechten Linie geneigt ist, und auf die zweite Frontplatte (12, 22) an einer Zwischenstelle zwischen der senkrechten Li nie und der Extremität des herausragenden Endabschnitts (12b, 22b) der zweiten Frontplatte (12, 22) auftrifft.
Hohles Rahmenelement nach Anspruch 19, wobei der Abstand vom Scheitelpunkt der Gitterstruktur zum Ende des Endabschnitts (12b, 22b) der zweiten Frontplatte im wesentlichen die halbe regelmäßige Höhe der Gitterstruktur ist.
Hohles Rahmenelement nach Anspruch 22, wobei der Neigungswinkel der ersten Rippe zur senkrechten Linie kleiner ist als ihr Neigungswinkel zur nächsten benachbarten Rippe (13B, 23B).
Hohles Rahmenelement nach Anspruch 19, wobei eine zur Randseite des hohlen Rahmenelements nächste erste Rippe und die nächste benachbarte Rippe in der Gitterstruktur im wesentlichen ein gleichschenkliges Dreieck bilden.
Hohles Rahmenelement nach Anspruch 19, 20 oder 21 mit einem einspringenden Abschnitt in der Nähe des Scheitelpunkts der Gitterstruktur, der durch eine erste Fläche (25b), die vom hohlen Rahmenelement seitlich nach außen zeigt, und eine zweite Fläche, die nach außen in die Richtung weg von der zweiten Frontplatte zeigt, definiert ist.
Hohles Rahmenelement nach Anspruch 23, wobei die erste Fläche (25b) vom Scheitelpunkt mit einem Abstand zur gegenüberliegenden Randseite des hohlen Rahmenelements hin angeordnet ist.
Hohles Rahmenelement nach Anspruch 23, wobei die erste Fläche vom Scheitelpunkt mit einem Abstand zur Extremität des Endabschnitts (12b, 22b) der zweiten Frontplatte hin angeordnet ist.
Hohles Rahmenelement nach Anspruch 23, wobei ein Mittelpunkt der Breite der zweiten Fläche in der Nähe des Scheitelpunkts der Gitterstruktur angeordnet ist.
Hohles Rahmenelement nach Anspruch 26, wobei der Mittelpunkt der Breite der zweiten Fläche in der Nähe der Verlängerung der Plattendicke der ersten Rippe des hohlen Rahmenelements angeordnet ist.