DE69307851T2

DE69307851T2 - Verfahren zum Herstellen einer geschweissten Struktur, hergestellte Struktur sowie ihre Anwendung zum Herstellen von Knotenpunkt einer Gitterstruktur

Info

Publication number: DE69307851T2
Application number: DE69307851T
Authority: DE
Inventors: Jean-Claude Chambefort; Alain Hubsch; Michel Lipnick; Daniel Tachon; Bernard Vengeon
Original assignee: Giat Industries SA
Current assignee: Giat Industries SA
Priority date: 1992-11-17
Filing date: 1993-11-16
Publication date: 1997-05-22
Anticipated expiration: 2013-11-17
Also published as: EP0601903A1; FR2698030B1; ES2096890T3; FR2698030A1; EP0601903B1; DE69307851D1; ATE148384T1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Schweißstrukturen mit Polyederform.
Die Schweißstrukturen mit Polyederform werden durch Ausschneiden von Teilen aus Blechen hergestellt und durch Bearbeiten der Teilränder, durch Fügen der Teile und durch Zusammenhalten der gefügten Teile in Form einer Polyederstruktur anhand eines speziell für jede durchzuführende Strukturart zu konzipierende Werkzeugs, wobei die Strukturkanten zum Beispiel mit dem Lichtschweißbogen zusammengeschweißt werden.
Diese Technik weist Nachteile auf: Man muß zum Halten der zusammengefügten Teile ein geeignetes Werkzeug herstellen, und das Schweißen bedingt starke Beanspruchungen, die der maßlichen Stabilität der Struktur schaden können.
Der Mangel an maßlicher Stabilität ist ein schwerwiegender Nachteil, wenn die Schweißstrukturen die Unterbaugruppen von viel größeren Strukturen sind, bei denen insgesamt eine sehr große maßliche Stabilität gefordert wird. Das ist zum Beispiel der Fall, wenn die Schweißstrukturen die Knotenpunkte einer Gitterstruktur bilden, die als Träger für ein hochpräzises Meßinstrument, wie zum Beispiel für ein Teleskop dienen sollen.
Das Patent DE-A-4 023 393 beschreibt die Herstellung einer Strebe für ein Automobilfahrzeug, das eine Glasscheibe tragen soll. Es handelt sich um einen Schweißaufbau mit zwei Platten, die jeweils in besonderer Form gefaltet sind und an zwei Rändern entlang zusammengebaut werden. Auf der Ebene eines Rands sind Verschachtelungsmittel vorgesehen, jedoch muß der andere Rand von zwei sehr speziellen Werkzeugen gehalten werden. Außerdem ist dieser Aufbau eigentlich nicht eine Polyederstruktur. Dieses Dokument beschreibt keine Verschachtelungen an den zu fügenden Werkstückteilen, auch nicht die Verschachtelung vor dem Schweißen, die (ohne Einsatz von speziellem Werkzeug) ein Gefüge mit Polyederform ergeben soll sowie auch nicht das Schweißen entlang der Fügekanten.
Das japanische Dokument JP-A-61-33765 kann die Einleitung zum Anspruch 1 erläutern, ausgenommen der Tatsache, daß die Werkstücke nicht untereinander in Fügeposition zusammengeschweißt werden. Das japanische Dokument beschreibt nämlich wahrscheinlich einen Behälter, der ausgehend von sechseckigen und fünfeckigen Platten durch Schweißen hergestellt wird. Dazu schneidet man die Platten aus und baut die Struktur durch aufeinanderfolgendes Anschweißen jeder Platte an den anderen Platten.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, diesen Nachteilen abzuhelfen, indem sie ein Fertigungsverfahren für eine Schweißstruktur vorschlägt, die es ermöglicht, auf spezielles Werkzeug zum Halten der gefügten Teile während des Schweißens zu verzichten, und die eine Schweißstruktur mit sehr guter maßlicher Stabilität ergibt.
Dazu besteht der Gegenstand der Erfindung in einem Herstellungsverfahren einer Schweißstruktur in Polyederform, bestehend aus Teilen aus Metallblech, die untereinander gefügt werden und von denen ein Teil wenigstens Polyederflächen bildet, die entlang der Ränder zusammengeschweißt sind, die in Paaren deckungsgleich die Kanten des Polyeders bilden und das darin besteht, die Teile aus mindestens einem Metallblech auszuschneiden und sie untereinander in Fügeposition zu schweißen, gekennzeichnet dadurch, daß:
- man im Laufe des Schneidens der Teile ergänzende Verschachtelungsmittel an den Werkstückteilen anlegt, die dazu bestimmt sind, untereinander gepaart zusammengefügt zu werden,
- man die Werkstücke in eine Fügeposition plaziert und die ergänzenden Verschachtelungsmittel in eine Position des gegenseitigen Ineinandergreifens, so daß man ein Gefüge mit Polyederform baut, das von besagten ergänzenden Mitteln zusammengehalten wird und
- man die Werkstücke untereinander entlang der Fügekanten mit Polyederform zusammenschweißt.
Bevorzugt stellt man durch Ausschneiden ein Metallblech her, wobei ein Werkstück mindestens einen Abstandhalter mit den ergänzenden Verschachtelungsmitteln der Teile der Struktur bildet, und, wenn man die Polyederform bildet, fügt man den Abstandhalter zwischen mindestens zwei Teile der Struktur und die Verschachtelungsmittel des Abstandhalters in einer Verschachtelungslage mit den Verschachtelungsmitteln der zwei Teile ein.
Im allgemeinen braucht man zwischen dem Abstandhalter und den Teilen, zwischen welchen dieser angebracht wird, nicht zu verbinden.
Die Verschachtelungsmittel können zum Beispiel Zapfen mit Zapflöchern oder Scharten sein.
Man kann das Metallblech in geneigter Richtung bezogen auf eine Richtung ausschneiden, die zu den Blechflächen im rechten Winkel steht, um Fasen zu erzielen, die über mindestens einen Teil des Rands der Werkstücke geneigt sind.
Bevorzugt werden die Teile mit dem Laser oder HD- Wasserstrahl geschnitten.
Bevorzugt werden sie außerdem anhand eines Laser- oder Elektronenstrahlschweißverfahrens zusammengeschweißt.
Die Erfindung betrifft auch eine Schweißstruktur mit Polyederform mit Metallblechteilen, von denen mindestens ein Teil Polyederflächen bildet, die untereinander gefügt und entlang der Ränder zusammengeschweißt sind, was die Kanten des Polyeders bildet, gekennzeichnet dadurch, daß sie ergänzende Verschachtelungsmittel an den Anschlußteilen der Werkstücke aufweist, und zwar in einer gegenseitig ineinandergreifenden Anordnung, um die zusammengefügte Struktur vor dem Schweißen besagter Ränder zusammenzuhalten, wobei die ergänzenden Verschachtelungsmittel durch Ausschneiden an den Werkstückteilen hergestellt werden, die untereinander in Paaren zusammengefügt werden sollen.
Die Schweißstruktur kann außerdem auch mindestens einen Abstandhalter aus Metallblech enthalten, der zwischen mindestens zwei Teilen eingefügt und die zu den beiden Teilen komplementären Verschachtelungsmittel trägt. Dieser Abstandhalter kann außerdem als Versteifungselement für die Struktur dienen.
Die Erfindung betrifft schließlich einen Knotenpunkt für einen Metallaufbau mit Gitterstruktur, bestehend aus einer Polyeder-Schweißstruktur gemäß der Erfindung.
Die nachfolgende genauere Beschreibung der Erfindung bezieht sich auf die Abbildungen des Anhangs, von welchen:
- die Abbildung 1 eine perspektivische Ansicht mit Ablösung eines Knotenpunktes einer Metallstruktur in Gitterstruktur darstellt, die aus einer Polyeder- Schweißstruktur gemäß der Erfindung besteht,
- die Abbildung 2 eine schematische perspektivische Ansicht mit Ablösung einer Kantenzone einer Struktur gemäß der Erfindung ist, und die Verschachtelungsmittel enthält, die aus Scharten bestehen.
Der Knotenpunkt der Metallstruktur, der im allgemeinen in Abbildung 1 durch 1 gekennzeichnet ist, ist eine Polyeder-Schweißstruktur bestehend aus:
- zwei gleichen Flanschen 2 und 3 in T-Form, die Rechteckbohrungen oder Zapflöcher 4, 5, 6, enthalten sowie die Bohrungen 7, 8, 9, die kreisförmig, elliptisch oder vieleckig sein können, wobei ein Rand 10 des Flansches 3 und ein Rand 11 des Flansches 2 jeweils eine Fase aufweist;
- einem rechteckigen Flansch 12 mit gleicher Länge wie die Länge der längsten Kante 10 des Flanschs 3, mit zwei Zapflöchern 13 (in Abbildung 1 ist davon nur eines sichtbar);
- vier rechteckigen Flanschen 14, 15, 16, 17, die mit Zapflöchern 18, 19, 20 durchbohrt sind (von denen in Abbildung 1 nur 3 sichtbar sind);
- drei Abstandhaltern 21, 22 (von denen in Abbildung 1 nur 2 sichtbar sind) in Rechteckform und auf jeder ihrer Seiten mit einem Zapfen 24, 24, 25, 26, 27, 28 versehen (von denen in Abbildung 1 nur 6 sichtbar sind).
Die Flansche erhält man durch Ausschneiden eines Stahlblechs in der gewünschten Stärke. Die Fasen der Flansche 2 und 3 erzielt man durch Ausschneiden des Blechs in eine bezogen auf die Senkrechte zu den Blechflächen geneigte Richtung entlang der Ränder 10 und 11.
Die Flansche werden so zusammengebaut, daß die Zapfen 23, 24, 25, 26, 27, 28 der Abstandhalter 21, 22 in die Zapflöcher 4, 5, 6, 13, 18, 18, 19, 20 der Flansche 2, 3, 12, 14, 15 17 eingreifen.
Durch das Zusammenfügen der Flansche und der Abstandhalter bildet man eine Polyederstruktur, die von den Zapfen und Zapflöchern zusammengehalten wird. Man kann somit das Schweißen der Struktur ohne Haltewerkzeug durchführen.
Die Flansche werden untereinander entlang ihrer Berührungslinien 10, 11, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36 bevorzugt anhand eines Schweißverfahrens mit hoher Energie und ohne Schweißzusatzwerkstoff geschweißt.
Der dadurch entstehende Knotenpunkt wird, wenn er in eine Metallstruktur integriert wird, über seine rechteckigen Enden (oder quadratischen Enden) 37, 38, 39 an die Hauptbalken oder Gurtungen mit rechteckigem Querschnitt (oder quadratischem Querschnitt) geschweißt, und die Hilfsbalken mit kreisförmigem Querschnitt werden in die Löcher 7, 8, 9 aufgeschrumpft und angeschweißt.
Bevorzugt geht man zur Herstellung dieses Knotenpunktes wie folgt vor:
- man schneidet die verschiedenen Teile (Flansche und Abstandhalter) mit dem Laser aus und erzielt dabei einen extrem genauen Schnitt;
- man fügt die Teile zusammen, indem man die Zapfen in die Zapflöcher steckt; die Qualität des Schnitts ist so groß, daß sich beim Verschachteln eine starre Struktur mit sehr guter geometrischer Präzision ergibt und die zusammenhält, ohne daß ein Spezialwerkzeug verwendet wird;
- man schweißt die Flansche mit dem Laser zusammen; da sich beim Laserschweißen keine besondere Erhitzung der Flansche ergibt, entstehen keine Spannungen in der Struktur, die dadurch eine ausgezeichnete maßliche Stabilität aufweist.
Anstelle der Zapfen und Zapflöcher kann man auch, wie in Abbildung 2 dargestellt, Scharten 40, 41 verwenden, die in die Ränder der Bestandteile der Polyederflächen gearbeitet werden. Die Scharten 40 und 41 sind entlang der Ränder der zwei Flansche 42, 43 ausgeschnitten, die somit entlang der Kanten der Flansche, die untereinander einen Winkel zu 90º bilden, verschachtelt werden können.
Indem man die Zapfen und Zapflöcher oder Scharten mit Schrägschnitten anlegt, kann man Gefüge bilden, bei welchen die Winkel zwischen zwei nebeneinander liegenden Flanschen anders sind als 90º.
Anhand dieser Technik kann man jede beliebige Polyeder-Schweißstruktur bilden.
Zur Durchführung dieses Verfahrens kann man Laser- Schneid- und Schweißanlagen mit Robotertechnik mit Computersteuerung verwenden.
Man kann die Struktur und ihre Bestandteile anhand einer rechnergestützten Anlage zeichnen, die automatisch die Schneid- und Schweißprogramme liefert. Die Programme werden in die Rechner eingegeben, die die Laser-, Schneid- und Schweißanlagen steuern.
Man kann die Flansche auch mit dem Hochdruckwasserstrahl oder anhand irgendeines anderen Mittels schneiden, das einen sehr genauen Schnitt ergibt.
Das Schweißen kann unter Einsatz eines Elektronenstrahls oder eines Hochenergiestrahls erfolgen, der das Schweißen von Schweißteilen ohne besondere Erhitzung ermöglicht.
Zu bemerken ist, daß die als Abstandhalter dienenden Flansche an speziell ausgewählten Stellen angebracht werden können, damit sie gleichzeitig als Versteifung der Polyederstruktur dienen. Diese Abstandhalter können entweder an die Flansche geschweißt werden, in die sie eingefügt sind, oder auch nicht.

Claims

1. Fertigungsverfahren für ein Schweißstruktur (1) in Polyederform, bestehend aus den Werkstücken (2, 3, 12, 14, 15, 16, 17, 21, 22, 42, 43), aus Metallblech, untereinander zusammengebaut, von denen mindestens ein Teil die Flächen des entlang der Ränder (10, 11, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36) geschweißten Polyeders bildet, und die in Paaren komplementär angebracht werden, wodurch die Kanten des Polyeders entstehen, und bestehend im Ausschneiden der Teile aus mindestens einem Metallblech, welche Teile untereinander in Fügeposition zusammengeschweißt werden, gekennzeichnet dadurch, daß

- man während des Schneidens der Werkstücke ergänzende Verschachtelungsmittel (4, 5, 6, 13, 18, 19, 20, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 40, 41) an den Teilen einarbeitet, die dazu bestimmt sind, gepaart untereinander zusammengefügt zu werden,

- man die Teile in eine Fügeposition stellt und die ergänzenden Verschachtelungsmittel in die Lage zum gegenseitigen Ineinandergreifen bringt, so daß man ein Gefüge mit Polyederform baut, das von besagten ergänzenden Mitteln zusammengehalten wird und

- man die Teile untereinander entlang der Fügekanten mit Polyederform zusammenschweißt.

2. Fertigungsverfahren gemäß dem Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß man durch Ausschneiden eines Metallbleches ein Teil bildet, der mindestens einen Abstandhalter (21, 22) mit ergänzenden Verschachtelungsmitteln (23, 24, 25, 26, 27, 28) für die Verschachtelungsmittel (4, 5, 6, 13, 18, 19, 29) der Teile der Struktur enthält und indem man den Abstandhalter zwischen mindestens zwei Strukturteile plaziert und die Verschachtelungsmittel des Abstandhalters in die Lage zum Eingreifen in die Verschachtelungsmittel der beiden Teile bringt, wenn man das Gefüge mit Polyederform bildet.

3. Fertigungsverfahren gemäß dem Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß man keine Schweißverbindung zwischen dem Abstandhalter (21, 22) und den Werkstücken bildet, zwischen welche der Abstandhalter plaziert wird.

4. Verfahren gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1, 2 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Verschachtelungsmittel (4, 5, 6, 13, 18, 19, 20, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 40, 41) mindestens einem der nachstehenden Verschachtelungsmitteltypen angehören: Zapfen und Zapflöcher, Scharten.

5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß man das Metallblech in eine Richtung ausschneidet, die bezogen auf eine senkrechte Richtung zu den Blechflächen geneigt ist, so daß man entlang mindestens eines Teils der Ränder (10, 11) der Teile geneigte Fasen erzielt.

6. Verfahren gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Werkstücke anhand eines der folgenden Verfahren ausgeschnitten werden: Laserschneiden, Hochdruckwasserstrahlschneiden.

7. Verfahren gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Werkstücke anhand eines der folgenden Verfahren geschweißt werden: Laserschweißen, Elektronenstrahlschweißen.

8. Verfahren gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß:

- man die verschiedenen Teile der Schweißstruktur anhand von rechnergestützten Konzeptionsmitteln zeichnet und Schneid- und Schweißprogramme erzeugt;

- man die Schneid- und Schweißprogramme auf die Rechner überträgt, die die Schneid- und Schweißanlagen steuern;

- man das Schneiden und Schweißen automatisch durchführt, wobei die Schneid- und Schweißanlagen von den Rechnern gesteuert werden.

9. Schweißstruktur in Form eines Polyeders mit Metallblechteilen, von denen mindestens ein Teil die Flächen des Polyeders bildet, die untereinander entlang der Ränder gefügt und geschweißt werden, die die Kanten des Polyeders bilden, gekennzeichnet dadurch, daß sie ergänzende Mittel (4, 5, 6, 13, 18, 19, 20, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 40, 41) an den Anschlußteilen der Teile (2, 3, 12, 14, 15, 16, 17, 21, 22, 42, 43) in einer Stellung zum gegenseitigen Ineinandergreifen aufweist, um die gefügte Struktur vor dem Schweißen besagter Ränder zusammenzuhalten, und wobei die ergänzenden Verschachtelungsmittel durch Ausschneiden an den Teilen der Werkstücke, die gepaart untereinander zusammengefügt werden sollen, hergestellt werden.

10. Schweißstruktur gemäß dem Anspruch 9, gekennzeichnet dadurch, daß sie außerdem mindestens einen Abstandhalter (21, 22) aus Metallblech enthält, der als Versteifer dienen kann, und der zwischen mindestens zwei Teile eingefügt wird und selbst über Verschachtelungsmittel (23, 24, 25, 26, 27, 28) verfügt, die in die ergänzenden Verschachtelungsmittel (4, 5, 6, 13, 18, 19, 20) der beiden Teile eingefügt werden.

11. Knotenpunkt für einen Metallaufbau aus Gitterstruktur, gekennzeichnet dadurch, daß der Knotenpunkt aus einer Schweißstruktur (1) in Form eines Polyeders besteht, gemäß einem beliebigen der Ansprüche 9 und 10.