JP2003523885A - 平形要素と平形要素の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 外板（４）と突起付き薄板（６）とこれらの間に設けられたエッジ形材（８，１０）とを有する、サンドイッチ構造の車体用の平形要素（２）を製造するための方法において、第１のステップで、エッジ形材（８，１０）の少なくとも一部が機械的な接合方法で突起付き薄板（６）に接合され、第２のステップで、突起付き薄板（６）が外板（４）に接着され、第３のステップで、エッジ形材（８，１０）の少なくとも一部が機械的な接合方法で外板（４）に接合される。この手段によって、平形要素の高い剪断強度と座屈強度が達成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、サンドイッチ構造の車体用平形要素を製造するための方法に関する
。

【０００２】 例えば旅客輸送のための車体はいろいろな要素から構成されている。この要素
には特に平形要素が含まれる。この平形要素は互いに接合される複数の薄板と半
製品とからなっている。接合技術して、例えば点溶接や慣用のアーク溶接のよう
ないろいろな溶接技術が使用される。

【０００３】 鉄道車両では従来、鉄道車両の車体用部品をディファレンシャル構造（異なる
構造、差動構造、差別構造）で形成することが一般的であり、周知である。この
場合、形材を接合した棒構造体または格子構造体は外板を備えている。この外板
は、引張りや押圧に対して強い平形要素を生じるように棒構造体に連結される。
格子棒の間にある面内で、外板は内側が、座屈補強材としての、往々にしてＺ字
状の直線的な形材によって付加的に補強されている。

【０００４】 ドイツ連邦共和国特許第１９５２１８９２号公報により、例えば平形要素と、
その製造方法が知られている。平形要素は２つの被覆板と、固定された連結部を
介して被覆板を補強し互いに連結する多数のウェブとを含んでいる。このウェブ
はカセットを形成するために格子状に配置されている。固定連結部はレーザ溶接
による熱が浸透する継目によって形成される。この場合、固定連結部は、接合す
べき構成要素のほぼ全長にわたって延びる溶接継目として形成されている。

【０００５】 英国特許第８８５２７９号明細書により、大型車体用格子構造体を帽子状の形
材によって形成することが知られている。この形材はその交叉個所に、同様に帽
子の形に形成された形材連結部材がかぶさり、この形材連結部材に形状拘束的に
かつ摩擦連結的に接合されている。

【０００６】 上記の場合、棒構造体または格子構造体を製作するため、外板との接合のため
およびそれに続いて直線的な座屈補強材を取付けるために、接合方法として、全
体にわたってあるいは少なくとも部分的に、熱間接合方法が使用される。このす
べての接合方法にとって、棒構造体または格子構造体の形状を定める際に高い精
度が確保され、そのためにコストがかかり、そして加えられた熱がすべての部品
に不所望な応力や歪みを生じるという欠点がある。この応力や歪みは、平形要素
の所望な形状や表面平坦性を得るためおよび要求される許容誤差内にとどめるた
めに、時間のかかる面倒な後加工を必要とする。

【０００７】 更に、熱による大きな歪みが発生する。この歪みは座屈の発生時に顕著であり
、表面の質に不利に作用する。歪みを補償するために、面倒なくせ取り加工や切
断加工および新たな研削による後加工が必要である。発生する寸法誤差は最終組
立て時の適合コストを増大させることになる。公知の接合方法は後の膨大な腐食
防止加工を必要とするかまたはコストのかかる特殊鋼の使用を必要とする。適切
な平面座屈強度を発生するためには、後処理において平形要素に熱応力を加える
かまたは平形要素が形材座屈補強材を備える必要がある。

【０００８】 更に、この接合方法は、ほとんどが無機または有機の腐食防止層である材料の
使用、例えば断熱または最終的な着色を行う予め充分に製作された部品の製作並
びにいろいろな材料（その中に繊維複合材料が含まれる）から作られたハイブリ
ッド部品の製作を阻止または妨害する。

【０００９】 従って、鉄道車両の製作時に、熱間接合方法を冷間接合方法に置き換える試み
が益々多く行われる。

【００１０】 ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９５０１８０５号公報には、格子構造体と
直線的な座屈補強材を接着方法によって外板に接合することが開示されている。
この技術はすべての用途に使用することは不可能であり、コスト的に望ましくな
い。

【００１１】 欧州特許出願第０８５５９７８号公報により、少なくとも一部が冷間接合（例
えば打ち抜きリベット止め）によってディファレンシャル構造で製作可能でかつ
互いに接合可能である平形要素モジュールが知られている。この技術は部分的に
、装置や工具について高いコストを必要とし、構造的に比較的に自由がなく、複
雑である。

【００１２】 車体を製作する際のこの公知の接合方法は、いろいろな欠点がある。中空室を
有する形材は形成および設置するためにコストがかかり、高価でフレキシブルで
ない鋳造連結部材が必要で、誤差が補償されない。形材または薄板の範囲内の平
形要素のエッジ形成も非常に面倒である。

【００１３】 例えばウェブからなるフレームの製作は同様に面倒であり、コストがかかる。
構造体を支持する発泡コアの使用が一般的である。これは専ら接着される高価な
発泡体を使用する必要がある。エッジ領域における機械的な応力集中は避けられ
ない。

【００１４】 P.Cordes, V.Hueller 著の鉄道車両建造のための最新鋼軽量構造体（薄板管形
材 42 (1995 年)12 ）の第773 〜777 頁には特に、突起付き板の使用が記載され
ている。この突起付き板の場合、滑らかな薄板が第２の薄板に連結されている。
この第２の薄板には、所定のパターンで球状突出部またはピラミッド状突出部が
形成されている。それぞれ突起付き底内の１つの溶接点を介して、滑らかな薄板
と突起付き薄板が互いに連結される。

【００１５】 ドイツ連邦共和国特許出願公開第１１３３６４０号公報には、自動車用車体の
ための壁部材が記載されている。この壁部材は対をなして互いに連結されたシェ
ルからなっている。このシェルの一方は浅い鉢形の凹部を有し、他方のシェルは
ほ均一な表面を有する。この場合、シェルは凹部のところで互いに連結されてい
る。合成樹脂シェルを使用する場合、一方のシェルの凹部の底面は接着連結部に
よって他方のシェルに一体化されている。一体化面は構造体がずれている場合そ
の全体が凹部の間の残りの空いた面にほぼ等しい。

【００１６】 ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９７４２７７２号公報には、上側の階を下
側の階から分離するために、二階鉄道車両用中間床が記載されている。この中間
床は一方の車両縦側から他方の車両縦側まで、車両長さの一部にわたって延びて
いる。中間床は並べて配置された平らな長方形の複数のサンドイッチ要素からな
っている。このサンドイッチ要素はその幅の狭い端面が一方の車両縦側から他方
の車両縦側まで延び、そこでそれぞれ車両縦方向に延びる梁に載っている。一方
、サンドイッチ要素の幅の広い縦側はそれぞれ中空の曲がりやすいバーに連結さ
れ、このバーは少なくとも車両の内側の幅の一部区間にわたって横方向に延びて
いる。実施の形態では、サンドイッチ要素はセル構造を有する２枚の薄板からな
っている。このセル構造は薄板にそれぞれ深絞りによって凹部を成形することに
よって形成されている。凹部の尖端は接触し、互いに溶接されている。

【００１７】 本発明の根底をなす課題は、許容誤差の範囲が狭く、高い表面品質を有する平
形要素が製作される、サンドイッチ構造の車体用平形要素を製造するための方法
を提供することである。更に、本発明による方法に従って製造された平形要素を
提供すべきである。

【００１８】 この課題は請求項１記載の特徴を有する、サンドイッチ構造の車体用平形要素
を製造するための方法によって解決される。

【００１９】 更に、この課題はこのようにして製造された平形要素によって解決される。

【００２０】 平形要素を製造するための方法により、平面要素の高い剪断強度と座屈強度が
得られる。小さな許容誤差範囲しか発生しない。この場合、薄板は自動的に平ら
にされる。本方法を使用することにより、多彩な機能統合が達成される。この場
合、腐食防止と防音が重要である。冷間接合方法を使用することにより、非常に
小さな部品許容誤差が達成される。更に、例えばくせ取り、サンドブラスト、切
削、研磨、パテ塗りのようなコストのかかるプロセスを省略することにより、多
大の資金が節約される。更に、材料コストも節約される。下塗りを省略すること
ができ、中間塗り、上塗りまたはフィルムだけしか必要でない。この方法によっ
て更に、ハイブリッド構造やモジュラー構造も可能である。平形要素はいろいろ
な断面形状を有していてもよい。例えば平らな側壁または湾曲した側壁でもよい
。別個のコストのかかるフレームの製作が回避され、構造体を支持する発泡体コ
アの使用が不要である。

【００２１】 好ましくは第１のステップと第３のステップにおいて、機械的に完全に接合さ
れる。溶接を省略することにより、既に記載した利点が更に最適化される。機械
的な接合によって、接着材の引き剥がし力が回避される。

【００２２】 冷間接合は特に打ち抜きリベットまたは貫通接合によって行うことができる。
両方法を組み合わせてもよい。接合技術は小さな許容誤差の接合を保証する。と
いうのは、溶接時に回避することができない重大な収縮プロセスが、冷間接合の
場合回避されるからである。

【００２３】 本発明の他の実施形では、第１のステップにおいて、外板寄りの突起付き板の
側に、安定化のための支柱が配置されて固定される。方法のこの早い相における
組立ては平形要素の全体の製造プロセスを簡単化する。

【００２４】 突起付き薄板は好ましくは真空バッグ方法で外板に接着される。例えば接着す
べき薄板は気密のバッグ、例えばフィルム内に入れられ、このフィルム内に負圧
が発生させられる。真空バッグ方法により、低コストで、最高精度の平らな面を
生じることができる。方法は平形要素の大きさに無関係であることが判った。平
形要素の大きさに依存し、コストのかかる、平らな面状要素を製造するための個
々の装置はもはや不要である。

【００２５】 有利な実施形は従属請求項に記載してある。

【００２６】 添付の図に関連して本発明を実施の形態に基づいて詳しく説明する。

【００２７】 図１は、サンドイッチ構造の車体用の平形要素２の概略的な平面図である。こ
の平形要素２は外板４と、突起付き薄板６を備えている。この場合、外板４は図
２にのみ示してある。

【００２８】 突起付き薄板６の突起は平面状に規則的に配置されて、交叉する水平および垂
直な列をなしてあるいは交叉する斜めに延びる列をなして形成可能である。

【００２９】 突起付き薄板６に外板４を機械的に結合するために、本実施の形態において、
窓枠またはドア枠として形成されたエッジ形材８，１０が設けられている。

【００３０】 更に、安定させるために、垂直な支柱１２が外板４から離れた突起付き薄板６
の側に設けられている。平形要素２はルーフ縦梁１４とアンダーフレーム縦梁１
６の間に挟持固定されているので、垂直な支柱はルーフ縦梁１４およびアンダー
フレーム縦梁１６に対して垂直に延びている。

【００３１】 図２には、図１の平形要素２のＡ−Ａ線に沿った断面が示してある。サンドイ
ッチ構造の車体用の平形要素２を製造するための本方法の場合には、第１のステ
ップにおいて、エッジ形材８，１０の第１の区間の少なくとも一部が機械的な接
合方法によって突起付き薄板６に接合される。突起付き薄板６に設けられた支柱
１２と共に、補強されたサンドイッチシェルが製作される。

【００３２】 第２のステップでは、突起付き薄板６が接着剤１８によって外板４に接着され
る。この接着は好ましくは真空バッグ方法で行われる。しかし、接着は他の方法
でも行うこともできる。更に、外板４と突起付き薄板６の間に形成された空間内
に、絶縁材２０が設けられている。本実施の形態では、接着すべき構造体は、気
密の包装体、例えばフィルム内に挿入され、続いてこの包装体内で負圧が発生さ
せられる。しかし、突起付き薄板を外板に押し付けることは他の方法で行うこと
ができる。

【００３３】 第３のステップでは、エッジ形材８，１０の第２の区間の少なくとも一部が機
械的な接合方法によって外板４に接合される。第１と第３の区間において、完全
に機械的に接合することができる。

【００３４】 第１と第３のステップにおいて、本実施の形態では、冷間接合が打ち抜きリベ
ット２２によって行われる。図示していない他の実施の形態では、冷間接合が貫
通接合によって行われる。しかし、他の冷間接合技術、例えばブラインドリベッ
トを用いることができる。エッジ形材は少なくとも一部がＺ字状断面を有する。

【００３５】 サンドイッチ構造の車体用の平形要素２を製造するための本発明による方法に
よって、平形要素２全体の高い剪断強度と座屈強度が達成される。小さな許容誤
差範囲しか発生しない。この場合、外側の薄板を平らにすることは接着プロセス
で自動的に行われる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 サンドイッチ構造の車体用の平形要素の一部の概略的な平面図である。

【図２】 図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ブーフヴァルト・ペーター ドイツ連邦共和国、ベルクフェルデ、ビル ケンヴェルダー・ストラーセ、35 (72)発明者 マイヤー・イーナ ドイツ連邦共和国、シルドウ、ブロムベー アヴェーク、４

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 サンドイッチ構造の車体用の平形要素（２）を製造するため
   の方法において、 第１のステップで、エッジ形材（８，１０）の第１の区間の少なくとも一部が
   機械的な接合方法で突起付き薄板（６）に接合され、 第２のステップで、突起付き薄板（６）が外板（４）に接着され、 第３のステップで、外板（４）を突起付き薄板（６）に連結するために、エッ
   ジ形材（８，１０）の第２の区間の少なくとも一部が機械的な接合方法で外板（
   ４）に接合されることを特徴とする方法。
2. 【請求項２】 第１と第３のステップで完全に冷間接合されることを特徴と
   する請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 打ち抜きリベット（２２）によって冷間接合されることを特
   徴とする請求項１または２記載の方法。
4. 【請求項４】 冷間接合が貫通接合によって行われることを特徴とする請求
   項１または２記載の方法。
5. 【請求項５】 第１のステップで、安定化のために支柱（１２）が外板（４
   ）と反対の、突起付き薄板（６）の側に配置されていることを特徴とする請求項
   １〜４のいずれか一つに記載の方法。
6. 【請求項６】 突起付き薄板（６）が真空バッグ方法で外板（４）に接着さ
   れることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の方法。
7. 【請求項７】 エッジ形材（８，１０）の少なくとも一部がＺ字状の形材と
   して形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の方法
   。
8. 【請求項８】 請求項１〜７のいずれか一つの方法に従って製造された平形
   要素（２）。
9. 【請求項９】 突起付き薄板（６）が剪断強度を有するように外板（４）に
   連結されていることを特徴とする請求項８記載の平形要素。
10. 【請求項１０】 突起付き薄板（６）の突起が平面状に規則的に配置されて
    、水平および垂直方向に延る交叉する列をなすように形成されていることを特徴
    とする請求項９記載の平形要素（２）。
11. 【請求項１１】 突起付き薄板（６）の突起が平面状に規則的に配置されて
    、斜めに延び交叉する列をなすように形成されていることを特徴とする請求項９
    記載の平形要素（２）。