(57)【要約】【課題】スタンドを用いた溶接により組み合わされる二重スキン要素を備えた略筒状構造体を製造できる手段を提供する。【解決手段】長手方向領域に沿って協働する隣接対状態にある二重スキン要素(20,30)からなる外部・内部を備えた筒状構造体の組立て法。各要素は内側スキン(21,31)と外側スキン(22,32)を有する。本方法では、接合ラインに沿った開口部(40)を有する構造体の外部から接合ラインへアクセスできる状態を維持しつつ内側スキンをつなぐライン(29)に沿って要素同士が当接させられ、外部ロボットを用いた溶接により接合ラインに沿って内側スキン同士が組み合わされ(ロボットヘッド(8)は開口部から接合ラインにアクセス可能であり、内側スキンをつなぐラインと平行に移動する)、外部に配置され接合ライン(52,53)と平行に移動するロボットにより当該接合ラインに沿って各要素に溶接されるカバープレート(50)で開口部が閉塞される。【選択図】図２
2008093733.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向接合領域(５)に沿って接合された隣接対状態にある複数の二重スキン要素(２０,３０)からなる、内部および外部を具備してなる構造体(１)を組み立てるための方法であって、各要素(２０,３０)は、前記構造体の内部に面する内側スキン(２１,３１)と、前記構造体の外部に面する外側スキン(２２,３２)と、を有し、
前記方法は、
接合ラインに沿って延在する開口部(４０)を経て前記構造体の外部から前記接合ラインへ自由にアクセスできる状態を維持したまま、前記内側スキン(２１,３１)をつなぐライン(２９)に沿って、二つの隣接する要素(２０,３０)を当接させるステップと、
前記構造体の外部に配置した溶接ロボット(７)を使用する溶接によって、前記接合ラインに沿って前記二つの内側スキン(２１,３１)を一つに組み立てるステップであって、その溶接ヘッド(８)は、前記内側スキンの前記接合ライン(２９)に沿って延在する前記開口部(４０)を経て前記接合ラインに対してアクセス可能でありかつ前記内側スキンをつなぐ前記ラインと平行に移動するものであるようなステップと、
前記構造体の外部に配置されかつ外部接合ライン(５２,５３)と平行に移動する溶接ロボットを用いて外部接合ラインに沿って各隣接する要素(２０,３０)に対して溶接される外部カバープレート(５０)によって、前記開口部(４０)を閉塞するステップと、
を具備してなり、
前記構造体(１)は略筒状のものであることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記内側スキン(２１,３１)の縁部(２４,３６)は、前記内側スキン(２１,３１)をつなぐ前記ライン(２９)に沿った、嵌まり込む符合する凸部(２５)形状と凹部(３７)形状とを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
組み立ては、摩擦攪拌溶接によってなされることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
少なくとも前記内側スキン(２１,３１)の組み立ては、ダブルショルダー摩擦攪拌溶接を用いてなされることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記構造体(１)は鉄道車両の車体であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
外部からの溶接によって組み合わされる二つの隣接する二重スキン要素(２０,３０)は、側壁(２)を構成する二重スキン要素(２０)および前記鉄道車両の車体の車台を構成するセクション(３０)であり、前記側壁を構成する前記二重スキン要素と前記車台を構成する前記二重スキン要素とは互いにある角度をなし、前記外部カバープレート(５０)は、側壁を構成する前記二重スキン要素(２０)の外側スキン(２２)に対して部分的に溶接され、かつ前記車台を構成する前記二重スキンセクション(３０)のリブ(３４,３５)に対して部分的に溶接されていることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
側方リブ(３４,３５)を含む車台(３)を構成する二重スキンセクション(３０)に対して組み合わされた側壁(２)を形成する少なくとも一つの二重スキン要素(２０)を具備してなる鉄道車両の車体(１)であって、
側壁を構成する前記二重スキン要素(２０)と車台を構成する前記二重スキンセクション(３０)とは互いにある角度をなし、前記二重スキン要素(２０)および前記二重スキンセクション(３０)は、前記内側スキン(２１,３１)をつなぐライン(２９)に沿った接合によって、かつ側壁を構成する前記二重スキン要素(２０)の前記外側スキン(２２)に対して部分的にかつ車台を構成する前記二重スキンセクション(３０)の側方リブ(３４,３５)に対して部分的に溶接される外部カバープレート(５０)の溶接によって組み合わされていることを特徴とする鉄道車両の車体(１)。
【請求項８】
前記二重スキン要素(２０)および前記セクション(３０)は、前記外部閉塞プレート(５０)が存在しないときに前記内側スキンをつなぐ前記ライン(２９)に鉄道車両の車体の外部からアクセス可能であるような形状とされ、かつ前記内側スキン間の前記接合部は、前記内側スキンが前記車両の車体の外部から摩擦攪拌溶接によって溶接可能であるように配置されていることを特徴とする請求項７に記載の鉄道車両の車体。
【請求項９】
溶接は、摩擦攪拌溶接によって実施されることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の車体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両の車体のような構造体建造用の二重スキン要素の組み立て法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両の車体は、たいてい、接合領域において溶接によって組み合わされた二重スキン構造要素を具備してなる。これら接合領域は、内側スキン用の少なくとも１本の溶接ラインおよび外側スキン用の少なくとも１本の溶接ラインを具備してなる。それゆえ、こうした溶接ラインを形成するためには、構造体の要素の一方側および構造体の要素の他方側において溶接を実施可能でなければならない。
【０００３】
構造体が鉄道車両の車体要素のように略筒状構造体である場合、この筒状構造体の内壁上で溶接を実施可能でなければならない。このような実情から、筒状構造体においては、溶接スタンド上を動く溶接ロボットのような溶接設備を用いて、こうした溶接を実施することは困難である。実際、そうした溶接を実施できるようにするためには、筒状構造体内に溶接スタンドを設置する必要があるが、これは一般に不可能である。このため、外部溶接だけしか溶接スタンドを用いて行うことができない。内部溶接は、著しく不便な手作業でしか行うことができず、これは、ある種の溶接法、特に軽合金からなる二重スキン要素の摩擦攪拌(friction stir)溶接(これはより厚みの小さな要素を組み合わせ、そしてより軽量な構造体を形成できる)の実施を不可能とする。
【０００４】
摩擦攪拌溶接処理は、回転すると共に、一つに溶接されるべき二つの要素間の接合領域に対して圧接させられる円柱形状のツールの使用を含む。一つに溶接されるべき要素へのこのツールの摩擦によってそれらは接合領域において加熱され、溶接ツールが接合領域に侵入して、それが当該領域に沿って移動することが可能となり、ツールの前方では材料が攪拌され、そしてツールの後方では材料が溶融させられ、こうして二つの要素の溶接が実現される。
【０００５】
この技術(これは、溶接すべき構造体に大きな力を加えながら溶接ヘッドを移動させるための手段が利用可能であることを必要とする)は、こうした事実により、閉じた構造体において実施するのは一層困難である。
【特許文献１】米国特許出願公開第2003/042293号明細書(US 2003/042293 A1)
【特許文献２】米国特許出願公開第2002/117078号明細書(US 2002/117078 A1)
【特許文献３】欧州特許出願公開第0 797 043号明細書(EP 0 797 043 A2)
【特許文献４】米国特許出願公開第2002/092889号明細書(US 2002/092889 A1)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、それを用いることで、溶接スタンドを用いた溶接によって組み合わされる二重スキン要素を具備してなる構造体、特に鉄道車両の車体の要素のような略筒形状の構造体を製造することが可能となる手段を提供することによって、上記欠点を克服することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的のため本発明は、長手方向接合領域に沿って協働で機能する隣接対状態にある複数の二重スキン要素からなる、内部および外部を具備してなる構造体を組み立てるための方法に関し、各要素は、構造体の内部に面する内側スキン(内面板)と、構造体の外部に面する外側スキン(外面板)とを有し、当該方法は、
接合ラインに沿って延在する開口部を経て、上記構造体の外部から接合ラインへ自由にアクセスできる状態を維持したまま、内側スキンをつなぐラインに沿って、二つの隣接する要素を当接させるステップと、
上記構造体の外部に配置した溶接ロボットを使用する溶接によって、接合ラインに沿って二つの内側スキンを一つに組み立てるステップであって、ロボットの溶接ヘッドは、内側スキンの接合ラインに沿って延在する開口部を経て接合ラインに対してアクセス可能でありかつ内側スキンをつなぐラインと平行に移動するものであるようなステップと、
上記構造体の外部に配置されかつ外部接合ラインと平行に移動する溶接ロボットを用いて外部接合ラインに沿って各隣接する要素に対して溶接される外部カバープレートによって開口部を閉塞するステップとを具備してなることを特徴とする。
【０００８】
好ましくは、内側スキンをつなぐラインに沿った内側スキンの縁部は、要素の相互位置決めを助けるように嵌まり込む、符合する凹凸形状を有する。
【０００９】
好ましくは、組み立ては、摩擦攪拌溶接を用いて実施される。
【００１０】
好ましくは、内側スキンは、ダブルショルダー摩擦攪拌溶接によって組み合わされる。
【００１１】
好ましくは、上記構造体は略円筒形であり、かつたとえば鉄道車両の車体を構成するものである。
【００１２】
外部からの溶接によって組み合わされる二つの隣接する二重スキン要素は、たとえば、側壁を構成する二重スキン要素および鉄道車両の車体の車台を構成するセクションであり、側壁を構成する二重スキン要素と車台を構成する二重スキンセクションとは互いにある角度をなし、外部カバープレートは、側壁を構成する二重スキン要素の外側スキンに対して部分的に溶接され、かつ車台を構成する二重スキンセクションのリブに対して部分的に溶接されている。
【００１３】
本発明はまた鉄道車両の車体に関するが、この車体は、側方リブを含む車台を構成する二重スキンセクションに対して組み合わされた側壁を構成する少なくとも一つの二重スキン要素を具備してなり、側壁を構成する二重スキン要素と車台を構成する二重スキンセクションとは互いにある角度をなし、これら二重スキン要素および二重スキンセクションは、内側スキンをつなぐラインに沿った溶接によって、そして側壁を構成する二重スキン要素の外側スキンに対して部分的にかつ車台を構成する二重スキンセクションの側方リブに対して部分的に溶接される外部カバープレートの溶接によって一つに組み合わされる。
【００１４】
好ましくは、二重スキン要素およびセクションは、外部カバープレートが存在しないときに、内側スキンをつなぐラインに車両の車体の外部からアクセス可能であるような形状とされ、かつ内側スキン間の接合部は、この内側スキンが車両の車体の外部から摩擦攪拌溶接可能であるように配置される。
【００１５】
好ましくは、溶接は摩擦攪拌溶接によって行われる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明についてさらに詳しく説明するが、この説明は本発明を限定するものではない。
【００１７】
鉄道車両の車体(図１に概ね１で指し示されている)は略筒状の構造体であり、この構造体は、二つの側壁２,２'と下側車台３と屋根４とを具備してなるが、これらは、鉄道車両の車体に関して長手方向(前後方向)に延びる接合領域に沿って組み合わされている。特に、側壁２と車台３は、側壁２の底部に配置された長手方向接合領域５に沿ってかつ車台３の側方縁部に沿って組み合わされている。
【００１８】
側壁２および２'は、車台３ともども、二重スキンパネルすなわち接合リブによって連結された２枚のスキンを具備してなる要素からなる。そうした二重スキン要素はそれ自体公知であり、たとえば軽合金の押し出しによって得られたセクションを具備してなる。
【００１９】
長手方向接合領域５に沿った側壁２と車台３との間の接合は、アーム７'によって支持される溶接ヘッド８を具備してなる溶接ロボット７を用いて得られた、以下で説明するような一つ以上の溶接ビードを具備してなる溶接接合部６を形成することによってなされる。ロボット７は、鉄道車両車体を構成している筒状構造体の外部に配置されたガイドレール上を移動するように設けられており、かつこのガイドレール９に沿って移動する。
【００２０】
鉄道車両の車体の側壁２を構成している二重スキン要素と、鉄道車両の車体の車台を構成しているセクションである二重スキン要素３との組み立てについて説明する。これら軽合金製要素は、それ自体公知である摩擦攪拌(friction stir)溶接処理を用いた溶接によって組み付けられる。
【００２１】
側部(図２に概ね２によって指し示されている)は、たとえば軽合金の押し出しによって得られたセクションである二重スキン要素２０を具備してなる。この要素２０は、鉄道車両の車体の内部に面する内側スキン２１と、鉄道車両の車体の外部に面する外側スキン２２とを具備してなる。これらのスキン(内側スキン２１および外側スキン２２)は、ストラットを形成しているリブ２３によって互いに接合されている。
【００２２】
車台(概ね３で指し示されている)は、鉄道車両の床を形成する内側スキン３１と外側スキン３２とを具備してなるセクション３０である二重スキン要素からなる。二つのスキン(内側スキン３１および外側スキン３２)は、リブ３３によって互いに接合されている。セクション３０は、このセクション３０の厚みに依存してオーバーラップする側方リブ３４および３５によって限定される。
【００２３】
鉄道車両の車体の側壁２を構成する二重スキン要素２０および車台３を構成するセクションの内側スキン３１は、それぞれ内側接合ライン２９に沿った要素２０およびセクション３０の内側スキンの縁部２４および３６を介して協働するが、縁部２４および３６は、内側スキン２１,３１がその端部において当接すると共に互いの延在部を形成するように二重スキン要素および二重スキンセクションに対して突出している。
【００２４】
要素２０およびセクション３０の縁部２４および３６はそれぞれ、二重スキン要素２０と二重スキンセクション３０との相対的位置決めを助けるように互いに嵌まり込む、符合する凹凸形状２５および３７をそれぞれ有するような形状となっている。
【００２５】
二重スキン要素２０の外側スキン２２は、底部において、鉄道車両の車体に関して長手方向に延在する溝２７を形成するような形状となった縁部２６で途切れている。
【００２６】
縁部２６は、二重スキン部材２０および二重スキンセクション３０の内側スキン２１および３１の縁部２４および縁部３６を接合するライン２９に対して平行である。二重スキン要素２０の外側スキン２２の当該縁部２６は、概ね垂直方向に延在する鉄道車両の車体の側壁２を形成する二重スキン要素２０と、概ね水平方向に延在する鉄道車両の車台３を構成する二重スキンセクション３１との間に自由空間４０が形成されるように配置されている。
【００２７】
二重スキン要素２０および二重スキンセクション３０は、それらが接触する領域において、開放されたままの空間４０が溶接ヘッド８の通過を可能とするのに十分なほど大きなものとなるような形状とされている。
【００２８】
二重スキン要素２０と二重スキンセクション３０とを組み合わせるために、それらは、内側スキンが、自由空間４０が形成された状態で、その縁部２４および３６に沿ってぴったりと合うように互いに配置される。ゆえに、接合ライン２９は自由空間４０と向き合っており、かつ自由空間４０を経て鉄道車両の車体の外部からアクセス可能であり、これによって鉄道車両の車体を外部から溶接することが可能となっている。それらがこのように配置されたならば、そのヘッド８が接合ライン２９の範囲内で開口部４０を経て侵入する溶接ロボットを用いて溶接が実施される。
【００２９】
ロボット７によって支持されかつ鉄道車両の車体の外面に沿って前後方向に移動する溶接ヘッド８は、それ自体公知であるダブルショルダーを備えた摩擦攪拌溶接ヘッドであり、その二つのショルダー８１および８２は、構造体の内側スキン２１および３１を、それらが接触する領域において互いに締め付ける。溶接ヘッド８の移動によって、２枚のスキンが摩擦攪拌溶接される。溶接ヘッドがダブルショルダー型のものであるので、得られる接合は優れた品質のものである。とりわけ、溶接ラインは際立って滑らかである。ゆえに、極めて良好な機械的特性を有する接合部が得られる。さらに、ダブルショルダー処理は組み合わされる要素に力を加えないが、これは、支持ツールを使用せずに厚みの小さな要素を一つに溶接できることを意味する。
【００３０】
いったん、構造体の要素の内側スキン２１および３１が溶接によって組み合わされると、開口部４０がカバープレート５０によって閉塞されるが、その上側縁部５１は、側壁２を構成している二重スキン要素２０の外側スキン２２の底縁部２６の溝２７に嵌まり込み、そしてそれは車台３を構成する二重スキンセクション３０の側方リブ３４および３５に対して当接する。
【００３１】
カバープレート５０は長手方向接合ラインに沿って二重スキン要素２０および３０と組み合わされる。ある接合ライン５２は、要素２０の外側スキン２２および閉塞プレート５０との間の接合部に対応する。二つの他の接合ライン５３は、カバープレート５０と二重スキン要素３０の二つの側方リブ３４および３５との接点に対応する。
【００３２】
構造要素２０および３０と閉塞プレート５０との間のこれら接合ラインは、鉄道車両の車体の外部からアクセス可能である。やはり、これらの接合部は、内側スキンを溶接するのに既に使用した溶接ロボットを用いて、同様に摩擦攪拌溶接処理を利用して溶接される。
【００３３】
特に、側壁を構成する二重スキン要素２０の外側スキン２２と閉塞プレート５０の上側縁部５１との間の上側接合部５２は、これら二つの要素間の高品質な溶接が実現されるように、ダブルショルダー溶接ヘッド８'を用いて形成される。
【００３４】
プレート５０とリブ３４および３５の先端部(これは比較的厚みが大きなものであってもよい)との間の接合部５３は、シングルショルダー(single shoulder)摩擦攪拌溶接ヘッド８''(これはそれ自体公知である)を使用するシングルショルダーによる摩擦攪拌溶接を用いて形成される。
【００３５】
この例では、カバープレート５０はシングルショルダー溶接によってリブ３４および３５の先端に対して溶接されているが、リブが適切な形状とされるならば、溶接はまた、ダブルショルダー(double shoulder)摩擦攪拌溶接(これは全体の機械的強度にとって有益であろう)によって実施することができる。
【００３６】
この溶接(これは特に大きな角度をなす二つの構造要素の組み立てに適している)は、鉄道車両の車体、たとえば側壁および屋根を形成する全てのパネルを組み合わせるのに利用可能である。
【００３７】
外部からの溶接ヘッド用のアクセス領域を残したまま、まず内側スキンを、続いて外側スキンを溶接し、続いて鉄道車両の車体の外側に配置されるプレートによって開放状態で残された空間を閉塞することからなる溶接方法は、それに近接して鉄道車両の車体の要素が配置される固定溶接スタンドを用いて製造を実施でき、したがって溶接が容易に行えるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】溶接ロボットによって組み立てられている途中の状態での鉄道車両の車体の概略斜視図である。
【図２】鉄道車両の車体の側壁要素と車台要素の内側スキン同士の接合部の断面図である。
【図３】外面閉塞プレートが付加された状態での、図２に示す接合部の断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  鉄道車両の車体
２,２'  側壁
３  下側車台
４  屋根
５  長手方向接合領域
６  溶接接合部
７  溶接ロボット
７'  アーム
８  溶接ヘッド
９  ガイドレール
２０  二重スキン要素
２１  内側スキン
２２  外側スキン
２３  リブ
２４,２６  縁部
２７  溝
２９  内側接合ライン
３０  二重スキンセクション
３１  内側スキン
３２  外側スキン
３３  リブ
３４,３５  側方リブ
３６  縁部
４０  自由空間(開口部)
５０  カバープレート
５１  上側縁部
５２,５３  接合ライン(接合部)
８１,８２  ショルダー
【図１】
2008093733.tif 000003
【図２】
2008093733.tif 000004
【図３】
2008093733.tif 000005