Dit hoofdstuk gaat over het ontwerpen en fabriceren van ruimtelijke constructies. Het hoofdstuk is onderverdeeld in constructies uit plaat, constructies uit plaat en buis en constructies uit buizen.
Constructies uit plaat
Beperking van het aantal onderdelen
Wanneer er een opstaande rand in een plaat moet komen, dan kan dit soms zonder een extra onderdeel toe te voegen.
Bron: Faszination Blech
Ribben kunnen op verschillende manieren gemaakt worden zoals getoond in onderstaand plaatje.
Bron: Faszination Blech
In onderstaande figuur zijn twee herontwerpen te zien van hetzelfde product. Bij het eerste herontwerp is veel gekeken naar het oude product, waardoor een product ontstaat 4 delen bestaat en waar 4 lassen gelegd moeten worden. Bij het tweede herontwerp is meer gelet op de functionele eisen van het product. Hierdoor is een product ontstaan dat nog maar uit 1 deel bestaat en waar helemaal niet meer aan gelast hoeft te worden.
Bron: Faszination Blech
Onderstaande figuur geeft nog enkele voorbeelden van herontwerpen.
Bron: FME-CWM (Lasprocessen voor dunne plaat en buis, Tech-Info-blad nr. TI.03.14, mei 2003.)
Versteviging
Een nadeel van plaat is dat deze slap is loodrecht op zijn eigen vlak. Door het maken van een of meerdere buiglijnen is het echter eenvoudig om plaat ook loodrecht op zijn vlak stevigheid te geven.
Bron: Faszination Blech
Ondersteuning van plaatmateriaal loodrecht op zijn vlak kan gecombineerd worden met gaten voor boutverbindingen, zoals getoond in onderstaande figuur.
In onderstaand plaatje, is de ondersteuning van het plaatdeel links in beeld mogelijk gemaakt, door op een andere locatie een buiglijn aan te brengen.
Bron: Faszination Blech
Als het mogelijk is, is het beter om plaatmateriaal op trek te belasten dan op druk, omdat er dan geen gevaar op uitbuigen of knikken bestaat. Verder moet geprobeerd worden krachtinleiding zoveel mogelijk plaats te laten vinden op plekken waar de constructie ondersteund is.
Om twee platen zodanig te verbinden dat de las van een kant niet zichtbaar is, kan onderstaande constructie gebruikt worden.
Bron: Trumpf GmbH
Kliksysteem
Bij het maken van ruimtelijke constructies uit plaat, is het vaak handig om gebruik te maken van nokken en sleuven. Dit wordt ook wel een kliksysteem genoemd. Voordelen van dit systeem zijn dat onderdelen altijd goed gepositioneerd worden en dat lasmallen en opspanning eenvoudiger kunnen zijn.
Een kliksysteem kan gebruikt worden om twee producten ten opzichte van elkaar te positioneren voor het lassen zoals in onderstaande tailored blank te zien is. Hier zijn de twee laten aan elkaar verbonden door middel van een stompe las.
Bij het buigen van een hoek in een plaat, kan van tevoren een lip vrijgesneden worden die vervolgens gebruikt kan worden voor de positionering van de plaat. Zie onderstaande figuur.
Door bovenstaande twee constructiemogelijkheden te combineren met een mogelijkheid om toleranties op te vangen door middel van een overlaplas, ontstaat onderstaande constructie. Zie ook de paragraaf over het opvangen van toleranties.
Het kliksysteem kan ook gebruikt worden voor constructies uit gebogen plaat zoals te zien is in ondestaande figuur. Nadat het product uit plaat gesneden is, worden wanden 1, 2 en 3 omgebogen. Dit kan met de hand gebeuren, aangezien er snedes zijn gemaakt op de betreffende buiglijnen. De nokken en sleuven die met 4 genummerd zijn zorgen voor een eenduidige positionering aan de voorkant van het product. Als laatste wordt plaatdeel 5 omgebogen, waarbij nokken en sleuven 5 zorgen voor een eenduidige positionering aan de achterkant van het product.
Hier onder is de uitslag te zien van bovenstaande constructie.
Wanneer plaat 1 uit mag steken buiten plaat 2 en 3, kan de constructie ook gemaakt worden als in onderstaande figuur. Sleuven en nokken 5, zijn nu naar de bovenkant van plaat 5 veschoven, om te voorkomen dat er een aparte binnencontour gesneden moet worden. Wanneer voor onderstaande constructie gekozen wordt, hoeft bij het lassen slechts vanaf de kant van plaat 1 aangedrukt te worden.
Overige hulpmiddelen bij het positioneren
Onderstaande figuur geeft een voorbeeld van mogelijk gebruik van paspennen voor positionering voor het lassen.
Bij onderstaande constructie, is de laser gebruikt om de locatie van de te verbinden delen precies af te tekenen. Na het positioneren kan de constructie gelast worden door middel van een overlap- of afsmeltlas.
Constructies uit plaat en buis
Beperking van het aantal onderdelen
Bij onderstaand herontwerp is een product dat voorheen uit massief materiaal gedraaid werd, vervangen door een product uit plaat en buis.
| Oorspronkelijk | Herontwerp |
|---|---|
 |
 |
Bron: Faszination Blech
Versteviging
Om frames uit buizen stevigheid te geven, moet ervoor gezorgd worden dat de hele constructie niet als een parallellogram kan vervormen. Hiervoor kunnen bijvoorbeeld ribben aangebracht worden (uit plaat of buis) of er kan een complete plaat (eventueel met uitsparing in het midden voor gewichtsreductie) gebruikt worden zoals in onderstaande figuur.
Bron: Faszination Blech
Constructievoorbeelden
In deze paragraaf vindt u enkele voorbeelden van constructies uit plaat en buis.
Bij onderstaande constructie, is de laser gebruikt om de locatie van de twee onderdelen nauwkeurig aan te geven. Na het positioneren kan de constructie gelast worden door middel van een hoeklas of T-las (dwars door de plaat heen).
In onderstaande figuur is een kliksysteem getoond dat gebruikt wordt voor de positionering van de buis op de plaat. Het systeem kan tegelijkertijd gebruikt worden voor het lassen. Het aantal nokken en sleuven dat gemaakt wordt of de grootte, is afhankelijk van de exacte functie ervan. Wanneer de nokken slechts gebruikt worden voor de positionering, zijn twee korte of een lange voldoende. Wanneer de nokken ook gebruikt worden om te lassen, bijvoorbeeld wanneer de nokken aan de plaatkant gehecht worden, zal er eerder gekozen moeten worden voor twee lange nokken of bijvoorbeeld vier korte. Op deze manier wordt de belasting gunstiger wanneer er bijvoorbeeld een buigbelasting op de buis staat.
Het nadeel van meer sleuven, is dat er meer binnencontouren ontstaan, wat extra snijtijd kost.
Merk op dat het mogelijk is de sleuven dusdanig te plaatsen, dat de buis maar op een manier op de plaat kan worden gezet.
In onderstaande figuur is het kliksysteem dusdanig ontworpen dat de buis er maar op een manier in past. Bovendien wordt een torsiebelasting op de buis opgevangen door de vorm van nok en sleuf, zodat de las alleen nodig is voor trek- en buigbelasting.
Het kliksysteem kan ook gebruikt worden voor kleinere onderdelen, zoals onderstaande figuur toont. Merkt op dat deze constructie gebruikt zou kunnen worden in het herontwerp bovenaan deze paragraaf.
Onderstaande figuur toont een constructie voor een boutverbinding, waarbij de flappen aan de buis door middel van handbuigen zijn gemaakt.
Een vergelijkbare constructie als de bovenstaande is getoond in onderstaande figuur, maar nu met de flappen gebogen uit de plaat in plaats van de buis. De flappen kunnen zowel aan de buitenkant als aan de binnenkant van de buis geplaatst worden.
Haakverbinding tussen buis en plaat. Voor het aantal haken en sleuven, gelden dezelfde aandachtspunten als uitgelegd bij het kliksysteem bij de eerste constructie in deze paragraaf.
Bajonetverbinding tussen plaat en buis.
Twee hoeken ombuigen, de opstaande randen kunnen meteen gebruikt worden om een overlaplas op te maken. Er kan ook voor worden gekozen om de omgebogen randen van de plaat over de hele lengte van de plaat te laten lopen, zodat deze meteen gebruikt kunnen worden ter versteviging.
Boutverbinding tussen plaat en profiel die onzichtbaar is vanaf de plaatkant. Er kan voorkomen worden dat de bout meedraait door een slotbout te kiezen.
Positionering voor het lassen met behulp van paspennen.
Onderstaande figuur toont het gebruik van een positioneerhulpgereedschap. In plaats van de gesneden contour in de plaat, kunnen ook de buitenranden van de plaat gebruikt worden.
Scheidingswanden/verstevigingsplaten.
Verbindingsoog gecombineerd met eindplaat van een profiel.
Scheidingswand en verbindingsoog gecombineerd.
Onderstaande constructie, toont een mogelijkheid om een plaat in het verlengde van een buis te verbinden. Deze oplossing levert bovendien een gunstige krachtdoorleiding.
Positioneren van plaatwerk delen aan een koker.
Constructies uit buizen
In deze paragraaf worden enkele mogelijkheden getoond om buizen met elkaar te verbinden. Deze lijst is uiteraard niet compleet, hij is slechts bedoeld om enkele mogelijkheden weer te geven.
Voordat de eerste constructies getoond worden, eerst iets over torsiestijfheid. Profielen die op torsie belast worden, moeten waar mogelijk altijd gesloten uitgevoerd worden. Dit omdat gesloten profielen bij dezelfde doorsnede en materiaaldikte een veel grotere torsiestijfheid hebben dan open profielen. Vanuit het oogpunt van torsiestijfheid (en trouwens ook buigstijfheid) is het goed om vooral materiaal ver van de hartlijn (de neutrale lijn) van het profiel te hebben.
De meest eenvoudige constructie om twee buizen aan elkaar te verbindingen, is getoond in onderstaande figuur. De laser is gebruikt om de locatie precies af te tekenen waar de buizen bij elkaar moeten komen.
Klikverbindingen
Onder klikverbindingen, worden verbindingen uit nokken en sleuven verstaan. Deze verbindingen dienen als hulpmiddel voor de positionering bij het lassen.
In onderstaande figuur is een vergelijkbare constructie als hierboven getekend, maar nu staan de buizen niet loodrecht op elkaar (functiehoek ongelijk aan 90°). De nokken kunnen in dat geval het beste aan de zijkant van de bovenste buis geplaatst worden, omdat er de snede nu loodrecht op het oppervlak van de onderste buis gemaakt kan worden. Wanneer de onderste buis een kleine wanddikte heeft en de functiehoek niet veel afwijkt van 90° is dit overigens niet strict noodzakelijk. Merk op dat wanneer de buizen dezelfde breedte hebben, er opgepast moet worden dat er geen problemen ontstaan tijdens het lasersnijden in de hoek van het onderste profiel.
Het kan handig zijn om de ene buis dwars door de andere buis te laten steken (doorsteek). Dit levert een lagerer belasting van het oppervlak van de buis en is bovendien eenvoudiger af te lassen (hoeklas wordt vervangen door een stompe las of T-las).
Haakverbindingen
Onderstaande constructie toont een mogelijkheid om twee buizen door middel van haken met elkaar te verbinden. De verbinding kan op zich gebruikt worden, en kan ook afgelast worden. Nadelig is dat in de verticale buis 4 binnencontouren aangebracht moeten worden. Constructies die helemaal afgelast worden of die niet zwaar belast worden, kunnen ook met 2 in plaats van 4 haken uitgevoerd worden.
En vergelijkbare constructie is ook mogelijk voor de verbinding tussen twee buizen.
Onderstaande constructie heeft als voordeel boven de constructie hierboven, dat deze geen enkele binnencontour heeft, wat snijtijd bespaart. Als nadeel kan genoemd worden, dat de verbinding alleen aan het einde van de verticale balk gemaakt kan worden.
Onderstaande constructie wordt ook wel een bajonetverbinding genoemd.
In de figuur hieronder is een mogelijke constructie getoond om twee buizen tijdelijk met elkaar te verbinden.
Verstekverbindingen
Bij verstekverbindingen is het positioneren voor het lassen over het algemeen moeilijker dan bij andere verbindingen. Onderstaande figuur toont een constructie die dit probleem vereenvoudigt. De omcirkelde sleuf is in deze constructie gesloten uitgevoerd, dit heeft als voordeel dat dat betreffende deel alleen in y-richting aangedrukt hoeft te worden tijdens het lassen. Het nadeel is dat het een binnencontour toevoegt, wat extra insteektijd kost. Wanneer dit nadeel zwaarder weegt dan het voordeel, kan de sleuf ook open uitgevoerd worden.
Het is ook mogelijk haken te gebruiken als positioneerhulpmiddel, zoals in onderstaande figuur.
Klemverbindingen
Een voordeel van de klemverbinding zoals hieronder getoond, is dat de positie van de ronde buis traploos verschoven kan worden en dat er geen bewerkingen aan de ronde buis gedaan hoeven te worden. Als nadeel kan genoemd worden, dat niet alle wanddikten en buisafmetingen verbonden kunnen worden. De buis waarin de klemverbinding gemaakt wordt (de verticale buis in onderstaande figuur) mag niet rond zijn, omdat er anders problemen ontstaan tijdens het lasersnijden (de hoek tussen laserstraal en oppervlak zal teveel af gaan wijken van 90°).
Boutverbindingen
Boutverbindingen kunnen in tegenstelling tot lasverbindingen weer losgemaakt worden. Dit kan in sommige gevallen een voordeel zijn. Als voordeel tegenover borgverbindingen kunnen genoemd worden dat positionering wel eenduidig is en er geen of weinig speling is.
Onderstaande figuur toont een boutverbinding waarbij buigbelasting van de bout door rotatie van de buis om zijn lengte-as wordt voorkomen door de halve cirkel in de doorsteek. Vanwege de doorsteek wordt ook de belasting op het oppervlak van de vierkante buis beperkt. Ook zorgt de doorsteek ervoor dat de gaten in de ronde buis voor de bout, altijd netjes voor de gaten in de vierkante buis zitten.
Beide verbindingsplaten van het U-profiel in onderstaande twee figuren, zijn gemaakt door ze met de hand om te buigen. Let er op dat in het eerste plaatje, aan de achterkant van de linker buis, ook gaten aangebracht dienen te worden om bouten aan te brengen. Eventueel zou er ook schroefdraad in de wand getapt kunnen worden, wanneer deze voldoende dikte heeft. Wanneer er niet voldoende wanddikte aanwezig is, kan in sommige gevallen het flowdrill principe gehanteerd worden.
Het is ook mogelijk om de hoek tussen de twee verbindingen variabel te maken, zoals getoond in onderstaande figuur.
Borgen
Onderstaande verbindingen zijn eenvoudig te maken en te (de-)assembleren, ze kunnen alleen gebruikt worden wanneer er niet te hoge eisen worden gesteld aan de axiale positionering van de buis rechts in het plaatje. Bovendien heeft deze buis altijd speling.
De snede voor de doorsteek in onderstaand plaatje is dusdanig gemaakt, dat deze niet alleen als aanslag dient, maar er ook voor zorgt dat de ronde buis niet kan verdraaiien.
Schuifverbindingen
Onderstaande figuren tonen voorbeelden van schuifverbindingen. Deze verbindingen kunnen eenvoudig met hechtlassen permanent gemaakt worden.
Onderstaande figuur toont dezelfde constructie als hierboven, maar nu met doorsteek. Deze constructies heeft van zichzelf uit meer stevigheid.
