metal:mantel (Konstruieren und Entwerfen mit Blechen)

0 1 idee

die idee für die seminararbeit |metal:mantel| ist aus einem entwurfprojekt eines attrium-wohnhauses entstanden

das atriumhaus besteht aus wohnbogen, arbeitstrichter und schlafkegel, die aussenmauern schwingen sich um diese primärformen - das heisst diese mantelfläche hat einen geschwungenen grundriss und als tangentialfläche von kegel und trichter auch geneigte wandabschnitte (75-105°), die wandkonstruktion sah einen kern aus ortbeton vor, mit einer vorgesetzten metallfassade - innen sichtbeton

form

die aufnahme (bild unten) zeigt die projektentwicklung - aus einer studie mit einem papierstreifenstück bis zum fertigen entwurf (bild oben), was mit karton, holz und farbe relativ im modell relativ einfach zu realisieren ist würde in der praxis sicher an die grenzen der wirtschaftlichkeit stossen den nur mit komplizierten schalungskonstruktionen könnte man beton in diese form bringen

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

formlos - gehry

die aufnahme zeigt einen fassadenteil der bürotürme "neuer zollhof" von frank gehry. Er modelliert diese skulptur und generiert mittels 3D-scanner ein digitales modell - das modell wird weiter perfektioniert und auf dieser basis die ausführungsplanung erstellt.

die aussenwand wurde in teile aufgelöst - für jedes element eine eigene schalung gefräst, die teile werden zusammengesetzt und als aussenfassade vorgefertigte spezialbleche montiert. gehry arbeitet hier mit völlig freien formen, im unterschied zum projekt atrimhaus, bei dem die aussenwände eine kegelmantelflächen darstellen - definiert durch eine reihe fallgeraden

02 zieldeffinition

das ziel dieser arbeit ist die auseinandersetzung mit blech als metal:mantel mit tragender funktion

wie entsteht der der mantel bei auto und flugzeugen und wie wie werden weitgespanntere architekturmäntel konstruiert?

ausseinandersetzung deshalb weil dieses arbeit nur ein kleiner durchstoßpunkt eines breiten themas ist

1 formgebung von blechen

- einblicke in das know-how von auto- und flugzeugindustrie

2 membrantragwerke aus dünnem blech

- ein echter konkurrent von seilnetz bzw. anderen fachwerkartigen tragwerken?

3 welche werkstoffe können als metal:mantel eingesetzt werden?

03 blechformen

Le Corbusier hat bereits in seinem am beginn des letzten Jahrhundert erschienen Architekturbibel „vers une architecture" verschiedene architektur­fremde objekte als schöpferischen ausdruck einer modernen weit vorgestellt

Sportwagen, Ozeandampfer und Kampfflieger

A Die Formgebung von Großblechen in der Flugzeugindustrie

Bei der Bearbeitung von Großblechen für Flugzeuge werden für jedes Werkstück individuelle, teure Betriebsmittel benötigt. Es wird dargestellt, wie sich die Flexibilität bei den Betriebsmitteln steigern lässt.

Drücken mit Druckschablone:

es wird, wie bei vielen umformenden Fertigungsverfahren, die Form des Werkstücks durch die Form des Werkzeugs, in diesem Fall durch eine Schablone, vorgegeben.

Drücken mit Gegenrolle:

Das Blech welches zusammen mit der Druckschablone rotiert, wird schritt¬weise durch die Druckrolle an die Schablone gelegt. Die Werkstückform entsteht durch das Anschmiegen des Werkstückmaterials an die Drückscha-blone, so dass das herzustellende Werkstück in seiner Form der des Werkzeugs entspricht. Dement¬sprechend muss für jedes zu fertigende Blechteil ein spezielles Werkzeug zur Verfügung stehen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Der Umformprozess und die spannende Bearbeitung stehen dabei im Vordergrund. Es werden Prinzipien aufgezeigt, die zu einer Umgestaltung der Fertigung führen und eine flexiblere Produktion von Bauteilen erlauben.

Vorteile - Drücken mit Gegenrolle:

Die Werkstückform wird durch eine definierte Relativbewegung zwischen Werkstück und Werkzeug erzeugt. Die Werkstückgeometrie ist nicht länger in einer Schablone abgebildet, sondern wird durch die Drückrolle und Gegenrolle erzeugt, deren Bewegungen über eine numerische Steuerung kontrolliert werden. Bei einer derartigen Verfahrensanpassung erfolgt der Übergang von einer formabbildenden Technologie zu einer formerzeugenden Technologie.

Das Drücken in der hier beschriebenen Form ist in seinem Anwendungsbereich auf rotationssymmetrische Teile beschränkt. Umformverfahren, die dieser Beschränkung nicht unterliegen, sind Streckziehen und Kugelstrahlumformen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Streckziehen:

Ähnlich wie beim Drücken mit Drückschablone ist beim Streckziehen die Form des zu fertigenden Werkstücks bereits durch das eingesetzte Werkzeug vorgegeben.

Kugelstrahlumformen:

Bei sphärisch gekrümmten Blechen lässt sich durch das Kugelstrahlumformen die Blechgeometrie ohne formabbildendes Verfahren herstellen. Kugeln werden mit hoher Geschwindigkeit auf das umzuformende Blech geschleudert. Bei ihrem Aufprall auf die Blechoberfläche geben sie ihre kinetische Energie ab, die in Formänderungsarbeit umgewandelt wird. Eine dünne Oberflächenschicht des Werkstücks dehnt sich aus. Die damit verursachten Eigenspannungen sind der Grund für eine Aufwölbung entgegen der Strahlrichtung. Die Beschleunigung der Kugeln erfolgt ent­weder durch einen Luftstrom oder durch Zentrifugalräder. Kugeldurchmesser, Auftreffgeschwindigkeit und Abstand der Düse vom Bauteil können verändert werden. Zusammen mit der Einstellung der Strahlrichtung lassen sich damit ohne formabbildende Werkzeuge eine Vielzahl von Blechformen erzeugen.

auftretende Probleme - Fazit:

negative Randerscheinung ist eine Steigerung der Oberflächenrauhigkeit. Auch können die im verformten Blechteil auftretenden Zugeigen­spannungen so groß werden, daß Innenrisse auftreten.

Diese Beispiele zeigen die

Abhängigkeiten von Verfahrenstechnik und Flexibilität. Der Be­

arbeitungsprozess lässt sich jedoch nicht bei allen Verfahren so modifizieren, daß die Form der Werkstücke nur durch Steuer­informationen vorgegeben wird und sich leicht ändern lässt. Beim Streckziehen ist man auf Werkzeuge angewiesen, bei denen die Form der Werkstücke körperlich vorgegeben sein muss. Um hier zu einer Steigerung der Flexibilität zu kommen, ist eine Umgestaltung der Werkzeuge notwendig.

Die Oberfläche von Streckzieh­werkzeugen muss eine dem Werkstück entsprechende Form aufweisen. Sucht man nach Prinzipien, die dieser Anforderung entsprechen, ergeben sich verschiedene Oberflächendarstellungen

1 Um im ersten Fall, falls die Oberfläche als zusammenhängende Fläche erzeugt werden soll, eine möglichst hohe Flexibilität zu erreichen, bietet sich der Einsatz wiederverwendbarer Materialien an. Beispiele hierfür sind Kunststoffe oder Legierungen, die nach Bearbeitung der Werkstücke wieder aufbereitet werden können.

2 Eine Aufteilung der gesamten

formabbildenden Kontur in einzelne streifenförmige Bauteile bietet sich an, wenn mehrere Werkstücke

abschnittsweise von ihrer Geometrie her ähnlich sind und aus diesem Grund einzelne Werkzeugsegmente wiederver­wendet werden können. Dies ist immer dann der Fall, wenn unterschiedliche Bauteile in einzelnen Abschnitten geometrisch identisch sind.

3 Sind diese Voraussetzungen nicht gegeben und weist das Teilespektrum eine große Variationsbreite auf, dann muß die Werkstückkontur punktweise angenähert werden. Diese Annäherung lässt sich durch Stützstempel erreichen. Da beim Streckziehen eine kontinuierliche Abbildung der Werk­stückkontur erforderlich ist, muss auch eine kontinuierliche, flächendeckende Verteilung der Stützstempel erreicht werden Um eine gute Annäherung an die zu erzeugende Werkstückkontur zu erzielen, sollten die einzelnen Stempel möglichst kleine Abmessungen aufweisen und dicht zusammengestellt sein. Die Stützstempeloberfläche ist abzurunden, so daß geometrische Unterschiede an den Übergängen ausgeglichen werden.

Beispiel: Matte aus armiertem Kautschuk ein derartiges Ausgleichs­medium muss elastisch sein und gleichzeitig die Aufnahme größerer Druckkräfte gestatten.

weitere Produktionsschritte

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Flexibilität wird nicht nur bei der Umformung von Blechteilen gefordert, sondern auch in den sich anschließenden Fertigungsprozessen. Für das Umrissfräsen werden Kopier- und Spannvorrichtungen eingesetzt.

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Die Abbildung zeigt die bei Kopier- und Spannschablonen auftretenden Funktionen. Zur Festlegung der Lage ist das Werkstück zu positionieren. Unter Positionieren sind dabei alle Operationen zu verstehen, welche die räumliche Lage eines Werkstückes relativ zu einem Werkzeug oder zur Maschine festlegen. In diesem Fall erfolgt die Positionierung durch Positionierbohrungen und -stifte innerhalb der Spannvorrichtung. Zur Sicherung dieser Relativlage gegen Verschieben und Verdrehen ist das Werkstück zu spannen. Bei der dargestellten Vorrichtung erfolgt dies durch eine Klemmung des Blechteils zwischen der oben liegenden Schablone und der Werkstückaufnahme.

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