JP2000511570A - 接着による鉄道車両の部材及び構造部品の接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 接着による鉄道車両の部材及び構造部品の接合方法が示され、疲労強度を与えるが長くかかつて硬化する接着剤の使用が、急速に取扱い強度を与える接着剤の使用と組合わされ、その際接着継目の複雑な形成と高い装置費用が回避され、製造公差が補償され、所定の最小接着継目厚さが維持されるようにする。更に縁境界を除去して廃棄処理する必要なしに、選ばれた接合面上での接着剤のぬれが限定されるようにする。第１の接合面に急速接着可能で形状安定性のある第１の接着層を塗布し、第２の接合面に長くかかつて硬化する第２の接着層を塗布し、第２の接着層の塗布前又は後に部材を接合することによつて、この問題が解決され、第１の接着層は急速に取扱い強度を与え、かつ所定の接合間隔を維持し、第２の接着層は設定された第１の部材間隔を満たし、その硬化後疲労強度を与える。第１の接着層のために使用される接着剤は、残つている縁境界としても使用される。

Description

【発明の詳細な説明】 接着による鉄道車両の部材及び構造部品の接合方法 本発明は、接着による鉄道車両の部材及び構造部品の接合方法に関する。 鉄道車両の製造において、複雑な応力を伝達する摩擦又ははまり合いによる溶 接結合、鋲結合又はねじ結合を等価な接着結合に代える試みが、ますます試みら れるようになつた。接着される構造部品が１成分又は２成分ポリウレタン接着剤 により鉄道車両に特有な疲労強度に達することができることは公知である。この ような接着剤を使用する際の重大な欠点は、接着剤が特定の継目厚さを必要とし 、かつ接着される構造部品の取扱い、輸送及び引続く加工を可能にする強度に達 するまでに、所定の硬化時間を必要とするので、所定の接合圧力を維持しながら 長い固定時間を維持せねばならないことである。これに反し非常に短い固定時間 を可能にするアクリレート接着剤のような接着剤は、しばしば老化に耐えず、同 じような疲労特性を保証することができない。 技術的な固定時間を短縮するため、ドイツ連邦共和国特許出願公開第3525830 号明細書には、長い時間に硬化しかつ永続的に負担能力を持つ主接着剤(例えば ２成分接着剤の帯状連続片)を素子の１つに塗布し、それから接合すべき素子を 合わせ、続いて主接着剤に隣接する接着継目範囲で、素子の間に接着圧力を加え ながら急速接着剤(例えはシアンアクリルを主成分とし急速に硬化する１成分接 着剤)を塗布することによつて、薄肉の車体部分を接着により接合することが提 案されている。急速接着剤は、比較的短い時間既に今までの接着装置の機能を引 受 けることができる。必要な接着継目厚さを維持できるようにするため、接合すべ き部材が接着継目範囲で槽状又は溝状に形成されている。第１の実施例では、急 速接着剤が部材の１つにある開口を通つて部材の間へ注入される。急速接着剤の 塗布及び必要な接合圧力の発生のために設けられる装置は複雑であり、上述した 適用事例では、部材の塗布個所又は続く位置ぎめ毎に１つの装置が必要である。 第２の適用事例では、急速接着剤が、接合過程の際破壊されるガラスアンプル又 は膜袋により、例えば一方の鉄道車両の凹所へ塗布される。所定の層厚さを持つ 特別に形成される接着継目なしに製造公差を持つ部材を互いに接合する適用事例 では、この方法は適用不可能である。このような構造部品は、後からの表面補償 及び表面被覆によつてのみ、装飾的な表面を得る。 特定の接着継目厚さを維持するため、欧州特許出願公開第0433513号明細書に 説明されている接着方法は、接着継目の縁範囲又は内部に、補正される境界素子 及び間隔素子を設けている。 ドイツ民主共和国特許出願公開第241768号明細書では、接着継目の所定の点又 は範囲が材料隆起又は材料塗布部を持つている。 製造公差を持つ部分を互いに接合せねばならない場合、最後にあげた２つの方 法をやめ、更に接着継目を中断するこのような含有物又は接合すべき部材を固定 的に離す手段は、与えられた接着面で、それぞれの接着剤により理論的に得られ る接合強度を低下するか、事情によつては連論的接合面よりずつと大きい接合面 を設けることを必要とする可能性がある。 更に接着剤を使用する際、接合面として設けられる表面範囲 を越えて流出する接着剤残部が、部材を損傷することがある高い機械的又は化学 的費用によつてのみ再び除去される、という問題がしばしば生じる。従つて通常 は、例えば接着テープを接合面の縁境界として使用し、後で表面から再び剥離す ることができる。その付着及び後からの除去は高い費用を必要とし、接着テープ は一般に特別なごみとして廃棄せねばならない。 接着による鉄道車両の構造部品の新しい接合方法を提供し、疲労強度を与えか つ比較的長い硬化時間を必要とする接着剤の使用と取扱い強度を急速に与える接 着剤の使用とを組合わせ、その際接着継目の複雑な形成及び高い装置費用を回避 し、接合すべき部材製造公差を補償し、部材の間に所定の最小接着継目厚さを維 持し、強度を減少する障害が接着継目内に生じないようにする、という問題が本 発明の基礎となつている。更に本発明は、接着剤による部材表面のぬれを選ばれ た接合面に限定でき、覆つている縁境界の後からの除去及び特別なごみとしての その廃棄処理を回避する、という問題にも向けられている。 本発明によればこの課題は、請求項１及び２にあげられた方法の特徴によつて 解決される。本発明の有利な構成は、請求項１〜３に関連する請求項４〜１０に 示されている。 本発明により、今までの従来技術に対して次の有利な効果が得られる。 今までの接着方法に比較して、長くかかつて硬化する１成分又は２成分ポリウ レタン接着剤による接着によつて鉄道車両の構造部品を製造する方法が見出され 、引続く取扱いまでの技術的待ち時間が著しく短縮され、そのために必要な面の 必要及び場合によつては装置の必要が著しく少なくなる。急速接着可能な第１の 接着層によつて、接合すべき部材は接合の際永続的に 所望の相互位置に固定され、構造部品の引続く取扱いを直ちに可能にしかつ使用 される接合装置及び別の構造部品用の製造面を不要にするような第１の接合強度 が得られる。本発明により使用される第１の接着剤の性質即ち接合の際所定の接 合層厚さを維持するという性質は、この第１の接着剤を同時に間隔保持体として 作用させる。第１の接着剤が所定の層厚さで選ばれた第１の接合面のみに塗布さ れることによつて、溶接によるこのような構造部品の製造とは異なり、第２の接 着層の可変な厚さにより、接合すべき部材の大きい製造公差を容易に補償し、構 造部品の目標形状からの偏差を回避することができる。最適な強度のために必要 な第２の接着剤の最小層厚さを局部的に下回るか又は部材の不充分な接近により 接着継目が不完全に満たされるという危険が、同時に著しく減少する。接合相手 の形状偏差が接合前に測定され、測定結果に応じて第１の接着剤の位置及び／又 は層厚さが選ばれると、この危険を完全になくすことができる。 この方法により、かつ実施例に示す接着剤を使用すると、鉄道車両構造におい て接着結合部が高効率で製造可能で、高い引裂き伸び及び強度が大きい損傷公差 及び鉄道車両特有の疲労強度で組合わされ、従来の複雑な応力を伝達する摩擦又 ははまり合い結合部は、例えば鉄道車両の車体用の差動装置構造方式における側 壁、端壁及び屋根の部分のために必要な結合と等価であるが、従来は溶接、鋲止 め又はねじ止めによつてのみ行うことができた。 溶接による接合に比べて、本発明による接着接合により、一連の使用事例にお いて接合時間の短縮が行われる。 この接着方法により、異なる材料から成る部材を接合して鉄 道車両用の構造部品にすることができ、接合される部材の異なる物理的性質(例 えば熱膨張、弾性)を適当な接着剤選択により補償することができる。 このような構造部品の従来の溶接に比較して、上述した方法による接着の際、 溶接応力による形状偏差は現われず、高い費用を必要とする熱的くせ取り作業は 不要になる。 接着による接合は、普通の溶接、鋲又はねじによる結合とは異なり、一般に接 合面とは反対側の部材表面又は構造部品表面は視覚的変化を生じない。 溶接される構造部品に比べて、このようにして製造される結合部では、後から の防食処置は非常に確実に実施可能である。 鉄道車両におけるこの接着方法の使用は、予備材料として又は予備製造におい て既に特別な表面形成(例えば亜鉛めつきによる防食、装飾的な可塑膜被覆、又 は引続く加工の作業段階のための特別な保護、例えば外壁板の仕上げ加工される 表面を覆う保護膜)を持つた部材から構造部品を製造する可能性を与える。例え ば遮音及び断熱の処置を完全に(かつ溶接による接合におけるように、熱的に負 荷される範囲を切欠きかつ場合によつては費用のかかる再加工することなく)既 に予備製造において実現できる構造部品も、同様に製造可能である。それにより 上述した方法は、費用を節約する高い予備製造程度に関連して、機能的に高級な 構造部品の製造を可能にする。 この接着方法の使用は、普通の溶接、鋲又はねじによる結合に比べて、車体の 形成のデザイン自由度を高める。 本発明による方法で接合すべき部材は、普通の溶接、鋲又はねじによる結合に 比べて、構造的に異なるように形成できるので、同じ機能及び強度で部材及び構 造部品の重量の節約が行わ れる。 上述した種類の接着結合は、使用される接着剤に応じて固体振動音の発生及び 特に伝達を抑制する。 本発明の実施例は鉄道車両用車体の差動装置構造様式で実施される側壁部分の 接合であり、図面に基いて以下に説明される。 図１は側壁板部分と特定断面部分との接合範囲における側壁部分の部分図を示 し、 図２は接着剤を塗布されかつ接合される前における図１の側壁板部分の部分図 を示し、 図３は図１による側壁部分の接着継目の断面図を示し、 図４は側壁板部分と座屈補強部との接合範囲における側壁板部分の断面図を示 している。 実施例において、請求項１による側壁部分１の接合は次のように行われる。予 め製造される側壁板部分２は、必要な場合特別な装置により、接合位置へもたら され、所望の使用形状で固定される。接着のために設けられる側壁板部分２の第 １及び第２の接合面2.1及び2.2、及び形状を合わされる特定断面部分３の第１及 び第２の接合面3.1及び3.2が、接着剤製造者の使用規定に従つて前処理される。 特定断面部分３は、実施例では、帽子状断面を持つ特定断面材と隅補強板から溶 接により接合されている。図２に示すように、側壁板部分２の標識をつけられた 第１の接合面2.1上へ、例えば2mmの厚さを持つ高い付着力の独立気泡形アクリレ ート接着剤テープから成る両面接着可能な接着材体４のそれぞれ１枚が、側壁板 部分２との短時間接触圧力で面で接着され、接着材体４の接合面2.1とは反対側 の接着面は、接着剤製造者により設けられる保護用膜でまだ覆われている。それ に続いて同様に図２に示すように、側壁板部 分２の標識をつけられた第２の接合面2.2上へ、第２の接着層５として、普通の 計量、混合及び塗布装置により、進行は遅いが流動可能で低温硬化しかつ硬化状 態で粘性硬質の２成分ポリウレタン接着剤が、いかなる場合にも対向面3.2のぬ れ及び接着継目の充填を所望のように保証する量及び層厚さで塗布される。接着 剤の塗布及び接着材体４の残つている保護膜の除去後直ちに、側壁板部分２へ所 望の空間配置で特定断面部分３が近づけられる。第１の接合面2.1／3.1の範囲に 短時間及ばされる接触圧力により、側壁板部分２が特定断面部分３に接合され( 図１)、その際第１の接合面2.1／3.1の範囲における接着材体４の形状安定性の ため、所定の接合間隔が維持される。接触接着する接着材体４により、側壁板部 分２が特定断面部分３に、第１の接合面2.1／3.1の範囲で、接着材体４の所定の 接合厚さにより所定の接合間隔で結合される(図３)。第１の接合面2.1／3.1の数 及び大きさの適当な選択により、この接合過程後場合によつては側壁部分１の取 出し、移動及び万一の引続く加工を側壁板部分２及び特定断面部分３相互の形状 変化及び位置変化なしに行うことができるような第１の接合強度が得られる。第 ２の接合面2.2／3.2の範囲における第２の接着層５の硬化後、構造部品は最終的 な安定性及び疲労強度に達する。 この方法の代わりに、流動可能な接着剤を残つている接合間隔へ吹込むか吸込 む(請求項２)ことにより、部材２及び３を既に第１の接着層４により接合した後 にはじめて第２の接着層５を形成するのが有効である。 本発明による方法の別の使用事例は、座屈補強部６を側壁板部分２に接合する ことであり(図４)、第２の接着層５のために、上述した適用事例において説明し たような進行が遅く低温で硬 化しかつ硬化状態で粘性硬質の２成分ポリウレタン接着剤の代わりに、進行が遅 く低温で硬化しかつ硬化状態で粘弾性の２成分ポリウレタン接着剤が使用される 。 接着材体４を普通の被覆接着テープの代わりに第２の接着層５用の縁境界とし て使用し、接合後に接着材体４を残し、費用をかけて除去しかつ特別なごみとし て廃棄処理する必要のないようにすることができる(請求項３)。 特に急速接着可能な第１の接着層が疲労強度を与える第２の接着層に比べてそ の完全な硬化後同じか又は高い弾性を持つ時に、前述した方法の１つによる接着 結合が他の方法による接着結合より高い損傷公差を持つていることがわかつた。 接合結合部に１回又は反覆して現われる局部的過負荷は、本発明により製造され る接着結合部内で変化する応力レベル及び応力推移のため、第２の接着層の範囲 で接着結合部を局部的に損傷するが、この損傷は１つの第１の接着個所又は隣接 する２つの接着個所で受止められて、伝搬しない。この性質は、第１の接着剤及 び第２の接着剤の弾性状態の選択によつて最適化可能である。第１及び第２の接 合面を数回交互に隣接して設けることによつて、接合個所を適当に分割すると、 １回又は反覆して現われる局部的過負荷が接着結合部の機能をおそらく一部消失 させるげれども完全には消失させないような接着結合部が形成可能である。なぜ ならば、第２の接着剤を持つ部分範囲から始まる亀裂形成が、第１の接着剤を持 つ１つ又は２つの隣接する部分範囲で停止されるからである。 この方法を使用する際、例えば溶接による接合方法におけるより特定断面部分 ３の著しく大きい製造公差が許容され、第２の接合面の範囲では、側壁板部分２ に対して均一化可能であり、 このような形状偏差が側壁部分１の外壁に表われることがない。 第１の接合面の範囲においても大きい接合間隔を得るか又は異なる接合間隔を 均一化するため、第１の接着層用の接着剤体を前記の接着剤テープから複数層に 構成することができる。 両面で接触接着可能なアクリレート接着剤体の代わりに、他の第１の接着剤の 使用も可能で、例えば形状安定性のある充填芯の両側にそれぞれ１つの急速接着 可能な接着層が設けられている。 部材間の形状及び寸法の相違をなくす際、第２の接合面の範囲における著しく 異なる接着接合厚さ及び接着接合幅のために、異なる粘性及び／又は硬化状態で 異なる強度を持つ１つより多い接着剤を使用するのが有効である。 本発明による方法は、特定の使用事例では、実施例において第２の接着層のた めに使用されるポリウレタン接着剤の代わりに、他の反応性接着剤特にエポキシ 樹脂接着剤により実施することができる。 上述し.た方法は、鉄道車両の車体用の差動装置構造様式の構造部品の製造に おいて使用可能であるのみならず、上述した方法による接着結合部により面で重 なるか又は面で互いに突き合わされる範囲で接合される大形部分から成る車体全 体の製造のためと同様に、荷重負担部分への構造部品の取付けのためにも使用さ れる。 技術の他の分野における使用も可能である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 予め形成された第１の部材と形状を合わされた第２の部材とを、異なる反応 特性を持つ接着剤を別々の面に使用することによつて、取扱い強度に達するまで 接合する方法において、 第１の部材(側壁板部分２)を通常のように接合位置へもたらして、使用形状 で固定し、 第１の部材(側壁板部分２)及び／又は第２の部材(特定断面部分３)の選ばれ かつ面を限定された第１の接合面(2.1及び／又は3.1)上に、急速に接着可能で接 合の際所定の接合層厚を維持する性質を持つ第１の接着層(4)を塗布し、 第１の部材(側壁板部分２)及び／又は第２の部材(特定断面部分３)の選ばれ た第２の接合面(2.2及び／又は3.2)上に、硬化に長時間かかりかつ接合の際進行 は緩慢であるが流動及びぬれ可能な性質を持つ所定量の第２の接着層を塗布し、 接合すべき両方の部材(側壁板部分２，特定断面部分３)を所望の空間配置で 互いに位置ぎめし、互いに近づけ、選ばれた第１の接合面(2.1／3.1)の範囲に及 ぼされる接合圧力の作用で互いに接合し、その際第１の接着層(4)により第１の 部材(側壁板部分２)と第２の部材(特定断面部分３)とを、第１の接合面(2.1／3. 1)の範囲において、第１の接着層(4)の所定の接合層厚により規定される接合間 隔で、接合過程後予め接合された構造部品(側壁部分１)の取出し及び運動を構造 部品相互の変形及び位置変化なしに可能にするような第１の接合強度で結合し、 第１の接着層(4)が第１の接合面(3.1又は2.1)の範囲で他方の部材(特定断面部分 ３又は側 壁板部分２)に接触するような量を持ちかつ流動及びぬれ可能な第２の接着層(5) により、第２の接合面(2.2／3.2)の範囲で第１の部材(側壁板部分２)と第２の部 材(特定断面部分３)との間に残る接合間隔を満たし、 続いて構造部品(側壁部分１)をその接合位置に留めるか又は休息位置へもた らすか又は別の技術的過程に含め、そこで第２の接着層(構造部品)の硬化により 第２の接合強度を得ることを特徴とする接着による鉄道車両の構造部品の接合方 法。 ２ 予め形成された第１の部材と形状を合わされた第２の部材とを、異なる反応 特性を持つ接着剤を別々の面に使用することによつて、取扱い強度に達するまで 接合する方法において、 第１の部材(側壁板部分２)を通常のように接合位置へもたらして、使用形状 で固定し、 第１の部材(側壁板部分２)及び／又は第２の部材(特定断面部分３)の選ばれ かつ面を限定された第１の接合面(2.1及び／又は3.1)上に、急速に接着可能で接 合の際所定の接合層厚を維持する性質を持つ第１の接着層(4)を塗布し、 接合すべき両方の部材(側壁板部分２、特定断面部分３)を所望の空間配置で 互いに位置ぎめし、互いに近づけ、選ばれた第１の接合面(2.1／3.1)の範囲に及 ぼされる接合圧力の作用で互いに接合し、その際第１の接着層(4)により第１の 部材(側壁板部分２)と第２の部材(特定断面部分３)とを、第１の接合面(2.1／3. 1)の範囲において、第１の接着層(4)の所定の接合層厚により規定される接合間 隔で、予め接合された構造部品(側壁部分１)の取出し及び運動を構造部品相互の 変形及び位置変化なしに可能にするような第１の接合強度で結合し、 選ばれた第２の接合面(2.2／3.2)の範囲で、第１の部材(側壁板部分２)と第 ２の部材(特定断面部分３)との間に残る接合間隔へ、必要な流動・及びぬれ能力 を持つ所定量の第２の接着層(5)を入れ、 続いて構造部品(側壁部分１)をその接合位置に留めるか又は休息位置へもた らすか又は別の技術的過程に含め、そこで第２の接着層(5)の硬化により第２の 接合強度を得ることを特徴とする接着による鉄道車両の構造部品の接合方法。 ３ 設けられる第２の接合面(2.2／3.2)の少なくとも一部が第１の接着層(4)の 部分により限定され、第２の接着層(5)の接着剤による別の部材面の望ましくな いぬれが防止されるように、設けられる第１の接合面(2.1／3.1)を選ぶことを特 徴とする請求項１に記載の方法。 ４ 第１の接着層(4)のために接触接着可能な接着剤を使用することを特徴とす る請求項１〜３の１つに記載の方法。 ５ 第１の接着層(4)のために形状安定性のある接着剤体を使用することを特徴 とする請求項１〜４の１つに記載の方法。 ６ 第２の接着層(5)のために反応性接着剤を使用することを特徴とする請求項 １〜５の１つに記載の方法。 ７ 第１の接着層(4)のために、第２の接着層(5)の接着剤の最終的な硬化後この 接着剤と同じか又はこれより大きい弾性を持つ接着剤を使用することを特徴とす る請求項１〜６の１つに記載の方法。 ８ 接合結合部が機能消失に対して高い安全性を得るように、合結合部における 第１の接合面(2.1／3.1)及び第２の接合面(2.2／3.2)を複数回交互に隣接して設 けることを特徴とする請求項７に記載の方法。 ９ 一方又は両方の接着層(4,5)の厚さを変化することにより、接合すべき部材( 側壁板部分２、特定断面部分３)の間の形状及び寸法の差を補償することを特徴 とする請求項１〜８の１つに記載の方法。 10 第２の接合面(2.2／3.2)の範囲に、異なる粘度を持ち硬化した状態で異なる 性質を持つ少なくとも２つの接着剤を、面で隣接して第２の接着層(5)として塗 布することを特徴とする請求項１〜９の１つに記載の方法。