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Profilträger, insbesondere für Fahrzeugrahmen Die Erfindung betrifft
aus Blech hergestellte Profilträger angenähert gleicher Festigkeit gegen Biegung,
insbesondere für Fahrzeugrahmen, mit über die Trägerlänge veränderlichem Steg und
Flansch, z. B. U-, Z- oder I-Träger, insbesondere auch aus zwei Teilen zusammengesetzte
I-Träger. Die bei Fahrzeugen benutzten Träger dieser Art weisen meist entweder über
ihre Länge durchgehend gleiche Steghöhe auf oder eine Steghöhe, die nur nach einem
Ende, nämlich im Bereich oberhalb des Drehschemels, geringer ist als auf der ganzen
übrigen Länge. Man hat, um angenähert einen Träger gleicher Festigkeit gegen Biegung
und damit einen leichten Träger zu schaffen, auch schon die Flanschbreiten veränderlich
gemacht, wobei die beiden Flansche symmetrisch ausgebildet wurden und deren winkelig
zueinander verlaufende Kantenabschnitte geradlinig sind.
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Die Erfindung bezweckt, einen Leichtbauträger für dynamische Beanspruchung
zu schaffen, der dem Ziel, ein Träger gleicher Festigkeit gegen Biegung zu sein,
näherkommt als die bekannten Träger.
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Gemäß der Erfindung ist bei einem Profilträger der oben beschriebenen
Art der druckseitige Flansch ein Flansch gleicher Breite und gerade verlaufender
Stegkante, wogegen der zugseitige Flansch ein Flansch veränderlicher Breite mit
bogenförmigen Übergängen von Stellen kleinerer Breite zu Stellen größerer Breite
ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Träger bestehen nicht nur keine Stellen
sprunghaften Übergangs der Kraftlinien und keine Stellen mit unnütz großer Materialanhäufung;
darüber hinaus wird eine weitere Materialeinsparung dadurch erzielt, daß der druckseitige
Flansch an Stellen verhältnismäßig hoher Spannung nicht verbreitert ist. Dies ist
statthaft, weil die Schwellfestigkeit von auf Druck beanspruchten Fasern wesentlich
größer als die Schwellfestigkeit von auf Zug beanspruchten Fasern ist. Bei annähernd
gleicher Dauerfestigkeit der Flansche des Trägers ist also ad > 6z. Bei einem Rahmenträger
für Lastwagen wirkt sich die letztgenannte vereinfachende Maßnahme auch noch dahin
aus, daß man einen geraden, überall gleich breiten oberen Flansch erhält. Der erfindungsgemäße
Träger ist demnach insbesondere als Träger für Lastwagenrahmen sehr vorteilhaft,
da er konstruktiv die besten Voraussetzungen für die Befestigung des Wagenaufbaues
an ihm bietet.
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Der Träger kann auf dem Preßwege hergestellt sein. Er kann aus einem
Stück bestehen oder aus mehreren Längsteilen zusammengesetzt sein. Da die Querschnitte
zügig ineinander übergehen, kann die Schweißnaht ohne Rücksicht auf die übrige Konstruktion
des Tragrahmens dorthin gelegt werden, wo die Biegespannungskurve die geringste
Höhe besitzt. Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung erläutert.
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Fig. 1 zeigt in Seitenansicht einen üblichen Fahrzeugträger; Fig.
2 und 3 zeigen die Querschnitte nach den Linien II-II bzw. III der Fig. 1; Fig.
4 zeigt für einen Träger nach Fig. 1 die Kurve der Biegespannungen des Trägers bei
einer über die ganze Trägerlänge gleichmäßigen Belastung; Fig. 5 zeigt in Seitenansicht
einen Träger gemäß der Erfindung Fig. 6 zeigt die Draufsicht auf einen Träger nach
Fig. 5 ; Fig. 7 zeigt für einen Träger nach Fig. 5 und 6 die Kurve der Biegespannungen;
Fig. 4 und 7 zeigen Kurven, die nicht maßstäblich sind, sondern lediglich die grundsätzlichen
Verhältnisse erläutern.
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Der in Fig. 1 bis 3 dargestellte Träger besteht aus einem U-Profil,
dessen Steghöhe hl im Bereich des vorderen Auflagers .-1 erheblich geringer ist
als die Steghöhe laz auf der übrigen Länge der Trägers; die Breite b der Flansche
ist überall die gleiche. Am hinteren Ende ist der Träger bei B und C, also durch
zwei Hinterachsen, unterstützt. Bei einer über die ganze Trägerlänge gleichmäßigen,
maximal zulässigen Belastung ergibt sich eine Kurve der Biegespannungen gemäß Fig.
4.
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Bei dem gemäß der Erfindung geformten Träger der Fig. 5 und 6 ist
z. B. die Breite b1 des oberen Flansches über die ganze Trägerlänge konstant, dagegen
ändert sich die Breite bz des unteren, auf Zug beanspruchten Flansches von einem
Wert, der an den Enden des Trägers gleich b1 ist, bis zu Werten, die
etwa
dreimal so groß sind an der Stelle, wo einerseits große Biegemomente auftreten und
andererseits die Steghöhe h mit Rücksicht auf die Höhe des vordern Auflagers A nicht
verringert werden kann. Man kann auf solche Weise die Kurve der Biegespannungen
wesentlich vergleichmäßigen; eine solche Vergleichmäßigung bedeutet eine wirtschaftlichere
Ausnutzung des Materials.
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Man kann auch die Breite b2 des auf Druck beanspruchten Flansches
entsprechend den auftretenden Spannungen verschieden machen; jedoch bringt das in
der Regel nur eine geringe Materialersparnis, zumal eine gewisse Mindestbreite meist
aus Konstruktionsgründen erforderlich ist. Die Höhe h des Steges ist bei dem dargestellten
Träger, wie Fig. 5 zeigt, über seine Länge wesentlich verschieden, und zwar entsprechend
den auftretenden Biegespannungen, sofern sich nicht eine aus diesen Gründen erwünschte
Vergrößerung der Steghöhe aus Konstruktionsgründen verbietet.
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Es empfiehlt sich bei der erfindungsgemäßen Formgebung nicht nur die
statischen Biegespannungen und Torsionsspannungen zu berücksichtigen, sondern auch
die bei der dynamischen Bewegung auftretenden Zusatzspannungen.
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Bei statischer Belastung ist die Zerreißgrenze bzw. die Streckgrenze
ein Maß der Beanspruchungsfähigkeit, bei dynamischer dagegen die Ermüdungsfestigkeit,
ausgedrückt gegebenenfalls durch die Schwingungsfestigkeit oder Ursprungsfestigkeit.
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Es hat sich durch Versuche ergeben, daß die Druckermüdungsfestigkeit
wesentlich höher liegt als die Zugermüdungsfestigkeit.
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Durch die Verbreiterung des Zugflansches gegenüber dem Druckflansch
wird erreicht, daß für die statische Belastung die Zugspannungen gegenüber den Druckspannungen
niedriger liegen und daß somit noch Reserven für Zugermüdungsspannungen vorhanden
sind. Die Anordnung gemäß der Erfindung kann so getroffen werden, daß der gesamte
Träger aus mehreren durch Pressen erzeugten Blechteilen zusammengesetzt, z. B. zusammengeschweißt
wird, wobei die Verbindungen an den Stellen oder mindestens in der Nähe der Stellen
liegen, an denen die Kurve der Biegespannungen (Fig. 7) die geringsten absoluten
Werte hat. Die Stellen sind in den Fig. 5 und 6 durch xxx-Linien gekennzeichnet.
Man kann die Fertigung dann so einrichten, daß die Träger für verschiedenste Fahrzeugkonstruktionen
zusammengeschweißt werden aus stets einem von wenigen hinteren Teilen H, einem von
wenigen Vorderteilen V und einem verschieden langen und verschieden geformten Mittelteil
M. Die Schweißnaht unterliegt dann höchstens einer sehr geringen Biegebeanspruchung.
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Die Anordnung gemäß der Erfindung hindert nicht, daß zur Verstärkung
noch Bleche oder Profile zusätzlich angesetzt, z. B. angeschweißt werden.