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Gekröpfter profilierter Längsträger für Fahrzeugrahmen Die Erfindung
betrifft gekröpfte profilierte Längsträger für Fahrzeugrahmen, insbesondere von
Lastanhängern und Ackerwagen, die in der Weise hergestellt werden, daß ein Ausgangswerkstück
mit Ausschnitten versehen in die gewünschte Form gebogen und an den Schnittstellen
zusammengeschweißt wird.
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Es ist bekannt, gekröpfte Längsträger aus H- oder I-Walzprofilen in
der Weise zu fertigen, daß im Steg des Walzprofils Ausschnitte gebildet werden,
worauf dann das Walzprofil in die gewünschte Form gebogen und an den Schnittstellen
zusammengeschweißt wird. Da ein aus einem Walzprofil hergestellter Träger ein hohes
Gewicht hat und für den Fahrzeugbau an sich schon reichlich teuer ist, außerdem
aber bei Herstellung nach dem vorbeschriebenen bekannten Verfahren erhebliche Abfälle
entstehen, ist eine wirtschaftliche Fertigung von gekröpften Längsträgern aus Walzprofilen
nicht möglich. Hinzu kommt der weitere Nachteil, daß Schweißstellen im Steg, vor
allem quer zur Hauptanstrengungsrichtung verlaufende Schweißnähte, eines auf Verwindung
beanspruchten profilierten Längsträgers besonders stark bruchgefährdet sind, da
in ihnen erhöhte Spannungsspitzen auftreten. Vor allem aber läßt ein aus einem Walzprofil
gefertigter, noch dazu geschweißter Längsträger die Verdrehungsweichheit vermissen,
welche bei den Rahmen insbesondere von solchen Fahrzeugen erwünscht ist, die geländegängig
sein sollen.
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Üblicherweise werden gekröpfte Längsträger, die verdrehungsweich sein
und trotzdem die notwendige Biegesteifigkeit haben sollen, aus zwei übereinanderliegenden
U-Profilschienen gefertigt, die unmittelbar zusammengeschweißt oder mit einem Knotenblech
durch Schweißung verbunden werden. Ein solcher in Schweißkonstruktion ausgeführter
Träger fällt jedoch ebenfalls übermäßig schwer aus und ist infolge der hohen Material-
und Lohnkosten teuer. Ungünstig ist ferner, daß an den Übergangsstellen der zusammengeschweißten
U-Profilschienen hohe Spannungsspitzen auftreten, denen zufolge an den Übergangsstellen
leicht Brüche auftreten können.
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Werden die gekröpften Längsträger, wie es ebenfalls bereits bekannt
ist, mit über die ganze Länge gleichbleibender oder in einzelnen Abschnitten unterschiedlicher
Steghöhe im Warmpreßverfahren aus Zuschnitten hergestellt, so sind die Fertigungskosten
noch höher als bei der vorbeschriebenen Schweißkonstruktion; denn bei der Vorbereitung
der Zuschnitte entsteht erheblicher Materialabfall, und das Warmpreßverfahren erfordert
besondere Vorrichtungen und Werkzeuge, was sich in einem entsprechenden Ansatz für
die Werkzeugkosten stark preiserhöhend auswirkt. Die Anschaffung der Spezialvorrichtungen
für das Warmpreßverfahren rentiert sich nur bei großen Stückzahlen der Längsträger,
und wegen der hohen Anschaffungskosten können die Vorrichtungen auch nur für einige
wenige Trägerformen sowie für bestimmte Trägerabmessungen bereitgestellt werden.
Individuelle Wünsche der Fahrzeug-Herstellerfirmen hinsichtlich der Gestalt und
Abmessungen gekröpfter Längsträger können in der Regel nicht erfüllt werden. Ein
weiterer Mangel des Warmpreßverfahrens ist der, daß durch die Warmverformung im
Material Eigenspannungen erzeugt werden, die nur durch zusätzliche Warmbehandlung
mit Sicherheit wieder zu beseitigen sind.
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Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen gekröpften
profilierten Längsträger für Fahrzeugrahmen zu schaffen, der ohne besondere Vorrichtungen
und Werkzeuge auf wirtschaftliche Weise in jeder gewünschten Gestalt und Abmessung
preisgünstig herstellbar ist, sich durch niedriges Gewicht auszeichnet, keine durch
Eigenspannungen oder durch Spannungsspitzen gefährdete Stellen aufweist und allen
Beanspruchungen, die bei einem verwindbaren Fahrzeugrahmen auftreten, voll gewachsen
ist.
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Dieses Ziel ist nach der Erfindung dadurch erreicht, daß das Ausgangswerkstück
ein Bandmaterial mit geraden, parallellaufenden Längskanten ist, aus welchem der
Längsträger ausgeschnitten wird und anschließend durch Verformung, vorzugsweise
Kaltverformung, seine endgültige Form erhält.
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Auf diese Weise können mit einem Mindestaufwand an Material- und Arbeitskosten
verwindungsweiche gekröpfte Träger in jeder beliebigen Abmessung und in jeder beliebigen
Ausführungsform hergestellt werden, wobei es für die konstruktive Gestaltung der
Fahrzeugrahmen besonders vorteilhaft ist, daß die gekröpften Längsträger auch in
den bisher üblichenAusführungsformen gefertigt werden können.
Der
oder die Quereinschnitte im Bandmaterial können nach der Erfindung zweckmäßigerweise
so angeordnet werden, daß die Schnittstellen und die sie verbindenden Schweißnähte
ausschließlich -an dem oder an den Flansch(en) des Trägers sich befinden und der
Steg selbst keine-Schnitt- und Schweißstellen aufweist. Hiermit wird erreicht, daß
die Längsträger, ohne daß die Kröpfstellen durch eingeschweißte Laschen verstärkt
werden müssen, die notwendige Biegefestigkeit besitzen.
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Zur Vermeidung von Spannungskonzentrationen infolge Überlagerung von
Schweißeigenspannungen und Normalspannungen in Trägerlängsrichtung durch Biegung
und Verformungsbehinderung, denen zufolge der Längsträger an den Schweißstellen
in erhöhtem Maße einer Bruchgefahr ausgesetzt wäre, ist in Weiterausbildung der
Erfindung ferner vorgesehen, den Quereinschnitt bzw. die Quereinschnitte zu den
Längskanten des Bandmaterials derart schrägverlaufend anzubringen, daß die Schnittstellen
und die Schweißnähte außerhalb der Kröpfstelle liegen und sich nahezu in der Hauptanstrengungsrichtung
erstrecken.
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Bei Längsträgern, bei denen Ober- und Unterflansch in die Kröpfung
einbezogen sind, empfiehlt es sich, die Kröpfkanten im Ober- und Unterflansch -
in der Trägerlängsrichtung gesehen - gegeneinander versetzt so anzuordnen, daß sie
an den Ecken eines Trapezes liegen, und zwar die Kröpfkanten des Unterflansches
an den Enden der langen parallelen Trapezseite. Mit dieser Gestaltung der Kröpfstelle
wird bezweckt, die durch die Kröpfung verursachten Spannungsanhäufungen im Ober-
und im Unterflansch so zu verteilen, daß sie nicht in den gleichen Querschnittebenen
auftreten.
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Für die weiter in den Unteransprüchen 6 bis 10 offenbarten Ausführungsformen
eines Längsträgers nach der Erfindung wird Schutz nur im Zusammenhang mit dem Hauptanspruch
begehrt.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung in mehreren Ausführungsbeispielen
veranschaulicht. Es zeigt Fig.1 in perspektivischer Darstellung eine erste Ausführungsform
des Längsträgers, Fig.2 und 3 Querschnitte in den Schnittebenen II-II bzw. III-III
der Fig.1, Fig. 4, 5 und 6 perspektivische Darstellungen dreier weiterer Ausführungsformen
von an einem Ende gelkröpften Längsträgern, Fig. 6 a die Anordnung von Federscheiben
am Mittelabschnitt eines in der Ausführungsform nach Fig. 6 hergestellten Längsträgers,
Fig. 7 die perspektivische Ansicht eines vorher abgeschnittenen und in die endgültige
Form gebogenen Teilstücks des Längsträgers nach Fig. 6, Fig. 8 das Bandmaterial
zur Herstellung des Längsträgers nach Fig. 6 im ursprünglichen Zustande, Fig. 9
in perspektivischer Darstellung einen an beiden Enden gekröpften Längsträger mit
nach dem Ausführungsbeispiel der Fig.4 ausgeführten Kröpfstellen; Fig. 10 ist ein
Querschnitt in der Schnittebene X-X der Fig. 9; Fig.11 stellt die Seitenansicht
des Endabschnitts eines an einem Ende gekröpften Längsträgers dar, dessen Oberflansch
nicht in die Kröpfung einbezogen ist, und Fig.12 schließlich ist ein Querschnitt
nach der Linie XII-XII der Fig.11.
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Das in Fig.1 mit strichpunktierten Linien angedeutete Rechteck Ad
stellt einen Abschnitt des Bandmaterials dar, aus dem der Längsträger hergestellt
wird. Als Bandmaterial kommt in erster Linie Bandstahl in Betracht, doch ist die
Erfindung nicht auf diesen Werkstoff und auch nicht auf metallischen Werkstoff beschränkt.
Der obere Bandstreifen des Bandmaterials ist nach einer parallel zur Bandkante verlaufenden
Linie abgekantet und bildet den bei diesem Ausführungsbeispiel über die ganze Trägerlänge
in gleichbleibender Breite durchlaufenden Oberflansch a.
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An der unteren Bandkante ist das Bandmaterial <d mit einem schräg
von vorn nach hinten verlaufenden Quereinschnitt 1 versehen. Der vor dem Quereinschnitt
liegende Längsstreifen ist zu dem breiteren Unterflansch b1 nach der gleichen Seite
wie der Oberflansch a umgebogen, während der hinter dem Einschnitt 1 liegende Streifenteil
b2 nach einer schräg zur Bandkante hinüberlaufenden Biegekante 2 hochgebogen ist.
Ein dreieckförmiger Vorderabschnitt b3 des Streifenteils b2 ist nach der Biegekante
3 in die Ebene des Unterflanschteils b1 hineingebogen. In die beim Hochbiegen der
Teile b1 und b2 entstehende Dreiecklücke wird ein Dreieckstück d aus dem gleichen
Material, aus dem der Ausgangsbandstreifen besteht, eingeschweißt. Dadurch werden
die abgekanteten Längsstreifenteile b1 und b2 mit dem Dreieckabschnitt b3 zu einem
allmählich auslaufenden Unterflansch b verbunden. Der Teil b2 des Unterflansche
bildet die Kröpfstelle des Längsträgers, der, wie aus den Querschnitten der Fg.2
und 3 ersichtlich ist, vorn ein U-Profil und hinten ein Winkel-Profil aufweist.
Der Steg, der beim Winkel-Profilteil wesentlich höher ist als beim U-Profilteil,
ist ohne Rücksicht auf die unterschiedliche Steghöhe einheitlich durch das Bezugszeichen
c gekennzeichnet. Der Längsträger nach Fig.4 unterscheidet sich vom vorbeschriebenen
Ausführungsbeispiel lediglich dadurch, daß der Oberflansch a nicht in gleichbleibender
Breite eben gestaltet, sondern in die Kröpfung mit einbezogen ist. Zu diesem Zweck
sind an der oberen Bandkante des Bandstahls A zwei verschieden lange Schrägeinschnitte
4 und 5 durchgeführt, von denen der Schrägeinschnitt 4 von hinten nach vorn und
der Schrägeinschnitt 5 umgekehrt von vorn nach hinten sich erstreckt. Auf diese
Weise sind drei Abkantabschnitte a1, a2 und a3 geschaffen, die nach dem Abkanten
miteinander verschweißt werden und gemeinschaftlich den in den einzelnen Abschnitten
unterschiedlichen breiten Oberflansch a ergeben. Während sich die Abkantabschnitte
a1 und a2 nach dem Umbiegen überlappen und unmittelbar zusammengeschweißt werden
können, muß zwischen den Abschnitten a2 und a3 -ähnlich wie beim Unterflansch b
- in die entstehende Dreiecklücke ein Dreieckstück f eingeschweißt werden, nachdem
zuvor ein vorderer, Dreieckabschnitt a4 des Abkantabschnitts a3 in die Ebene des
mittleren Abkantabschnitts a2 umgebogen worden ist.
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In Fig.5 erstreckt sich die Kröpfung über den Ober- und den Unterflansch
a bzw. b. Der Unterflansch b verläuft bei diesem Ausführungsbeispiel über
die ganze Trägerlänge, so daß der Längsträger also an allen Stellen einen U-förmigen
Querschnitt aufweist. Der Unterflansch b wird aus drei Abkantabschnitten b1, b2
und b4 sinngemäß in gleicher Weise zusammengeschweißt wie beim Ausführungsbeispiel
der Fig. 4 der Oberflansch a aus den Abschnitten cal, a2 und a3 mit dem Dreieckvorsprung
a4 und dem Zwischenstück f.
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Während es sich bei den vorbeschricbenen Beispielen um Längsträger
handelt, die aus einem einteiligen Stück Bandstahl gefertigt sind, bringt Fig. 6
in schaubildlicher
Ansicht einen Längsträger, der aus zwei auseinandergeschnittenen
Streifen des gleichen Bandmaterialabschnitts A zusammengefügt ist. In Fig.7 ist
das abgeschnittene, bereits in die endgültige Form gebogene kleinere Stück des Bandmaterials
vor dem Verschweißen mit dem Trägerhauptteil dargestellt. Fig.6 und 7 lassen erkennen,
daß die zum Oberflansch a gehörenden Abkantabschnitte a1 und a2 sowie der den niedrigen
vorderen Stegabschnitt c verstärkende Teil cl ein getrenntes Stück A1 bilden, das
mit dem Steg c1 flach gegen die Außenseite des Stegs c des Hauptteils A2 angesetzt
und an den sich überdeckenden Stegabschnitten sowie im Kröpfungsabschnitt a2 des
Oberflansches zusammengeschweißt wird. Fig. 8 zeigt den Ausgangsschnitt A des Bandmaterials,
wobei strichpunktierte Linien die Abkantstrecken, gestrichelte Linien die Einschnittstrecken
und voll ausgezogene Linien, in welche kleine Kreuze eingezeichnet sind, die Schnittlinien
andeuten. Die einzelnen Felder der beiden Stücke A1 und A2 sind mit Bezugszeichen
der Bestandteile versehen, die sie am fertigen Längsträger bilden.
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An den im Ober- und im Unterflansch a bzw. b gekröpften Längsträger,
wie sie beispielsweise in Fig. 4 bis 6 der Zeichnung veranschaulicht sind, werden
die Kröpfkanten am Ober- und am Unterflansch a bzw. b erfindungsgemäß so angeordnet,
daß sie sich nicht in den gleichen senkrechten Querschnittebenen befinden.
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Vielmehr sind die Kröpfkanten des Oberflansches a gegenüber den Kröpfkanten
des Unterflansches b derart versetzt angeordnet, daß die dem Vorderende des Längsträgers
zugekehrten Kröpfkanten des Oberflansches a ein Stück hinter der dem Vorderende
des Längsträgers zugekehrten Kröpfkante des Unterflansches b und die hintere Kröpfkante
des Oberflansches ein Stück vor der hinteren Kröpfkante des Unterflansches liegt.
Bei Längsträgern mit über die Kröpfstellen durchgehendem Ober- und Unterflansch
(Fig.5) liegen die Kröpfkanten demgemäß an den Ecken eines Trapezes, und zwar die
Kröpfkanten des Unterflansches b an den Enden der langen parallelen Trapezseite.
Längsträger, deren hinteres Ende einen winkelförmigen Querschnitt aufweist, wie
z. B. die Längsträger nach Fig. 1, 4 und 6, ermöglichen im Bereiche des Winkel-Profils
auf einfache Weise das Anbringen der Federschuhe g. Diese können mit Hilfe von Dreiecklaschen
h am Steg des Winkel-Profils so angeschweißt werden, daß sie im Schubmittelpunkt
des Winkel-Profils liegen. Fig. 6 a veranschaulicht die vorbeschriebene Anordnung
der Federschuhe g bei dem nach hinten verlängert zu denkenden Längsträger der Fig.
6, in Trägerlängsrichtung gesehen.
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Die in Fig. 1 bis 6 dargestellten Längsträger sind mit nur einer vorderen
Kröpfstelle ausgeführt, können selbstverständlich aber, sofern die Fahrzeugbauart
einen entsprechenden Rahmen erforderlich macht, am vorderen und am hinteren Endabschnitt
gekröpft hergestellt werden. Fig. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel hierfür. Der in
Fig.9 dargestellte Längsträger entspricht in der Ausführung im wesentlichen dem
Längsträger gemäß Fig.4, weist aber im Gegensatz zum Längsträger der Fig. 4 an beiden
Enden Kröpfungen auf. In die Kröpfungen ist der sich über die ganze Trägerlänge
erstreckende Oberflansch a einbezogen und sind auch die nur an den Endabschnitten
des Längsträgers vorhandenen Unterflansche b, welche letztere an den Enden der Kröpfstellen
auslaufen, mit erfaßt.
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Zur Materialersparnis und vor allem auch zur Gewichtsverminderung
des Längsträgers können an dem Abschnitt des Stegs, an welchem die große Steghöhe
vorhanden ist, Aussparungen i geschaffen werden. Zur Vermeidung der Gefahr des Einreißens
an den Aussparungen und zur Verstärkung des Stegs an den ausgesparten Stellen empfiehlt
es. sich, die Aussparungskanten k umzubördeln.
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Die Fig. 11 und 12 zeigen den einen Endabschnitt eines an einem Ende
gekröpften Längsträgers mit in gleichbleibender Breite über die ganze Trägerlänge
durchlaufendem, nicht gekröpftem Oberflansch und mit am rückwärtigen winkelförmigen
Trägerende angebrachten Federschuhen g. Die Verformung des Bandmaterials zum Träger
erfolgt möglichst im Kaltverformungsverfahren durch Abkanten, Biegen oder Bördeln,
damit nicht durch Warmbehandlung unkontrollierbare Eigenspannungen in den Längsträger
mit hineingebracht werden. Durch die vorbeschriebene Schräganordnung der Einschnittstellen
und die sich daraus ergebende Lage der Schweißnähte werden Spannungskonzentrationen
im Bereich der Kröpfungen und damit verbundene Bruchgefährdung weitgehend vermieden;
denn 1. liegen die Schweißnähte nicht mehr auf der Kröpfung und 2. verlaufen sie
nicht mehr senkrecht zur Trägerlängsrichtung, also auch nicht senkrecht zur Richtung
der größten Materialanstrengungen infolge Biegung und Wölbkrafttorsion.
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Der Fahrzeugrahmen wird, wie üblich, im allgemeinen aus zwei spiegelbildlich
gleichen, gekröpften Längsträgern zusammengebaut.