DE2547897A1

DE2547897A1 - Profiltraeger

Info

Publication number: DE2547897A1
Application number: DE19752547897
Authority: DE
Inventors: Karl Welte
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-10-25
Filing date: 1975-10-25
Publication date: 1977-05-05

Description

Profilträger
Die Erfindung betrifft einen Profilträger od. dgl.
Herkömmliche Profilträger aus Leichtmetall oder Kunststoff haben infolge ihres niedrigen Elastizitätsmoduls nur eine begrenzte Biegesteifigkeit, verglichen mit entsprechenden Stahlträgerprofilen. Um das Trägheitsmoment eines Stahlträgers zu erreichen, muß der Profilquerschnitt eines Aluminiumträgers erhöht werden. Damit wird ein wesentlicher Vorteil, nämlich des geringeren spezifischen Gewichtes eines Aluminiumträgers verglichen mit einem Stahlträger weitgehend zunichte gemacht.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen neuartigen Profilträger aus einem Material mit vergleichsweise niedriger Zugfestigkeit und niedrigem Elastizitätsmodul zu schaffen, der gleichwohl eine erhöhte Biegesteifigkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Abstand vom Schwerpunkt des Profilquerschnittes mindestens ein sich über einen wesentlichen Teil der Trägerlänge erstreckendes, bei Biegung des Trägers auf Zug beanspruchtes Verstärkungselement angeordnet ist, das mindestens an seinen Enden am Profilträger befetigt und mindestens einseitig zur neutralen Biegefaser des Trägers hin auf vorgegebener Bahn am Profilträger gehalten ist.
Der neuartige Profilträger gemäß der Erfindung wird z.B. für Verladeschienen, Leitern, Masten, Aufbauten für Lastkraftwagen, Brücken, Stege, Gangways, Meßlatten, Gerüste, Geländerträger und Stützpfosten eingesetzt.
Mit der Erfindung wird der Vorteil erreicht, daß ein Profilträger hinsichtlich seiner Biegefestigkeit wesentlich verstärkt werden kann, ohne daß die Außenabmessungen des Profilquerschnittes größer und das Gewicht des Profilträgers wesentlich erhöht werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß ein und dasselbe Ausgangsprofil für verschiedene Anwendungs - und Belastungsfälle verwendet werden kann, nämlich unverstärkt für ein geringes Biegemoment und in verschiedenen Stufen verstärkt je nach Größe des erforderlichen Biegemomentes. So kann ein Aluprofil mit einer Zugfestigkeit von 20 kp/mm2 mit einem Verstärkungsband aus demselben Material, also mit 20 kp/mm2 aber auch für höhere Belastungsfälle mit einem Aluband von 45 kp/mm2 verstärkt werden. Für noch höhere Beanspruchungen wird als Verstärkungselement ein Stahlband verwendet. Durch Wahl des Jeweiligen Materials für das Verstärkungselement läßt sich eine Anpassung an den Belastungsfall erzielen, ohne das Profil verändern zu müssen. Die Erfindung ermöglicht auch erstmalig den Einsatz von Kunststoffprofilen dort, wo diese bisher wegen zu geringer Biegefestigkeit ausgeschlossen waren. So hergestellte Profilträger bringen eine erhebliche Gewichts- und Preisersparnis, Wesentlich ist gemäß der Erfindung, daß sich die Verstärkungselemente möglichst weit vom Schwerpunkt des Profils und im Belastungsfall möglichst weit entfernt von der neutralen Biegefaser des Trägers befinden, und zwar immer dort, wo das Verstärkungselement auf Zug beansprucht wird. Ist der Belastungsfall bekannt, wird also beispielsweise immer nur eine Seite des Profils auf Zug beansprucht, so genügt ein einziges Verstärkungselement an dieser Profilseite. Für unbekannte Belastungsfälle bzw. sich ändernde Belastungen werden.mehrere Verstärkungselemente entweder an diametral gegenüberliegenden Punkten oder z.B. bei einem Rundprofil an in gleichen Umfangsabständen liegenden Punkten angeordnet. Im einfachsten Fall können die Verstärkungselemente, die vorzugsweise als Bänder oder als Rundmaterial ausgebildet sind, an der Außenseite des Profils angeordnet sein.
Die Bänder haben vorzugsweise dieselbe Länge wie die Träger und sind an deren Enden befestigt. Bei entsprechender Durchbiegung des Profilträgers wird das Verstärkungselement auf Zug beansprucht und bewirkt die gewünschte Erhöhung der Biegesteifigkeit. Es kann aus der vorgegebenen Bahn nicht ausweichen, weil es an der Außenfläche anliegt. Alternativ wird das Profil mit einer durch einen Innensteg begrenzten Nut unmittelbar benachbart einer Profilaußenwand versehen und in dieser Nut das Verstärkungselement angeordnet. Der Innensteg ist in diesem Fall notwendig, um das Verstärkungselement bei einer Biegung des Trägers auf vorgegebener Bahn in Anlage an der Innenfläche der Außenwand des Trägers zu halten.
Die Befestigung des Verstärkungselementes an den Trägerenden ist auf vielerlei Art möglich. Das 'JA zu ?; ngselement kann angeschraubt oder angenietet werden. Es kann an den Enden aber auch verformt, z.B. verquetscht oder abgekantet werden. Wesentlich ist lediglich, daß bei einer Zugbeanspruchung des Verstärkungselementes deren Enden nicht relativ zum Träger wandern können. Dabei kann eine kleine Relativverschiebungsmöglichkeit des einen Endes des Verstärkungselementes zum Träger absichtlich vorgesehen sein, um bei extremen Temperaturverhältnissen den unterschiedlichen Wärmedehnungen des Trägers und des Verstärkungselementes Rechnung zu tragen.
Ein vorteilhaftes Merkmal besteht noch darin, daß das Profil an der dem Verstärkungselement diametral gegenüberliegenden Seite Rippen aufweist, welche der Knickgefahr bzw. dem Ausbeulen entgegenwirken. Falls zwei gegenüberliegende Seiten mit Verstärkungselementen versehen sind, wird jede Seite auch mit derartigen zusätzlichen Rippen versehen, um allen Belastungsfällen standzuhalten.
Anhand der Zeichnung, die einige Ausführungsbeispiele darstellt, sei die Erfindung beispielsweise näher beschMEben.
Es zeigt: Fig. 1 einen Profilträger auf zwei Stützen ohne Belastung, Fig. 2 den Profilträger gemäß Fig. 1, Jedoch unter Belastung, Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Profilträger mit eingelegtem Verstärkungselement, das ein ge stauohte s Ende aufweist, Fig. 4 eine Draufsicht auf einen Profilträger mit einem Befestigungsloch zum Anschrauben eines Verstärkungselementes, Fig. 5 einen Längsschnitt durch den Träger gemäß Fig. 4 mit festgeschraubtem Verstärkungselement Fig. 6 einen Querschnitt eines Profilträgers mit einseitigem Verstärkungselement, Fig. 7 einen Querschnitt durch einen Profilträger mit gegenüberliegenden Verstärkungselementen für eine Belastung von gegenüberliegenden Seiten her, Fig. 8 einen Querschnitt durch ein einfaches Kastenprofil mit außen aufliegendem Verstärkungselement, Fig. 9 einen Querschnitt eines etwas abgewandelten Kastenprofils mit einer Außennut, in welcher ein Verstärkungselement eingelegt ist, Fig. 10 den Querschnitt eines Trägers mit einer inneren Nut, in welcher ein Verstärkungsband aufgenommen ist, Fig. 11 den Querschnitt eines Dreieckträgers mit drei Verstärkungsbändern, Fig. 12 einen Querschnitt eines X-Trägers mit vier Verstärkungsbändern und Fig. 13 den Querschnitt eines Rundprofils mit vier in gleichen Umfangsabständen angeordneten Verstärkungsdrähten.
In Fig. 1 ist ein Profilträger 3 dargestellt, benachbart dessen Unterseite 1 ein Verstärkungselement 5 innenseitig anliegend angeordnet und an den Enden des Trägers 3 jeweils mit Schrauben 2 befestigt ist. Die neutrale Biegefaser ist in Fig. 1 mit 4 bezeichnet.
Fig. 2 zeigt den Träger 3 im verformten Zustand, wenn eine Kraft 6 auf die Oberseite aufgebracht wird. Die neutrale Faser 4 ändert ihre Länge nicht. Die Unterseite 1 wird auf Zug beansprucht und sucht sich zu verlängern. Dieser Dehnung wirkt das Verstärkungselement 5 entgegen, das aus einem Material mit höherer Festigkeit als das des Trägers besteht und/oder einen höheren Elastizitätsmodul hat. Wichtig ist bei der Anordnung des Verstärkungselementes, daß sich dieses möglichst in weitem Abstand von der neutralen Faser 4 befindet und an der Unterseite 1 des Trägers 3 so angeordnet ist, daß es auf vorgegebener Bahn gehalten wird, d.h. nicht in Richtung des Pfeiles 7 ausweichen kann. Dies läßt sich erreichen, indem an der Innenfläche des Trägers 3 Führur;gsstege für das Verstärkungselement vorgesehen sind oder indem das Verstärkungselement einfach mittels zusätzlicher Halteelemente, z.B. Nieten od. dgl. in Anlage an der Innenseite der Außenwand des Trägers 3 gehalten wird.
Die Fig. 3 - 5 veranschaulichen eine Befestigung der Enden des Verstärkungselementes. So zeigt Eg. 3 die Befestigung eines aus Rundmaterial bestehenden Verstärkungselementes 15, z.B. ein geschmiedetes Rundmaterial oder ein Drahtseil. Das Ende 16 des Rundmaterials ist verquetscht, so daß es sich nicht in den Träger hineinziehen kann. In Fig. 3 ist ein gewisses Toleranz spiel in Längsrichtung zwischen der Verquetschung des Verstärkungselementes und dem Träger veranschaulicht. Dieses Spiel soll die unterschiedlichen Wärmedehnungen des Rundmaterials und des Trägermaterials bei extremen Temperaturverhältnissen berücksichtigen.
In den Fig. 4 und 5 ist ein Träger veranschaulicht, der an beiden Enden ein Loch zum Festschrauben eines Verstärkungselementes 25 aufweist. In den Figuren ist nur das eine Ende des Trägers dargestellt. Der Profilträger hat eine Außenwand 26 und eine Innenwand 27. Zwischen beiden Wänden ist das Verstärkungsband 25 aufgenommen. Das Band hat ein ovales Loch 28, während die beiden Trägerwände 26, 27 miteinander fluchtende kreisförmige Löcher aufweisen. Durch diese Löcher ist eine Schraube 29 gesteckt und mit einer Mutter gesichert.
Das Langloch 28 gewährleistet ein gewisses Längsspiel, das bei extremen Temperaturverhältnissen einen gewünschten Wärmedehnungs ausgleich schafft.
Wird als Profilträger Aluminium verwendet und als Verstärkungselement ein Bandstahl, so errechnet sich bei 500 Temperaturdifferenz die relative Wärmedehnung zwischen beiden Teilen bei einem 5 m langen Träger zu etwa 3 mm.
Sieht man ein gewisses Spiel in der beschriebenen Form vor, so kann diesen unterschiedlichen Wärmedehnungen in einfacher Weise Rechnung getragen werden. Bei den gegebenen Temperaturverhältnissen ist es aber auch ohne weiteres möglich, das Verstärkungselement ohne Spiel in Längsrichtung am Träger zu befestigen, denn bei einer behinderten Wärmedehnung treten nur vergleichsweise geringe Spannungen auf, die durch entsprechende Dimensionierung der Verstärkungselemente leicht aufgefangen werden können.
Fig. 6 zeigt einen Profilträger 13, der einen rechteckförmigen Querschnitt hat und der an seiner einen Schmalseite 14 doppelwandig ausgeführt ist, wobei die beiden Wände im Abstand angeordnet sind und eine Nut begrenzen, in welcher ein Verstärkungsband 35 eingelegt ist. Das Verstärkungsband kann aus einem gleichartigen Material wie der Profilträger 13 oder aus einem unterschiedlichen Material mit höherem Elastizitätsmodul hergestellt sein. Damit läßt sich das Profil an unterschiedliche Belastungsfälle anpassen.
Eine feinstufigere Anpassung ist noch dadurch möglich, daß Breite und Dicke des Verstärkungselementes variiert werden.
Die dem Verstärkungselement 35 gegenüberliegende Seite 17 des Profils 13 hat eine Anzahl innerer Rippen 18, welche dem Ausbeulen im Belastungsfall entgegenwirken sollen. Das dargestellte Profil ist für einseitige Belastung entsprechend Fig. 2 vorgesehen, wobei die Belastung von oben kommt und die Unterseite 14 des Profils auf Zug beansprucht wird.
Fig. 7 veranschaulicht ein Profil 23, bei dem die neutrale Faser wiederum mit 4 bezeichnet ist. In gleichen Abständen von der neutralen Faser 4 weist das Profil 23 Innenstege 24 auf, die mit benachbarten Außenwänden 14, 17 Jeweils Nuten begrenzen, in denen Verstärkungsbänder 45 angeordnet und bei Biegung des Trägers auf vorgegebener Bahn in Anlage an diesen Außenwänden gehalten sind. Wird das Profil gemäß Fig. 7 von oben belastet, so nimmt das untere Verstärkungsband 45 die Zugkraft auf, während das obere Band 45 eine geringe Druckkraft übernimmt. Wechselt die Belastung derart, daß der Träger nunmehr von unten belastet wird, so kehren sich die Verhältnisse um.
Fig. 8 zeigt einen Kastenträger 33, bei dem im weitesten Abstand von der neutralen Faser 4 an der Außenfläche der Profilaußenwand 14 ein Verstärkungsband 55 aufgebracht und mindestens an den Enden z.B. durch Verschweißen befestigt ist. Bei dieser einfachen Ausführung sind keine weiteren Nuten zur Führung des Bandes 55 nötig, da die Profilwand 14 selbst dafür sorgt, daß das Band 55 auf vorgegebener Bahn gehalten ist, wenn sich der Träger durchbiegt.
Fig. 9 veranschaulicht einen Träger 43, der sich gegenhuber dem Träger 33 durch zwei gegenüberliegende Außenstege 44 unterscheidet, die das ebenfalls an der Außenfläche der Außenwand 14 anliegende Verstärkungsband 55 übergreifen.
Fig. 10 zeigt einen I-Träger 53, dessen neutrale Biegefaser wiederum mit 4 bezeichnet ist. In seinem Quersteg 56 ist eine Nut vorgesehen, in welcher das Verstärkungselement 55 eingezogen ist, das hier ebenfalls als Band dargestellt ist.
Fig. 11 zeigt einen Dreiecksträger 63 an dessen drei ebenen Wänden jeweils Innenstege 64 vorgesehen sind, die mit den Wänden Längsnuten bilden, in welchen Verstärkungsbänder 65 eingezogen sind.
Ein Kreuzprofil oder X-Profil 73 gemäß Fig. 12 hat an den Enden der vier Profilarme sog. Füße 74, in welchen nutartige Hohlräume gebildet sind, die wiederum jeweils ein Verstärkungsband 75 aufnehmen.
Fig. 13 zeigt schließlich ein kreiszylindrisches Hohlprofil 83, das innenseitig vier um jeweils den gleichen Umfangsabstand voneinander versetzte Röhren 84 aufweist, in welchen Verstärkungselemente 85 in Form von Rundmaterial eingezogen sind. Das Profil gemäß Fig. 13 eignet sich beispielsweise für hohe Masten, die in allen Richtungen belastet werden können, wobei je nach Kraftangriffsrichtung ein oder zwei der vier Verstärkungselemente auf Zug beansprucht werden.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche 0 Profilträger od. dgl., dadurch gekennzeichnet, daß im Abstand vom Schwerpunkt des Profilquerschnittes mindestens.ein sich über einen wesentlichen Teil der Trägerlänge erstreckendes, bei Biegung des Trägers auf Zug beanspruchtes Verstärkungselement (5; 15; 25; 35; 45; 55; 65; 75; 85) angeordnet ist, das mindestens an seinen Enden am Profilträger befestigt und mindestens einseitig zur neutralen Biegefaserachse des Trägers hin auf vorgegebener Bahn am Profilträger gehalten ist.
2. Profilträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungselement eine gleiche oder höhere Zugfestigkeit als der Träger aufweist.
3. Profilträger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungselement aus einem Material mit gleichem oder /höherem Elastizitätsmodul als das des Trägers besteht.
4. Profilträger nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil eine durch einen Innensteg (24; 64) begrenzte Nut unmittelbar benachbart einer Profilaußenwand aufweist, und daß das Verstärkungselement (45; 65) in der Nut aufgenommen ist.
5. Profilträger nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungselement (55) an der Außenfläche des Profils anliegt.
6. Profilträger nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil mindestens zwei einander diametral gegenüberliegende Verstärkungselemente (45,45; 75,75; 85,85) aufweist.
7. Profilträger nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungselemente aus Bandmaterial oder Rundmaterial bestehen.
8. Profilträger nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil an der dem Verstärkungselement gegenüberligenden Seite Rippen (18) aufweist.