DE855658C - Bauelement fuer Fahrzeuge oder Maschinenteile - Google Patents

Description

• Bauelement für Fahrzeuge oder Maschinenteile Die Erfindung bezieht sich auf Maschinen aller Art, z. B. Werkzeugmaschinen, und besonders auch auf Fahrzeuge und bezweckt einen vorteilhaften Aufbau, z. B. der Werkzeugmaschinenständer, Antriebswellen, bei Fahrzeugen der Gestenrahmen, der Radachsen, Räder u. dgl. ; insbesondere soll bei geringem Materialaufwand und niederem Gewicht eine hohe Dauerfestigkeit bei schwellenden und wechselnden Belastungen erzielt werden.
• Die Erfindung geht dabei vom Einzelaufbauteil, dem Bauelement für solche Fahrzeug- und Maschinenteile, aus uud besteht darin, daß erfindungsgemäß das Bauelement selbst aus zwei Teilen besteht, einem elastischen, bei Belastung, wenn auch unter Umständen in geringem Maße, seine Form ändernden und dadurch in einen Spannungszustand versetzbaren Elementteil und einem am Bauelement selbst vorgesehenen Spannteil.
• Gemäß der Erfindung steht der elastische Elementteil unter der Einwirkung einer eine Formänderung herbeiführenden Kraft (Vorspannung), die durch einen am Bauelement selbst vorhandenen Spannbeil, z. B. Spannidraht, aufrechterhalten wird, wobei die Verspannung so bemessen ist, daß eine verlhältnismäßig kleine elastische Hysteresisschleife bei schwellender und wechselnder Belastung entsteht.
• Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, daß nicht etwa das Hooksche Gesetz mit den bisherigen Zuschlägen für Schwell- und Wechselfestigkeit den Grad der Belastungsfähigkeit eines Materials bzw. Baubeils erkennen läßt, sondern in erster Linie der Inhalt der elastischen Hysteresisschleife, deren Produkt mit :der Schwingungszahl der Belastungsstöße bis zum Bruch eine Größe ist, welche das Arbeitsvermögen des- Stoffes bzw. Teils angibt, das bis zum Bruch verbraucht wird. Um eine hohe Lebensdauer eines laufend Belasbungsstößen ausgesetzten Bauelements zu erzielen, muß man daher :die Hysteresisschleife möglichst klein ,halten,.
• Bei der Erfindung wird von dieser neuartigen Erkenntnis Gebrauch gemacht und der Belastungsbereich zwar höher an die Bruchgrenze heranverlegt, die Bruchgefahr aber dadurch erheblich herabgesetzt, daß durch die Vorspanmuing das Arbeitsvermögen dies Materials infolge ,der kleineren Hysteresisschleife gegenüber früher erheblich größer ist, d. h. daß die gleiche Dauerfestigkeit mit erheblich geringerem Materialaufwand und enrtsprechend geringerem Gewicht erzielt wird, was ganz besonders für Fahrz:oug,e von Wichtigkeit ist.
• Da die Hysteresisschleife bei wechselnder Belastung gegenüber schwellender Belastung unverhältiniismäßig größer wird, ist es zweckmäßig, die Größe der Vorspannung etwa gleich oder größer gegenüber dem höchsten zu erwartenden Belastungsstoß zu machen. Dadurch wird erreicht, daß bei allen zu erwartenden Belastungsfällen ein geringer Rest decr Vorspannung nicht unterschritten w i rd.
• An Hand einer beispielsweisen Ausführungsform soll die Erfindung näher erläutert werden.
• In Fig. i ist ein gitterförmiger Träger dargestellt, der etwa die Länge eines Kraftfahrzeuges 'hat. Drie Querschnitte der Gitterstäben sind ohne Zuschläge hinsichtlich statischer und dynamischer Festigkeit berechnet, auch ist die Durchibiegung :bei der Berechnung nicht berücksichtigt. Aus diesen Grüniden hat ein derartiger Träger ein äußerst geringes Gewicht. Belastet man ihn nun mit einer Kraft P, z. B. mit 3oo kg, was etwa lern Gewicht von zwei Personen, vermehrt um das Einbaugewicht in einem Kraftfahrzeug, entspricht (vgl. Fig. 2), so wird: sich dieser Träger so stark durchbiegen, daß er praktisch wegen seiner Verformung unbrauchbar ist; obwohl er bei dieser Belastung, für die er ja berechnet wurde, keinesfalls bricht. Bei Wec'h,selbelastung wird der Träger jedoch nach kurzer Zeit wegen der sehr großen Hysteresissc'hleife brechen.
• Verspannt man nun .dien Träger durch einen Spanind'raht S (Fig;. 2) derart, daß er sehne gekrümmte Form beibehält, :auch wenn die Last weggenommen wird, so wind bei wiederholtem Aufbringen der Last P sich die Form des Trägers nicht oder nur noch ganz geringfügig ändern, je nach Auslegung des Spanmdrahbs. Der Inhalt der Hysteresisschleife,ist also sehr klein geworden, der Träger hat eine hofhe Dauerfestigkeit erhalten und kann jetzt beliebig oft mit der Kraft P belastet werden, ohne daß er bricht. Ungünstig für manche Zwecke ist lediglich noch die gekrümmte Form dies Trägers. Sie wird dadurch beseitigt, daß das Gitterwerk in unbelastetem Zustand so zusammengesetzt wird, .daß lein gekrümmter Träger gemäß Fi:g. 3 entsteht. Wird auf diesen Träger :eine Last P aufgebracht, so kann der Träger durch einen Spanndraht S gemäß Fig. d in dein geradergestreckten Zustandi festgehalten werden. Auf diese Weise erhält man also einen Träger, der hinsichtlich statä,scheir und .dynamischer Festigkeit eindeutig festliegt und für den Aufbau von Fahrzeugen und Maschinen b,-sonders vorteilhaft verwendbar ist. An Stelle eines gitterförmig ausgestalteten Trägers kann auch ein beiispielsweise hochkant angeordnetes, mit entsprechenden Aussparungen versehenes Metallbanid verwendet werden.
• In manchen Fällen ist auch lediglich ein Stab oder irgendein anders profilierter Tragteil zweckmäßig. Der Spannteil kann dabei mit Vorteil in einen Hohlraum des Bauteils verlegt werden. Zum Beispiel köninien :der Elementteil und der Spannteil aus zwei inoinand-ergesteckten, nach verschiedenen Seiten gekrümmten Rohren bestehen, die beim Zusammenstecken ein geradliniges, unter Spannung befindliches Rohr ergeben. Dabei genügt es für manche Zwecke unter Umständen, ,die Vorspannung auch geringer als die größte Belastung vorzusehen, zumal in düm Fall, wo höchste Belastungsstöße nur ganz vereinzelt auftreten.
• Eine weitere, besonders zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung, wie sie z. B. für :eine Antriebswelle von Werkze gmaschinen oder Kraftfahrzeugen in: Frage kommt, bestecht ;darin, daß zwei verhältnismäßig sc'hwachwan@diigei Hohlwellen von solchen Durchmessern verwendet werden, daß sich die eine Welle in die andere stecken läßt. Auf der einen Seite werden die Enden fest miteinander verbumdein, entweder unmittelbar oder mittels eines Flansches unter Anwendung der üblichen Verfahren, wie z. B. Schweißen, Verschrauben, Aufschrumpfen, Hartlöten od. dgl. Anschließend werden -die ibeiden freien Wellenenden geigenläufig verdreht, und zwar so lange, bis die gewünschte Spannung erreicht ist. Bei dem hierbei erreichten Verdrehungswinkel werden die beiden Wellen fest miteinander verbunden, und zwar ebenfalls durch eines der üblichen Befestigungsverfahren, wie z. B. Schweißern, Verschrauben, Hartlöten, Aufschrumpfen od. dgl. Die Wellen können dabei lediglich an ihren Enden fest miteinander verbunden werden; sie, können aber auch mit besonderem Vorteitüber ihre ganze Länge entweder an einzelnen Punkten oder fortlaufend miteinander verblinden sein, wesentlich für die Erfindung ist dabei lediglich, <aß sich die beiden Teile gegeneinander in einem der Vorspannung entsprechenden Spannungszustand befinden. Die innere Welle kann unter Umstünden auch massiv ausgebildet sein.
• Es :sei noch erw ähnct, daß das Bauelement gemäß der Erfindung bei den verschiedensten Werkzeugmasdhinen, Radachsen von Kraftfahrzeugen, bei Fahngestel:lraihmen, Karosseriegerippen usw. Anwendung finden kann, die in der gemäß der Erfin- i dung erstmals dargestellten Weise verspannt werden, z. B. mittels Spanndraht, Rund- oder Profilstab, R<@lirtv@il od. dgl. Ebenso kann die Erfindung anstatt bei gitterförmigen Trägern auch bei Kastenträ gern Anwendung finden. Auch ist die Erfindung keineswegs auf Federstahl, Eisen, Leicht-oder andere @let:alle 1>eschränlct, vielmehr können auch unter Umständen Kunststoffe gemäß der Erfindung verspannt werden.
• Ein 1>escinderer Vorteil der Erfindung bestecht darin, claß die \"orsl>ailnttrtri in vielen Fällen genau beineßhar ist. Auch kann .die Größe der Hysteresisschleife jederzeit genau gemessen und damit die 13ruchsiclierli-it der gemäß der Erfindung verwendeten I@au@-lrnicnte eiiudetitig überwacht werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Hattcleinent für Fahrzeuge oder iNl"asahinünteile, (las einen in einen elastischen Spannungszustand vers:tzbaren Eleinenttei,l enthält, z. I)'. langgestreckter, bei Belastung sich durch-1) itgender Träger, dadurch gekennzeichnet, daß der El:nt:ntt#:il im von außen her unbelasteten Zustand unter der Einwirkung einer die Belasttin;"ssli<innung bereits mindestens teilweise lterlreifülii-en<l: i Kraft (Vorspannung) stecht, die durch ein:ri ain Bauelement selbst vorhandernv#n, z@@ccl:mä Big sich längs des Ele-menttteils erstreckenden Spanaiteil, z. B. Spanndraht, aufreclit:ei-h2i.lten wird. ?. Bauelement nach Anspruch i, insbesondere wedhs:elnd@en, d. 1i. nach eiitgegenlnesetzten Richtung-en erfolgenden Belastungsstößen ausgesetzt:s l@atieleinent, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Vorspannung den Wert des höchsten zti erwartenden Belastungsstoßes übersteigt. 3. Bauelement, nach einem der Ansprüche i oder a, dadurch gekennzeichnet, daß der Elementteil ein langgestreckter Körper, z. B. ein Gitterträger, ein hochkamt angeordnetes Metallband, ein Stal> od. dgl. ist, an dem der Spannteil (Spanndraht, Spannschiene od...dgl.) durch Anschweißen, Löten, Verschrauben oder in ähnlicher Weise befestigt ist. . Bauelement nach einem der Anisprüche i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Elementteil ein langgestreckter Körper ist, der im nichtvorgespannten Zustand gekrümmte Form besitzt und erst im vorgespannten Zustand geradlinig gestreckt ist und durch den Spannteil in et@@ a geradlinig gestrecktem Zustand ge-'halten wird. 5. Bauelement nach eiivem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannteil in einem Hohlraum des Elementteils an.geord-n:e,t ist und daß insbesondere der Eleinentteil und der Spannteil aus zwei ineinandergesteckten Rohren bestehen. 6. Als Welle ausgebildetes Bauelement gemäß einem der vorh.ergehen(den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, diaß der Elementteil und der Spannteil aus zwei ineinander angeordneten @y'elltn 1)e,st,ehen, von denen wenigstens die äußere als ilohlwelle ausgebildet ist, wobei die Wellen entsprechend der Größe der Vorspannung gegeneinander verdreht und in diesem Zustand fest miteinander verbunden sind. 7. Bauelement nacheinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Elementteil und der Spannteil über ihre ganze Länge entweder an einzelnen Punkten oder fortlaufend im gegeneinander verspannten Zustand miteinander verbunden sind.