DE4109052A1 - Leichtbauprofil - Google Patents
LeichtbauprofilInfo
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- E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
- E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
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Description
Die Erfindung betrifft sowohl Hauptträger als auch Stützkon
struktionen von Brücken- und Hängekranen sowie Hängebahnen mit
geringer bis mittlerer Tragfähigkeit und Stützweite.
Es ist bekannt, für Hauptträger und Stützkonstruktionen von
Brücken- und Hängekranen sowie Hängekranen mit geringer bis
mittlerer Tragfähigkeit und Stützweite gewalzte I-Profile zu
verwenden. Trotz moderner Leichtbaureihen bauen solche Walzpro
file aber in der Regel verhältnismäßig schwer, so daß derartige
traditionelle Konstruktionslösungen ungeeignet sind für nach
trägliche Einbauten in bereits bestehende, in ihrer Tragfähig
keit weitgehend ausgenutzte Bauwerke.
Man verwendet deshalb neuerdings für solche Konstruktionen, wo
es darum geht, mit möglichst geringer Eigenlast in ein be
stehendes Bauwerk nachträglich noch einen Brücken- oder Hänge
kran oder eine Hängebahn mit geringer bis mittlerer Tragfähig
keit und Stützweite einzubauen, bevorzugt spezielle entweder
durch Profilierwalzen aus Bandstahl im Sinne der Abkanttechnik
oder im Strangpreßverfahren hergestellte Sonderprofile; bei An
wendung des Strangpreßverfahren bevorzugt aus hochfesten
Leichtmetall-Legierungen. Weitere Masseeinsparungen werden
durch in die Stege dieser Sonderprofile eingebrachte soge
nannte Sparlöcher erzielt (Offenlegungsschriften DE 35 46 621
und DE 34 01 183). Günstig lassen sich dabei auch besondere
Nuten und Falze (Patentschrift DD 2 32 730 A5 und Offenlegungs
schrift DE 39 10 542) anbringen, die besondere Vorteile für die
Gestaltung der Querstöße und der Trägeraufhängung bieten, damit
aber den möglichen Anwendungsbereich dieser Sonderprofile stark
einschränken, indem diese dann mit Vorteil nur noch als Haupt
träger verwendet werden können, nicht aber oder schwerlich nur
beispielsweise als Stütze. Nachteilig ist auch, daß je mehr
solche Nuten und Falze vorhanden sind, diese Sonderprofile sich
nur mit sehr großem Krümmungsradius oder gar nicht mit
üblicher Biegetechnik zu Kurvenstücken krümmen lassen. Hinzu
kommt, daß, weil sowohl das Strangpreßverfahren als auch das
Profilierwalzen erst oberhalb nicht geringer Mindestmengen öko
nomisch rentabel wird, die Stufensprünge in den Querschnittsab
messungen dieser Sonderprofile relativ groß sind und deswegen
deren Tragfähigkeit vielfach nur ungenügend ausgelastet werden
kann, die nächstkleinere Profilgröße aber wegen Überlastung als
gewichtsgünstigere Variante ausscheidet.
Drei Querschnittsgrundformen sind für solche Sonderprofile üb
lich: a) die C-Form, b) die I-Form, c) die Hut-Form.
Die C-Form (Offenlegungsschriften DE 33 38 841 und DE 33 21 310)
hat als Einzelquerschnitt keine optimalen Trageigenschaf
ten, weil der Schubmittelpunkt außerhalb des Schwerpunktes und
außerhalb des Krafteinleitungspunktes liegt. Außerdem haben
alle c-förmigen Querschnitte als sogenannte offene Querschnitte
nur eine sehr geringe Drillsteifigkeit.
Bei der I-Form (Offenlegungsschriften DE 39 10 542 und DE 35 39 751)
fallen zwar Schubmittelpunkt und Schwerpunkt zusammen, und
vielfach geht auch der Vektor der äußeren Belastung durch die
sen Punkt, aber alle I-förmigen Sonderprofile mit einfach zusam
menhängendem offenen Querschnitt haben ebenfalls nur sehr
geringe Drillsteifigkeit, so daß unvermeidbar auftretende
äußere Torsionsmomente erhebliche unerwünschte Wölbnormalspan
nungen zusätzlich zu den vorhanden: n Biegenormalspannungen er
zeugen. Letzteres gilt auch für Sonderprofile mit hutförmigem
Querschnitt (Offenlegungsschriften DE 38 37 368 und DE 33 43 075).
Günstiger sind Sonderprofile mit I-Form, bei denen die Flansche
als Hohlquerschnitt ausgebildet sind. Bekannte Konstruktionen
verwenden solche Sonderprofile mit hohen Flanschen, die entwe
der im Stragpreßverfahren hergestellt (Offenlegungschrift
DE 35 46 621) oder bei denen bei Anwendung der Profilierwalz-
Abkanttechnik die Flansche durch entsprechend gestaltete Falze
geschlossen worden sind (Offenlegungsschriften 31 23 491 und
DE 23 24 777). Wegen der relativ teuren Preßform beim Strang
pressen bzw. Abkantwalzen beim Profilwalzverfahren ist der ver
fügbare Querschnittsfächer solcher Sonderprofile mit Hohl
flansch aber besonders stark eingeschränkt, so daß im Regelfall
die Tragfähigkeit nur mäßig ausgelastet werden kann. Für
Stützen sind die bekannten mit dem Strangpreß- bzw.
Profilierwalzverfahren hergestellten I-förmigen Sonderprofile
mit Hohlflansch ebenso schlecht geeignet, weil sie vorrangig
auf spezielle konstruktive Vorteile bei der Verwendung als
Hauptträger von Brücken- und Hängekranen bzw. Hängebahnen
ausgerichtet sind.
Bekannt sind auch I-artige Querschnitte, bestehend aus zwei
Kreisrohren als Gurte und einem dazwischen eingeschweißten
Stegblech (Offenlegungsschrift DE 18 06 381). Wegen der relativ
geringen Biegesteifigkeit des einzelnen Rohrquerschnittes er
reichen diese Sonderprofile aber nur geringe Querbiegestei
figkeit und sind deshalb stark biegedrillknickgefährdet. Gün
stiger ist es, statt der Kreisrohe durch Abkant-Profilierwal
zen vorgefertigte rechteckkastenförmige Gurtquerschnitte zu
verwenden (Offenlegungschrift DE 17 59 538). Diese ergeben je
doch beim Befahren mit Unterflanschkatzen unerwünscht hohe
Plattenbiegespannungen in der Wandung des befahrenen rechteck
kastenförmigen Gurtquerschnitts, so daß dieser eine relativ
große Wanddicke erhalten muß.
Ziel der Erfindung ist ein Leichtbauprofil für Brücken- und
Hangekrane sowie Hängebahnen mit geringer bis mittlerer Trag
fähigkeit und Stützweite, das eine hohe Ausnutzung der Festig
keit des Grundwerkstoffs sichert und in einem möglichst großen
Tragfähigkeits- und Spannweitenbereich neben einer Verringerung
des Fertigungsaufwandes auch zu einer Reduzierung des spezi
fischen Materialeinsatzes führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Leichtbauprofil
für Brücken- und Hängekrane sowie Hängebahnen mit geringer bis
mittlerer Tragfähigkeit und Stützweite zu schaffen, das nach
dem Baukastenprinzip ausgewählt bzw. aus einfachen Grundelemen
ten zusammengesetzt und kombiniert werden kann, dabei keine
arbeitsaufwendigen Anpaßarbeiten erfordert und kerbungünstige
Quernähte grundsätzlich vermeidet, außerdem trotz geringer
Eigenmasse eine hohe Biege- und Drillsteifigkeit aufweist und
so gestaltet ist, daß es mit Unterflanschlaufkatzen befahren
werden kann.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Verwendung eines I-
Sonderprofils mit geschlossenen Hohlflanschen gelöst. Dieses I-
Sonderprofil ist entweder aus einem einzigen Breitflachstahl
mittels Abkant-Profilierwalztechnik zunächst als offenes Profil
hergestellt und anschließend durch zwei Längsschweißnähte in
den beiden offenen Berührungskanten zwischen Steg- und Flansch
bereich zum mehrzelligen Profil geschlossen worden oder
zusammengesetzt aus einem ebenen Breitflachstahl als Steg und
zwei durch Abkant-Profilierwalzen als Rohrprofile mit Längs
schlitz hergestellte Flanschelemente, wobei der Steg in den
Längsschlitzen der rohrförmigen Flanschelemente steckt und die
vier Berührungskanten dieser beiden Flanschelemente mit dem
Steg gleichfalls durch Längsschweißnähte geschlossen worden
sind. Durch Variation der Steghöhe und bei letzter Variante
außerdem noch durch Anwendung der jeweils optimalen Größe der
beiden rohrförmigen Flanschelemente, die erforderlichenfalls
verschieden sein können, läßt sich mit einfachen Mitteln
kostengünstig ein breiter Querschittsfächer für Hauptträger
und Stützen mit bestmöglicher Tragfähigkeitsauslastung auf
bauen. Weil für das Stegblech auch eine größere Wanddicke
verwendet werden kann als für die aufgesteckten rohrförmigen
Flanschelemente, läßt sich dabei ohne Einbau von Querausstei
fungen die von der technischen Biegelehre und Theorie der Wölb
kraftorsion vorausgesetzte Bedingung der Querschnittsformtreue
in dem für die Gesamtstabilität des Leichtbauprofils erforder
lichen Maße einhalten.
Der Querschnitt der hohlen Flanschelemente soll einen im Prin
zip dreieckigen oder drachenflächenförmig vier- oder fünf
eckigen Umriß haben. Der drachenflächenförmig viereckige Umriß
wird aus zwei mit den Basislinien übereinanderstehenden Drei
ecken gebildet, der drachenflächenförmig fünfeckige Umriß aus
einem Dreieck und einem Trapez, wobei die große Basislinie des
Trapezes zugleich Basislinie des Dreiecks ist. Bei Verwendung
des Leichtbauprofils als Hauptträger von Brücken- und Hängekra
nen sowie Hängebahnen sollen die der Stegmitte zugewandten
schrägen Unterflanschseiten von einer Unterflanschkatze mit
v-förmiger Radanordnung befahren werden. Wird dabei die Neigung
der von den Katzrädern befahrenen Unterflanschflächen so ausge
wählt, daß die Resultierenden der radialen Raddruckkräfte sich
im Pendelpol der Unterflanschlaufkatze schneiden, erzeugen alle
an der Unterflanschkatze angreifenden, von der am Kranhaken
hängenden Hubmasse herrührenden Horizontalkräfte allein nur
Änderungen der radialen Raddruckkäfte, jedoch keine axialen
Katzradkräfte, so daß der Querschlupf der Katzräder und damit
einhergehend auch der Rollverschleiß der Katzräder und der von
diesen befahrenen Flanschflächen sich auf den kleinstmöglichen
Wert reduzieren. Dadurch ist es möglich, mit sehr geringen
Wanddicken der Flanschelemente auszukommen und die Eigenmasse
der Hauptträger sehr niedrig zu halten.
Die dachförmige Rollflächenanordnung im Träger bewirkt neben
der selbsttätigen Zentrierung der Katze in der vertikalen Trä
germittelebene bei Leichtbauprofilen mit auf das Stegblech auf
gesteckten Flanschelementen mit drachenflächenförmig vier
eckigem Umriß zugleich noch ohne weiteres Zutun den notwendigen
Schweißkantenöffnungswinkel für eine V-Naht in der betreffenden
Berührungskante Flansch-Steg. Diese V-Naht als Halsnaht ist er
müdungsfestigkeitsmäßig günstiger als eine Kehlnaht. Außerdem
liegt sie bei der dachförmigen Rollflächenanordnung wesentlich
dichter an der neutralen Faser des Trägers als bei herkömmlich
üblichen parallelflanschigen Trägern mit Unterflanschkatze und
ist deshalb aus der Trägerbiegung von Haus aus geringer bean
sprucht. Werden statt dessen die dachförmigen Rollflächen noch
je mit einer zusätzlichen weiteren Abkantung versehen, so daß
das auf das Stegblech aufgesteckte Flanschelement einen dra
chenflächenförmig fünfeckigen Umriß erhält, bei dem die am Steg
anliegenden Enden dieses aufgesteckten Flanschelementes recht
winklig zur Stegblechebene stehen, so werden die infolge
Raddruckkrafteinleitung entstehenden Plattenbiegespannungen
merklich geringer als bei entsprechenden aufgesteckten Flansch
elementen mit drachenflächenförmig viereckigem Umriß. Aller
dings lassen sich bei dieser plattenbiegespannungsminimierten
Form als Halsnähte mit geringem Fertigungsaufwand nur Kehlnähte
mit Tiefeinbrand schweißen. Deren Ermüdungsfestigkeit ist
zwar etwas schlechter als die von V-Nähten, aber dennoch
wesentlich günstiger als bei sonstigen geschweißten Kreuzstoß
verbindungen, weil hier infolge der vorhandenen Plattenbiege
spannungen der in der Regel rißauslösende Wurzelkerb überdrückt
wird.
Insgesamt wirkt sich deshalb die dachförmige Rollflächenanord
nung in jedem Fall günstig auf die Lebensdauer des Trägers aus.
Außerdem ergibt sich die Möglichkeit, für das untere aufge
steckte befahrene Flanschelement einen höher festen Werkstoff
vorzusehen und damit die örtliche Festigkeit optimal der tat
sächlichen Beanspruchung anzupassen.
Erhalten die Hohlflansche einen drachenflächenförmigen Umriß,
so ergeben sich durch die dem Steganschlußpunkt gegenüberlie
gende Gurtabkantung folgende Vorteile: Erstens nimmt die Beul
gefahr der äußeren Flanschbereiche erheblich ab, eine sehr
wichtige Voraussetzung für den Einsatz geringstmöglicher Wand
dicken im Flanschbereich; zweitens wirkt diese Gurtabkantung,
wenn das Leichtbauprofil als Träger verwendet wird, im Unter
flansch als Tropfkante, dadurch verringert sich beim Einsatz im
Freien die Korrosionsbelastung des am meisten auf Biegezug be
anspruchten unteren Trägerbereiches; drittens schließlich hemmt
diese Gurtabkantung den Tragfähigkeitsverlust des Leichtbaupro
fils bei Verwendung als Stütze, falls bei Kollision mit vorbei
fahrenden Fahrzeugen örtliche Beschädigungen der äußeren
Flanschpartien auftreten sollten.
Vier Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen
gestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen
Fig. 1 ein aus einem einzigen Breitflachstahl her
gestelltes Leichtbauprofil im Querschnitt,
Fig. 2 die untere der beiden Schweißverbindungen des
Leichtbauprofils nach Fig. 1,
Fig. 3 eine Anwendung des Leichtbauprofils nach
Fig. 1 als Unterflanschkatzträger mit einer
Unterflanschkatze,
Fig. 4 ein aus einem Steg und zwei gleichgroßen
Flanschelementen dreieckigen Umrisses zu
sammengeschweißtes Leichtbauprofil im
Querschnitt,
Fig. 5 ein aus einem Steg und zwei unterschiedlich
großen Flanschelementen viereckigen Umrisses
zusammengeschweißtes Leichtbauprofil im Quer
schnitt,
Fig. 6 die Schweißverbindungen des Steges mit dem
unteren Flansch nach Fig. 5,
Fig. 7 ein aus einem Steg und zwei unterschiedlich
großen Flanschelementen fünfeckigen Umrisses
zusammengeschweißtes Leichtbauprofil im
Querschnitt,
Fig. 8 die Schweißverbindungen des Steges mit dem
unteren Flansch nach Fig. 7.
Das Leichtbauprofil nach dem ersten Ausführungsbeispiel ist in
den Fig. 1 bis 3 dargestellt. Es besteht aus einem einzigen
Breitflachstahl, der mittels Abkant-Profilwalztechnik herge
stellt worden ist. Den mittleren Teil bildet der Steg 1, aus
den beiden Randteilen werden gegenüberliegend der obere und der
untere Hohlflansch 2 und 3 als drachenflächenförmig viereckiger
Querschnitt geformt. Die beiden Außenkanten des Breitflach
stahls werden, wie in Fig. 2 vergrößert dargestellt, mittels
als Kehlnaht mit Tiefeneinbrand geschweißter Halsnähte 4 je
weils mit dem Steg 1 verbunden und schließen somit die Hohl
flansche 2 und 3.
Nach Fig. 3 ist die Verwendung des beschriebenen Leichtbaupro
fils als Unterflanschträger für eine Unterflanschkatze 5 mit
v-förmiger Anordnung der Katzlaufräder 6 dargestellt. Dabei ist
die Neigung der drachenflächenförmigen Flanschrollflächen so
gewählt worden, daß die Resultierenden 7 der radialen Katzrad
druckkräfte sich erfindungsgemäß im Pendelpol 8 der Katze
schneiden.
Nach Fig. 4 ist im zweiten Ausfühungsbeispiel ein erfindungs
gemäß ausgeführtes Leichtbauprofil dargestellt, bestehend aus
einem ebenen Breitflachstahl als Steg 1 und zwei durch Abkant-
Profilierwalzen als Rohrprofile mit Längsschlitz hergestellte
Hohlflansche 2 und 3 mit dreieckigem Umriß, die oben und unten
auf das Stegblech aufgesteckt worden sind und zwar bis zum
Anschlag an die betreffende rechtwinklig zur Stegebene stehende
Flanschpartie, so daß diese durch den Stegblechrand eine
zusätzliche Stützung erfährt.
Im dritten Ausführungsbeispiel noch Fig. 5 ist ein nach
demselben Prinzip aufgebautes erfindungsgemäß ausgeführtes
Leichtbauprofil mit zwei unterschiedlich großen aufgesteckten
rohrförmigen Flanschelementen mit drachenflächenförmig
viereckigem Umriß dargestellt. Die vergrößerte Einzelheit der
beiden als V-Naht geschweißten gegenüberliegenden Halsnähte 4
zur Befestigung des unteren, kleineren Hohlflansches 3 mit dem
Steg 1 ist in Fig. 6 enthalten.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 zeigt ein ähnliches erfin
dungsgemäß ausgeführtes Leichtbauprofil mit zwei unterschied
lich großen aufgesteckten rohrförmigen Flanschelementen mit
drachenflächenförmig fünfeckigem Umriß. Die Schweißverbindungen
des unteren, kleineren Hohlflansches 3 mit dem Steg 1 sind in
der vergrößerten Einzeldarstellung nach Fig. 8 erkennbar.
Claims (5)
1. Leichtbauprofil, bevorzugt für Hauptträger und Stützkon
struktionen von Brücken- und Hängekranen sowie Hängebah
nen, befahren von einer Unterflanschkatze mit v-förmiger
Laufradanordnung, gekennzeichnet dadurch, daß ein I-arti
ges Sonderprofil mit einem Steg (1) und geschlossenen
Hohlflanschen (2; 3) zur Anwendung kommt, das entweder aus
einem einzigen Breitflachstahl mittels Abkant-Profilier
walztechnik zunächst als offenes Profil hergestellt und
anschließend durch zwei Längsschweißnähte (4) in den bei
den offenen Berührungskanten zwischen Steg- und Flanschbe
reich zum mehrzelligen Profit geschlossen worden ist oder
zusammengesetzt ist aus einem ebenen Breitflachstahl als
Steg (1) und zwei durch Abkant-Profilierwalzen als Rohr
profil mit Längsschlitz hergestellte Flanschelemente, wo
bei der Steg (1) in den Längsschlitzen der rohrförmigen
Flanschelemente steckt und die vier offenen Berührungskan
ten zwischen diesen beiden Flanschelementen und dem Steg
(1), je zwei pro Flanschelement, gleichfalls durch Längs
schweißnähte (4) geschlossen worden sind.
2. Leichtbauprofil nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch,
daß die geschlossenen Hohlflansche (2; 3) einen im Prinzip
dreieckigen oder drachenflächenförmig viereckigen oder
fünfeckigen Umriß haben, der viereckige Umriß gebildet aus
zwei in der Basislinie sich berührenden Dreiecken, der
fünfeckige Umriß gebildet aus einem Dreieck und einem des
sen Basislinie mit der eigenen großen Basislinie berühren
den Trapez, wobei die der Stegmitte zugewandten schrägen
Hohlflanschflächen als Rollflächen zum Befahren mit einer
Unterflanschkatze (5) mit v-förmiger Laufradanordnung
dienen.
3. Leichtbauprofil nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet da
durch, daß die Neigung der von den Katzlaufrädern (6) be
fahrenen Flanschflächen so gewählt ist, daß die Resultie
rende (7) der radialen Raddruckkräfte der Katzlaufräder
(6) sich im Pendelpol (8) der Unterflanschkatze (5)
schneiden.
4. Leichtbauprofil nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeich
net dadurch, daß die auf den Steg (1) aufgesteckten beiden
rohrförmigen Flanschelemente verschieden groß sind.
5. Leichtbauprofil nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeich
net dadurch, daß für das untere aufgesteckte befahrene
Flanschelement ein hoher fester Werkstoff vorgesehen ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914109052 DE4109052A1 (de) | 1991-03-15 | 1991-03-15 | Leichtbauprofil |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19914109052 DE4109052A1 (de) | 1991-03-15 | 1991-03-15 | Leichtbauprofil |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE4109052A1 true DE4109052A1 (de) | 1992-09-17 |
Family
ID=6427731
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19914109052 Withdrawn DE4109052A1 (de) | 1991-03-15 | 1991-03-15 | Leichtbauprofil |
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