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Klebeverbindungen für Fahrzeugrahmen Bei der I ferstellung von lZalnnen,
beispielsweise im Fahrzeugbau, mittels Rohren, Profilrohren o. dgl. wurden bisher
die Vtrl>in<luugen der einzelnen Rahmenstücke miteinander vorzugsweise in-tuffenverbindungen
durch Liften oder stumpf durch Schweißen, zuweilen auch durch Schraub- oder Kleininverbindungen
gefertigt. Das Hartlöten und besonders das Schweißen bringen den Nachteil finit
sich, daß die erforderlichen ziemlich hohen Temperaturen das Gefüge der Kauelemente
insgesamt oder auch abschnittsweise schädigen und ihre Festigkeitseigenschaften
herabsetzen, was sich besonders lief Ver@yen<lung vergifteter Leichtmetalle und
auch Stähle schädlich auswirkt. Aus diesem Grunde mußten z. 13. die Wandstarken
der Rohre höher gewählt werden, als ein ungeschädigter Gefügezustand des Werkstoffes
an sich erfordert hätte. Es ist 1ekannt, dalß die Strukturänderung der Werkstone
in der #,#@'ärmezone und vor allein in den Randzonen bei dynamischen 13earispruchungen
der Bauteile die Festigkeit besonders für Dauerbeanspruchungen so herabsetzt. da13
ein Ausgleich z. 13. durch höhere Wandstärken nicht ohne weiteres herbeigeführt
werden kann, vor allem, wenn es sich um ausgesprochene Leichtbaukonstruktionen handelt.
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Schraub- und Klemmverbindungen erfordern sehr genaue Anpassung der
zu verbindenden Flächen aneinander. Besonders für den Leichtbau hinderlich ist es.
daß bekanntlich tt. a. die zur Erzielung der erforderlichen ausreichenden Verbindungsfestigkeit
not\yendige Flächenpressung eine stärkere Dimensionierung der Verbindungsglieder
erfordert.
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Es ist schon vorgeschlagen worden, die Verhindung mittels geeigneter
Klebemittel, insbesondere
Kunstharzklebung, auszuführen. Dabei
erwies es sich einmal erforderlich, bis zum Erhärten des Klebemittels die zu verbindenden
Teile meist durch äußere Spannvorrichtung u. dgl. in ihrer gegenseitigen Lage zu
halten oder anzupressen. Da das Abbinden des Klebemittels mehr oder weniger Zeit
erfordert, war für größere Fertigungszahlen ein erheblicher Aufwand an derartigen
Vorrichtungen erforderlich.
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Weiterhin weist die einfache Klebeverbindung den Nachteil auf, daß
sie gegenüber örtlichen Überbeanspruchungen und Dauerbeanspruchungen mehr oder weniger
empfindlich ist, wobei vor allem bei dynamischen Beanspruchungen hervorgerufene
Schadstellen in den Randzonen zu beschleunigter Zermürbung der Klebschicht führen
kann. Diesen Eigenheiten sucht man durch eine möglichst enge Passung bzw. einen
starken Anpreßdruck der Klebeflächen zu begegnen, wobei es jedoch Schwierigkeiten
bereitet, den Klebstoff vor, während oder nach dem Zusammenfügen der Teile so einzubringen,
daß eine einwandfreie, lückenlose Klebstoffverteilung gewährleistet ist.
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Erfindungsgemäß werden diese Nachteile dadurch vermieden, daß zum
Anpressen und Festhalten der zu verbindenden Teile vor oder während der Einleitung
des eigentlichen Aushärtevorganges des Klebemittels durch geeignete Verformung der
äußeren oder inneren oder sämtlicher zu verbindenden Teile ein Anpreßdruck erzeugt
wird. Derselbe kann je nach Art der gewünschten Verbindung in der Stärke in gewissen
Grenzen variiert werden und an einer oder mehreren Stellen bzw. über die ganze Klebefläche
und Umgebung einwirken. Die Verformung kann mit Hilfe z. B. elastischer Körper oder
pneumatischer oder hydraulischer Vorrichtungen durch an sich bekannte Methoden durchgeführt
werden. Es ist auch möglich, durch Eintreiben bzw. Aufziehen konisch oder keilförmig
gestalteter Körper den Verformungsvorgang auszuführen, wobei diese Teile dann in
der Konstruktion verbleiben können.
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Neben der gewünschten Fixierung der einzelnen Bauteile, die die Einspannvorrichtung
entbehrlich macht, lassen sich mit dieser Maßnahme eine Reihe von Vorteilen verbinden,
die den Gebrauchswert der Klebeverbindung entscheidend beeinflussen können. Besonders
trifft dies auf die Möglichkeit der Erhöhung des Widerstandsmomentes in einzelnen
Zonen der Verbindung zu, obwohl zur Senkung der Fertigungskosten und unter gleichzeitig
besserer Einbringungsmöglichkeit des Klebemittels usw. im Gegensatz zur Lötbindung
weite Passungen bei der Möglichkeit größerer Toleranzen Verwendung finden können.
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Der Erfindungsgedanke sei an folgenden Beispielen erläutert: Beispiel
i Es wird das obere Rahmenrohr i (Abb. i) eines Fahrradrahmens mit dem Rohr eines
Steuerkopfes durch eine an sich bekannte Anordnung einer Muffe 2 (Abb. i) verbunden.
An der in Abb. i gezeigten Ausführung wurde nach Zusammenfügen der ursprünglich
zylindrischen Rohre nach Einbringung des Bindemittels die Aufweitung über den ganzen
Umfang des Profils vorgenommen. Die Sickenbildung an sich bewirkt eine formschlüssige
Verbindung und damit in gewissen Grenzen Schutz vor plötzlicherLoslösung der gesamten
Verbindung bei Überbeanspruchung. Darüber hinaus zeigt sich beim statischen Zug-und
Druckversuch derartig verformter Verbindungen sowie bei dynamischer Beanspruchung
auf dem Prüfstand derartig zusammengesetzter Fahrzeugrahmen eine besonders auffällige
Steigerung der Haltbarkeit dieser Verbindungen. Es ist dabei grundsätzlich gleichgültig
und lediglich von der Konstruktion und deren Bedingungen abhängig. ob es angebracht
ist, den Anpreßdruck von innen nach außen oder in entgegengesetzter Richtung auszuüben.
Auf Grund verschiedenartigster Fertigungsversuche konnte festgestellt werden: i.
Die Deformierung ist so zu wählen, daß Rahmenrohr und Muffe bleibend verformt werden,
ohne jedoch die Bruchgrenze zu erreichen. Es hat sich für die Haltbarkeit der Verbindung
als vorteilhaft herausgestellt, wenn zwischen den zu verbindenden Teilen ein bleibender
Anpreßdruck besteht. Dies kann dadurch erreicht werden, daß der innere Teil noch
über die zur Anlage an den äußeren Teil an sich erforderliche Verformung hinaus
eine bleibende Dehnung erfährt.
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z. Bei gleichem Werkstoff von Muffe und Rahmenrohr ist bei Aufweitung
z. B. die Wandstärke des Muffenrohres größer als um i/io, aber höchstens vorzugsweise
nicht größer als ®/io der Wandstärke des Rahmenrohres zu wählen.
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3. Das Verhältnis der Streckgrenze zum Elastizitätsmodul der Muffe
muß dazu größer sein als das entsprechende Verhältnis des Werkstoffes des Rahmenrohres;
d. h. bestehen Rahmenrohr und Muffe aus gleichem Material, so muß die Streckgrenze
des Muffenmaterials möglichst höher liegen als diejenige des Rahmenrohres. Dieselbe
Wirkung ist auch zu erreichen durch Schwächung der Festigkeitswerte des Rahmenrohres
in der Deformationszone, z.-B. Schlitze, Bohrungen, oder insbesondere durch lokale
gesonderte Wärmebehandlung, z. B. Ausglühen.
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Diese Maßnahmen bewirkten, daß die Zugfestigkeit der Verbindung mehr
als 20 % über den `'Werten bei Klebeverbindungen mit gerader Muffe liegen, und daß
bei Dauerwechselbeanspruchung die Zeiten bis zur Lösung der Verbindung stets über
40% höher liegen als bei zylindrischer Muffenverbindung. Als weiterer besonderer
Vorteil ergibt sich, daß die Passungen weiter gewählt und die Toleranzen erhöht
werden konnten. Letzteres macht sich im besonderen Maße bei der Massenfertigung
günstig bemerkbar.
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Beispiel e Muffenverbindung analog Beispiel i, bei der jedoch die
Aufweitung am Muffenrand liegt und das Muffenende in unmittelbarer Nähe des maximalen
Durchmessers
des Prohles liegt. Abb.2 vermittelt eine Ausführungsart ant 1, ",lirradralitneti.
Durch das höhere Widerstattdsmotnent des Profiles in den Zonen größerer Durchmesser
gegenüber Biegebeanspruchungen werden die empfindlichen Kleberänder 3 (Abb. 2) von
Biegebeanspruchungen entlastet.
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Wie die Versuche zeigen, genügen schon relativ geringe Erhöhungen
des Widerstandsmomentes, um bei dynamischen Biegebeanspruchungen einen erheblichen
Anteil der Verformung vom Rand der Klebeverbindung abwandern zu lassen.
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Mit dieser Ausführung werden die maximalen Beanspruchungszeiten gemäß
Beispiel r noch erheblich überschritten. Fahrzeugrahmen dieser Fertigungsart zeigen
nach obigen Angaben Prüfzeiten bis zum Lösen einer Verbindung, die ohne Ausnahme
noch über den Ergebnissen von Beispiel i liegen. Um neben den günstigen Werten bei
<lynamischen Biegebeanspruchttttgen auch die Zug- 1111d Druckfestigkeit zu erhöhen,
kann, wie aus Abb. 2 bei 4 ersichtlich, die Ausführungsart nach Beispiel i mit derjenigen
dieses ßeispieles kombiniert werden, indem über die Länge der Muffe noch zusätzliche
Er-,veiterungen vorgesehen werden. lieispie13
| Machen die .Auswahl des Werkstoffes, die Ab- |
| messungen der @\-atidst<irl<e oder besonders gear- |
| tete Beanspruchung der Verbindung noch zusätz- |
| liche besondere Verstärkungen oder Einlagen an |
| der Verbindungsstelle oder ihrer unmittelbaren |
| Umgebung erforderlich, so kann das in die :Muffe |
| eingeführte IZalinienrohr durch einen hereinge- |
| drückten konischen, insbesondere auch hohlen |
| Stopfen aufgeweitet und an die Innenseiten der |
| Muffen angedrückt werden. Der Stopfen kann |
| als Sicherung der lluffenverbindung mit eingeklebt |
| «erden. |
| Wird die Verformung der Jluftenverbindung von |
| außen nach innen vorgenommen, so kann die Muffe |
| nach Einbringen des Klebstoffes am Rahmenrohr |
| durch z. 13. einett konischen Ring angedrückt |
| werden, der ebenfalls bleibend mit angeklebt werden |
| kann. Es ist nicht in allen Fällen erforderlich, die |
| Ringe oder Stopfen konisch auszugestalten. Ins- |
| besondere 1>e1 gut aufeinander passenden Klebflächen |
| genügt mit Preßsitz passender Stopfen oder Ring. |
| Wird die Aufweitung oder Stauchung der Muffen- |
| verbindung t und 2 (Abb. 3) durch elastische oder |
| plastische oder elastisch-plastische Körper pneuma- |
| tisch oder hydraulisch vorgenommen, so eignen sich |
| zur Verstärkung der Verbindung Profilteile, z. B. 3 |
| (Abb.3) die vorzugsweise etwa in Achsenrich- |
| tung oder spiralförmig aufgeschnitten und mit sich |
| überlappenden Schnittkanten 4 eingeführt werden. |
| Die Form und die Größe der Cberlappung wird |
| zweckmäßig so gewählt werden, daß nach der Ver- |
| formung die Schnittflächen stumpf bei 5 aufein- |
| ariderstoßen. Diese Profilteile können in diesem |
| Zustand ebenfalls ein- oder angeklebt werden. |
| Auch das 1,inbringen von sich schaumförmig ent- |
| wickelnden Klebstoff, der das gesamte Rohr in den |
hierfür vorgesehenen Zonen erfüllt, trägt erheblich zur Sicherung sowie zur Erhöhung
der Knickfestigkeit und auch der Beulsteifigkeit der Verbindung oder seiner Umgebung
bei.
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Beispie14 Zur Herstellung von Preßklebeverbindungen z. B. nach Abb.
4 eignen sich zu der weiter oben beschriebenen Durchführung des Aufweitens oder
Einengens der Muffe t und des Rohres 2 vorzugsweise elastische und plastische Körper,
z. B. 3, wie Gummi, geeignete Kunststoffe u. dgl. Hierbei zeigt sich jedoch, daß
die zylindrischen bzw. dem Rohrprofil angepaßten Gummikörper nach mehrmaligem Gebrauch
besonders in den Randzonen starke Verschleißerscheinungen aufweisen. Es konnte festgestellt
v,-erden, daß die Zermürbung des Werkstoffes an den Rändern, die mit den Begrenzungslinien
des Drückstempels 5 zusammenfallen soll, dadurch hervorgerufen wird, daß im Verlauf
der Aufweitung die für Gummi 3 und Drückstempel 5 dienenden Führungswände mit nachgeben
und mit steigendem Druck der Gummikörper in die sich immer stärker ausbildenden
Zwischenräume eindringen. Die Überbeanspruchungen der Gummikörper an diesen Stellen
führen dann zu den unerwünschten Zerstörungserscheinungen. Erfindungsgemäß kann
dieser Vorgang vermieden oder dadurch eingeschränkt werden, daß i. mittels außen
oder entsprechend innen angebrachten Vorrichtungen, z. B. 4 (Abb. 4) während des
Drückvorganges ein Ausweichen des :Materials in die kritischen Zonen vermieden und
die Verformung der 1\luffe bzw. des Rahmenrohres auf eine bestimmte Zone beschränkt
wird und dadurch verhindert wird, daß auch im Zustand des höchsten Preßdruckes die
Passung der Führung des Preßstempels im Rahmenrohr weiter wird, 2. durch Einlagen
z. B. nach Abb. 5 oder 3 111 Abb. 3 der Formänderungswiderstand in den Zonen; die
zur Führung des Preßstempels dienen, so erhöht wird, daß keine Aufweitungen eintreten
können. Eine Verstärkung des Vollmaterials von Muffe oder Rahmenrohr würde an diesen
Stellen denselben gewünschten Erfolg haben, jedoch in den meisten Fällen zu teuer
sein. Die Einlagen bzw. Ringe können zweckmäßigerweise als Sicherung und Verstärkung
der lluffenverbindung mit ein- bzw. angeklebt werden. Es können auch die im Beispiel
3 genannten Profilteile 3 mit oder ohne Cberlappung mit Randverstärkungen, wie beispielsweise
inAIil>. 5 bei 2, versehen werden, die ebenfalls eingeklebt «erden können, 3. die
Herabsetzung der Streckgrenze in den allein zur Verformung vorgesehenen Teilen durch
örtlich verschiedenartige `N'ärmebehatidlung hervorgerufen wird, 4. die Dehnbarkeit
der aufzuweitenden Zone außerdem durch eine derartige Anbringung von Bohrungen und
Schlitzen lediglich in der :litte dieser Zone in dem gewünschten Maß heraufgesetzt
werden kann,
5. die Gummikörper selbst mit entsprechenden Führungs-
oder Gleitringen versehen werden.
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Die Aufweitung der Muffenverbindung bzw. die Deformierung kann auch
in der Weise erfolgen, daß vorzugsweise bei runden Rohren die Deformierung ungleichmäßig
über den Durchmesser verteilt wird, um hierdurch eine Sicherung gegen Verdrehungsbeanspruchungen
zu erhalten.