DE4109052A1 - Leichtbauprofil - Google Patents

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.