DE801888C

DE801888C - Klebeverbindungen fuer Fahrzeugrahmen

Info

Publication number: DE801888C
Application number: DEP21232D
Authority: DE
Inventors: Kurt Dr-Ing Froelich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1948-11-09
Filing date: 1948-11-09
Publication date: 1951-01-25

Description

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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.

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.

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.
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.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Klebeverbindung für Fahrzeug-, insbesondere Fahrradrahmen, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander zu verbindenden Flächen nach dem Zusammenfügen vor, während oder nach dem Aufbringen des Bindemittels durch Verformung der äußeren oder inneren oder aller zu verbindenden Teile einen Anpreßdruck erzeugen der die zu verbindenden Flächen aufeinanderpreßt und in der gewünschten Lage festhält.
2. Klebeverbindung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in Richtung der Deformierung gesehen der Formänderungswiderstand des ersten Teiles kleiner ist als der entsprechende des zweiten Teiles.
3. Klebeverbindung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Streckgrenze zum Elastizitätsmodul des Werkstoffes des ersten Teiles kleiner ist als das entsprechende des zweiten Teiles. .
4. Klebeverbindung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Deformation so vorgenommen wird, daß am freien Ende der Muffenverbindung der maximale Durchmesser größer ist als derjenige des unverformten Rahmenprofiles außerhalb der eigentlichen Verbindung.
5. Klebeverbindung nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß die Deformation so vorgenommen wird, daß der Anpreßdruck nicht gleichmäßig über die ganze Klebefläche verteilt ist.
6. Klebeverbindung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Anpreßdruck durch Füllstücke oder Ringe hervorgerufen wird, die vorzugsweise ein- oder angeklebt in der Klebeverbindung verbleiben.
7. Klebeverbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllstücke oder Ringe konisch oder keilförmig gestaltet sind. B. Klebeverbindung nach Anspruch i und 6, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche besondere Verstärkungen oder Einlagen an der Verbindungsstelle oder ihrer unmittelbaren Umgebung in Form von Profilteilen eingeklebt werden, die vorzugsweise in Achsenrichtung oder spiralförmig aufgeschnitten oder geschlitzt sind. g. Klebeverbindung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Form und Größe der Überlappungsenden der Einlageprofile so gestaltet sind, daß nach der Verformung die Schnittflächen stumpf aufliegen und in diesem Zustand ein-oder aufgeklebt werden. io. Klebeverbindung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Verformung mittels elastischer oder plastischer Körper vorgenommen wird, z. B. Gummi, und durch Einlagen oder besondere außen angebrachte Vorrichtungen vermieden wird, daß sich die Passung der Führung von Druckstempel und Druckkörper durch den Verformungsvorgang ändert. i i. Klebeverbindung nach Anspruch 8 und io, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlage vorzugsweise außen mit Verstärkungsprofilen, insbesondere Ringen versehen ist.