DE8308548U1 - Tragendes, duennwandiges konstruktionsprofil, vorzugsweise von quadratischem oder rechteckigem querschnitt - Google Patents

Description

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VON KREISLER SCHONWALD EISHOLD FUES VON KREISLER KELLER SELTING WERNER

PATENTANWÄLTE Dr.-Ing. von Kreisler 11973

Dr.-ing. K. Schönwald, Köln

Dr.-Ing. K. W. Eshold, Bad Soden

Dr. J. F. Fues,Köln

Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Köln

Dipl.-Chem. Carola Keller, Köln

Dipl.-Ing. G. Seifing, Köln

Dr. H.-K. Werner, Köln

22.3.1983 Sch/Sd

DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF

D-5000 KÖLN 1

Theodor Wuppermann GmbH, Friedrichstr. 38, 5090 Leverkusen

Tragendes, dünnwandiges Konstruktionsprofil, vorzugsweise von quadratischem oder rechteckigem Querschnitt

Die Erfindung bezieht sich auf ein tragendes, dünnwandiges Konstruktionsprofil von geschlossenem oder offenem, vorzugsweise quadratischem oder rechteckigem Querschnitt, das auf Biegung und/oder Längskraft beansprucht ist, z.B. als tragender Stab oder Träger für Fachwerke, Dach- und Wandkonstruktionen, Kragarme u.dgl.

Bei dünnwandigen, aus ebenen Profilen gebildeten Konstruktionsteilen von offenem oder geschlossenem Querschnitt ist der Gesamtausnutzungsgrad u.a von einem bestimmten Schlankheitsgrad des Profils, nämlich dem Verhältnis der Länge der ebenen Teile des Profils zur Wanddicke desselben abhängig. Insbesondere kommt es bei solchen Profilen auf die Beulfestigkeit an. Jede Maßnahme, die zur Erhöhung der Beulspannung "führt, erhöht den Ausnutzungsgrad des Profils.

Telefon: (02^TlJ J3 IO»l iTelet: lAll Ώβ?'AnpJ dl- Je leg ramm: Dompalenl Köln

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Als Maßnahmen, die zur Steigerung der Beulspannung führen können, stehen verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung.

Man kann unter Beibehaltung von Querschnittsform und -fläche die Länge der ebenen Teile verringern und/oder deren Dicke erhöhen. Damit wird eine höhere Beulspannung durch niedrigere Knickspannungen erkauft. Es ist ferner möglich, die ebenen Teile des Querschnitts durch Längssicken zu unterteilen oder durch Überleitung zum polygonalen Querschnitt (z.B. Sechseck, Achteck usw.) die Länge der ebenen Teile zu verringern. Mit beiden Maßnahmen sind beispielsweise gegenüber dem normalen Quadrat- oder Rechteckhohlprofil oder auch offenem Profil konstruktive Nachteile verbunden.

Aus Fertigungsgründen werden die Querschnitte im allgemeinen nicht scharfkantig, sondern mit mehr oder weniger großen Ausrundungen hergestellt. Diese verringern nur geringfügig die Breite der ebenen Teile und haben auch keine Einspannwirkung.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein tragendes, dünnwandiges Konstruktionsprofil der anfangs genannten Art zu schaffen, bei dem eine wesentliche Erhöhung der Beulfestigkeit bei gleich guter Biegefestigkeit unter Beibehaltung des beispielsweise rechteckigen Querschnittes erreicht wird. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß das tragende, dünnwandige Konstruktionsprofil von geschlossenem oder offenem, quadratischem oder rechteckigem Querschnitt zur Erhöhung der Beulfestigkeit Eckschrägen aufweist, und daß das Profil bei einem vorbestimmten Dünnwandigkeitsverhältnis von Wanddicke zur Profilhöhe in dem Verhältnis der Projektion der Eckschräge in bezug auf die Profilhöhe nach der mathematischen Formel

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^So = K-(^ + 0,01)
^a

ausgebildet ist, wobei bedeuten:

K = Konstante in dem Bereich zwischen 2,8 und 7

a = Profilhöhe, d.h. die Länge des größten anschließenden
Flächenteils

5s= Projektion der Eckschräge in bezug auf Profilhöhe
t = Wanddicke.

Bei einer solchen Ausbildung des Konstruktionsprofils mit 4

vorbestimmtem Schlankheitsgrad wird die Einspannwirkung an f

H den Längsrändern des Profils durch die Eckschrägen wesent- ■; lieh erhöht.Es entsteht durch die Doppelkante der Eckschräge eine starke Einspannwirkung, die sich schon bei verhält- .; nismäßig kleinen Eckschrägen in einer starken Erhöhung der
Beulspannung auswirkt. Bei größeren Eckschrägen nimmt die i. Einspannwirkung wieder ab und es bleibt nur noch der un- ; günstige Einfluß der Breitenabnahme. Weiterhin wird die j Schräge der Ecken auf den ökonomischen Mindestwert ge- | bracht, der die statisch günstigste Auswirkung dieser Aus- j| bildung auf das Stabilitätsverhalten eines Stabes der bestimmten Querschnittsform gewährleistet. Man erhält ein

Profil mit bester Ausnutzung durch die Versteifung, insbesondere die Beulfestigkeit, wobei der Querschnitt des
Profils grundsätzlich beibehalten wird, ohne daß sich die
anfangs genannten Nachteile ergeben. Man erhält durch diese Maßnahme den optimalen Bereich in bezug auf die Stei-

figkeit des quadratischen oder rechteckigen Profils mit

Eckabschrägung zwischen dem Profil mit definiert begrenzten Ecken und dem z.B. Achteck-Profil. Die Einspannung
läßt sich durch eine relativ kleine Fläche der Eckabschrägung erheblich vergrößern. Insbesondere kommt es hierbei

darauf an festgelegt zu haben, welches Verhältnis

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der Eckabschrägung in bezug auf die Projektion der angrenzenden Profillänge einzuhalten ist, damit man in dem optimalen Bereich für die hohe Beulfestigkeit unter Beibehalten der Dünnwandigkeit bzw. des Schlankheitsgrades des Profils zu liegen kommt.

Wenn die Konstante der mathematischen Formel in der Größe von 3,4 bis 3,9 gewählt wird, kommt man dem Optimalwert sehr nahe. Der Optimalwert ergibt sich vornehmlich bei einer Konstante von 3,5.

Die Profile können aus Stahl, Metall oder Kunststoff bestehen und vorzugsweise geschlossene quadratische Hohlprofile oder rechteckige sowie auch offene Profile als Kaltprofile darstellen. Der Querschnitt kann u.a. auch hutförmig sein.

Die tragenden Konstruktionsprofile sind für die Zwecke bestimmt, bei denen die Profile einer Biegebelastung und/oder einer Längskraft (z.B. Knicken) ausgesetzt sind. Dabei kommen die Profile als Konstruktionsteile in Bauwerken oder Anlagen sowie für die tragenden Teile einer Dach- oder Wandkorstruktion und im Hallenbau in Betracht, ferner als Stäbe von Fachwerken, bei Hebezeugen, Förderanlagen, beim Regalbau, beim Fahrzeug, bei Auslegern und Trägern von Kränen, im Fahrzeugbau und sonstigem Aufbau, im Schiffbau, als Träger für Schalungen und Gerüste und in Stahlkonstruktionen u.dgl.

Ih den beigefügten, Teil der Beschreibung bildenden Diagrannen sind Kurven dargestellt, die das jeweilige Optimum der Eckschrägung bei Profilen mit verschiedenem Schlankheitsgrad erkennen lassen, wobei die Werte rechnerisch ermittelt worden sind..

Diagranm A zeigt eine Kurvenschar bei einem Profil am beispielsweise quadratischen Querschnitt ( «* = 1 ) mit unterschiedlichem Dicke-Höhe-Verhältnis, wobei als Abszisse das Verhältnis der Projektion der Eckabschrägung zur Seitenlänge und als Ordinate die Leulspannung als Verhältnis von (T _K> zu f j.. angegeben ist. Dabei gibt (7*.,. die Spannung ohne Eckschräge an. Beides ins Verhältnis gesetzt, ergibt den Nutzungsgrad. Die einzelnen Kurven beziehen sich auf das jeweilige Verhältnis der Wanddicke zur Höhe des Profils. Bei einem Profil mit einem Dicke-Länge-Verhältnis von 1 : 200 steigt die Beulspannung auf etwa den zweifachen Wert (1,9) an, während danach das Anwachsen der Beulspannung, d.h. der Beulfestigkeit, wesentlich langsamer vor sich geht. Dies bedeutet, daß eine Vergrößerung der Eckschräge sich nur wenig auswirkt. Der durch die Verringerung der ebenen Querschnittsteile bzw. durch die Erhöhung der Wanddicke angestrebte Gewinn geht durch die Verringerung der Einspannwirkung zum größten Teil wieder verloren. Bei rechteckigen Querschnitten bezieht sich diese Aussage auf die längere Seite. In dem Bereich der Kurven-Knickpunkte liegt das ökonomische Optimum für die Ausbildung der Eckschräge in bezug auf die Eckschrägen-Projektion zur Höhe des Profils und damit den jeweils höchsten Nutzungsgrad. Dieser Bereich ist. für das Maximum der Beulfest ;g- keit anzustreben. Je nach den Verhaltnissen kann man auch in der Nähe der Knickpunkte bleiben, die durch die mathematische Formel bestimmt sind. Die Werte sind auch grundsätzlich für offene Querschnitte, d.h. für die der öffnung abgekehrte Seite des Profils, gültig. Die mathematische Formel gibt an, wo das optimale Verhältnis von Eckschräge zur Profilhöhe zu finden ist.

In Diagramn B ist entsprechend dem Diagramm A eine Kurvenschar veranschaulicht, bei der die Kurven, in Abhängigkeit von

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dem Höhe-Breite-Verhältnis des Profils dargestellt sind, wobei zugleich daneben die Eckschrägen bei dem Profil angedeutet sind. Die Eckschrägen bei quadratischen Hohlprofilen verlaufen grundsätzlich unter einem Winkel von 45°. Je unterschiedlicher die Rechteckseiten werden, desto geringer wird der Erhöhungswert.

In der einzigen Figur sind die Eckschrägen an kastenförmigen Profilen entsprechend dem unter Schutz gestellten Merkmal veranschaulicht.

Claims (3)

Ansprüche

1. Tragendes, dünnwandiges Konstruktionsprofil von geschlossenem oder offenem, quadratischem oder Rechteckquerschnitt, das auf Biegung und/oder Längskraft beansprucht ist, z.B. als tragender Stab oder Träger,für Fachwerke, Dach- und Wandkonstruktionen u.dgl., dadurch gekennzeichnet, daß das Profil zur Erhöhung der Beulfestigkeit Eckschrägen aufweist, und daß das Profil bei vorbestimmtem Dünnwandigkeitsverhältnis von Wanddicke (t) zur Profilhöhe (a) im Verhältnis der Projektion (s ) der Eckschräge in bezug auf die Profilhöhe (a) nach der mathematischen Formel

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_° = K · (- + 0,01) a ^a

ausgebildet ist, wobei bedeuten:

K = Konstante in dem Bereich zwischen 2,8 und 7

a = Profilhöhe, d.h. die Länge des größten anschließenden Flächenteil;

s_Q = Projektion der Eckschräge in bezug auf Profilhöhe

t = Wan!dicke.

2. Konstruktionsprofil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstante in der mathematischen Formel 3,4 bis 3,9 beträgt.

3. Konstruktionsprofil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstante in der mathematischen Formel den Optimalwert 3,5 aufweist.