Aktiv wirkender Hilfsrahmen. Beschreibung PGRT

Transkript

1 Beschreibung Beschreibung Ein aktiv wirkender Hilfsrahmen ist eine Konstruktion, deren Verankerung dazu führt, dass die vorhandenen Rahmen wie ein Fahrgestellrahmen statt wie zwei getrennte Rahmen zusammenwirken. Ein aktiv wirkender Hilfsrahmen besitzt eine viel höhere Biegesteifigkeit als ein nicht aktiv wirkender Hilfsrahmen. Die höhere Biegesteifigkeit kann auf folgende Weisen genutzt werden: Indem man zulässt, dass der aktiv wirkende Hilfsrahmen eine höhere Last aufnimmt. Indem man die Abmessungen und damit das Gewicht reduziert. Unterschied zwischen nicht aktiv wirkenden und aktiv wirkenden Hilfsrahmen Ein aktiv wirkender Hilfsrahmen wird für Fahrzeuge empfohlen, die empfindlich gegenüber Rahmendurchbiegung sind und ein geringes Gewicht haben müssen. Damit ein aktiv wirkender Hilfsrahmen die bestmöglichen Eigenschaften besitzt, muss die Verankerung zwischen den vorhandenen Rahmen starr, d. h. mit Klemmverbindungen ausgeführt sein und passgenau zwischen den Rahmenträgern sitzen. Er kann mit einem nicht aktiv wirkenden Hilfsrahmen verglichen werden, der eine flexiblere Verankerung mit einem größeren Abstand zwischen den Rahmenträgern aufweist. Mit einem aktiv wirkenden Hilfsrahmen können bestimmte Fahrgestelle mit einem Einzelrahmen vom Typ F800 oder F950 statt mit einem Doppelrahmen vom Typ F957 oder F958 aufgebaut werden, ohne die vertikale Festigkeit oder Steifigkeit zu mindern. Analog dazu kann ein schwächerer, aktiv wirkender Hilfsrahmen mit Typ F957 und F958 eingesetzt werden Für einen Transportmischer beispielsweise ist eventuell ein aktiv wirkender Hilfsrahmen nötig, um die Rahmendurchbiegung zu verringern und die Lager des Fahrzeugs zu entlasten. Beispiel für Rahmenanbauhalter für aktiv wirkenden Hilfsrahmen. Kontaktieren Sie Ihren Scania Händler, wenn Sie weitere Informationen und Ratschläge benötigen. 04:10-03 Ausgabe 3 de-de 1 (10)

2 Beschreibung WICHTIG! Scania ist vor Umbaubeginn eine Berechnung des Spannungsniveaus im Fahrgestellrahmen vorzulegen, falls das Fahrgestell eine geringere Rahmenfestigkeit aufweist, als die Standard-Herstellerspezifikation gestattet. Für die Wahl des korrekten Fahrgestells in Verbindung mit dem gewünschten Hilfsrahmen ist mit einem Scania Vertriebsmitarbeiter Rücksprache zu nehmen. Vorteile Festigkeit und Steifigkeit des kompletten Rahmens erhöhen sich dank einer größeren Anzahl Halter sowie dadurch, dass die Halter mit Nieten oder Passschrauben fixiert werden. Die steifere Befestigung des Hilfsrahmens bedeutet, dass der Rahmen bei gleicher Durchbiegung eine höhere Last aufnehmen kann, da die Festigkeit der kompletten Rahmenkombination höher ist. Somit kann durch die Kombination aus schwachem Fahrgestellrahmen und aktiv wirkendem Hilfsrahmen ein schwächeres Fahrgestell dieselbe Last aufnehmen, wie ein normaler Fahrgestellrahmen in Kombination mit einem nicht interagierenden Hilfsrahmen. Außerdem wird durch einen niedrigeren aktiv wirkenden Hilfsrahmen der Schwerpunkt abgesenkt. Weitere Informationen über den hinteren Überhang finden sich im Dokument Verstärkungen. Durch einen Einzelrahmen an Stelle eines Doppelrahmens lässt sich das Gesamtgewicht des Fahrgestells um kg verringern, so dass ohne Überschreitung des höchstzulässigen Gesamtgewichts die Nutzlast erhöht werden kann. Nachteile Reduzierte Dämpfung im Fahrgestell und dadurch höhere Empfindlichkeit gegenüber Fahrgestellschwingungen. 04:10-03 Ausgabe 3 de-de 2 (10)

3 Beschreibung Befestigung mit Klemmverbindungen Für eine starre Verankerung ist eine Klemmverbindung zu verwenden. In einer Klemmverbindung sind es die Kontaktflächen der Schraube oder des Niets mit der Kante der Bohrung, welche die Teile halten. Weitere Informationen über Klemmverbindungen finden sich im Dokument Schraubverbindungen. Klemmverbindungen werden mit Nieten oder Passschrauben ausgeführt. Für die Verwendung von Passschrauben ist eine über die gesamte Verbindungslänge komplett mit der Reibahle geglättete Bohrung erforderlich. Für die Ausführung neuer Bohrungen für M14 Passschrauben einen Bohrdurchmesser von 13,8 mm und Reibahlendurchmesser 14H8 verwenden. Die Halter am Fahrgestellrahmen mit einem Mindestabstand von 10 Stck. Passschrauben M14 pro laufenden Meter Rahmenlängsträger montieren. In Bereichen mit starken Querkräften ist die Anzahl zu erhöhen. Die Halter können auch am Fahrgestellrahmen vernietet werden. In die ab Werk vorbereiteten 14,8 mm Bohrungen können Nieten oder Passschrauben M16 eingesetzt werden. Für M16 Passschrauben einen Bohrer mit Durchmesser 15,8 mm und eine Reibahle mit Durchmesser 16H8 verwenden. Die Halter müssen an den Hilfsrahmen angeschweißt oder mit Passschrauben befestigt werden. WICHTIG! Bei der Verwendung des Rahmens F950 besonders auf Seitenkräfte achten. 04:10-03 Ausgabe 3 de-de 3 (10)

4 Theorie Theorie Trägheitsmoment für 2 optimal zusammenwirkende Träger, bei denen die Unterseite des Hilfsrahmens der Oberseite des Fahrgestellrahmens folgt, da sie an der Kontaktfläche miteinander verbunden sind: tp s tp = Schwerpunktachse I tot = I c + I s + A c a 2 + A s b 2 c = Fahrgestellrahmen b s = Hilfsrahmen I = Trägheitsmoment Trägheitsmoment für 2 Träger, die nicht zusammenwirken, da sich die Unterseite tptot A = Querschnittsfläche des Hilfsrahmen frei und ohne Reibung längs zur Oberseite des Fahrgestellrahmens a bewegen kann. Der Kontakt erfolgt über die gesamte Oberfläche. tp c I tot = I C + I s Vergleich der beiden Trägheitsmomente: I c + I s + A c a 2 + A s b 2 > I c + I s Diese Berechnung zeigt, dass das Trägheitsmoment für 2 zusammenwirkende Rahmen höher als für 2 nicht zusammenwirkende Rahmen ist. Beachten Sie, dass die Formeln nur für Optimalfälle gelten. 04:10-03 Ausgabe 3 de-de 4 (10)

5 Spannungsverteilung Spannungsverteilung tp s tp s b b tp tp c tot a tp tp c tot a Das Diagramm zeigt die Spannungsverteilung im Fahrgestellrahmen und Hilfsrahmen für einen nicht aktiv wirkenden Hilfsrahmen. Das Diagramm zeigt die Spannungsverteilung für einen aktiv wirkenden Hilfsrahmen. Bei einem Vergleich der Amplituden der Spannungskennlinien in den Diagrammen sieht man, dass sich die Spannung im Fahrgestellrahmen durch einen aktiv wirkenden Hilfsrahmen verringert, und zwar um ca. 50 %. Die Spannung im Hilfsrahmen erhöht sich allerdings. Es muss ein Hilfsrahmen gewählt werden, der dieselbe Festigkeit wie der Fahrgestellrahmen hat, also eine Streckgrenze von mindestens 500 MPa aufweist. 04:10-03 Ausgabe 3 de-de 5 (10)

6 Diagramm Diagramm Vertikale Biegespannung im Rahmenlängsträger für verschiedene Verbindungsarten des Hilfsrahmens (hx80x6) mit dem Fahrgestellrahmen. % Ein aktiv wirkender Stahl-Hilfsrahmen mit 160x80x6 mm auf Rahmen F950 bietet dieselbe Fahrgestell-Festigkeit wie ein nicht aktiv wirkender Hilfsrahmen mit 180x80x6 mm auf Rahmen F F950 F957 F950 Ein aktiv wirkender Hilfsrahmen spart im Bereich der Längsträgerverstärkung 47 kg Gewicht pro Meter Rahmenlänge. 160 Um mit einem nicht aktiv wirkenden Hilfsrahmen auf Rahmen F950 dieselbe Festigkeit zu erreichen, ist eine Hilfsrahmenhöhe von 290 mm erforderlich. Hinweis: Schon ein gering aktiv wirkender Hilfsrahmen sorgt für eine erhebliche Spannungsreduzierung Die gestrichelte Linie bei 100 % ist die Grenze der zulässigen relativen vertikalen Biegespannung = F950 mit nicht aktiv wirkendem Hilfsrahmen 20 = F950 mit aktiv wirkendem Hilfsrahmen = F957 mit nicht aktiv wirkendem Hilfsrahmen 0 h Relative vertikale Biegespannung (%) für Rahmenlängsträger als Funktion der Hilfsrahmenhöhe, h (mm) :10-03 Ausgabe 3 de-de 6 (10)

7 Diagramm Vertikale Biegesteifigkeit im Rahmenlängsträger für verschiedene Verbindungsarten des Hilfsrahmens (hx80x6) mit dem Fahrgestellrahmen. Schon ein aktiv wirkender Stahl-Hilfsrahmen mit 70x80x6 mm auf Rahmen F950 ergibt dieselbe Fahrgestell-Steifigkeit wie ein nicht aktiv wirkender Hilfsrahmen mit 180x80x6 mm auf Rahmen F957. Ein aktiv wirkender Hilfsrahmen spart 47 kg Gewicht pro Meter Rahmenlänge im Bereich der Längsträgerverstärkung. Um mit einem nicht aktiv wirkenden Hilfsrahmen auf Rahmen F950 dieselbe Steifigkeit zu erreichen, ist eine Hilfsrahmenhöhe von 290 mm erforderlich. Hinweis: Schon ein gering aktiv wirkender Hilfsrahmen sorgt für eine erhebliche Erhöhung der Steifigkeit. I F950 F957 F950 = F950 mit nicht aktiv wirkendem Hilfsrahmen = F950 mit aktiv wirkendem Hilfsrahmen = F957 mit nicht aktiv wirkendem Hilfsrahmen h Trägheitsmoment I (cm 4 ) als Funktion der Hilfsrahmenhöhe h (mm). 04:10-03 Ausgabe 3 de-de 7 (10)

8 Berechnungsbeispiel Berechnungsbeispiel Hinweis: Die Argumente für nicht aktiv wirkende Hilfsrahmen sind theoretischer Natur, da ein Standard-Hilfsrahmen am Fahrgestellrahmen verschraubt ist, was einen erheblichen Beitrag zum Trägheitsmoment leistet. Die Werte für Trägheitsmoment, Fläche und Gewicht der Fahrgestellrahmen sind im Dokument Fahrgestellrahmen aufgeführt. F950 mit aktiv wirkendem Hilfsrahmen 70x80x6 F950 mit nicht aktiv wirkendem Hilfsrahmen 70x80x6 F957 mit nicht aktiv wirkendem Hilfsrahmen 180x80x6 Für den Fahrgestellrahmen gilt: Für den Fahrgestellrahmen gilt: Für den Fahrgestellrahmen gilt: I c = I F950 = 3,877 cm 4 I c = I F950 = 3,877 cm 4 I c = I F957 = 5,953 cm 4 A F950 = 39,4 cm² Für den Hilfsrahmen gilt: Für den Hilfsrahmen gilt: Für den Hilfsrahmen gilt: I s = I 70x80x6 = 108 cm 4 I s = I 70x80x6 = 108 cm 4 I s = I 180x80x6 = 964 cm 4 A 70x80x6 = 13,1 cm² Für diese Kombination berechnen Sie die Abstände vom Profilschwerpunkt zum gemeinsamen Schwerpunkt wie folgt: a = 4,2 cm b = 12,8 cm Wenn Hilfsrahmen und Fahrgestellrahmen zusammenwirken: Wenn Hilfsrahmen und Fahrgestellrahmen nicht zusammenwirken: Wenn Hilfsrahmen und Fahrgestellrahmen nicht zusammenwirken: I tot = I F950 + I 70x80x6 + A F950 a 2 + A 70x80x6 b 2 = = 3, ,4 4, ,1 12,8 2 = = I tot = I c + I s = 3, = 3,985 cm4 I tot = I c + I s = 5, = 6,917 cm4 6,826 cm 4 04:10-03 Ausgabe 3 de-de 8 (10)

9 Berechnungsbeispiel Für Fahrgestellrahmen F950 und einen aktiv wirkenden Hilfsrahmen mit 70x80x6 mm erhöht sich das Trägheitsmoment um den Wert 6,826/3,985 = 1,71, d. h. um 71 % verglichen mit einem nicht aktiv wirkenden Hilfsrahmen. Um ungefähr dasselbe Trägheitsmoment wie Rahmen F950 mit aktiv wirkendem Hilfsrahmen und den Abmessungen 70x80x6 mm verglichen mit einem nicht aktiv wirkenden Hilfsrahmen und Fahrgestellrahmen F957 zu erzielen, ist ein Hilfsrahmen mit den Abmessungen 180x80x6 mm erforderlich. 04:10-03 Ausgabe 3 de-de 9 (10)

10 Berechnungsbeispiel Gewichtseinsparungen Gewicht: Fahrgestellrahmen F950 = 30,7 kg/m F957 = 50,7 kg/m Hilfsrahmen 70x80x6: 10,2 kg/m 180x80x6: 15,4 kg/m Bei 2 Rahmenlängsträgern wird eine Gewichtseinsparung von 2 x 20 kg pro Meter Fahrgestellrahmen erzielt. Bei einem Vergleich der Hilfsrahmen 70x80x6 und 180x80x6 wird eine zusätzliche Gewichtseinsparung von 2 x 5,2 kg pro Meter Hilfsrahmen erzielt. Zum Beispiel ergibt dies für einen Lkw mit Ad (Verbreiterung an der Verstärkung auf 5,5 m) eine Gewichtseinsparung von 5,5 x 2 x 20 = 220 kg. Wird die Einsparung beim Hilfsrahmen für denselben Abstand hinzugerechnet, werden weitere 5,5 x 2 x 5,2 = 57,2 kg eingespart, d. h. man erhält eine Gesamt-Gewichtseinsparung von 277 kg. Dies gilt für einen Lkw mit Fahrgestellrahmen F950 und einem Hilfsrahmen mit den Abmessungen 70x80x6 verglichen mit einem Lkw mit Fahrgestellrahmen F957 und einem Hilfsrahmen mit 180x80x6 mm. 04:10-03 Ausgabe 3 de-de 10 (10)