Website-Symbol Aludiecasting

Dachträger-Halterungen: Konstruktion, Fertigung und Leistung

Steve Yang
Dachträgerhalterungen:

About the vehicle modification and utility addition, the term custom Roof rack brackets has become common in the groups of outdoor enthusiasts, overlanders, and commercial fleet managers as an accessory they cannot do without. Those brackets form the structural connection point of a vehicle roof with whatever is mounted to it cargo baskets, rooftop tents, solar panels, or jerry cans. The real world demands that roof rack brackets must be capable of supporting both static and dynamic load, be it and preparing a 4×4 to go bang on trail or just the need to carry more cargo with a daily driver.  

Die Dachgepäckträger sind in einer Vielzahl von Ausführungen erhältlich, angefangen bei der universellen Passform bis hin zu einer bestimmten Fahrzeugmarke und einem bestimmten Modell. Sie sind alle so geformt, dass sie eng anliegen, das Gewicht der Ladung tragen und sie den Elementen aussetzen. Die benutzerdefinierte Dachgepäckträger Klammern erweisen sich als die ideale Lösung für Personen, die die Klammern, die stärker sind oder fahrzeugspezifische Anpassung benötigen. Sie können genau platziert werden, haben eine höhere Tragfähigkeit und können mit einer speziellen Ausrüstung versehen werden.

Der folgende Artikel befasst sich mit der Werkstoff- und Konstruktionstechnik auf der Ebene von Ermüdungsprüfungen und realen Fallstudien.

Dachträger-Halterungen

Roof rack brackets are structural support items used to mount racks, baskets, and accessories to the roof of a vehicle. Load-bearing systems are built on these brackets, which make them highly utilize in cargo transportation, overlanding, and industrial use. Regarding the issue of fitting a utility van or even coming up with a custom-made 4×4 system, the Art der Halterung und das Material sind von großer Bedeutung.

Praktische Einteilung und Verwendung

1. Kundenspezifische OEM-Halterungen

OEM-Halterungen (Original Equipment Manufacturer) sind fahrzeugspezifische Halterungen. Sie sind praktisch und in den meisten Fällen nicht stark genug oder nicht vielseitig genug, um für ernsthaftere Arbeiten verwendet zu werden. Benutzerdefinierte Dachgepäckträgerhalterungen hingegen werden mit Blick auf bestimmte Anwendungen hergestellt, und man kann die Größe, die Materialqualität und auch die Befestigungsmethode frei ändern.

2. Auto Dachgepäckträger Halterungen Use Cases

Dachgepäckträger für Autos sind leicht bis mittelschwer und umfassen Dachzelte, Fahrradträger und Zubehörboxen. Der Grad der Anpassung konzentriert sich in diesem Fall auf die Gewichtsverteilung und die Aerodynamik, und die Anpassung kann leicht installiert werden, ohne die Struktur des Fahrzeugs zu verbiegen.

Verwendete Materialien und mechanische Eigenschaften

Das Design von Dachgepäckträgerhalterungen und Autodachträgerhalterungen hängt weitgehend von der Wahl des verwendeten Materials ab. Das verwendete Material bestimmt auch die Festigkeit der Halterung, aber auch das Gewicht, die Korrosionsbeständigkeit, die Ermüdungslebensdauer und die Leistung bei unterschiedlichen thermischen und mechanischen Belastungen hängen vom Material ab.

Die am häufigsten verwendeten Materialien, ihre mechanischen Eigenschaften und ihre Eignung für die Anwendung sind wie folgt.

1. Aluminiumlegierung 6061-T6

Die bevorzugte Legierung für die Herstellung von Dachgepäckträgerhalterungen ist die Aluminiumlegierung 6061-T6, da sie sehr stabil, aber leicht ist, nicht korrodiert und maschinell bearbeitet oder geschweißt werden kann.

Mechanische Eigenschaften:

Vorteile

Beschränkungen:

Anwendungen:

Es wurde in Gelände- und Überlandanwendungen eingesetzt, bei denen die Dachgepäckträgerhalterungen als Sonderanfertigungen gelten, jedoch dynamische Lasten von bis zu 120 kg und mehr als 500.000 Schwingungserschöpfungszyklen ohne dauerhafte Verformung (Plastizität) aushalten müssen.

2. Rostfreier Stahl (304/316)

Anwendungen von rostfreiem Stahl, bei denen Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit wichtiger sind als das Gewicht, finden sich bei Dachgepäckträgerhalterungen für Autos. Die gebräuchlichsten sind die Sorten 304 und 316.

Mechanische Eigenschaften (304):

Die Sorte 316 wird normalerweise in einer chloridreichen Umgebung eingesetzt, da sie zusätzliches Molybdän enthält, das dem Material eine höhere Beständigkeit verleiht.

Vorteile:

Kann auch in hochbelasteten Anwendungen eingesetzt werden, wobei das Gewicht der Last, die von den Dachträgerhaltern getragen werden soll, mehr als 150 kg betragen sollte.

Beschränkungen:

Baustahl

Baustahl wird häufig für preisgünstige Konstruktionen verwendet, bei denen es auf Festigkeit ankommt und keine lange Lebensdauer ohne weitere Beschichtung erforderlich ist, wie z. B. bei Dachgepäckträgerhalterungen.

Mechanische Eigenschaften:

Vorteile:

Beschränkungen:

Anwendungsfall:

Anwendung auf Flottenfahrzeugsystemen oder Nutzanhängern, bei denen die Dachträgerhalterungen in Serie gefertigt und anschließend mit einer Pulverbeschichtung auf Epoxidbasis mit 500 oder mehr Stunden Salzsprühnebelbeständigkeit (ASTM B117-Norm) versehen werden.

3. Composite Materials (Carbon Fibre Reinforced Polymers – CFRP)

CFK-Dachgepäckträger werden gelegentlich für hochwertige Anwendungen hergestellt, allerdings in geringen Stückzahlen und hauptsächlich im Motorsport oder für Anwendungen mit extremem Gewicht.

Eigenschaften:

Vorteile:

Beschränkungen:

Material-Vergleichstabelle

Eigentum 6061-T6-Aluminium 304 Edelstahl Baustahl CFK
Streckgrenze (MPa) 276 215 250 600+
UTS (MPa) 310 585 370 1200
Dichte (g/cm³) 2.70 7.9 7.85 1.6
Korrosionsbeständigkeit Mäßig Ausgezeichnet Niedrig Ausgezeichnet
Thermischer Grenzwert (°C) 150 870 500+ ~150
Ermüdungswiderstand Mäßig Hoch Niedrig Sehr hoch
Bearbeitbarkeit Ausgezeichnet Mäßig Hoch Niedrig

 

Auswahl des Materials

Bei der Auswahl des Materials für die Dachträgerhalterung bzw. die Dachgepäckträgerhalterung müssen die strukturellen Anforderungen, die Umweltbedingungen, die Gewichtsbelastbarkeit und die Kosten berücksichtigt werden.

Die Ingenieure und Verarbeiter sollten auch andere Faktoren berücksichtigen, wie z. B. die Wärmeausdehnung, die Veränderung der Schraubenvorspannung durch die Wärme und die Spannungskonzentration an den Biegungen und Bohrungen, die die langfristige Zuverlässigkeit bei wiederholten Lastzyklen beeinflussen.

Dachgepäckträger Halterungen Herstellungsprozess

Die Herstellung von Dachgepäckträgerhalterungen ist ein komplexer Arbeitsprozess, der die Koordinierung von präziser Materialumformung, Verbindung, Oberflächenbearbeitung und Prüfung erfordert. Sowohl bei kundenspezifischen Dachgepäckträger-Halterungen als auch bei Auto-Dachträger-Halterungen sind die Abmessungen, die mechanische Integrität und die Korrosionsbeständigkeit von größter Bedeutung. Die wichtigsten Schritte des End-to-End-Produktionsprozesses sind wie folgt.

1. CAD-Konstruktion, technische Analyse

Bevor die Halterung in der realen Welt hergestellt wird, modelliert ein Ingenieur sie in einem der CAD-Programme (Computer-Aided Design), darunter Solid Works, Auto CAD oder Fusion 360. Dieses Modell enthält die Positionen der Befestigungslöcher, Biegelinien und Befestigungspositionen. Die Finite-Elemente-Analyse (FEA) wird normalerweise durchgeführt, um das Verhalten der Halterung in Bezug auf statische und dynamische Belastungen zu simulieren. In Fällen, in denen es um kundenspezifische Dachgepäckträgerhalterungen geht, kann die FEA verwendet werden, um Stellen mit Spannungskonzentrationen zu entdecken, die andernfalls erst bei der Optimierung der Materialstärke oder bei der Verstärkung des Teils gelöst werden könnten.

Die folgenden Konstruktionsparameter sind wichtig:

2. Materialien - Laser- oder Wasserstrahlschneiden

Wenn eine Einigung über das Design erzielt wurde, werden die Rohbleche mit hochpräzisen CNC-Laserschneidern oder Wasserstrahlmaschinen in Form geschnitten. Die Verfahren bieten eine hervorragende Maßgenauigkeit und Kantenbearbeitung.

Das Laserschneiden ist erwünscht, weil es Baustahl oder Edelstahl, die so genannten Dachträgerhalterungen, in kurzer Zeit schneiden kann. Dennoch, Wasserstrahlschneiden von Aluminium für benutzerdefinierte Dachträger Halterungen nicht mit Verzug oder Mikrorisse, die mit Hitze verbunden sind.

3. CNC-Biegen und Umformen

Anschließend werden die Bleche mit hydraulischen Abkantpressen oder servoelektrischen Abkantpressen in Form gepresst. Das CNC-Biegen ist mit einer hohen Wiederholgenauigkeit und geringen Winkeltoleranzen verbunden.

Kundenspezifische Dachgepäckträger können komplexe Formen wie Z- oder C-Form haben, mit vielen Biegungen, die nur durch CNC-Biegen gewährleistet werden können.

4. Schweißen und Fügen

Wenn mehr als ein Stück benötigt wird, z. B. bei mehrteiligen Dachträgerhalterungen, muss geschweißt werden. Die meisten der verwendeten Schweißverfahren sind:

Von besonderem Interesse bei Aluminium ist das Management der Wärmeeinflusszone (WEZ) zur Vermeidung von Verzug. Geschliffene Schweißnähte werden nach dem Schweißen geschliffen, um scharfe Kanten und Spannungserhöhungen zu glätten, damit sie sicher und ermüdungsfrei sind.

Die normale Untersuchung nach der Schweißung umfasst Folgendes:

Oberflächenbehandlungen werden nach dem Formen und Schweißen durchgeführt, um die Korrosionsbeständigkeit, das Aussehen und die Lebensdauer zu verbessern. Es ist ein schöner Schritt, vor allem mit Auto Dachgepäckträger Halterungen, die Outdoor-Artikel sind.

5. Beliebte Beschichtungsanwendungen

6. Belastungsprüfung und Qualitätskontrolle

Jede Sendung der Halterungen wird vor dem Versand auf die Qualität hin geprüft. Die maßgefertigten Dachgepäckträger sind für eine hohe Belastung ausgelegt und sollten daher einem Belastungstest unterzogen werden.

Erst wenn die Dachgepäckträger alle Tests bestanden haben, können sie auf dem Markt zugelassen werden.

7. Verpackung und Rückverfolgbarkeit

Die fertigen Brackets werden gereinigt, beschriftet und mit Schaumstoff- oder Kunststoffabstandshaltern ausgestopft, um eine Beschädigung der Oberflächen zu vermeiden. Jede Einheit oder Charge wird mit einem Etikett versehen:

Bei kundenspezifischen Dachgepäckträgern, die in einem Fuhrpark oder einer staatlichen Ausschreibung eingesetzt werden, wird eine vollständige Rückverfolgbarkeitsdokumentation mit Werkszeugnissen, Schweißprotokollen und Beschichtungsprüfberichten geliefert.

Stresssimulation und Belastungstests

Statische Belastungstests

Die Halterungen sind für vertikale statische Lasten von 150 bis 300 kg pro Befestigungspunkt ausgelegt. Der Prüfstand wird in 10-kg-Schritten belastet, und die Durchbiegung wird bei jedem Schritt mit digitalen Wegmessgeräten gemessen.

Dynamische Schwingungsprüfung und Ermüdungsprüfung

Dynamische Tests werden an den Custom-Dachgepäckträger-Halterungen mit 1 Million Zyklen bei 2 -5 Hz durchgeführt, um die tatsächlichen Fahrbedingungen bei Geländefahrten zu reproduzieren.

Thermische Prüfung

Um die Halterungen gegen die starken klimatischen Veränderungen zu testen, werden die Halterungen 24 Stunden lang in Kammern mit Temperaturen von -440 Grad C bis 85 Grad C ausgesetzt.

Überlegungen zur Konstruktion der Dachträgerhalterung

Bei der Konzeption von Dachgepäckträger-Halterungen sind einige wichtige Aspekte der strukturellen Belastung, des Materialverhaltens und der Fahrzeugintegration zu berücksichtigen. Sowohl kundenspezifische Dachgepäckträgerhalterungen als auch Dachgepäckträgerhalterungen für Autos müssen in der Lage sein, realen Belastungen standzuhalten, ohne zu versagen, und sie müssen auch auf verschiedene Dachtypen passen.

Belastbarkeit und Gewichtskapazität

Die Halterungen sollten statische Gewichte wie Gepäck oder Ladung aufnehmen können und liegen normalerweise zwischen 50 und 150 kg. Dynamische Kräfte werden verstärkt, wenn das Fahrzeug in Bewegung ist; dies wird durch Beschleunigung, Bremsen und Kurvenfahrten verursacht. Die dynamischen Gewichte können das Doppelte oder sogar das Dreifache des statischen Gewichts betragen. Die Halterungen müssen in der Lage sein, Aufprallbelastungen auszuhalten, die bis zum Fünffachen der Nennkapazität unter harten Fahrbedingungen betragen. Dies ist insbesondere bei kundenspezifischen Dachträgerhalterungen unerlässlich, da diese in der Regel für den Einsatz im Gelände oder im gewerblichen Bereich angepasst werden. Bei der Konstruktion verwenden die Ingenieure normalerweise einen Sicherheitsfaktor von 2,0 oder höher.

Form- und Dickenoptimierung von Materialien

Festigkeit und Steifigkeit werden durch die Materialstärke beeinflusst. Im Falle von Stahl sind 4-6 mm typisch. Bei Aluminium sind 2 bis 3 mm üblich, um Gewicht zu sparen. Geformte Formen wie C-Profile oder Z-Halterungen werden häufig bei kundenspezifischen Dachträgerhalterungen verwendet, um die Steifigkeit zu erhöhen, ohne die Masse zu vergrößern. Die kastenförmigen Designs erhöhen die Biege- und Torsionsfestigkeit. Die Optimierung der Geometrie und der Spannungsverteilung wird mit Hilfe von FEA-Software durchgeführt. Diese Methode gilt für Dachgepäckträger, insbesondere für die Massenproduktion.

Ausrichtung der Montage und Einpassung des Fahrzeugs

Die Halterungen müssen Schwingungen durch Straßenunebenheiten und Wind aushalten. Diese Belastungen können mit der Zeit zu einem Ermüdungsbruch führen, wenn keine Maßnahmen ergriffen werden. Scharfe Ecken und Spannungserhöhungen sollten von den Konstrukteuren vermieden werden. Abgeschwächte Kanten und Übergänge eliminieren das Risiko von Rissen. Die kundenspezifischen Dachgepäckträger, die im Gelände eingesetzt werden, werden mehrere Zyklen lang in der Laborumgebung getestet. Dies sorgt für langfristige Sicherheit und Haltbarkeit.

Oberflächenbeschichtung und Umweltbeständigkeit

Sie benötigen einen hohen Schutz gegen Korrosion durch Regen, Salz und Sonneneinstrahlung. Die Dachgepäckträger werden normalerweise mit Pulverbeschichtungen lackiert oder verzinkt. Die Pulverbeschichtung wird bei 180-200 o C eingebrannt und ist UV- und rostbeständig. Die gewöhnlichen Dachträgerhalterungen aus Stahl sind mit Zink verzinkt, das einen Opferschutz bietet. Beschichtungen, die in küstennahen oder verschneiten Umgebungen eingesetzt werden, müssen 500 Stunden oder mehr Salzsprühtests überstehen, um als zuverlässig zu gelten.

Befestigungssysteme und Kompatibilität

Die drei wichtigsten Arten von Dachträgerhalterungen für Autos sind:

Halterungen für Dachrinnenmontage

Anzuwenden bei älteren Fahrzeugen mit Regenrinnen. Diese Halterungen können normalerweise ein Gewicht von 80 kg/Paar tragen.

Klemmhalterungen

Wird mit gummierten Füßen und Druckplatten an den Türpfosten angebracht. Tragfähigkeit statisch - 75 kg.

Schienenmontierte Systeme

Erscheint in kundenspezifischen Dachträgerhalterungen, bei denen stranggepresste Aluminiumschienen mit M8-Schrauben, die mit 1820 Nm angezogen werden, auf das Dach geschraubt werden, wobei die Dichtungen die Installation wasserdicht machen.

Fallstudie: Off-Road Expedition bauen

An off-road trip requires some modification of a vehicle, which is not related to ordinary usage in the city. Fitting a 4×4 with stronger custom Roof rack brackets to make roof loads safe under severe conditions is one of such essential upgrades. Here in this case study, we look at a complete rig that would be used in a two-week overland expedition through rocky desert and forest roads.

Plattform und Anforderungen an die Fahrzeuge

Bei dem Fahrzeug handelt es sich um einen Toyota Land Cruiser der Serie 76 aus dem Jahr 2021, dessen Federung eine Vollachse ist und dessen Dachlast 150 kg beträgt. Die Überlandfahrt sollte aus der Montage von Dachzelten, Kanisterhaltern und Solarzellen bestehen. Die geschätzte statische Gesamtdachlast betrug 120 kg. Die werksseitigen Schienen waren unzureichend, daher fertigten die Ingenieure ein Paar maßgeschneiderte Dachträgerhalterungen an, die für das Regenrinnensystem des Land Cruiser geeignet waren. Diese Halterungen mussten nicht nur das Gewicht, sondern auch die extremen Vibrationen beim Fahren im Gelände abfangen.

Konstruktion der Halterung und Auswahl des Materials

Die Halterungen wurden aus 5 mm dickem kaltgewalztem Baustahl (Güteklasse CR4) per Laser strukturell ausgeschnitten. Aus jeder Halterung wurde mit einer hydraulischen CNC-Abkantpresse ein U-Profil mit versteiften Flanschen gebogen. Es wurden Belastungssimulationen durchgeführt, um die Halterung mit einer dynamischen äquivalenten Last von 450 kg (3,75 × statisch) zu validieren. Der Begriff erhielt einen Zwickel, der an den kritischen Belastungspunkten der Custom Roof Rack Brackets" geschweißt wurde, um die Torsionssteifigkeit zu erhöhen, ohne zu schwer zu sein. Die Beschichtung des Konsolensatzes erfolgte durch Feuerverzinkung, und anschließend wurde die mattschwarze Pulverbeschichtung bei 190 o C / 25 min ausgehärtet, um der starken UV-Strahlung in der Wüste und möglichem Regen standzuhalten.

Laden und Montieren der Verteilung

Die Halterungen wurden mit M8-Bügelschrauben aus rostfreiem Stahl und Kontermuttern, die mit 20 Nm angezogen wurden, an den Regenrinnen des Land Cruiser befestigt. Um Lackabrieb und Vibrationen zu vermeiden, wurden Gummipuffer (5 mm dickes Neopren) zwischen der Halterungsbasis und dem Fahrzeug angebracht. Diese wurden durch sechs Dachträgerhalterungen (drei auf jeder Seite) im Abstand von 650 mm belastet, um eine optimale Verteilung der Belastung zu gewährleisten. Dynamische Tests ergaben auch nach 500 km gemischter Prüfung keine Verschiebung.

In diesem Abschnitt wird die Leistung bei der Expedition erörtert.

Analyse und Korrektur nach der Reise

Die Halterungen wurden demontiert und nach der Fahrt überprüft. Keine der Halterungen wies Anzeichen von Ermüdung oder Oberflächenkorrosion auf. Ein Salznebeltest ergab, dass die Beschichtung die Normen für 750 Stunden Beständigkeit übertraf. Das Feedback des Außendienstteams führte zu kleineren Designverbesserungen künftiger Modelle, wie z. B. längere Langlöcher, die eine einfachere Einstellung ermöglichen, und zusätzliche Vorkehrungen zur Befestigung von Zubehör. Die folgenden Fortschritte sorgen auch für eine bessere Vielseitigkeit der Dachträgerhalterungen unter rauen Bedingungen.

Schlussfolgerung

Bei der Auswahl eines Dachgepäckträgers kommt es nicht nur auf die Passform an, sondern auch auf Haltbarkeit, Sicherheit und Leistung. Sowohl die kundenspezifischen Dachträgerhalterungen als auch die Dachgepäckträgerhalterungen für das Auto müssen sorgfältig entworfen werden, unabhängig davon, ob Sie sie für raue Expeditionen oder für den täglichen Gebrauch entwickeln. Ob Materialauswahl und Schweißverfahren oder Wärmeausdehnung und Zyklustests - jeder Aspekt ist wichtig, um die Zuverlässigkeit des resultierenden Systems zu fördern. Es mag sich nicht nach viel anhören, in hochwertige Halterungen zu investieren, aber wenn Ihre Ausrüstung, Ihre Werkzeuge oder sogar Ihre Das Zelt steht obenwird sie zu einer der wichtigsten Entscheidungen, die Sie treffen können.

FAQs

Q1: Wie hoch ist das zulässige Gewicht von Dachgepäckträgerhalterungen für den Nachrüstmarkt?

Kundenspezifische Dachgepäckträger haben im Allgemeinen eine statische Tragfähigkeit von 75 bis 150 kg, je nach Material und Konstruktion. Unter dynamischen Bedingungen, wie z. B. im Gelände oder bei hohen Geschwindigkeiten, müssen sie das 2-5fache dieser Belastung aushalten. Vergessen Sie niemals den Sicherheitsfaktor der Halterung, der mindestens 2,0 betragen sollte.

F2: Können Dachgepäckträgerhalterungen ohne Änderungen am Fahrzeug angebracht werden?

Und ja, die meisten Dachgepäckträger sind für die Verwendung von werkseitig installierten Befestigungspunkten oder Dachreling vorgesehen. Nichtsdestotrotz können kundenspezifische Dachträgerhalterungen geringfügige Anpassungen oder spezielle Montagesätze erfordern, insbesondere bei ungewöhnlichen Fahrzeugen oder Expeditionsfahrzeugen.

Q3: Welche Materialien eignen sich für Dachträgerhalterungen unter rauen Bedingungen?

Üblich sind verzinkter Stahl und eloxiertes Aluminium. Raue Umgebung Benutzerdefinierte Dachträgerhalterungen können aus 4-6 mm dickem Stahl gefertigt, pulverbeschichtet und korrosionsgeschützt sein, damit sie Salz, UV-Strahlung und großen Temperaturschwankungen standhalten.

Die mobile Version verlassen