DE1949179A1 - Aus Stahl gebildetes Konstruktionselement und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

• Aus Stahl gebildetes Konstruktionselement und Verfahren zu seiner Herstellung Die Erfindung bezieht sich auS ein aus Stahl gebildetes Konstruktionselement dessen Wandung in Form einer von der Kreisform abweichenden Kurve verläuft, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Konstruktionselementes.
• Derartige Konstruktionselemente sind in mannigfachen Ausführungsformen bekannt und kommen sowohl im Bauwesen wie auch im Stahl- und Maschinenbau zur Anwendung. So sind z;B.
• Kastenträger bekannt, welche auch Blech hergestellt sind.
• Das Blech wird nach dem Formschneiden mehrfach abgekantet, derart, daß ein kastenförmiger Träger entsteht. Ferner ist es bei Wärmeaustauschern bekannt, Stahlrohre im lWfarmziehverfahren zu verformen, derart, daß ein Rohr mit im wesentlichen dreieckförmigen Querschnitt entsteht. (DP. 310 592) Auch wurde schon vorgesohlagen (DAS-1 267 647) nahtlose Stahlrohre in ein Profil mit eckiges Querschnitt unter'Anwendung von augen am Rohr anliegenden Walzen, deren Achsen rechtwinklig zur Rohrachse angeordnet sind, umzuformen. Das Profilwalzen der Rohre geschieht hier unter Anwendung von warme, wobei die Rohre -gf. mehrfach der Walzbeh«ndlung unterzogen werden. Alle vorgenannten Arbeitsverfahren zur Herstellung von profilierten Rohren bzw. rcigern sind einerseits arkeits und energieaufwendig und andererseits nur mit verhältnismäßig komplizierten Anlagen sowie von geschulten Personal zu erstellen, Entsprechend aufwendig ist auch die Herstellung von sogen&nnten I - H- und U-Trägern mit massivem suerschnitt, wobei das verhältnismäßig hohe gewicht oft als nachteilig empfunden wird.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein aus Stahl gebildetes, z0B. I-, H- o oder U-förmiges Konstruktionselement zu schaffen, welches mit einem geringen Aufwand an Material, Energie und Anlagekosten von ungeschultem bzw. angelerntem Personal zu fertigen ist, Ausgehend von einem geschweißten, ansonsten nur durch Kaltverformung hergestellten Stahlrohr, ist das nach der Erfindung gebildete Konstruktionselement dadurch gekennzeichnet, daß seine Wandung in Form einer geschlossenen Kurve verlauft, welche durch eine Schweißnaht verbunden ist, und das Konstruktionselement einen mittleren, aus zwei parallel verl&ufenden Wandungsschichten bestehenden Steg aufweist sowie mindestens einen, aus den ortsetzungen der Wandungsschichten gebildeten Flansch trägt.
• Das so gebildete Konstruktionselement karln eine einem I-, H- oder U-Träger entsprechende äußere Gestalt besitzen und ist entsprechend solchen Trägern anwendbar. Nach einem zusätzlichen Merkmal der Erfindung ist die Schweißnaht in einer Wandungsschicht des Steges und vorzugsweise in der Mitte der letzteren gelegen, wo die zu erwartenden Spannungen am ringsten sind, nämlich in der '2Neutralen Zone". Im Bereich des Flansches sind die Wandungsschichten derart ausgeführt, daß sie einerseits eine ebene äußere Flanschfläche autueisen und andererseits, im Querschnitt des Flansches gesellen, ein dreieckförmiges Feld umrahmen.
• Gemäß dem erfinderischen Verfahren wird das aus Stahl gebildete Konstruktionselement aus einem geschweißten Stahlrohr nit kreisförmigem Querschnitt im kalten Zustand gewalzt, in dem man es durch aufeinanderfolgende Formwalzen führt und dabei unter seitlichem Druck die Rohrwandung zum Steg mit parallel verlaufenden Wandungsschichten zusammenpreßt, wohingegen die Flansche bzw. Schenkel über und unter dem Steg zu ebenen Flächen gewalzt werden, indem man die obere und untere Fläche des Rohres plan walzt und derart verformt, daß die Flansche oder Schenkel einen nahezu dreieckförmigen Umriß aufweisen. Wesentlich ist hierbei, daß man die geschweißten Stahlrohre derart in die Walzen einführt, daß die Schweißnaht nach vollzogenem Walzen in der lViitte des Steges gelegen ist, Die Herstellung der so gebildeten Konstruktionselemente, seien es -, X- oder U-Träger, geschieht vergleichsweise sehr schnell, wobei die hei-stellungs- aber auch die Anlagekosten wesentlich niedriger als bei einem konventionellen Walzwerk sind. Auch kar die fertigung der Konstruktionselemente bei eingerichteter Anlage nur von eingewiesenen Arbeitern durchgeführt werden. Die so geschaffene ì^onstruktionsform zeigt ein besonders günstiges Festigkeits/Gewichtsverhältnis, welches im wesentlichen auf die hohl gebildeten Flansche basiert.
• In den Zeichnungen sind als Beispiel verschiedene Stufen des erfinderischen Verfahrens, sowie konstruktive Einzelheiten hierzu schematisch dargestellt.
• idig. 1 bis 3 verschiedene schaubildliche, perspektivische Ansichten eines Trennvorganges, einer Vorformstufe sowie einer Form- und Schweiß-Stufe in einem Herstellerwerk für geschweißte Stahlrohre.
• Fig. 4 eine perspektivische Ansicht der Anordnung der Walzen für- die schrittweise Verformung von geschweißten Stahlrohren zu Konstruktionselementen.
• Fig0 5 eine perspektivische Ansicht einer Schneidvorrichtung für Konstruktionselemente.
• Fig. 6 einen Querschnitt durch ein H-förmiges }4;onstruktionselement.
• Fig. 7 eine perspektivische' Ansicht des H-Trägerendes gemäß geyLw:fflß Fig. 6.
• Fig 8 ein verschnitt durch ein handelsübliches, geschweißtes Stahlrohr, welches schrittweise in die Konstruktionsformen der Erfindung verwandelt wird.
• Fig. 9-16 die schrittweise Verformung des Stahlrohres nach Fig. 8 durch Walzen in einen H-Träger gemäß den fig. 6 und 7.
• Fig. 17u. 18 eine Spannvorrichtung und ein messer zum Schneiden eines Konstruktionselementes gemäß den Fig. 6 und 7.
• Fig. 19 einen Querschnitt durch ein in Form eines I-Trägers hergestelltes Konstruktionselement.
• Fig. 20 einen Querschnitt durch ein in Foria eines U-Trägers hergestelltes Konstruktionselement.
• Fig. 21 eine perspektivische Ansicht des Trägerendes gemäß Fig. 20 und Fig. 22 einen Querschnitt durch ein in Form eines T-Trägers hergestelltes onstruktionselement.
• Fig. 1 zeigt eine Rolle 30, bestehend aus aufgewickeltem heiß oder kalt gewalztem Stahlblech von 0,5 bis 5 mm Stärke, welches auf einem Halter 31 gelagert ist, Das Bandmaterial 32 wird von der Rolle 3o durch den Schneider 33 gezogen, worauf die so gebildeten Streifen 34 des Bandmaterials mittels eines Wicklers 36 zu Rollen 35 gewunden werden.
• Wie in Fig. 2 gezeigt, können die Rollen 35 gemeinsam auf eine große Haspel 37 aufgebracht werden.
• Gesäß Fig. 3 dienen lager 38 zur Abstützung von vertikalen und horizontalen durch jjotore angetriebene Walzenpaare, welche aus behartetem Stahl gebildet sind. Die Walzen (nicht gezeigt) verformen schrittweise den Streifen 34 bis die Finden zusammentreffen. Die Lager 38 der Walzen sind auf einer Bühne 39 oder auf einer ähnlich festen Unterlage verschraubt.
• Die Stoßkanten des Streifens 34 werden mittels einer bekannten Schweißvorrichting 40 verschweißt und sodann durch einen Kühlwasserstrahl 41 geführt. Die vorgenannten Anlagen sind bei Röhrenwerken für die Herstellung von geschweißten Rohren, wie in Fig. 8 gezeigt, allgemein bekannt. Die aus den Streifen 34 geformten Rohre 44 besitzen eine gleichmäßige Wandstarke 45, wobei die zusammenstoßenden Kanten 46 und 47 bei 48 verschweißt sind. Die Schweißnaht 48 hat generell die Stärke der Rohrwandung 45, bzw. des Streifens 34.
• Fig. -4 zeigt Lager 51 bis 58, welche an einer Verlängerung des Tisches 39 befestigt sind. Die lager 51 bis 58 stützen jeweils die vertikel und horizontal montierten Walzenpaare 61 bis 68 und 71 bis 78, die in den Fig0 9 - 16 gezeigten Beim Durchführen der Rohre 44 durch die Walzen 61 bis 68 und 71 bis 78 entsteht ein' H-förmiger Trager wie in Fig0 6 und 7 gezeigt. Der H-Träger 59 besitzt einen i-n der Mitte des Profils gelegene-n Steg 60, welcher aus zwei aneinander liegenden, parallelen Wandungsschichten 69 und 70 gebildet ist. -In der Mitte einer dieser #andungs--schichten 70 ist die Schweißnaht 48 gelegen. Die Flansche 79 des H-Trägers 59 sind vorteilhaft derart geformt, daß sie eine äußere, im wesentlichen eine dreieckförmig-e Gestalt mit ebener Flansche oberflache 80 und mit schräg zum Steg 60 zulaufend-en innenflächen 81 und 82 aufweisen. Zur Vermeidung von Spannungen an den Außenkanten 83 der Flansche 79 snd -die Kanten leicht gerundet, so -daß Spannungsriße vermieden werden.
• Bei dei in Stuten verlaufenden Verformung der Rohre 44, z.B.
• in einen H-Träger 59, werden unter seitlichem Walzendruck auf die hohrwandung, letztere beidseitig nach innen gebogen und flach gedrückt, bis sich die Wandungsschichten berühren und so den Steg 60 bilden. Die Schweißnaht 48 ist dabei in der Mitte einer Wandungsschicht gelegen. Gleichzeitig werden auch die Flansche 79 geformt. Mindestens einer von je drei Walzenpaaren 61 bis 68 und 71 bis 78, besitzt einen geeigneten - nicht dargestellten - Antrieb. Besonders vorteilhaft ist es, das letzte Walzenpaar 68, gen. £ig. 16, anzutreiben. Dieses Walzenpaar drückt mit hoher last gegen die Wandungsschichten 69 und 70 des Steges 60, so daß dadurch auf das werkstück große Zugkräfte ausgeübt werden.
• Es wird darauf hingewiesen, daß die gezeigten Walzenpaare der Formwalzen und ihre Gestaltung lediglich Beispiele von möglichen Typen sind, welche zum Einsatz gelangen können.
• Fig. 5 zeigt eine Schneidvorrichtung für einen H-Träger gemäß Fig. 7. Aus Fig. 17 ist ein Paar Halteklammern 86 und 87 ersichtlich, welche den Träger 59 bei Betätigung des Schneidmessers 88 (Fig. 18) halten, Diese Haltevorrichtung ermöglicht einen sauberen Schnitt bei einem Mindestmaß eines Verzuge-s am Schnittort, sich. am Ende des Trägers.
• .2igo 19 zeigt einen I-Träger 9o, welcher auf kaltem Wege durch stufenweise Verformung von Stahlrohren mit kreisrundem Querschnitt in der für einen H-Träger beschriebenen -Art hergestellt ist. Der I-Trä'ger 9o besitzt eine Sachwei? naht 48 in der Bitte des Steges 93 mit den Wandungsschi nten 91 und 92. Die kleineren Flansche des Trägers 90 besitzen eine im wesentlichen dreieckige Form mit ebenen Flanschflächen welche rechtwinklig zum Steg 93 gerichtet sind, Die Flanken 96 der Flansche verlaufen schräg von der Flanschfläche 95 zum Steg 914 Die Ecken oder Kanten der Flansche 94 sind zur Vermeidung von Spannungen leicht gerundes 0 Die Fig. 20 und 21 zeigen einen U-förmigen Träger 100 der ebenfalls durch stufenweise Kalt-Verformung aus geschweißten Stahlrohren mit Kreisquerschnitt hergestellt werden. Der U-Träger loo besitzt einen in derI.Iitte des Profils gelegenen Steg lol, welcher von den inneren und äußeren sich berührenden Wandungsschichten 102 und 103 gebildet wird0 Die innere Wandungsschioht 1o2 enthält eine Schweißnaht 48, so daß die letztere sich im Bereich der "neutralen Zone" befindet. Die Flansche 105 dieses Tragers besitzen ebenfalls einet nahezu dreieckförmige Gestalt mit einer ebenen, flächigen Schenkelfläche 106.
• Die Flanken 107 der Flansche bzw. Schenkel 105 sind ebenfalls schräg nach innen zum Steg gerichtet. Die beiden Fortsetzungen 108 der Wandungsschicht 103 des Steges lol bilden eine Seite der dreieckigen Flansche 105.
• Fig. 22 zeigt einen T-Träger 11o, welcher ebenfalls in der vorstehend beschriebenen Art aus einem geschweißten Stahlrohr 44 durch stufenweise Kalt-Verformung hergestellt worden ist. Der Träger 11o besitzt einen im wesentlichen dreieckförmigen unteren Flansch 111, während der aufrecht stehende Steg 112 am oberen Ende die Schweißnalit 48 aufweist.
• Die nach der Erfindung gebildeten Träger können in beliebiger Weise mit einem Überzug versehen werden. Auch besteht die slöglichkeit, den so geschaffenen Träger aus Aluminium oder anderem Rohrmaterial herzustellen, Anstelle der in den Beispielen gezeigten und bekanntesten Profile sind im Rahmen der Erfindung und der Anspruchsfassung auch andere Ausführungsformen möglich.

Claims (1)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e

   1. Aus Stahl gebildetes Konstruktionselement dessen Wandung im Stabquerschnitt in Form einer von der Kreisform abweichenden, geschlossenen Kurve verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß seine Wandung durch eine Schweißnaht verbunden ist und einen mittleren, aus zwei parallel verlaufenden Wandungsschichten bestehenden Steg aufweist, sowie mindestens einen aus den Fortsetzungen der Wandungsschichten gebildeten Flansch trägt, 2o Konstruktionselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißnaht (-48) in einer Wandungsschicht (70) des Steges (60), vorzugsweise in der Mitte des Steges gelegen ist.

   3. Konstruktionselement nach Anspruchen 1 und 2', rchekennzeichnet, daß die Wandungsschichten im Bereich der Flansche (79) einerseits eine ebene- äußere Fläche (8o) aufweisen und andererseits, im Querschnitt des Flansches gesehen, ein dreieckförmiges Innenfeld umrahmen.

   4. Konstruktionselement nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungsschichten (69, 70) des Steges (60) deckend gegeneinander liegen.

   5. KonstruktionSel ement- nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flansche (1o6) gerundete Kanten (83, 105) aufweisen, wobei mindestens eine der Kanten (107) der Flansche (106) -sich in eine, schrägverlaufende Wandungsschicht (107), der Flanschflanke, fortsetzt und zur Wandungsschicht (102) des Steges (101) führt.

   6. Konstruktionselement nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flansche (79) sich beidseitig in eine schrägverlaufende Wandungsschicht (81, 82 u. 96) fortsetzen, derart, daß der Querschnitt des Konstruktionselementes nahezu einem I- oder H-Trägerprofil entspricht, 7 Konstruktionselement nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es einen U-förmigen Querschnitt aufweist, wobei der Steg (lot) aus einer inneren und äußeren Wandungesobicht (102, 1o3) besteht und die Schweißnaht (48) in der inneren Wandungsschicht (1o2) gelegen ist, wohingegen die äußere Wandungsschicht sich zu den Schenkeln (106) hin fortsetzt, wo sie eine dreie ckförmige Innenfläche umrahmen.

   8. Konstruktionselement nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es einen in der Llitte des Profils gelegenen, aus zwei parallel verluufenden Wandungsschichten bestehenden Steg sowie Flansche aufweist, wobei letztere aus Cien schleifenförmigen Fortsetzungen der andungsschicten gebildet sind.

   9. Verfahren zur Herstellung eines aus Stahl gebildeten Konstruktionselementes durch Kaltverformung, dadurch gekennzeichnet, daß man ein geschweißtes Stahlrohr mit kreisringförmigem Querschnitt durch aufeinanderfolgende Formwalzen führt und dabei unter seitlichem Druck die Wandung des Rohres zum Steg mit parallel verlauSenden Wandungsschichten zusämmenpreßt, wo hingegen die Flansche bzw. Schenkel über und unter dem Steg zur ebenen Fläche gewalzt werden.

   10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die obere und untere Fläche plan walzt und sie dabei derart verformt, daß im wesentlichen dreieckförrnige Flansche entstehen.

   11. Verfahren nach Ansprüchen 9 und 10 dadurch gekennzeichnet, daß man beim Profilwalzen der mit einer Schweißnaht versehenen Rohre, das Rohr derart in die Walzen einführt, daß die Schweißnaht in die Mitte des Steges zu liegen kommt.

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