DE19622759A1 - Metallprofil - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Metallprofil, wie es beispielsweise als Trägermaterial in der
Bauwirtschaft, als Versteifungselement im Fensterbau, als Rahmenteil im Fahrzeug- oder
Maschinenbau oder ähnlichen Verwendungsgebieten benutzt wird.
Die bekannten Metallprofile werden in die gewünschte Form gewalzt, gepreßt oder gegos
sen. Da die gewalzten Profile aus einem Stück gewalzt werden, haben diese Profile bei
unterschiedlichen Belastungen beispielsweise in der x- und y-Achse den Nachteil, an allen
Schenkeln die gleiche Materialstärke aufzuweisen. Für den Schenkel in y-Achse weisen die
Metallprofile bei einer in der y-Achse geringeren Belastung also zu viel Material auf, was zu
Materialverschwendung und unnötigen Kosten führt. Hinzu kommt, daß bei den herkömm
lichen Walzprofilen die Schenkel in y-Achse nicht beliebig angeordnet werden können, da
das spätere Profil noch walzbar sein muß, wodurch der Schenkel in y-Achse nicht in der
Nähe des statischen Optimums, also etwa mittig eines Profils, angeordnet werden kann.
Häufig tritt durch die Umformung des Materials an der Knick-, Biege- oder Umlegestelle
auch eine Schwächung des Materials auf, weil bei einem geringen Biegeradius das Material
Vorschädigungen aufweist. Außerdem wird der Walzaufwand mit zunehmender Materialdicke
immer höher, wobei ab einer bestimmten Dicke eines Materials praktisch keine Walzbarkeit
mehr gegeben ist. In einzelnen Anwendungsgebieten kann es außerdem wünschenswert sein,
einen Profilschenkel nur an einzelnen Abschnitten des Profils angeordnet zu haben oder auf
einem Profil zusätzliche Metallstücke zu befestigen. Hier wäre eine aufwendige Vor- bzw.
Nachbearbeitung der Profilstücke erforderlich, um die gewünschten Metallprofile zu erhalten.
Um die beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu überwinden, ist es aus dem Stand der
Technik auch bekannt, Profile mittels des Strangpressens herzustellen, was aber regelmäßig
nur mit edleren Metallen wie beispielsweise Aluminium, Kupfer o. ä. gemacht wird und mit
zusätzlichen hohen Kosten, auch durch das spätere Kalibrieren der Stränge, verbunden ist.
Auch die bekannten Gußverfahren für Metallprofile sind teuer, auf spezielle Werkzeuge
angewiesen und für feinere Profilgeometrien nicht realisierbar.
In Bereichen wie beispielsweise dem Fensterbau müssen kurz nacheinander den jeweiligen zu
erwartenden Belastungen entsprechend eine Vielzahl unterschiedlicher Metallprofile ver
arbeitet werden. Um den Materialbedarf abdecken zu können, ist eine aufwendige Lagerhal
tung und Logistik erforderlich. Der Verarbeiter ist abhängig von einem rechtzeitigen Nach
schub der richtigen Profile. Im Fensterbau können kaum höhere Profilstärken als 3 mm
eingesetzt werden, da sonst die Beschläge gewichtsmäßig an ihre Belastungsgrenze stoßen
und Verschraubungen, Pfostenverbindungen, Dübelbohrungen etc. kaum noch möglich sind.
Zudem begrenzen die dort zur Verfügung stehenden Bauraumabmessungen die statischen
Möglichkeiten, so daß dort verstärkungsprofilbedingt nur bestimmte Fenstergrößen realisierbar
sind.
Außer der Festigkeit von Schenkeln eines Metallprofils in einer Achse können die Anforde
rungen an einzelne Profilschenkel aber auch auf andere Weise voneinander abweichen, wie
beispielsweise durch Schall- und/oder Wärme-Isolierwerte, elektrische Leitfähigkeit, Dekor
beschichtung, Korrosionsschutz, definiertes Crashverhalten im Fahrzeugbau oder bestimmte
vorteilhafte Geometrien in der Formgebung und konstruktiven Einbindung, die aber aufgrund
der technischen Gegebenheiten der heute bekannten Metallprofile nur durch aufwendige
Nachbearbeitung der fertigen Profile oder gar nicht realisiert werden können. Auch eine
Kombination von Profilschenkeln aus unterschiedlichen Werkstoffen miteinander, und zwar
nicht nur metallischer wie Eisen, Kupfer, Aluminium, Legierungen, etc., sondern auch
anderer Werkstoffe wie beispielsweise Keramik, Glas, Kunststoffen, Holz, etc., ist heute nur
mit aufwendig vorgeformten und/oder mit erheblichem Montageaufwand wie Schrauben,
Schweißen, Verkleben, etc. verbindbaren Profilschenkeln möglich.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Metallprofil zu schaffen, das aus einzelnen
Profilschenkeln besteht, die als Flach- oder vorgeformtes Material möglichst beliebig
miteinander verbindbar sind und die in keiner Achse trotz unterschiedlicher Belastungen
möglichst kein Material verschwenden, bei dem Profilschenkel oder andere Werkstücke in
beliebiger Dicke, Länge, Form und an beliebiger Stelle auf einem anderen Profilschenkel
anbringbar sind, bei dem Profile auch in nicht mehr walzbaren Materialdicken gefertigt
werden können, bei denen die Verbindungsstelle der Profilschenkel möglichst verstärkt ist
und bei dem die Herstellungskosten niedrig sind, weil die Metallprofile mit hoher Geschwin
digkeit und mit Maschinen geringer Komplexität und wenigen Verschleißteilen herstellbar
sind.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst durch ein Metallprofil, das aus mindestens zwei
Profilschenkeln besteht, wobei die Profilschenkel so miteinander verbunden sind, daß eine
Stoßseite des einen Profilschenkels in einer zugehörigen, auf der Innenseite des anderen
Profilschenkels durch eine gefügeverändernde Materialumformung geschaffenen Rille liegt
und das gefügeveränderte, benachbart zum eintauchenden Material des einen Profilschenkels
liegende Material des anderen Schenkels an zumindest eine Seitenfläche des einen Profil
schenkels zu einer zumindest kraftschlüssigen Verbindung angeschoben ist. Bei einer Rille,
die breit genug ausgeführt ist, können erfindungsgemäß auch mehr als ein Profilschenkel in
einer Rille gefügeverändernd befestigt werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Material des einen Profilschenkels an den
Seitenflächen in Eintauch- und/oder in Andruckhöhe des benachbart liegenden gefügever
änderten Materials zumindest einseitig und/oder zumindest teilweise an der Unterseite
aufweitend gestaucht, in Längs- und/oder Querrichtung eingekerbt, gelocht, gestanzt,
gekörnt, aufgerauht, geätzt oder in sonstiger Weise reibungswiderstandserhöhend zur
Vermeidung des Herausrutschens des einen Profilschenkels aus der Rille des anderen Schen
kels behandelt. Bevorzugt ist auch zumindest eine Seitenfläche einer Rille, die sich auf der
Rückseite des anderen Profilschenkels befindet, in an sich bekannter Weise, beispielsweise
durch Einkerben, Aufrauhen, Stanzen, Körnen, Ätzung, Ausformung von vorspringenden
Kanten oder in sonstiger Weise reibungswiderstandserhöhend behandelt. Die reibungswider
standserhöhende Behandlung der Rille oder der Seitenflächen kann unterschiedlich stark in
unterschiedlichen Intervallen, intermittierend, alternierend oder auf sonstige Weise variabel
erfolgen. Die reibungswiderstandserhöhende Behandlung kann natürlich auf eine Weise
erfolgt sein, aufgrund derer nicht nur die Gleitkräfte der aufeinanderliegenden Flächen erhöht
sind, sondern zusätzlich ein Formschluß zwischen den aufeinanderliegenden Flächen besteht.
Die Festigkeit der kraftschlüssigen gefügeverändernden Verbindung von zwei Profilschenkeln
miteinander kann durch eine zusätzliche formschlüssige Kraftkomponente unterstützt sein.
Anstelle oder zusätzlich zur reibungswiderstandserhöhenden Behandlung kann auch der
einzustellende Profilschenkel im Bereich der Eintauchtiefe oder auch darüber gefügeverändert
sein, um eine formschlüssige Verbindung oder gewünschte definierte Kraftverhältnisse nach
der gefügeverändernden Befestigung mit einem oder mehreren anderen Profilschenkeln zu
schaffen.
Ein oder mehre Profilschenkel des Metallprofils können steifigkeitserhöhende, isolierende,
korrosionshemmende, gewichtsmindernde, sollbruchstellenschaffende, reflektierende,
absorbierende oder dekorierende Bearbeitungen und/oder Beschichtungen aufweisen. So kann
ein Profilschenkel beispielsweise ein- oder wechselseitig scherend eindrückend behandelt oder
mit Einkerbungen oder Sicken versehen sein, um die Torsionssteifigkeit zu verbessern. Eine
solche Behandlung würde auch einen erhöhten Formschluß bewirken, wenn das Metallprofil
mit anderen Materialien wie Beton oder Kunststoff vergossen ist. Eine isolierende Beschich
tung eines oder mehrerer Profilschenkel kann mit geeigneten Materialien vorgenommen
werden, um eine gewünschte thermische, akustische oder elektrische Eigenschaft des Metall
profils zu erhalten. Zur Verhinderung von Korrosion können die Profilschenkel ganz oder
teilweise verzinkt, lackiert oder in sonstiger Weise behandelt oder beschichtet sein. Die
erfindungsgemäße gefügeverändernde Befestigung der einzelnen Profilschenkel miteinander
weist den Vorteil auf, daß sie entsprechende Beschichtungen wenig oder überhaupt nicht
verletzt und deshalb die Beschichtung wahlweise vor oder nach der Befestigung der Profil
schenkel miteinander erfolgen kann, ohne dadurch die gewünschten Eigenschaften negativ zu
beeinflussen. So können verzinkte, lackierte oder kunststoffbeschichtete Teile mit einer
ausreichenden Festigkeit der Verbindungsstelle so miteinander befestigt werden, daß in den
Anbindungsbereichen eine genügend dicke Beschichtung verbleibt, um die gewünschten
Eigenschaften zu gewährleisten. Zur Gewichtsverminderung oder zur Schaffung von Soll
bruchstellen kann ein Profilschenkel gelocht oder bereichsweise in seiner Materialstärke ver
mindert sein. Als Dekorbeschichtung kommt beispielsweise eine Kunststoffbeschichtung,
Lackierung, Verchromung, Vergoldung in Betracht.
Die im anderen Profilschenkel befindliche Rille und das in die Rille eintauchende Material
des einen Profilschenkels kann zur Hochachse des einen Profilschenkels angewinkelt sein, um
über eine größere Kontaktfläche die Verbindungsfestigkeit zu erhöhen. Auch kann die
Hochmittelachse der Rille nicht rechtwinklig zur Horizontalfläche des anderen Profilschen
kels sein. Zusätzlich zur gefügeverändernden Befestigung können an sich bekannte Befesti
gungstechniken wie Kleben, Nieten, Schweißen oder ähnliches eingesetzt werden. Eine
Kombination der erfindungsgemäßen mit einer bekannten Befestigungstechnik kann techni
sche und sonstige Vorteile wie Erhöhung der Akzeptanz oder Erfüllung zulassungstechnischer
Anforderungen, die bestimmte Befestigungstechniken fordern, mit sich bringen. Die gefüge
verändernde Befestigung der beiden oder mehrerer Profilschenkel miteinander kann durch
gehend, aber auch unterbrochen nur an einem oder mehreren Abschnitten des Metallprofils,
in Zacken, Kurven, seiflich versetzt, alternierend oder auf sonstige beliebige Weise vor
genommen sein. Die Rille kann durchgängig ausgeformt sein, es muß aber nicht durchgehend
ein Profilschenkel in die Rille eingestellt oder das benachbart liegende Material angedrückt
sein. Das Material kann gestückt sein oder wechseln. Die Kanaltiefe und/oder Breite der
Rille kann an einer Stelle eines Querschnitts durch einen Profilschenkel unterschiedlich sein
im Vergleich zu der Rille an einer anderen Stelle. Anstelle oder zusätzlich zum benachbart
liegenden gefügeveränderten Material des anderen Profilschenkels kann weiteres drittes
Material in ursprünglicher Draht-, Block- oder sonstiger Form, in Blech- oder Adapter
stücken zur Ausfüllung zu breiter Rillen oder Isoliermaterial mittels gefügeverändernden
Befestigens formverändernd in die Rille und an zumindest eine Seitenfläche des einen Profil
schenkels ein- oder angebracht sein. Auch kann es sinnvoll sein, zusätzliches Drittmaterial
für stützende Böschungen, zur Herbeiführung oder Verbesserung einer formschlüssigen
Verbindung in der Anbindungsstelle oder Material mit anderen Härtewerten einzubringen.
Das Material, das von dem gefügeverändernden Befestigen erfaßt wurde, kann in diesem
Bereich in seiner Struktur zusätzlich verfestigt sein. Es ist auch denkbar, daß einzelne
Metallteile auf einem oder mehreren der Profilschenkel gefügeverändernd befestigt werden.
Unabhängig von der gefügeverändernden Befestigung der Profilschenkel können diese vor
oder nach der gefügeverändernden Befestigung in gewünschter Weise abgekantet oder in
sonstiger Weise umgeformt sein, so daß alle denkbaren Profilformen und -querschnitte vom
Prinzip her realisierbar sind. Einzelne Profilschenkel können in gebogener Kontur vor
geschnitten sein, um einen Rundbogen oder ein Profil mit einer Rundung herstellen zu
können, sie können auch entlang der Längsachse einseitig gestanzt, gestreckt oder gestaucht
und/oder auf der anderen Seite gewalzt sein, um eine Biegung eines Profilschenkels zu
erreichen. Auch können Bimetall-Profilschenkel erzeugt werden, um ein gewünschtes
thermisches Verhalten zu erzielen, oder die Profilschenkel sind mit einer unterschiedlichen
Temperatur zusammengesetzt, um eine bestimmte Materialspannung bei gleicher Temperatur
bzw. Formgebung zu erhalten. Für bestimmte Anwendungsfalle wie beispielsweise Träger im
Hoch- oder Fassadenbau müssen die Profile eine bestimmte Vorspannung aufweisen, um
unter Last im Einbauzustand einer geradegestreckten Linie zu entsprechen. Solche Vor
spannungen können auf die beschriebene Weise in das erfindungsgemäße Profil eingebracht
werden. Mit den beschriebenen Bearbeitungen - auch Blechbearbeitungen in Verbundfolge
werkzeugen zur Erzielung einer gewünschten Form eines Profilschenkels, wie beispielsweise
im Automobilbau - in beliebiger Folge können so alle vorstellbaren Profilformen gebildet
werden. Auch können auf zumindest einem der Profilschenkel weitere Profilschenkel
und/oder Teile aus Metall und/oder anderen Werkstoffen wie beispielsweise Kunststoff,
Gummi, Keramik, Glas, etc. zur Schall-, Wärme-, Elektrik- oder sonstigen Isolierung,
Verzierung, Abdichtung oder für sonstige Zwecke als Profilschenkel oder sonstiges Anbauteil
gefügeverändernd befestigt sein und/oder zwei oder mehr Profilschenkel miteinander ver
binden. So können beispielsweise in einem erfindungsgemäßen Metallprofil Isolierstege aus
Gummi oder Kunststoff mit anderen Profilschenkeln verbunden werden, um beispielsweise
eine Isolierung oder flexiblere Verbindung von beispielsweise zweier Profilschenkel zuein
ander zu erreichen.
Ein Profilschenkel kann auf seiner Außenseite Erhebungen aufweisen, die über die übrige
Außenoberfläche des Profilschenkels hinausragen. Solche Erhebungen können mittels der
gefügeverändernden Befestigung, aber auch unabhängig davon eingebracht sein.
Der eine Profilschenkel muß nicht zumindest abschnittweise nur in gerader, sondern kann
auch in seitlich versetzter oder gezackter Linie, in Wellenform, diagonal, alternierend, quer
oder unterbrochen auf dem anderen Profilschenkel in voller oder teilweiser Länge gefügever
ändernd befestigt sein. Das Metallprofil kann aus beliebigem Flachmaterial oder auch
Halbzeugen gebildet sein, alle Rohformen lassen sich für das erfindungsgemäße Verfahren
verwenden, ggfls. auch Abfallmaterial aus anderen Arbeitsvorgängen.
Das erfinderische Profil ist neben seiner Verwendung als Träger, Schiene oder Konsole im
Fahrzeug- und Maschinenbau in der Bauwirtschaft als Konstruktionselement für den Fassa
den-, Fertig-, Stahl-, Hallen-, Gerüst-, Treppen- und Dachbau, als durchbrochene oder
geschlossene Kabel- oder Rohrleitungshalterung sowie als Versteifungselement zur Beweh
rung von Beton, zum Vergießen mit anderen Werkstoffen und in Leichtbauwänden, als
Kabelkanal und als Dachrinne einsetzbar. Es kann akustische, elektrische, thermische oder
sonstige isolierende Aufgaben übernehmen, und es kann eingesetzt werden in Möbeln,
Rahmen, Stützen, als Gehäuse oder Verkleidungsteil und in sonstigen Anwendungen, in
denen Metallprofile eingesetzt sind, und es ist auch dazu geeignet, als Versteifung in ein
Kunststoffhohlprofil eingesetzt zu werden, wie es beispielsweise im Kunststofftüren- und
-fensterbau üblich ist.
Zusätzlich oder anstelle zur gefügeverändernden Befestigung ist es vorstellbar, daß die im
Bereich der Rille miteinander zu verbindenden Materialien anhand eines hochfrequent
arbeitenden Schlagstoßverfahrens miteinander verbunden sind. Für eine feste und dauerhafte
Verbindung mittels der gefügeverändernden Befestigung oder auch des hochfrequenten
Schlagstoßverfahrens ist es vorteilhaft, wenn an den entsprechend miteinander verbundenen
Kontaktstellen der Profilschenkel die Materialien der miteinander verbundenen Körper
miteinander verwirkt bzw. durchsetzt sind.
Das erfindungsgemäße Metallprofil bietet den Vorteil, im Hinblick auf die an das Profil
gestellten Anforderungen in allen Achsen mit ziemlich genau der erforderlichen Materialmen
ge ausgestattet werden zu können. Die Profilschenkel können fast beliebig zueinander positio
niert werden. Das erfindungsgemäße Metallprofil ist einfach und kostengünstig herstellbar.
Bezüglich seiner Schub-, Zug-, Kopfzug- und Druckfestigkeit kann es hohe Kräfte auf
nehmen und ist mit den herkömmlichen Profilen annähernd vergleichbar. Anders als bei den
Walzverfahren werden die Knotenpunkte zwischen zwei Profilschenkeln nicht durch Biegen
vorgeschädigt, sondern im Gegenteil durch die Umformung verfestigt, so daß sich unter
Belastung eher das übrige Profilschenkelmaterial verbiegt als daß sich die Verbindung löst.
Zusätzlich ist bei sehr hohen Belastungen der Verbindungsstelle eine nachträgliche gezielte
teilweise oder vollständige Verfestigung oder Härtung der jeweiligen Verbindungszonen
möglich, wie beispielsweise durch Kugelstrahlen, thermische Behandlung, etc. Mit der erfin
dungsgemäßen gefügeverändernden Befestigung können auch nahezu alle Materialdicken dau
erhaft mit hoher Festigkeit miteinander verbunden werden. Auch ist es möglich, Metall
profile der erfindungsgemäßen Art herzustellen, bei denen Profilschenkel oder einzelne
Metallstücke nur abschnittweise, abschnittweise besonders verformt, versetzt, in Wellenlinie,
gezackt, längs, quer oder diagonal angeordnet sind, wodurch die Torsionstiefigkeit erhöht
werden kann und aufwendige Nachbearbeitungen mit entsprechendem Schrottanfall ver
mieden werden. Im Verhältnis zu den bisher bekannten Metallprofilen kann aufgrund der
besseren Tragfähigkeit entweder weniger gleichwertiges oder gleichviel minderwertigeres
Material in das Metallprofil eingestellt werden, was wiederum zu Kosten- und Gewichtsein
sparungen führt. Es kann mit gleicher Materialmenge mehr Statik oder mit weniger Material
die gleiche Statik im Vergleich zu den herkömmlichen Profilen erzeugt werden. Die vor
geschlagenen Metallprofile können genauer beanspruchungsgerecht konstruiert und ausgelegt
werden. Für das Metallprofil kann billiges Flachmaterial oder preiswertes Halbzeug genutzt
werden, das nicht durch weitergehende Bearbeitung(en) wie Strangpressen, Kalibrieren, etc.
verteuert ist. Die Ecken können nahezu winkelig ohne Rundungen oder Materialabsätze
ausgebildet werden, wodurch eine glatte Anbindungskontur bis dicht an die Stoßkanten der
einzelnen Profilschenkel herstellbar ist. Die Zone, in der zwei Profilschenkel miteinander
gefügeverändernd miteinander befestigt sind, erstreckt sich - auch wenn hohe Ausreißkräfte
erzielt werden sollen - auf Zonen, die nur wenig breit sind, beispielsweise bei mehrere
Millimeter starken Blechen auf 1 mm oder sogar weniger Breite, so daß sich optisch und tech
nisch keine Nachteile durch Erhebungen oder Anschrägungen an der Verbindungsstelle
ergeben.
Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Metallprofil anhand eines in der Zeichnung dargestell
ten Ausführungsbeispiels im einzelnen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Metallprofil.
Fig. 2 eine Stoßstelle zwischen den Profilschenkeln in x- und in y-Achse in Ver
größerung.
Fig. 3 eine Möglichkeit zur Verstärkung von Winkeln als Beispiel für ein erfindungs
gemäßes Profil,
Fig. 4-11 Beispiele für Profile mit unterschiedlicher Höhe,
Fig. 12-13 Leichtprofile,
Fig. 14 Winkel- bzw. Kanalprofile,
Fig. 15 erfinderische Metallprofile als Verstärkung in Kunststoffhohlprofilen,
Fig. 16 Sonderprofile,
Fig. 17 gebogene Metallprofile,
Fig. 18 Flächenelemente zur Herstellung einer sandwich- oder bienenwabenartigen
Struktur,
Fig. 19 mit Verbundmedien vergossene Metallprofile bzw. Träger,
Fig. 20 ein Metallprofil mit einem aus Kunststoff bestehenden Profilschenkel,
Fig. 21 ein Beispiel für ein Metallprofil, bei dem die Profilschenkel durch Einkerbun
gen gegen Verschiebung gesichert sind.
In Fig. 1 sind die Profilschenkel 2 und 4 in x-Achse sowie der Profilschenkel 6 in y-Achse
erkennbar. Die Profilschenkel in x-Achse sind dicker als der Profilschenkel in y-Achse, weil
das Metallprofil für entsprechende Belastungsverhältnisse vorgesehen ist. Für den Fachmann
ist erkennbar, daß für ein Metallprofil mit der erfindungsgemäßen Verbindung zweier oder
mehrerer Profilschenkel miteinander jeder Profilschenkel in beliebiger Form, Dicke und
Breite gewählt werden kann. So können Grob-, Feinbleche, Rundstäbe, Stangen- und
Rohrmaterial in jeder Kombination in beliebig vielen Ebenen zu einem Profil miteinander
verbunden werden, ohne daß dafür mit Ausnahme der gefügeverändernden Einbringung der
Einstellrille eine aufwendige Vorformung der Profilschenkel erforderlich wäre. Es können
auch Reste bzw. Schnittabfälle aus dem Zuschnitt von Blechen verarbeitet werden, wenn sie
dem Verwendungszweck entsprechende Abmessungen für einen Profilschenkel aufweisen.
Der Kreis 8 hebt die Stoßstelle von zwei Profilschenkeln, die gefügeverändernd miteinander
befestigt sind, besonders hervor. Diese Stoßstelle eines erfindungsgemäßen Metallprofils
weist immer einige besondere Charakteristika auf. So ist die kristalline Gefügestruktur des
Materials des Profilschenkels 2, das aus einem Verband von Körnern besteht, und in dem
sich die Rille befindet, seitlich der Rille vom materialumformenden und strukturverändernden
Einbringen der Rille etwa in Eintauchrichtung der Rille gestreckt. Unterhalb der Rille ist das
Material vom Einbringen der Rille gestaucht. Außerdem ist das Gefüge des Profilschenkels
2 zumindest an einer Seite der Rille aus dem Andrücken des benachbart zur Rille liegenden
Materials charakteristisch verändert; und zwar wird beim Andrücken von einem Druckwerk
zeug ein so hoher Druck auf die Oberfläche des Profilschenkels 2 aufgebracht, daß das
darunter befindliche Material seine Fließgrenze überschreitet und in eine Fließbewegung
gerät. Aufgrund des geringeren Widerstandes ist die Fließbewegung dabei in Richtung der
Rille gerichtet, da das Material dort in die Lücke zwischen Seitenwand der Rille und der
oder den Seitenwänden des eingestellten Profilschenkels 6 ausweichen kann. Insgesamt
kommt es durch die zwei Bearbeitungsschritte Einbringen der Rille und Andrücken des
benachbarten Materials an die Seitenwände des eingestellten Profilschenkels 6 durch eine
Kaltverformung zu einer Kaltverfestigung des Materials im Bereich der Anbindungsstelle der
beiden Profilschenkel 2 und 6. In einem Metallprofil, bei dem zwei Profilschenkel auf die
vorgeschlagene Weise gefügeverändernd miteinander befestigt sind,lassen sich die beschriebe
nen Gefügeveränderungen im Bereich der Rille mikroskopisch erkennen.
Je nachdem, welche Gegenhalterwerkzeuge und Niederhalter beim Einbringen der Rille und
dem nachfolgenden Andrücken eingesetzt wurden, ist die Unterseite des Profilschenkels 2
unterhalb der Rille glatt oder zusätzlich umgeformt. So weist das in Fig. 1 gezeigte
Metallprofil eine glatte Unterseite auf, während die Unterseite des in Fig. 2 gezeigten
Metallprofils bauchig ausgeformt ist.
In der in Fig. 2 gezeigten Vergrößerung einer Stoßstelle ist die Rille (10) auf der Innenseite
des Profilschenkels (2) in x-Achse erkennbar, in die der Profilschenkel (6) in y-Achse mit
seiner Stoßstelle 12 eintaucht. Je nach Festigkeitsanforderung an das fertige Metallprofil,
Bearbeitbarkeit des Materials, vorhandenen Bearbeitungswerkzeugen oder sonstigen Parame
tern kann die Tiefe der Rille (10) zur Befestigung zweier Profilschenkel passend gewählt
werden. Die Rille kann für sich in beinahe beliebiger Weise den Anforderungen angepaßt
werden; so kann sie in Längs- und/oder Querrichtung eine gleichmäßige oder unterschiedli
che Breite bzw. Tiefe aufweisen. In Eintauchhöhe sind die Seitenwände des Profilschenkels
(6) eingekerbt, um eine bessere Verzahnung bzw. zusätzlich zur kraftschlüssigen eine
formschlüssige Verbindung des Profilschenkels (6) mit den Seitenwänden der Rille (10) des
Profilschenkels (2) erreichen zu können. Durch gezielten Druck auf das benachbart zu Rille
10 vorhandene Material des Profilschenkels (2) ist das benachbarte Material an die Seiten
flächen des Profilschenkels (6) so fest angedrückt, daß eine kraftschlüssige schub- und
zugfeste Verbindung zwischen den beiden Profilschenkeln (2) und (6) an dieser Stelle
besteht. Die in der Vergrößerung gezeigte Ausformung des Profilschenkels (2) nach unten
hängt nicht funktionsnotwendig mit der gefügeverändernden Befestigung mit dem Profil
schenkel (6) in y-Achse zusammen. Vielmehr wurden die beiden Profilschenkel 2, 6 nicht
nur im Bereich der Rille gefügeverändernd miteinander befestigt, sondern es wurde unterhalb
der Rille eine zusätzliche Umformung des Profilschenkels 2 unabhängig von der gefügever
ändernden Befestigung vorgenommen. Die gefügeverändernde Befestigung kann, wie oben
bereits beschrieben, auch bei einem auf der Unterseite flachbleibendem Profilschenkel durch
geführt werden. Als Folge der Einbringung der Rille (10) ist das Gefüge des Wandungs
materials in Richtung der Basis der Rille (10) gerichtet, und die Gefügelinien, die im Quer
schliff durch ein fertiges Profil sichtbar sind, laufen dann unterhalb der Basis der Rille (10)
bogenförmig aufeinander zu. Ein ähnlicher Verlauf der Struktur zeigt sich in den Bereichen,
in denen nach dem Einstellen des Profilschenkels (6) in y-Achse das benachbart liegende
Material an den Gurt angedrückt worden ist. Bei der Einbringung der Rille (10) in das
Material und das anschließende Andrücken des benachbart liegenden Materials kommt es
durch eine Kaltverformung zu einer Kaltverfestigung des Materials.
Der Kraftschluß der in Fig. 2 gezeigten Verbindung im Einstellbereich kann zusätzlich durch
eine formschlüssige Verbindung erhöht werden, indem der Profilschenkel (6) in y-Achse im
unteren Eintauchbereich zumindest teilweise entlang der Rille dicker ist als im oberen Ein
tauchbereich. Eine entsprechende Form kann durch vorherige Bearbeitung des Profilschenkels
(6) in y-Achse, aber auch durch Herstellung einer Rille (10) mit Hinterschnitt, beispielsweise
durch Aufbiegung oder nacheinander schräg gestellte Werkzeuge, durch Einbringung von
zusätzlichem Material, beispielsweise in Drahtform, in den Spalt zwischen den Seitenwänden
des in die Rille (10) eingestellten Metallprofils und den Seitenwänden der Rille (10) oder
durch eine definierte Verformung beim nachfolgenden Andrücken des benachbart liegenden
Materials erreicht werden. Eine formschlüssige Kraftkomponente kann auch durch im
Einstellbereich in die Seite des eingestellten Profilschenkels eingebrachte Vertiefungen,
Rillen, Löcher, Ausstanzungen etc. erreicht werden. Das angedrückte benachbart zum
eingestellten Profilschenkel liegende Material muß beim Andrücken in die offenen Freiräume
geflossen sein, um so die zusätzlich formschlüssige Verbindung zu erhalten.
Um höhere Verbindungsfestigkeiten zu erreichen, können zusätzlich Einkerbungen, Aus
stanzungen, Längsrillierungen etc. vorgenommen werden, in deren Freiräume das struktur
umformend befestigte Material wie vorher beschrieben eindringt, was einen zusätzlichen
Verzahnungseffekt bringt. Bei dem Prozeß der strukturumformenden Befestigung wird in
weiterer Ausgestaltung der Erfindung Material seitlich an den Flächen des Profilschenkels (6)
angeschoben, um die Kontaktfläche zwischen den zu verbindenden Materialien über die bloße
Einstelltiefe hinaus zu vergrößern. Durch Ausgestaltung eines unterschiedlichen Böschungs
winkels bzw. durch den Aufschub unterscheidlicher Materialmengen an verschiedenen Stellen
können erwünschte Eigenschaften des Metallprofils - wie beispielsweise das Stauchverhalten
im Crashfall - gezielt beeinflußt werden. Die strukturumgeformte Verbindung ist gegen eine
spätere Öffnung an den Kontaktstellen dadurch gesichert, indem das strukturveränderte
Material in der Tiefe flächig mit dem darunterliegenden Restmaterial der Profilschenkel (2, 4)
verbunden bleibt. Auftretende Zug- und Biegekräfte können so breitflächig in das darunter
liegende weniger verfestigte Profilschenkelmaterial abgeleitet werden. Microbewegungen des
strukturumgeformten Materials an den Verbindungsstellen werden so verhindert. Um
erforderlichenfalls auch vorhandene Halbzeuge in Form von vorhandenen Profilen, Trägern,
Rohren, Winkeln etc. zu verwerten oder deren technische Eigenschaften zu nutzen, können
diese Materialformen auch als ein Profilschenkel in einem erfindungsgemäßen Profil einge
setzt werden. Für spätere werkstofforientierte Recyclingverfahren oder zur Aussonderung
spezieller Fraktionen, beispielsweise radioaktiv oder chemisch verseuchter Trägerteile, kann
es vorteilhaft sein, die Metallprofile so mit dem erfinderungsgemäßen Verfahren herzustel
len, daß eine spätere leichte Trennbarkeit gegeben ist.
Eine formschlüssige Verzahnung der zu verbindenden Materialien kann erfindungsgemaß
auch durch ein hochfrequentes Schlagstoßverfahren herbeigeführt werden. Die hochfrequente
Schlagstoßtechnik kann in die Kontaktstellen ein so hohes Maß an Energie einbringen, daß
sich das Material infolge des aufgebrachten Druckes in den Kontaktstellenbereichen verformt,
verdichtet und miteinander beispielsweise verzahnend, verbeilend und/oder verschweißend
verbindet. Der Verzahnungseffekt kann auch hier durch entsprechende Bearbeitung der zu
verbindenden Flächen, durch Auskragung der Rille nach innen, Hinterschnitte o. ä. gefördert
werden.
Mit der erfindungsgemäßen Befestigungstechnik können auch Winkel, Isolierkörper, Distanz
halter, Befestigungselemente etc. auf Profilschenkeln befestigt werden, ohne daß dazu
vorgebohrte Löcher, Schrauben, Verschweißungen oder zusätzliches Material erforderlich
wären.
Die strukturumformend behandelten Bereiche eines Metallprofils können anschließend
geglättet werden, damit sich eine in Fig. 2 gezeigte Optik der Verbindungsstellen ohne
störende Rillen, Grate und Erhebungen ergibt.
Fig. 3 zeigt einen Winkel (14), in den entlang der gestrichelten Linie (16) ein Profilschenkel
(18) erfindungsgemäß eingestellt ist. Die Fig. 4 bis 11 zeigen Beispiele für erfindungsgemäße
Metallprofile mit unterschiedlicher Höhe, wobei je Figur die mittlere Zeichnung das Profil
in der Seitenansicht und die beiden seitlichen Zeichnungen den Querschnitt des Profils an
jeweiligen Ende zeigen. Die gezeigten Formen können in beliebiger Weise miteinander
kombiniert oder variiert werden. Die Fig. 12 und 13 zeigen Leichtprofile, die durch Lochung
des Profilschenkels (6) in y-Achse um überflüssiges Material erleichtert wurden. Die Fig. 14
zeigt, wie durch strukturverändernde Befestigung von vorher oder nachher umgeformten
Schenkeln (6) in y-Achse Winkel- oder Kanalprofile geschaffen wurden. Fig. 15 zeigt, auf
welche Weise erfindungsgemäße Metallprofile als Versteifungsmaterial in Kunststoffhohl
profilen einsetzbar sind. Die Fig. 16 zeigt ausgefallen geformte Sonderprofile, wie sie mit
der herkömmlichen Walztechnik nicht herstellbar sind. Die Fig. 17 zeigt gebogene und
gelochte Metallprofile, wie sie beispielsweise im Flugzeug- oder Tunnelbau einsetzbar sind.
Die Fig. 18 zeigt eine Mehrzahl von nebeneinander befestigten Profilschenkeln (6) in
y-Achse in Form einer Verrippung, die als Kühlkörper nutzbar ist, oder auf die weitere Platten
aufgelegt werden können, wodurch eine gleichfalls leichte und hochfeste flächige Struktur
entsteht. Auch kann die Verrippung auf der Rückseite von flächigen Elementen zu deren
Stabilisierung eingesetzt werden, wie beispielsweise bei großflächigen Fassadentafeln,
Türblättern, o. ä. Fig. 19 zeigt, wie erfindungsgemäße Metallprofile in Beton (20) eingegos
sen sein können; denkbar ist hier die Kombination mit allen anderen vergießbaren Werk
stoffen. Außerdem ist in Fig. 19 zu sehen, wie zwei in der Kante angeordnete Profile als
herkömmliche Metallprofile auf die erfindungsgemäße Art und Weise mit gefügeverändernder
Befestigung eines weiteren Profilschenkels miteinander verbunden sind. Fig. 20 zeigt einen
Profilschenkel (6) in y-Achse, der aus einem verformbaren Material wie beispielsweise
Gummi, Kunstoff o. ä. hergestellt und an dem Profilschenkel (2) in x-Achse strukturumfor
mend befestigt ist. Fig. 21 zeigt in einer Explosionszeichnung, auf welche Weise die Rille
(10) sowie die Unterkante (12) des Profilschenkels (6) in y-Achse behandelt und ausgeformt
sein können, um die Schubfestigkeit gegenseitig zu erhöhen. Auch ist erkennbar, daß die
Rille in einzelnen Abschnitten das sie tragende Metallprofil durchstoßen kann. Im gezeigten
Beispiel tauchen die Spitzen (22) durch den Profilschenkel (2) hindurch und können dort
ggfls. noch umgebogen werden, vorstellbar ist jedoch auch die Verwendung der gezeigten
Form, ohne daß Spitzen durchtauchen. Das gezeigte Prinzip läßt sich jedoch auch ver
wirklichen, wenn die positiv-/negativ-Ausformung in Wellen, Bögen, unterbrochen, etc.
erfolgt.
Claims (20)
1. Metallprofil,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Metallprofil aus mindestens zwei Profilschenkeln besteht, wobei die
Profilschenkel so miteinander verbunden sind, daß eine Stoßseite des einen
Profilschenkels in einer zugehörigen, auf der Innenseite des anderen Profil
schenkels durch gefügeverändernde Materialumformung geschaffenen Rille
liegt und das gefügeveränderte, benachbart zum eintauchenden Material des
einen Profilschenkels liegende Material des anderen Profilschenkels an zu
mindest eine Seitenfläche des einen Profilschenkels zu einer zumindest kraft
schlüssigen Verbindung angeschoben ist.
2. Metallprofil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Material des einen Profilschenkels an den Seitenflächen in Eintauch
und/oder in Andrückhöhe des benachbarten gefügeveränderten Materials zu
mindest einseitig und/oder zumindest teilweise eingekerbt, gelocht, gestanzt,
aufgerauht oder in sonstiger Weise reibungswiderstandserhöhend behandelt ist.
3. Metallprofil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest eine Seitenfläche einer Rille, die sich auf einer Seite des
anderen Profilschenkels befindet, in an sich bekannter Weise, beispielsweise
durch Einkerben, Aufrauhen, Stanzen, Ausformung von vorspringenden
Kanten oder in sonstiger Weise reibungswiderstanderhöhend behandelt ist.
4. Metallprofil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Festigkeit der gefügeveränderten kraftschlüssigen Verbindung von
zwei Profilschenkeln miteinander durch eine zusätzliche formschlüssige
Kraftkomponente unterstützt ist.
5. Metallprofil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der einzustellende Profilschenkel in Eintauchtiefe und/oder darüber hinaus
gefügeverändernd behandelt ist.
6. Metallprofil nach einem oder mehren der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein oder mehrere Profilschenkel des Metallprofils steifigkeitserhöhende,
isolierende, korrosionshemmende, gewichtsmindernde, sollbruchstellenschaf
fende, reflektierende, absorbierende und/oder dekorierende Behandlungen
und/oder Beschichtungen aufweisen.
7. Metallprofil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die im anderen Profilschenkel befindliche Rille und das in die Rille
eintauchende Material des einen Profilschenkels zur Hochachse des einen
Profilschenkels angewinkelt sind oder die Hochmittelachse der Rille nicht
rechtwinklig zur Horizontalfläche des anderen Profilschenkels sind.
8. Metallprofil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß zusätzlich zur gefügeverändernden Befestigung an sich bekannte Befesti
gungsmittel und -techniken wie Klebstoffe, Nieten, Schweißpunkte zur zusätz
lichen Befestigung eingesetzt sind.
9. Metallprofil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die gefügeverändernde Befestigung der beiden Profilschenkel miteinander
nur an einem oder mehreren Abschnitten des Metallprofils vorgenommen ist.
10. Metallprofil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kanaltiefe und/oder -breite der Rille an einer Stelle eines Querschnitts
durch einen Profilschenkel unterschiedlich ist im Vergleich zu der Rille an
einer anderen Stelle.
11. Metallprofil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß anstelle oder zusätzlich zum benachbart liegenden gefügeveränderten
Material des anderen Profilschenkels weiteres drittes Material mittels gefüge
verändernden Befestigens in die Rille und an zumindest eine Seitenfläche des
einen Profilschenkels ein- oder angebracht ist.
12. Metallprofil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß das gefügeverändernd behandelte Material dadurch im Vergleich zum
übrigen Material verfestigt ist.
13. Metallprofil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß einzelne Metallteile auf einem oder mehreren der Profilschenkel gefüge
verändernd befestigt sind.
14. Metallprofil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß einer oder mehrere der gefügeverändernd miteinander befestigten Profil
schenkel vorher oder nachher zusätzlich gekantet oder in sonstiger Weise
umgeformt sind.
15. Metallprofil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß auf zumindest einem der Profilschenkel weitere Profilschenkel und/oder
Teile aus Metall und/oder anderen Werkstoffen wie beispielsweise Kunststoff,
Gummi, Keramik, Glas, etc. gefügeverändernd befestigt sind und/oder zwei
oder mehrere Profilschenkel miteinander verbinden.
16. Metallprofil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich auf der Außenseite eines Profilschenkels Erhebungen befinden, die
über die übrige Außenoberfläche des Profilschenkels herausragen.
17. Metallprofil nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß der eine Profilschenkel zumindest abschnittweise nicht nur in gerader,
sondern seitlich versetzter Linie, in Wellenform, diagonal, quer, unterbro
chen, auf dem anderen Profilschenkel befestigt ist.
18. Metallprofil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Metallprofil von beliebigem Flachmaterial und/oder Halbzeugen
gebildet ist.
19. Metallprofil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18,
dadurch gekennzeichnet,
daß die im Bereich der Rille miteinander zu verbindenden Materialien zusätz
lich oder ersatzweise zur gefügeverändernden Befestigung anhand eines
hochfrequent arbeitenden Schlagstoßverfahrens miteinander verbunden sind.
20. Metallprofil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19,
dadurch gekennzeichnet,
daß an den gefügeveränderten Kontaktstellen der Profilschenkel die Materia
lien der miteinander verbundenen Körper miteinander verwirkt bzw. durch
setzt sind.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19622759A DE19622759A1 (de) | 1995-12-14 | 1996-06-07 | Metallprofil |
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Country | Link |
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