DE69424857T2

DE69424857T2 - Längliche Metallelemente mit bereichsweise verdickter Wand und Verfahren zu deren Herstellung und Verbindung

Info

Publication number: DE69424857T2
Application number: DE1994624857
Authority: DE
Inventors: Akira Fukuda; Kenji Furumi; Susumu Hanyoh; Yasuo Watanabe
Original assignee: Daiwa House Industry Co Ltd; Dai Ichi High Frequency Co Ltd
Current assignee: Daiwa House Industry Co Ltd; Dai Ichi High Frequency Co Ltd
Priority date: 1994-01-24
Filing date: 1994-12-29
Publication date: 2000-12-28
Anticipated expiration: 2014-12-30
Also published as: EP0672475A1; DE69424857D1; EP0672475B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines bereichsweise dickwandigen länglichen Metallelements, z. B. eines Stahlrohrs, das mindestens einen Abschnitt mit einem verdicktem Wandbereich aufweist, und ein Verfahren zum Verbinden eines anderen länglichen Elements mit dem bereichsweise dickwandigen länglichen Metallelement.
Längliche Metallelemente, z. B. Stahlrohre oder -röhren, mit gleichmäßigem Querschnitt über ihre gesamte Länge werden normalerweise als Säulen und/oder Träger in Gebäude- oder Baukonstruktionen verwendet. Wenn das längliche Metallelement mit gleichmäßigem Querschnitt über seine gesamte Länge als Säule verwendet werden soll, werden üblicherweise Verstärkungselemente an verschiedenen Abschnitten des länglichen Metallelements verwendet, an denen Träger verbunden werden. Beispielsweise werden, wenn ein Stahlrohr und ein H- Formstahl oder ein Breitflansch-Formstahl als Säule bzw. Träger verwendet werden, üblicherweise Verstärkungszwischenplatten an jeweiligen Stellen innerhalb des Hohlraums der Säule verwendet, die der Position entsprechen, wo der Träger gesichert oder befestigt wird, und/oder es werden Verstärkungsmetallelemente um die Außenumfangsfläche der Säule verwendet. In einigen Fällen wird eine Verbindungsstelle zwischen der Säule und dem Träger durch eine Verbindungsbuchse oder -muffe gebildet. Wenn die Säule ein H-Formstahl ist, werden häufig Metallelemente, z. B. Verstärkungsplatten oder Winkelelemente, verwendet, die zwischen gegenüberliegenden Flanschen der H-Formstahlsäule an jeweiligen Stellen angeordnet sind, die um einen der Spannweite zwischen dem oberen und dem unteren Flansch des Trägers entsprechenden Abstand beabstandet sind.
In einer Struktur, in der Verstärkungselemente verwendet werden, ist die Anzahl der Konstruktionsschritte erhöht.
Wenn Verstärkungszwischenplatten innerhalb der Säule angeordnet werden sollen, ist die Position, wo sie angeordnet werden, auf für einen Arbeiter zugängliche Bereiche der Säule begrenzt, beispielsweise auf Endabschnitte der Säule, so daß es schwierig ist, eine einteilige Skelett- oder Tragwerksäule mit einer Länge zu verwenden, die ausreichend ist, so daß sie sich durch mehrere Stockwerke eines Gebäudes erstreckt. Daher wird als Säule für ein mehrstöckiges Gebäude allgemein eine mehrteilige Säule verwendet, die aus mehreren Säuleneinheiten besteht, die an ihren Enden miteinander verbunden sind.
Um diese Probleme zu lösen, wurde versucht, eine quadratische Stahlrohrsäule mit einem verdickten Wandbereich an dem Abschnitt bereitzustellen, wo der Träger verbunden werden soll. In diesem Beispiel ist der verdickte Wandbereich nach innen zum Hohlraum der quadratischen Stahlrohrsäule verdickt und verleiht im wesentlichen einem lokalisierten Abschnitt der quadratischen Stahlrohrsäule eine erhöhte Wanddicke. In der Praxis weist der verdickte Wandbereich in der quadratischen Stahlrohrsäule mehrere Innengewindebohrungen auf, und der Träger, der eine Endplatte aufweist, wird mit der quadratischen Stahlsäule verbunden, wobei die Endplatte mit dem verdickten Wandbereich der Säule durch Außengewindebolzen verbolzt oder verschraubt wird. Diese Struktur ist beispielsweise in der offengelegten japanischen Patentveröffentlichung Nr. 3-212533 beschrieben. In dieser Patentveröffentlichung ist jedoch kein Verfahren beschrieben, durch das eine solche Säule mit verdicktem Wandbereich hergestellt wird, und es hat sich gezeigt, daß die integrierte Ausbildung des verdickten Wandbereichs in einem lokalisierten Abschnitt der Stahlrohrsäule in einem Zustand des kontinuierlichen Streckens zum nicht verdickten Wandbereich gemäß einem bekannten Verfahren extrem schwierig ist.
Die vorliegenden Erfinder haben eine Serie von Untersuchungen durchgeführt, um zu versuchen, die bei herkömmlichen Techniken auftretenden, vorstehend diskutierten Probleme zu lösen, und haben als Vorrichtung zum integrierten Ausbilden des verdickten Wandbereichs in einem lokalisierten axialen Abschnitt des länglichen Metallelements eine beispielsweise in Fig. 35 dargestellte und in der geprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 52-470 und in der JP-A-6009543 beschriebene Vorrichtung entwickelt.
Gemäß Fig. 35 ist die Wandverdickungsvorrichtung so konstruiert, daß ein rohrförmiges Metallelement 1 mit mindestens einem Wandabschnitt, der umfangsmäßig über eine gewünschte Strecke in seiner axialen Richtung verdickt werden soll, an einem Ende durch einen Reitstock 2 festgeklemmt wird und am entgegengesetzten Ende durch eine Klemmvorrichtung oder Spannbacke mit einem Drücker 3 antriebsmäßig verbunden ist. Der Drücker 3 weist einen fluidbetätigten Zylinder zum Antreiben oder Bewegen des Drückers 3 auf, um eine axial nach innen gerichtete Druckkraft auf das rohrförmige Metallelement 1 auszuüben. Während das rohrförmige Metallelement 1 axial nach innen gedrückt oder komprimiert wird, wird ein lokalisierter Abschnitt des rohrförmigen Metallelements 1 durch eine Heizeinheit 4, beispielsweise eine ringförmige Hochfrequenzinduktionsspule, sukzessive erwärmt, um diesen Abschnitt des rohrförmigen Metallelements auf eine ausreichend hohe Temperatur zu erwärmen, bei der die erwärmte Wand des rohrförmigen Metallelements 1 stark verformt oder gestaucht werden kann, um dadurch den erwärmten Bereich 5 zu bilden. Wenn die Heizeinheit 4 mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit in axialer Richtung des rohrförmigen Metallelements 1 bewegt wird, bewegt sich der so gebildete erwärmte Bereich 5 im Verlauf des Heizprozesses fort. Gleichzeitig mit der durch die bewegte Heizeinheit 4 erhaltenen Erwärmung wird ein Kühlmittel 6 von der Heizeinheit zu einem auf einer bezüglich der Bewegungsrichtung der Heizeinheit 4 hinteren Seite, d. h. Rückseite, des erwärmten Bereichs 5 angeordneten Abschnitt des rohrförmigen Metallelements 1 hin aufgesprüht, um einen erwärmten Bereich des rohrförmigen Metallelements 1 abzukühlen und zu verfestigen und den verdickten Wandbereich des rohrförmigen Metallelements, der sich über eine vorgegebene oder erforderliche Strecke in axialer Richtung des rohrförmigen Metallemenets 1 erstreckt, sukzessive zu verarbeiten.
Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei einem solchen, in den vorstehend erwähnten Patenten beschriebenen Wandverdickungsprozeß folgende Probleme auftreten. Insbesondere wird, obwohl durch die herkömmliche Wandverdickungsvorrichtung ein Wandverdickungsverhältnis, d. h. das Verhältnis einer zusätzlichen Dicke t&sub1;-t&sub0; zu einer ursprünglichen Dicke t&sub0;, von bis zu 20% erreicht werden kann, besonders in einer Anfangsphase des Wandverdickungsprozesses tendentiell eine mit einer axial inneren Stauchung oder Verziehung des erwärmten Bereichs des rohrförmigen Metallements 1 in Beziehung stehende ungleichmäßige Wanddicke erhalten, wie in Fig. 36 dargestellt, wenn versucht wird, ein Wandverdickungsverhältnis von mehr als 20% zu erreichen.
Außerdem würden, wenn einmal Ungleichmäßigkeiten gebildet wurden, der Erwärmungs- und der Abkühlvorgang für den erwärmten Bereich des rohrförmigen Metallelements 1 nicht zufriedenstellend ausgeführt, wodurch eine zyklische Ausbil dung der Dickenungleichmäßigkeiten im verdickten Wandbereich des rohrförmigen Metallelements I erhalten wird, so daß der verdickte Wandbereich 1a eine balgähnliche Form aufweist und das rohrförmige Metallelement 1 in der Praxis nicht mehr verwendbar ist. Daher kann durch die vorstehend diskutierte herkömmliche Wandverdickungsvorrichtung keine Wandverdickung mit einem Verhältnis von mehr als 20% erreicht werden. Andererseits sollte, wenn das längliche Metallelement mit dem so ausgebildeten verdickten Wandbereich als Säule verwendet wird, und ein Träger an einem Ende mit einem solchen verdickten Wandbereich des länglichen Metallelements verbunden werden soll, der verdickte Wandbereich vorzugsweise ein Wandverdickungsverhältnis von mehr als 20% und noch bevorzugter im Bereich von 40 bis 300% aufweisen.
Wie vorstehend diskutiert, kann durch das herkömmliche Wandverdickungsverfahren der verdickte Wandbereich mit dem gewünschten Wandverdickungsverhältnis nicht über die gesamte Länge des Metallelements gleichmäßig ausgebildet werden.
Außerdem hat sich bei dem durch das herkömmliche Wandverdickungsverfahren hergestellten länglichen Metallelement gezeigt, daß an der Grenze zwischen dem verdickten Wandbereich und dem nicht verdickten Wandbereich des länglichen Metallelements eine steile Stufe gebildet wird. Aus diesem Grunde treten, obwohl die Wand dieses Abschnitts des länglichen Metallelements erfolgreich mit eine Wandverdickungsverhältnis über 20% ausgebildet wurde, an der Stufe zwischen dem verdickten Wandbereich und dem nicht verdickten Bereich tendentiell Belastungs- oder Spannungskonzentrationen auf, wenn ein Biegemoment auf das längliche Metallelement ausgeübt wird, wodurch die Stabilität oder Festigkeit vermindert wird.
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines bereichswei se dickwandigen länglichen Metallelements mit mindestens einem verdickten Wandbereich bereitzustellen, in dem keine vorstehend erwähnten ungleichmäßigen Wandverdickungen vorhanden sind, und das ein ausreichendes Wandverdickungsverhältnis aufweist, und ein verbessertes Verfahren zum Verbinden eines anderen länglichen Elements mit dem bereichsweise dickwandigen länglichen Metallelement.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zum Herstellen eines länglichen Metallelements mit mindestens einem in einem Abschnitt davon definierten verdickten Wandbereich die Schritte auf: Erwärmen des Abschnitts des Metallelements auf eine für einen Stauchungsprozeß geeignete Temperatur, um einen erwärmten Bereich auf dem Metallelement zu bilden; Bewegen der Position des erwärmten Bereichs entlang des Metallelements und axiales Komprimieren des Metallelements, um eine Stauchung zu ermöglichen und den erwärmten Bereich zu verdicken; sukzessives Abkühlen eines nacheilenden oder hinteren Abschnitts des erwärmten Bereichs des Metallelements, um den verdickten Zustand zu verfestigen, so daß er im verdickten Zustand erstarrt, wodurch die Wandverdickung abgeschlossen wird; wobei das Verhältnis (V/W) der Komprimierungsgeschwindigkeit V, mit der der erwärmte Bereich des länglichen Metallelements axial komprimiert wird, zu einer relativen Bewegungsgeschwindigkeit W der Position des erwärmten Bereichs bezüglich der verdickten Seite des Metallelements in der Anfangsphase des Wandverdickungsprozesses graduell auf den Sollwert erhöht wird, um das Wandverdickungsverhältnis entlang des Metallelements auf den Sollwert zu erhöhen; und wobei anschließend im Gleichgewichtszustand des Wandverdickungsprozesses eine konstante Stauchung mit dem V/W-Sollwert ausgeführt wird.
Das längliche Metallelement mit dem mindestens einen verdickten Wandbereich mit einem ausreichenden Wanddickenverhältnis in einem axialen Abschnitt davon kann leicht und schnell hergestellt werden, insbesondere unter Verwendung einer graduellen Änderung des V/W-Verhältnisses, d. h. des Wandverdickungsverhältnis, in der Anfangsphase. Außerdem weist das erfindungsgemäß hergestellte, bereichsweise verdickte Metallelement keine Nut oder Rille auf, so daß die vorstehend erwähnte Belastungs- oder Spannungskonzentration nicht verursacht werden kann.
Wenn eine Säule und ein Träger miteinander verbunden werden, kann das durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen des bereichsweise dickwandigen Metallelements hergestellte längliche Metallelement verwendet werden. Bei der Anwendung dieses Verfahrens wird das längliche Metallelement als Säule mit dem verdickten Wandbereich in einem axialen Abschnitt davon verwendet, und der Träger wird durch Bolzen an einem Ende an den verdickten Wandbereich angebolzt oder daran festgeschraubt.
Dieses Verbindungsverfahren ist vorteilhaft, weil der Träger mit dem verdickten Wandbereich der Säule stabil verbunden werden kann, ohne daß ein Verstärkungselement erforderlich ist. Dadurch kann die Anzahl der zum Verbinden der Säule und des Trägers miteinander verwendeten Bolzen vorteilhaft reduziert werden, was mit einer Reduzierung der Schritte zum Befestigen der Bolzen verbunden ist.
Alternativ wird bei diesem Verfahren das längliche Metallelement als Säule mit dem verdickten Wandbereich in einem axialen Abschnitt davon verwendet, und der Träger wird unter Verwendung eines beliebigen bekannten Schweißverfahrens an einem Ende am verdickten Wandbereich angeschweißt.
Dieses alternative Verbindungsverfahren ist vorteilhaft, weil durch den verdickten Wandbereich der Säule eine Stelle bereitgestellt wird, an der der Träger angeschweißt wird, so daß die Säule und der Träger stabil miteinander verbunden werden können, ohne daß ein Verstärkungselement erforderlich ist. Dadurch kann das Verfahren zum Verbinden der Säule und des Trägers vereinfacht werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zum Verbinden mindestens zweier Rohre, die jeweils aus einem länglichen Metallelement bestehen, die Schritte auf: Vorbereiten mindestens zweier Rohre mit dem verdickten Wandbereich an einem Ende davon durch das in Patentanspruch 1 definierte Verfahren, wobei im verdickten Wandbereich mehrere Bolzenöffnungen definiert sind; Ausrichten des Endes eines der Rohre mit dem Ende des anderen Rohrs, wobei der verdickte Wandbereich am Ende eines der Rohre mit demjenigen am Ende des anderen Rohrs in einer End- End-Verbindung in Kontakt gehalten wird; Befestigen mindestens eines Verbindungselements mit den Rohren so, daß es die jeweiligen verdickten Wandbereiche überspannt; und Durchführen von Bolzen durch die Bolzenöffnungen in den verdickten Wandbereichen und durch das Verbindungselement, um das Verbindungselement zu befestigen und die Rohre in einer End-End-Verbindung miteinander zu verbinden.
Weil die jeweiligen Enden der beiden Rohre durch die verdickten Wandbereiche definiert sind, kann eine ausreichende Querschnittfestigkeit gewährleistet werden, obwohl in jedem der verdickten Wandbereiche Bolzenöffnungen ausgebildet sind, und es wird eine stabile End-End-Verbindung ermöglicht.
Durch die vorliegende Erfindung wird außerdem ein zweites Verfahren zum Herstellen eines länglichen Metallelements bereitgestellt, das als Bauskelett- oder -tragwerksäule mit einer ausreichenden Länge hergestellt werden kann, so daß sie sich über mehrere Stockwerke eines Gebäudes erstreckt.
Dieses Verfahren weist den Schritt zum Ausbilden mehrerer verdickter Wandbereiche im länglichen Metallelement auf, die in seiner Längenrichtung beabstandet sind.
Durch die vorliegende Erfindung wird das durch das vorstehend beschriebene Verfahren hergestellte längliche Metallelement bereitgestellt. Das so hergestellte längliche Metallelement ist dadurch gekennzeichnet, daß jeder der verdickten Wandbereiche eine Wanddicke aufweist, die 1,2- bis 3,6-mal größer ist als die Dicke eines nicht verdickten Wandbereichs des länglichen Metallelements, und eine axiale Länge aufweist, die der 1,1- bis 4,0-fachen Außenabmessung des nicht verdickten Wandbereichs des länglichen Metallelements entspricht, und dadurch, daß jeder der verdickten Wandbereiche entgegengesetzte Enden aufweist, die in die nicht verdickten Wandbereiche des länglichen Metallelements übergehen und unter einem Winkel von 5 bis 45º bezüglich den nicht verdickten Wandbereichen geneigt sind.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen zweiten Verfahren weist das erhaltene längliche Metallelement mehrere verdickte Wandbereiche über seine Länge und eine erhöhte Festigkeit an jedem der verdickten Wandbereiche auf. Daher kann, wenn die verdickten Wandbereiche für eine Verbindung mit entsprechenden Trägern verwendet werden, die Bodenträger eines Gebäudes definieren können, jeder Träger durch ein vereinfachtes Verbindungsverfahren mit dem zugeordneten verdickten Wandbereich stabil verbunden werden, ohne daß Unterlags- und/oder Verstärkungselemente erforderlich sind, oder unter Verwendung relativ dünner Verstärkungselemente. Außerdem ist, wenn das erhaltene längliche Metallelement als Bauskelettsäule mit einer ausreichenden Länge verwendet wird, so daß es sich durch die Stockwerke eines Gebäudes erstreckt, kein Verfahren erforderlich, durch das, wenn die Säule aus mehreren Säulensegmenten besteht, die Säulensegmente in ei ner End-End-Verbindung miteinander verbunden werden müßten, um eine Einzelsäule fertigzustellen, wodurch die Gebäudekonstruktion vereinfacht wird.
Außerdem kann das gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellte längliche Metallelement gleichermaßen bei der Anwendung eines der vorstehend diskutierten Träger- Säulen-Verbindungsverfahren und End-End-Verbindungsverfahren verwendet werden.
Es kann ein anderes Verfahren zum Herstellen des länglichen Metallelements mit mindestens einem in einem Abschnitt davon definierten verdickten Wandbereich bereitgestellt werden. Dieses Verfahren weist die Schritte auf: Erwärmen des Abschnitts des länglichen Elements auf eine Temperatur, die für eine Stauchung oder eine starke Verformung geeignet ist, um einen erwärmten Bereich auf dem Metallelement zu bilden; Bewegen der Position des erwärmten Bereichs entlang des Metallelements und axiales Komprimieren des Metallelements, um zu ermöglichen, daß das Metall am erwärmten Bereich gestaucht werden kann, um einen verdickten Wandbereich zu bilden; sukzessives Abkühlen eines hinteren Abschnitts des erwärmten Bereichs des Metallelements, um den verdickten Wandbereich zu verarbeiten; Erfassen eines Versatzes bzw. einer Verschiebung des erwärmten Bereichs des Metallelements bezüglich einer Längsachse davon senkrecht zur Längsachse; Ausüben eines Kraft- oder Biegemoments auf das längliche Metallelement, um das längliche Metallelement unter einem Winkel in ein Richtung zu bewegen, die der Richtung entgegengesetzt ist, in die der erwärmte Bereich des Metallelements sich verschoben hat, um die Verschiebung zu minimieren; und Fortsetzen des Wandverdickungsprozesses, während die Verschiebung des erwärmten Bereichs des länglichen Metallelements innerhalb eines vorgegebenen Toleranzwertes gehalten wird.
Gemäß dem vorstehenden Herstellungsverfahren kann, weil sich als Ergebnis der innerhalb des Querschnitts des erwärmten Bereichs des länglichen Metallelements und in seiner Umgebung induzierten thermischen Spannungen der erwärmte Bereich des länglichen Elements und seine Umgebung bezüglich der Längsachse des länglichen Metallelements lateral verschiebt, diese Verschiebung erfaßt werden, so daß ein der erfaßten Größe der lateralen Verschiebung entsprechendes Kraft- oder Biegemoment auf den erwärmten Bereich des länglichen Metallelements ausgeübt wird, um eine Biegung des länglichen Metallelements in die richtige Position zu korrigieren. Dadurch kann die Verschiebung des erwärmten Bereichs des länglichen Metallelements und seiner Umgebung vorteilhaft innerhalb eines vorgegebenen Toleranzwertes gehalten werden, so daß das längliche Metallelement im wesentlichen nicht fehlerhaft ausgerichtet ist.
Das durch das vorstehende Herstellungsverfahren hergestellte längliche Metallelement kann gleichermaßen auch bei der Anwendung des ersten und des zweiten Träger-Säulen- Verbindungsverfahrens und des End-End-Verbindungsverfahrens verwendet werden, die vorstehend diskutiert wurden.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verdeutlicht. Die Ausführungsformen und die Zeichnungen dienen jedoch nur zur Darstellung und Erläuterung und sollen den durch die beigefügten Patentansprüche definierten Umfang der vorliegenden Erfindung nicht einschränken. In den beigefügten Zeichnungen bezeichnen ähnliche Bezugszeichen ähnliche Teile; es zeigen;
Fig. 1 einen Graphen zum Darstellen der Beziehung zwischen dem Wandverdickungsverhältnis V/W eines durch das erste erfindungsgemäße Herstellungsverfahren hergestellten länglichen Metallelements, der Kompressionsgeschwindigkeit V und der Bewegungsgeschwindigkeit W des erwärmten Bereichs;
Fig. 2 einen Graphen zum Darstellen einer anderen Beziehung zwischen der Kompressionsgeschwindigkeit V, der Bewegungsgeschwindigkeit W des erwärmten Bereichs und dem Verhältnis V/W;
Fig. 3 einen Graphen zum Darstellen einer noch anderen Beziehung zwischen der Kompressionsgeschwindigkeit V, der Bewegungsgeschwindigkeit W des erwärmten Bereichs und dem Verhältnis V/W;
Fig. 4 eine schematische Querschnittansicht zum Darstellen eines Beispiels einer Wandverdickungsvorrichtung, die bei der Anwendung einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines bereichsweise dickwandigen rohrförmigen Metallelements verwendet wird;
Fig. 5(A) eine Teil-Querschnittansicht des länglichen Metallelements, dessen Wandabschnittdicke durch die in Fig. 4 dargestellte Vorrichtung vergrößert wurde, im vergrößerten Maßstab;
Fig. 5(B) ein schematisches Diagramm zum Darstellen des auf dem erfindungsgemäßen Stauchungsprozeß basierenden Prinzips des Wandverdickungsprozesses;
Fig. 6 eine teilweise geschnittene Längsansicht des durch die in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung hergestellten länglichen Metallelements;
Fig. 7(A) und (B) eine perspektivische bzw. eine Längsschnittansicht zum Darstellen einer ersten Ausführungsform eines ersten erfindungsgemäßen Träger-Säulen- Verbindungsverfahrens, in dem das unter Verwendung der in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung hergestellte längliche Metallelement verwendet wird;
Fig. 8(A) und 8(B) eine perspektivische bzw. eine Längsschnittansicht zum Darstellen einer zweiten Ausführungsform des Träger-Säulen-Verbindungsverfahrens;
Fig. 9(A) und 9(B) jeweils Längsschnittansichten zum Darstellen modifizierter Ausführungsformen der Stahlrohrsäule;
Fig. 10(A) und 10(B) jeweils Längsschnittansichten zum Darstellen weiterer Ausführungsformen der Stahlrohrsäule;
Fig. 11(A) und 11(B) Längsschnittansichten einer dritten und einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Träger-Säulen-Verbindungsverfahrens;
Fig. 12 eine Längsschnittansicht zum Darstellen einer vierten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Träger-Säulen-Verbindungsverfahrens;
Fig. 13(A) und 13(B) Längsschnittansichten zum Darstellen eines einseitigen Bolzens in jeweils verschiedenen Betriebspositionen;
Fig. 14(A) und 14(B) Längsschnittansichten zum Darstellen einer anderen Ausführungsform eines einseitigen Bolzens in jeweils verschiedenen Betriebspositionen;
Fig. 15 eine Längsquerschnittansicht zum Darstellen einer Modifizierung des in den Fig. 13(A) und 13(B) dargestellten einseitigen Bolzens;
Fig. 16(A) eine perspektivische Ansicht zum Darstellen einer fünften bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Träger-Säulen-Verbindungsverfahrens;
Fig. 16(B) ein Diagramm zum Darstellen einer Modifizierung der fünften bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 17(A) und 17(B) eine perspektivische bzw. eine Längsschnittansicht zum Darstellen einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen zweiten Träger-Säulen-Verbindungsverfahrens;
Fig. 18(A) und 18(B) eine perspektivische bzw. eine Längsschnittansicht zum Darstellen einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des zweiten erfindungsgemäßen Träger-Säulen- Verbindungsverfahrens;
Fig. 19(A) und 19(B) eine perspektivische bzw. eine Längsschnittansicht zum Darstellen einer dritten bevorzugten Ausführungsform des zweiten erfindungsgemäßen Träger-Säulen- Verbindungsverfahrens;
Fig. 20(A), 20(B) und 20(C) eine Querschnittansicht, eine Vorderansicht bzw. eine Längsschnittansicht zum Darstellen einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen End-End-Verbindungsverfahrens;
Fig. 20(D) ein Diagramm zum Darstellen einer Modifikation des ersten End-End-Verbindungsverfahrens;
Fig. 21(A) und 21(B) eine Querschnittansicht bzw. eine Vorderansicht zum Darstellen einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des ersten erfindungsgemäßen End-End- Verbindungsverfahrens;
Fig. 21(C) eine Querschnittansicht zum Darstellen einer dritten Ausführungsform des ersten erfindungsgemäßen End- End-Verbindungsverfahrens;
Fig. 22 eine Längsschnittansicht zum Darstellen des durch ein zweites erfindungsgemäßes Herstellungsverfahrenhergestellten länglichen Metallelements;
Fig. 23 eine Querschnittansicht des in Fig. 22 dargestellten länglichen Metallelements;
Fig. 24 eine Vorderansicht zum Darstellen eines Beispiels, in dem das in Fig. 22 dargestellte längliche Metallelement als Bauskelettpfeiler oder -säule verwendet und mit Trägern verbunden ist;
Fig. 25 eine perspektivische Ansicht zum Darstellen einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines dritten erfindungsgemäßen Träger-Säulen-Verbindungsverfahrens, in dem das durch das zweite Herstellungsverfahren hergestellte längliche Metallelement verwendet wird;
Fig. 26 eine Vorderansicht zum Darstellen einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des dritten erfindungsgemäßen Träger-Säulen-Verbindungsverfahrens;
Fig. 27 eine Vorderansicht zum Darstellen einer dritten bevorzugten Ausführungsform des dritten erfindungsgemäßen Träger-Säulen-Verbindungsverfahrens;
Fig. 28(A) und 28(B) jeweils Längsschnittansichten zum Darstellen verschiedener Ausführungsformen der bei der Anwendung des dritten erfindungsgemäßen Träger-Säulen- Verbindungsverfahrens verwendeten Stahlrohrsäule;
Fig. 29(A) bis 29(C) perspektivische Ansichten zum Darstellen verschiedener Formen von Verbindungen, die jeweils Modifikationen des dritten erfindungsgemäßen Träger-Säulen- Verbindungsverfahrens entsprechen, wobei das durch das erfindungsgemäße zweite Herstellungsverfahren hergestellte längliche Metallelement als Bauskelettsäule verwendet wird;
Fig. 30 eine Längsschnittansicht der zum Ausführen eines dritten erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens verwendeten Wandverdickungsvorrichtung;
Fig. 31 eine Querschnittansicht der in Fig. 30 dargestellten Wandverdickungsvorrichtung;
Fig. 32(A) bis 32(C) Längsschnittansichten des länglichen Metallelements zum Darstellen jeweiliger Modifikationen der Verschiebungserfassung und der Position der lateralen Kraftwirkung;
Fig. 33 eine Längsschnittansicht einer modifizierten Ausführungsform der Wandverdickungsvorrichtung;
Fig. 34 eine Teil-Längsschnittansicht zum Darstellen einer anderen Modifizierten Ausführungsform der Wandverdickungsvorrichtung;
Fig. 35 eine Längsschnittansicht einer herkömmlichen Wandverdickungsvorrichtung, die in einem herkömmlichen Verfahren zum Herstellen des länglichen Metallelements verwendet wird; und
Fig. 36 eine Schnittansicht eines Abschnitts des gemäß dem herkömmlichen Verfahren hergestellten länglichen Metallelements zum Darstellen der Ausbildung eines ungleichmäßig verdickten Wandbereichs des länglichen Metallelements.
Die Fig. 1 bis 6 zeigen eine erste bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 4 zeigt eine schematische Querschnittansicht zum Darstellen eines Beispiels einer in der Anwendung einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines bereichsweise dickwandigen rohrförmigen Metallelements verwendeten Wandverdickungsvorrichtung. Die Komponenten der in Fig. 4 dargestellten Wandverdickungsvorrichtung, die denen der in Fig. 35 dargestellten herkömmlichen Wandverdickungsvorrichtung ähnlich sind, sind in Fig. 35 durch ähnliche Bezugszeichen bezeichnet.
Gemäß Fig. 4 kann ein rohrförmiges Metallelement 1, bei dem mindestens ein Wandabschnitt umfangsmäßig über eine gewünschte Strecke in seiner axialen Richtung verdickt werden soll, ein Rohrelement, z. B. ein rundes Rohr, ein quadratisches Rohr, ein rechteckiges Rohr oder ein ähnliches Element sein. Das rohrförmige Metallelement 1 weist einen hinteren Abschnitt 1a und einen vorderer Abschnitt 1b auf, die auf jeweiligen Seiten eines erwärmten Bereichs 5 bezüglich der Vorschub- oder Bewegungsrichtung des erwärmten Bereichs 5 definiert sind. Dieses rohrförmige Metallelement 1 wird in der Wandverdickungsmaschine so gehalten, daß ein erstes Ende des Metallelements in der Nähe des hinteren Abschnitts 1a durch einen Reitstock 2 fest gehalten wird und das entgegengesetzte zweite Ende des Metallelements in der Nähe des vor deren Abschnitts 1b mit einem Drücker 3A antriebsmäßig verbunden ist. Der Drücker 3A weist auf: eine Klemmvorrichtung oder Spannbacke 20 zum Halten des zweiten Endes des Metallelements 1, einen fluidbetätigten Zylinder 21 zum hin- und hergehenden Bewegen der Klemmvorrichtung oder Spannbacke 20 zwischen einer gedrückten oder ausgezogenen und einer zurückgezogenen Position in axialer Richtung des Metallelements 1, eine Hydraulikeinheit 22 und einen Kompressionsdetektor 23 zum Erfassen der Position, bis zu der die Klemmvorrichtung oder Spannbacke 20 vorwärtsbewegt oder -getrieben wurde. Die Hydraulikeinheit 22 weist ein Servoventil zum Steuern des Durchflusses eines dem fluidbetätigten Zylinder 21 zuzuführenden Fluidmediums und eine Steuereinheit zum Steuern des Servoventils auf, so daß die Position und die Bewegungsgeschwindigkeit der Klemmvorrichtung oder Spannbacke 20 bezüglich des Metallelements 1 unter der Steuerung des Servoventils geeignet eingestellt werden können. Anstatt des fluidbetätigten Zylinders 21 kann eine Schraubenpresse oder ein anderer geeigneter Mechanismus mit einem Antriebsmotor und einer Antriebskette verwendet werden, um die Klemmvorrichtung oder Spannbacke 20, die dann das Metallelement 1 hält, anzutreiben.
Die Wandverdickungsvorrichtung weist eine Heizeinheit 4 mit einer allgemein ringförmigen Struktur auf, die ausreichend ist, um das Metallelement 1 zu umschließen. Diese Heizeinheit 4 ist so betreibbar, daß sie einen lokalisierten axialen Wandabschnitt des Metallelements 1 axial fortschreitend auf eine zum Stauchen geeignete Temperatur erwärmt, d. h. auf eine Temperatur, bei der die erwärmte Wand des Metallelements 1 stark verformt werden kann, um den erwärmten Bereich 5 zu bilden, der sich im Verlauf des Erwärmungsvorgangs in axialer Richtung des Metallelements 1 fortschreitend bewegt. Bei dieser bisher beschriebenen Ausführungsform wird in der Heizeinheit 4 eine Hochfrequenzinduktionsspuleneinheit verwendet, es kann jedoch gegebenenfalls auch eine Laserheizeinheit verwendet werden, in der ein Laserstrahl verwendet wird. Diese Heizeinheit 4 weist einen darin definierten Kühlmittelkanal für den Durchfluß eines Kühlmittels 6, z. B. Kühlwasser, auf, und weist auch mindestens eine Umfangsreihe von Strahldüsen auf, von denen das Kühlmittel 6 bezüglich der Bewegungsrichtung des erwärmten Bereichs 5 zum hinteren Wandabschnitt des Metallelements 1 hin gesprüht wird.
Die Heizeinheit 4 weist einen darin definierten radialen Kanal 81 auf, so daß ein außerhalb der Heizeinheit 4 in der Nähe einer radial äußeren Öffnung des radialen Kanals 81 angeordneter Temperatursensor 82 die Temperatur des erwärmten Bereichs 5 erfassen kann. Ein vom Temperatursensor 82 ausgegebenes und die Temperatur des erwärmten Bereichs 5 anzeigendes Temperatursignal wird der Steuereinheit 30 zugeführt. Der bei der Anwendung der vorliegenden Erfindung verwendete Temperatursensor 82 kann ein kontaktloser Temperatursensor sein, z. B. ein Infrarotsensor.
Die Heizeinheit 4 wird für eine Bewegung in axialer Richtung des Metallelements 1 durch eine Heizeinrichtungsantriebseinheit 25 gehalten, die einen Schlitten 26 aufweist, der die Heizeinheit 4 stabil und fixiert hält, eine Schraubenwelle 27, auf der der Schlitten 26 angeordnet ist und die den Schlitten 26 durch eine Drehbewegung der Schraubenwelle um ihre Längsachse entlang der Schraubenwelle antreibt, einen Antriebsmotor 28 zum Antreiben der Schraubenwelle 27 und einen Heizeinrichtungspositionsdetektor 29 zum Erfassen der Position des Schlittens 26 entlang der Schraubenwelle 27 basierend auf der Winkelposition des Antriebsmotors 28, d. h. der Position der Heizeinrichtung 4 bezüglich der Längsrichtung des Metallelements. Der hierin verwendete Antriebsmotor 28 ist ein drehzahlgeregelter Elektromotor, so daß durch Steuern der Drehzahl oder -geschwindigkeit des Antriebsmotors 28 die Bewegungsgeschwindigkeit der Heizeinheit 4 entlang der Schraubenwelle 27 eingestellt werden kann.
Der Schlitten 26 weist eine Stromversorgungseinheit (nicht dargestellt) zum Zuführen elektrischer Leistung zur Heizeinheit 4 auf. Diese Stromversorgungseinheit hat eine Struktur, gemäß der die effektive Wärmemenge gesteuert werden kann, die die Heizeinheit 4 dem erwärmten Bereich 5 des Metallelements 1 pro Zeiteinheit zuführt. Die in Fig. 4 dargestellte Wandverdickungsvorrichtung wird durch eine Steuereinheit 30 gesteuert, die so programmiert und so betreibbar ist, daß die Komprimierungsgeschwindigkeit V, d. h., die Geschwindigkeit, mit der das Metallelement 1 durch den Drücker 3A axial nach innen gedrückt wird, und die Bewegungsgeschwindigkeit W der durch die Heizeinrichtungsantriebseinheit 25 angetriebenen Heizeinheit 4, d. h., die Bewegungsgeschwindigkeit des erwärmten Bereichs 5 bezüglich des verdickten Abschnitts 1a des Metallelements 1, der bezüglich der Vorschubrichtung des erwärmten Bereichs 5 hinter dem erwärmten Bereich 5 angeordnet ist, gemäß jeweils vorgegebenen Kennlinien variieren, die in der Steuereinheit 30 programmiert sind.
Nachstehend wird eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines bereichsweise dickwandigen Metallelements 1 beschrieben, das durch Verwendung der Wandverdickungsvorrichtung mit der vorstehend beschriebenen Struktur ausgeführt wird. Es wird vorausgesetzt, daß ein zwischen Punkten P1 und P4 in Fig. 4 begrenzter axialer Bereich des Metallelements 1 verdickt werden soll, und daß ein zwischen den Punkten P1 und P4 angeordneter axialer Zwischenbereich zwischen Punkten P2 und P3 ein Bereich ist, in dem die Wand des Metallelements 1 eine vorgegebene oder gewünschte gleichmäßige Dicke erreicht, während die Wanddicke des Metallelements 1 an einem zwischen den Punkten P1 und P2 begrenzten axialen hinteren Bereich bzw. an einem zwischen den Punkten P3 und P4 begrenzten axialen vorderen Bereich, jeweils bezüglich der Vorschubrichtung der Heizeinheit 4, graduell zu- bzw. abnimmt.
Bevor der Wandverdickungsprozeß vom Punkt P1 ausgehend eingeleitet wird, werden z. B. in Fig. 1 durch 11 und 12 bezeichnete vorgegebene Kennlinien, die die Kompressionsgeschwindigkeit V, mit der das Metallelement 1 durch den Drücker 3A axial nach innen komprimiert wird, und die Bewegungsgeschwindigkeit W des erwärmten Bereichs 5 bezüglich des bezogen auf die Längsrichtung des Metallelements hinteren Abschnitts 1a des Metallelements 1 beschreiben, in der in Fig. 4 dargestellten Steuereinheit 30 programmiert. Außerdem wird eine vorgegebene Kennlinie, die die von der in Fig. 4 dargestellten Heizeinheit 4 dem erwärmten Bereich 5 zugeführte effektive Wärmemenge beschreibt, in der Steuereinheit 4 so programmiert, daß das Verhältnis zwischen einer effektiven Wärmezufuhrmenge Q pro Zeiteinheit (oder der von der Heizeinheit 4 dem erwärmten Bereich 5 pro Zeiteinheit zugeführten effektiven Wärmemenge) und der Bewegungsgeschwindigkeit S ( = V + W) des erwärmten Bereichs 5 bezüglich des vorderen (oder nicht verdickten) Abschnitts 1b des Metallelements 1, der sich bezüglich des erwärmten Bereichs 5 an einer vorderen Seite befindet, einen konstanten Wert erreicht.
Der vorstehend und nachstehend erwähnte Ausdruck "effektive Wärmezufuhrmenge pro Zeiteinheit" soll die Wärmemenge bezeichnen, die dem erwärmten Bereich 5 von der Heizeinheit 4 tatsächlich zugeführt wird. Diese Wärmezufuhrmenge wird in der Praxis aus der der Heizeinheit 4 von einer Energiequelle (nicht dargestellt) zugeführten elektrischen Leistung bestimmt.
Nachdem die Steuereinheit 30 so programmiert wurde, wird die Heizeinheit 4 mit dem Punkt P1 ausgerichtet angeordnet, und der Heizeinheit wird dann elektrische Leistung zugeführt, um das Metallelement 1 zu erwärmen. Gleichzeitig wird das Metallelement 1 durch den Drücker 3A axial nach innen komprimiert, wobei die Klemmvorrichtung oder Spannbacke 20 von der zurückgezogenen Position zur ausgezogenen oder gedrückten Position bewegt wird, um zu ermöglichen, daß der erwärmte Bereich sich quer über die Wanddicke plastisch verformen kann und die Wanddicke dieses erwärmten Abschnitts des Metallelements 1 zu vergrößern. Gleichzeitig mit dem Beginn des Erwärmungsvorgangs oder kurz danach wird die Heizeinrichtung 4 durch den Antriebsmotor in axialer Richtung der Schraubenwelle 27 angetrieben, um den erwärmten Bereich 5 entlang der Längsrichtung des Metallelements 1 fortschreitend vorwärtszubewegen. Gleichzeitig mit dem Beginn des Erwärmungsvorgangs oder kurz danach wird ein Abschnitt des Metallelements 1 an der hinteren Seite der Heizeinheit 4 durch das von den Spritzdüsen ausströmende Kühlmittel 6 gekühlt, um eine übermäßige Zunahme der Wanddicke dieses Abschnitts des Metallelements 1 zu unterdrücken. Auf diese Weise wird die Wandverdickungsverarbeitung in Längsrichtung des Metallelements 1 kontinuierlich ausgeführt.
Während der Wandverdickungsprozeß auf die vorstehend beschriebene Weise ausgeführt wird, steuert die Steuereinheit 30 den Drücker 3A und den Antriebsmotor 28 so, daß die Kompressionsgeschwindigkeit V und die Bewegungsgeschwindigkeit W des erwärmten Bereichs 5 den jeweiligen in Fig. 1 dargestellten Kennlinien 11 und 12 folgen, die in der Steuereinheit 30 programmiert sind, wie vorstehend beschrieben wurde. Dadurch ändert sich das Verhältnis V/W der Kompressionsgeschwindigkeit V bezüglich der Bewegungsgeschwindigkeit W des erwärmten Bereichs 5 gemäß einer in Fig. 1 dargestell ten Kennlinie 17, die darstellt, daß die Wanddicke während der Anfangsbewegung des erwärmten Bereichs S über eine Strecke graduell zunimmt, die dem axial hinteren Abschnitt zwischen den Punkten P1 und P2 entspricht, während der anschließenden Bewegung des erwärmten Bereichs 5 über eine Strecke, die dem axialen Zwischenbereich zwischen den Punkten P2 und P3 entspricht, einen konstanten Wert erreicht, und schließlich während einer Endbewegung des erwärmten Bereichs 5 über eine Strecke, die dem axial vorderen Abschnitt zwischen den Punkten P3 und P4 entspricht, graduell abnimmt. Außerdem steuert die in Fig. 4 dargestellte Steuereinheit 30 die Heizeinheit 4 während des Wandverdickungsprozesses so, daß sowohl das Verhältnis zwischen der effektiven Wärmezufuhrmenge Q pro Zeiteinheit und der Bewegungsgeschwindigkeit S des erwärmten Bereichs 5 bezüglich seiner vorderen Seite 1b als auch die Summe von V und W, d. h. V+W, einen vorgegebenen konstanten Wert erreichen, so daß die Temperatur am erwärmten Bereich 5 bei einem Sollwert gehalten werden kann.
Der erwärmte Bereich 5 des länglichen Metallelements 1 hat einen konstanten Verformungswiderstand, wenn er auf eine vorgegebene Temperatur erwärmt ist, so daß das Wandverdickungsverhältnis geeignet gesteuert werden kann. Wenn die Bewegungsgeschwindigkeit S relativ groß ist, kann die Temperatur des erwärmten Bereichs 5 bei dem konstanten Wert gehalten werden, indem das Verhältnis zwischen der effektiven Wärmezufuhrmenge Q pro Zeiteinheit und der Bewegungsgeschwindigkeit S konstant gehalten wird. Andererseits nimmt, wenn die Bewegungsgeschwindigkeit S gering ist, die Wärmeleitfähigkeit vom erwärmten Bereich 5 zum vorderen Abschnitt 1b des Metallelements 1 hin in einem solchen Maß zu, daß die vorstehend diskutierte Proportionalität verloren geht. In diesem Fall dient die Steuerung der Heizeinheit 4 durch die Steuereinheit 30 in Antwort auf das Temperatursignal vom Temperatursensor 82, um die Temperatur des erwärmten Bereichs 5 des Metallelements 1 auf dem vorgegebenen konstanten Wert zu halten, dazu, die effektive Wärmezufuhrmenge Q pro Zeiteinheit zu modifizieren.
Dadurch nimmt im axial hinteren Bereich zwischen den Punkten P1 und P2 der Wandverdickungsgrad, d. h. das Maß, bis zu dem die Wanddicke des Metallelements 1 in dessen radialer Richtung zunimmt, sukzessive zu, wird der Wandverdickungsgrad im axialen Zwischenbereich zwischen den Punkten P2 und P3 bei einem vorgegebenen Wert gehalten, und nimmt schließlich der Wandverdickungsgrad im axial vorderen Bereich zwischen den Punkten P3 und P4 sukzessive ab. Auf diese Weise weist, wie in Fig. 1 dargestellt, die Wand eines vorderen Abschnitts 1a&sub1; des Metallelements 1, der dem axial hinteren Bereich entspricht, eine Wanddicke auf, die mit kleinem Gradienten bis zur vorgegebenen Wanddicke sukzessive zunimmt, die anschließend durch die Wand eines Zwischenabschnitts 1a&sub2; des Metallelements 1 dargestellt wird, der dem axialen Zwischenbereich entspricht, der sich über die gesamte Länge dieses Zwischenabschnitts 1a&sub2; erstreckt, dem eine Wand eines vorderen Abschnitts 1a&sub3; des Metallelements 1 folgt, der dem axial vorderen Bereich entspricht und eine Wanddicke aufweist, die mit kleinem Gradienten sukzessive abnimmt. Gemäß der dargestellten Ausführungsform tritt während des Wandverdickungsprozesses keine abrupte Änderung des Wandverdickungsgrades auf.
Während des Wandverdickungsprozesses im axial hinteren Bereich wird, wie in Fig. 5(A) übertrieben dargestellt, das Kühlmittel 6 zur leicht geneigten Außenfläche des hinteren Abschnitts 1a&sub1; des Metallelements 1 hin gesprüht, wobei das aufgesprühte Kühlmittel 6 glatt entlang der Außenfläche fließt, um eine stabilisierte Kühlwirkung zu erzielen. Auf diese Weise kann der stabilisierte Wandverdickungsprozeß vorteilhaft ausgeführt werden, teilweise wegen der mäßigen oder allmählichen Zunahme des Wandverdickungsverhältnisses und teilweise wegen der zwangsweisen Kühlung, die unmittelbar nach dem Wandverdickungsprozeß stattfindet, so daß ein Wandverdickungsverhältnis von 100% oder mehr erhalten werden kann.
Beim vorstehend erwähnten Wandverdickungsprozeß wird die Wanddicke in der Anfangsphase bzw. in der Endphase des Wandverdickungsprozesses graduell erhöht oder vermindert. Der Grund, warum die Wanddicke graduell geändert werden kann, ist folgender.
Wie in Fig. 5(B) beschrieben, ist das Volumen des in den Stauchungsbereich A gedrückten Metallelements durch x = V · t&sub0; bestimmt. Auf die gleiche Weise ist die zum Bilden des verdickten Abschnitts benötigte Menge durch y = W · Δt bestimmt. Wenn das Volumen · quantitativ in das Volumen y übergeht, wird die Beziehung V · t&sub0; = W · Δt erhalten. Daher ist das Wandverdickungsverhältnis Δt/t&sub0; dem vorstehend erwähnten Verhältnis V/W gleich (Δt/t&sub0;) = V/W).
In der Anfangsphase des Wandverdickungsprozesses nimmt das Verhältnis V/W graduell zu, so daß das Verhältnis Δt/t&sub0; im Verhältnis graduell zunimmt. Außerdem nimmt in der Endphase Δt/t&sub0; entsprechend der graduellen Abnahme des Verhältnisses V/W graduell ab.
Weil die ungleichmäßige Wandverdickung in der Anfangsphase des Wandverdickungsprozesses auftreten kann, ist eine graduelle Erhöhung des Verhältnisses V/W in der Anfangsphase des Wandverdickungsprozesses eine geeignete Maßnahme zum Unterdrücken der Ausbildung der durch ein in Fig. 36 dargestelltes herkömmliches Verfahren erhaltenen Oberflächenungleichmäßigkeiten, so daß das längliche Metallelement 1 mit einem geeigneten Wandverdickungsverhältnis hergestellt werden kann. Weil das Metallelement, das aufgrund des Wandverdickungsprozesses einen lokalisierten Wandverdickungsbereich aufweist, flache oder kleine Gradienten α&sub1; und α&sub2; auf jeweiligen Seiten des Zwischenabschnitts 1a&sub2; aufweist, wie in Fig. 1 dargestellt, weist das Metallelement 1 keinen Abschnitt auf, in dem Belastungen oder Spannungen auftreten können, so daß es eine geeignete Verstärkungseigenschaft aufweist.
Die in der Steuereinheit 30 für den auszuführenden Wandverdickungsprozeß eingestellten Kennlinien müssen nicht immer auf die in Fig. 1 dargestellten Kennlinien 11 und 12 begrenzt sein, sondern können die in Fig. 2 oder 3 dargestellten Kennlinien 11 oder 12 sein.
Außerdem muß die Neigung jedes der hinteren Abschnitte 1a&sub1; und 1a&sub3; des Metallelements 1 an den jeweiligen Seiten seines Zwischenabschnitts 1a&sub2; nicht gerade sein, sondern kann konvex oder konkav sein. Zu diesem Zweck kann die Anordnung derart sein, daß der Wandverdickungsgrad von der in Fig. 1 dargestellten Kennlinie 17 zu einer Kennlinie 17a oder 17b modifiziert wird. Alternativ kann, um den Wandverdickungsgrad zu ändern, die Anordnung derart sein, daß nur die Kompressionsgeschwindigkeit V verändert wird, oder daß sowohl die Kompressionsgeschwindigkeit V als auch die Bewegungsgeschwindigkeit W des erwärmten Bereichs 5 verändert werden, um den gewünschten Wandverdickungsgrad zu erhalten.
Obwohl in der vorstehenden Ausführungsform beschrieben wurde, daß die jeweiligen Kennlinien für die Kompressionsgeschwindigkeit V und die Bewegungsgeschwindigkeit W des erwärmten Bereichs 5 in der Steuereinheit 30 programmiert sind, kann, um zu ermöglichen, daß die Steuereinheit den Kennlinien folgt, die Kennlinie der Kompressionsgeschwindig keit V oder der Bewegungsgeschwindigkeit W des erwärmten Bereichs 5 zusammen mit dem Verhältnis V/W in der Steuereinheit 30 so programmiert sein, daß durch Messen der Kompressionsgeschwindigkeit V oder der Bewegungsgeschwindigkeit W des erwärmten Bereichs 5, mit der die Maschine angetrieben wird, auf einer Echtzeitbasis der andere Parameter, d. h. die Kompressionsgeschwindigkeit V bzw. die Bewegungsgeschwindigkeit W des erwärmten Bereichs 5, gemäß der Messung so gesteuert werden kann, daß das Verhältnis V/W einer vorgegebenen Kennlinie folgt.
Wiederum kann ein alternatives Verfahren verwendet werden, in dem durch Messen der während des Wandverdickungsprozesses verwendeten Kompressionsgeschwindigkeit V auf einer Echtzeitbasis, während durch den Drücker 3A eine vorgegebene Kompressionskraft auf das Metallelement 1 ausgeübt wird, die Bewegungsgeschwindigkeit W des erwärmten Bereichs 5 gemäß der Messung der Kompressionsgeschwindigkeit V gesteuert werden kann, um zu ermöglichen, daß das Verhältnis V/W basierend auf der Messung einer vorgegebenen Kennlinie folgt. In diesem Fall muß der Drücker 3A nicht notwendigerweise eine Funktion zum Steuern der Kompressionsgeschwindigkeit V aufweisen, sondern kann lediglich in der Form einer Hydraulikpresse verwendet werden.
In Fig. 4 ist das Metallelement 1 als rundes Rohr dargestellt. Das in der Anwendung der vorliegenden Erfindung verwendbare Metallelement 1 muß nicht immer auf ein rundes Rohr beschränkt sein, sondern kann ein quadratisches Rohr, ein H-Formstahl oder Breitflanschstahl, ein U-Stahl oder ein beliebiges anderes Metallelement sein. Wenn das Rohr bereichsweise wandverdickt sein soll, können, obwohl in Fig. 4 die Heizeinheit 4 so angeordnet ist, daß sie das Rohr außen umschließt, so daß die Erwärmung und die Abkühlung von außen zu einer Außenumfangsfläche des Rohrs hin erfolgen, die Er wärmung und die Abkühlung innen zu einer Innenumfangsfläche des Rohrs hin erfolgen, oder die äußere Erwärmung kann mit der inneren Abkühlung oder die innere Erwärmung mit der äußeren Abkühlung kombiniert werden.
Wie in Fig. 4 dargestellt, wird die Heizeinheit 4 in axialer Richtung des Metallelements 1 dicht zur Klemmvorrichtung oder Spannbacke 20 hin bewegt, um den sich sukzessive bewegenden erwärmten Bereich 5 zu bilden, und gleichzeitig wird der vordere Abschnitt 1b des Metallelements 1 an der anderen Seite des erwärmten Bereichs 5 in der Nähe der Klemmvorrichtung oder Spannbacke 20 durch die Bewegung des Drückers 3A axial nach innen gedrückt, während der hintere Abschnitt 1a des Metallelements 1 an einer Seite des erwärmten Bereichs 5 in der Nähe des Reitstocks 2 in seiner Position bezüglich des Reitstocks 2 fixiert ist, um den Abschnitt des Metallelements 1 nach innen zu drücken, dessen Position dem erwärmten Bereich entspricht, um den Wandverdickungsprozeß auszuführen. Gegebenenfalls kann die Wandverdickungsmaschine so konstruiert sein, daß, während der vordere Abschnitt 1b des Metallelements 1 in Position fixiert ist, die Heizeinheit 4 in axialer Richtung des Metallelements 1 in eine Richtung dicht zum Reitstock 2 hin bewegt wird, wobei gleichzeitig der hintere Abschnitt 1a des Metallelements 1 axial nach innen bewegt wird. Außerdem ist eine Alternative möglich, wobei, während die Heizeinheit 5 an einer festen Position fixiert gehalten wird, der vordere und der hintere Abschnitt 1a und 1b des Metallelements 1 in axialer Richtung dicht zueinander hin gedrückt werden.
Fig. 6 zeigt ein Beispiel des durch das erfindungsgemäße Wandverdickungsverfahren hergestellten Metallelements 1. Das darin dargestellte Metallelement 1 ist ein quadratisches Rohrelement, in dem mehrere, z. B. drei, axial beabstandete verdickte Wandbereiche 41a durch das erfindungsgemäße Wand verdickungsverfahren sukzessive gebildet werden. Wie darin dargestellt, weist jeder der verdickten Wandbereiche 41a des Metallelements 1 Gradientenabschnitte 41a&sub1; und 41a&sub2; an jeweiligen Seiten davon auf, die in zueinander entgegengesetzten Richtungen geneigt sind, wobei jeder der Gradientenabschnitte 41a&sub1; und 41a&sub2; einen kleinen oder flachen Gradienten aufweist. Der Mitte-Mitte-Abstand zwischen jeweils benachbarten verdickten Wandbereichen 41a des Metallelements 1 kann so gewählt werden, daß, wenn das Metallelement 1 als Bauskelettsäule verwendet wird, die sich durch mehrere Stockwerke eines Gebäudes erstreckt, jeweils Bodenskeletträger mit benachbarten verdickten Wandbereichen 41a verbunden werden können. In diesem Fall kann die axiale Länge jedes verdickten Wandbereichs 41a des Metallelements 1 so gewählt werden, daß sie der Breite des zugeordneten Bodenskeletträgers entspricht. Daher kann aufgrund des Vorhandenseins der verdickten Wandbereiche 41a im Metallelement 1, dieses vorteilhaft als Bauskelettsäule zur Verwendung in einem mehrstöckigen Gebäude verwendet werden.
Fig. 7 zeigt eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verbinden eines Skeletträgers mit einer Bauskelettsäule. D. h., Fig. 7 zeigt ein Beispiel der Verwendung des Metallelements 1 mit den verdickten Wandbereichen 41a für eine Verbindung mit Bodenskeletträgern. Das in Fig. 7 dargestellte Metallelement ist eine Bauskelettsäule 41 in der Form eines quadratischen Stahlrohrs mit mehreren verdickten Wandbereichen 41a (wobei darin nur einer der verdickten Wandbereiche dargestellt ist), die durch das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Verfahren gebildet werden. Ein Stahlskeletträger 42 wird an einem Ende mit dem verdickten Wandbereich 41a der Baustahlrohrsäule 41 durch geteilte oder getrennte T-Elemente 43 verbolzt oder verschraubt. Der verdickte Wandbereich 41a der Stahlrohrsäu le 41 hat eine Höhe, die größer ist als ein Bereich, wo die geteilten T-Elemente 43 mit dem Stahlskeletträger 42 verbolzt sind, und ausreichend, um diesen Bereich zu umschließen, während der Wandabschnitt des verdickten Wandbereichs 41a nach innen und außen ausgebaucht ist.
Der bisher dargestellte Stahlskeletträger 42 hat die Form eines H-Formstahls mit einem oberen und einem unteren Flansch 42a. Jedes der geteilten T-Elemente 43 hat eine allgemein rechteckige Basis 43b, die mit dem verdickten Wandbereich 41a der Stahlrohrsäule 41 durch hochfeste Bolzen 45 stabil verbunden ist, die in entsprechende Innengewindeöffnungen 46 eingeschraubt werden, die in diesem verdickten Wandbereich 41a der Stahlrohrsäule 41 definiert sind. Jedes geteilte T-Element 43 weist außerdem einen Auslegerarm 43a auf, der mit der rechteckigen Basis 43b einstückig ausgebildet ist, so daß er sich unter rechten Winkeln dazu erstreckt, wobei der Auslegerarm 43a mit dem zugeordneten oberen oder unteren Flansch 42a des Stahlskeletträgers 42 durch hochfeste Bolzen-Mutterelemente 44 stabil verbunden ist. Ein Abschnitt des verdickten Wandbereichs 41a um jede Innengewindeöffnung 46 kann durch eine Wärmebehandlung gehärtet sein, und wenn diese Wärmebehandlung ausgeführt wird, um diesen Abschnitt des verdickten Wandbereichs 41a um jede Innengewindeöffnung 46 zu härten, kann die Verbindungsfestigkeit erhöht werden.
Gemäß der in Fig. 7 dargestellten Verbindungsstruktur werden, weil die Verbindungsstelle, an der die Stahlrohrsäule 41 und der Stahlskelerträger 42 miteinander verbunden sind, im verdickten Wandbereich 41a definiert ist, die Stahlrohrsäule 41 und der Stahlskeletträger 42 durch die geteilten T-Elemente 43 stabil miteinander verbolzt, ohne daß ein Verstärkungselement erforderlich ist. Daher müssen weder eine Unterlagsplatte noch irgend ein anderes Verstärkungs element verwendet werden, so daß nicht nur die Konstruktion vereinfacht wird, sondern auch die erforderliche Anzahl von Bolzen und Muttern reduziert werden kann, wodurch die Anzahl von Verbolzungs- oder Verschraubungsvorgängen reduziert wird. Dadurch kann die Konstruktionszeitdauer verkürzt werden. Außerdem kann die Stahlrohrsäule 41 als Gebäudesäule ohne Verbindungstelle verwendet werden. Weil die Stahlrohrsäule 41 als Stahlrohr ausgebildet ist, können die für seine Herstellung erforderlichen Kosten im Vergleich zu einer ähnlichen, durch Gießen hergestellten Säule vorteilhaft reduziert werden.
Außerdem sind die Gradientenabschnitte 41a&sub1; und 41a&sub2; auf beiden Seiten jedes verdickten Wandbereichs 41a dazu geeignet, jeglichen möglichen lokalen Spannungsaufbau zu verhindern, so daß im verdickten Wandbereich 41a die Verstärkungswirkung verbessert wird. Gegebenenfalls kann Betonmaterial in den Hohlraum der Stahlrohrsäule 41 eingefüllt werden, um eine zusätzliche Verstärkung zu erreichen.
Fig. 8 zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verbinden eines Skeletträgers mit einer Bauskelettsäule, wobei das längliche Metallelement mit durch das vorstehend diskutierte, herkömmliche Wandverdickungsverfahren ausgebildeten verdickten Wandabschnitten als Bauskelettsäule verwendet wird. Obwohl das darin dargestellte Metallelement 41 auch die Form einer Stahlrohrsäule mit mindestens einem verdickten Wandbereich 41a hat, ist der gewählte Gradient jedes der Gradientenabschnitte 41a&sub1; und 41a&sub2; auf beiden Seiten des verdickten Wandabschnitts 41 groß bzw. steil. Mit Ausnahme des im Beispiel von Fig. 8 für jeden der Gradientenabschnitte 41a&sub1; und 41a&sub2; gewählten steilen Gradienten ist die in Fig. 8 dargestellte Stahlrohrsäule der in Fig. 7 dargestellten und unter Bezug auf Fig. 7 beschriebenen Stahlrohrsäule ähnlich. Der verdickte Wandbereich 41a kann entweder eine Struktur aufweisen, bei der nur eine Außenfläche des verdickten Wandbereichs 41a nach außen ausgebaucht ist, wie in Fig. 9(A) dargestellt, oder eine Struktur, bei der nur eine Innenfläche des verdickten Wandbereichs 41a nach innen ausgebaucht ist, wie in Fig. 9(B) dargestellt. Auch im Fall von Fig. 8 kann gegebenenfalls zur Verstärkung Betonmaterial in den Hohlraum der Stahlrohrsäule 41 eingefüllt werden.
Auch bei der in Fig. 7 dargestellten Stahlrohrsäule kann der verdickte Wandbereich 41a entweder eine Struktur aufweisen, bei der nur eine Außenfläche des verdickten Wandbereichs 41a nach außen ausgebaucht ist, oder eine Struktur, bei der nur eine Innenfläche des verdickten Wandbereichs 41a nach innen ausgebaucht ist.
Fig. 10(A) und 10(B) zeigen modifizierte Ausführungsformen der in der vorstehend diskutierten Ausführungsform verwendeten Stahlrohrsäule 41. Fig. 10(A) zeigt ein Beispiel, bei dem zwei verdickte Wandbereiche 41a in der Stahlrohrsäule 41 für eine Bolzenverbindung mit einem Stahlskeletträger 42, der aus einem Formstahl, z. B. einem H- Formstahl besteht, durch die einzelnen geteilten T-Elemente 43 verwendet werden, wobei die beiden verdickten Wandbereiche 41a zu diesem Zweck um einen Abstand beabstandet sind, der dem Abstand zwischen dem oberen und dem unteren Flansch 42a des Stahlskeletträgers 42 entspricht. Gemäß der in Fig. 10(A) dargestellten Verbindung kann, weil der obere und der untere Flansch 42a des Stahlskeletträgers 42, auf die eine relativ große Belastung vom Träger übertragen wird, mit den jeweiligen verdickten Wandbereichen 41a verbolzt sind und durch diese gestützt werden, eine ausreichende Festigkeit oder Stabilität erhalten werden, obwohl die Summe der jeweiligen axialen Längen dieser beiden verdickten Bereiche 41a reduziert ist, so daß die verwendete Stahlmenge vorteilhaft reduziert werden kann.
Fig. 10(B) zeigt ein Beispiel, in dem in den Hohlraum der Stahlrohrsäule 41 über seine gesamte axiale Länge Betonmaterial 51 eingefüllt ist. Durch Einfüllen des Betonmaterials 51 nimmt nicht nur eine axiale Kompressionsfestigkeit der Stahrohrsäule 41 zu, sondern auch ein Widerstand gegen eine vom Stahlskeletträger 42 lateral auf die Stahlrohrsäule 41 wirkende Kompressionskraft. Gegebenenfalls können im Betonmaterial 51 innerhalb des Hohlraums der Stahlrohrsäule 41 Stahlverstärkungsstangen eingebettet werden, wie durch Phantomlinien 56 dargestellt. Außerdem muß das Betonmaterial 51 nicht immer über die gesamte Länge der Stahlrohrsäule 41 in ihren Hohlraum eingefüllt werden, sondern kann nur in jeweiligen Abschnitten des Hohlraums der Stahrohrsäule 41 eingefüllt werden, deren Position den verdickten Wandbereichen 41a entsprechen. In diesem Fall wird, weil durch die verdickten Wandabschnitte 41a erhaltene Vorsprünge auf der Innenfläche der Stahlrohrsäule 41 austreten, die Last vom Betonmaterial 51 gleichmäßig auf die Stahlrohrsäule 41 oder von der Stahlrohrsäule 41 auf das Betonmaterial 51 übertragen, so daß die Struktureigenschaften verbessert werden.
Obwohl in jedem der vorstehend beschriebenen und in den Fig. 7 bis 9 dargestellten Ausführungsformen die geteilten T-Elemente 43 dargestellt und verwendet wurden, ist die Verwendung der geteilten T-Elemente 43 nicht wesentlich. Beispielsweise ist in einer in Fig. 11(A) dargestellten dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Endplatte 49 an einem Ende des Stahlskeletträgers 42 angeschweißt und durch mehrere Bolzen 50 am verdickten Wandbereich 41a der Stahlrohrsäule 41 verbolzt. Andererseits ist bei einer in Fig. 11(B) dargestellten vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Endab schnitt 42A des Stahlskeletträgers 42 von einem länglichen Körper 42B getrennt, und die an einem Ende mit dem Endabschnitt 42a verschweißte Endplatte 49 ist am entgegengesetzten Ende mit dem verdickten Wandbereich 41a der Stahlrohrsäule 41 verbolzt, wobei der Endabschnitt 42A durch obere und untere Brückenplatten 71 und 72 unter Verwendung von Bolzen-Mutter-Elementen 73 mit dem länglichen Körper 42B verbunden ist.
Obwohl in jeder der vorstehend beschriebenen und in den Fig. 7 bis 11 dargestellten, bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt und beschrieben wurde, daß die Bolzen 45 oder 50 fest in entsprechende Innengewindeöffnungen 46 eingeschraubt werden, die in dem/den verdickten Wandbereich(en) 41a der Stahlrohrsäule 41 definiert sind, ist die Verwendung der Innengewindeöffnungen 46 nicht immer wesentlich, sondern stattdessen können nur Durchgangsöffnungen im verdickten Wandbereich ausgebildet sein, die jeweils einen Durchmesser aufweisen, der ausreichend ist, um den entsprechenden Bolzen durchgängig aufzunehmen, vorausgesetzt, daß für einen Arbeiter ein freies Ende jedes Bolzens zugänglich ist, der durch die Durchgangsöffnungen hindurchgeführt wurde und daher innerhalb des Hohlraums der Stahlrohrsäule 41 angeordnet ist, um eine entsprechende Mutter an einem solchen freien Bolzenende zu befestigen. Wenn Bolzen und Muttern in Kombination mit im verdickten Wandbereich 41a der Stahlrohrsäule 41 definierten Durchgangsöffnungen verwendet werden, kann jeder Bolzen, der verwendet wird, um den Stahlskeletträger 42 mit der Stahlrohrsäule 41 entweder durch die geteilten T-Elemente oder durch die Endplatte zu verbinden, fest in eine zugeordnete Mutter geschraubt werden, wenn vor dem Verbolzen eine solche Mutter an der Innenfläche der Stahlrohrsäule 41, ausgerichtet mit der entsprechenden Durchgangsöffnung im verdickten Wandbereich 41, angeklebt bzw. angehaftet oder angeschweißt wird.
Außerdem können anstelle der Innengewindeöffnungen 46 Durchgangsöffnungen, die jeweils einen Durchmesser aufweisen, der ausreichend ist, um einen entsprechenden Bolzen durchgängig aufzunehmen, in Kombination mit einseitigen Bolzen 47 verwendet werden, wie in Fig. 12 dargestellt. Der vorstehend und nachstehend verwendete Ausdruck "einseitiger Bolzen" ist ein allgemeiner Ausdruck für ein axial mit Gewinde versehenes Befestigungselement mit einem Schaft und einem an einem Ende des Schafts ausgebildeten Kopf, wobei der Kopf sich durch plastische Verformung radial nach außen erweitert, wenn das entgegengesetzte Ende des Schafts gezogen wird. Dieser einseitige Bolzen wird häufig als Blindbolzen bezeichnet.
Fig. 13 zeigt ein Beispiel eines einseitigen Bolzens 47, der bei der Anwendung des vorstehend beschriebenen bevorzugten Verfahrens zum Verbinden des Stahlskeletträgers 42 mit der Stahlrohrsäule 41 verwendbar ist. Der dargestellte einseitige Bolzen 47 weist einen Zapfen 9 mit einem Zapfenkopf 9a an einem Ende davon, eine auf dem Zapfen 9 in der Nähe des Zapfenkopfes 9a angeordnete Ventilhülse 10, eine auf dem Zapfen 9 an einer vom Zapfenkopf 9a entfernten Seite der Ventilhülse 10 angeordnete Griffhülse 13, eine Scherungsscheibe 14, die auf dem Zapfen 9 an einer der Ventilhülse 10 entgegengesetzten Seite der Griffhülse 13 angeordnet ist, eine Gegenscheibe 15, die auf dem Zapfen 9 an einer Seite der Scherungsscheibe 14 gegenüberliegend der Griffhülse 13 angeordnet ist, und eine Mutter 16, die dazu geeignet ist, auf einen Außengewindeabschnitt 9b geschraubt zu werden, der im Zapfen 9 an einer dem Bolzenkopf 9a entgegengesetzten Seite eines Schaftabschnitts 9e angeordnet ist. Der Außengewindeabschnitt 9b des Zapfens 9 weist einen Zwi schenabschnitt mit einer ringförmigen Sollbruchnut 9d auf, an der das Außengewinde unterbrochen ist, und weist einen Zapfenendabschnitt 9c auf, der sich vom Außengewindeabschnitt 9b axial nach außen erstreckt und eine Außenfläche mit Gleit- oder Rutschwiderstandzacken oder -zahnungen aufweist, die aus mehreren sich axial erstreckenden Reihen von umfangsmäßig beabstandeten Zähnen bestehen können. Der Durchmesser des Zapfenkopfes 9a ist etwas größer als derjenige des Schaftabschnitts 9e.
Die Ventilhülse 10 besteht aus einem Material, das weicher ist als das der Griffhülse 13 und plastisch verformbar ist, um einen radial nach außen hervorstehenden Kragen 10a zu bilden, wenn eine axiale Kompressionskraft darauf ausgeübt wird. Beispielsweise kann die Griffhülse 13 aus einer Hartstahllegierung bestehen, während die Ventilhülse 10 aus einer Weichstahllegierung bestehen kann. Die Gegenscheibe 15 weist eine Bohrung mit einem Durchmesser auf, der ausreichend ist, um zu ermöglichen, daß die Griffhülse 13 sich durch sie hindurch erstrecken kann, und weist eine ringförmige Vertiefung 15a auf, die auf einer dem Zapfenkopf 9a gegenüberliegenden Seite davon definiert ist, um die Bohrung in der Gegenscheibe 15 zu umschließen und einen Außenumfangsabschnitt der Scherungsscheibe 14 aufzunehmen. Die Scherungsscheibe 14 weist einen Innenumfangsabschnitt auf, der mit einer ringförmigen Endfläche der Griffhülse 13 in Eingriff gebracht werden kann und dazu geeignet ist, abgeschert zu werden, wenn eine axiale Kraft mit einer bestimmten Größe darauf einwirkt.
Wie in Fig. 13 dargestellt, weist der Schaftabschnitt 9e einen Abschnitt 9e&sub1; mit großem Durchmesser und einen Abschnitt 9e&sub2; mit reduziertem Durchmesser an jeweiligen Seiten einer Umfangsstufe 9f auf, wobei der Abschnitt 9e&sub1; mit gro ßem Durchmesser einen Durchmesser aufweist, der etwas größer ist als derjenige des Abschnitts 9e&sub2; mit reduziertem Durchmesser und in der Nähe des Zapfenkopfes 9a definiert ist. Die Griffhülse 13 weist eine Bohrung mit einem Durchmesser auf, der kleiner ist als der Durchmesser des Abschnitts 9e&sub1; mit großem Durchmesser. Alternativ kann der Schaftabschnitt über seine Länge einen gleichmäßigen Durchmesser aufweisen.
Der einseitige Bolzen 47 kann durch ein motorbetriebenes Befestigungswerkzeug (nicht dargestellt) befestigt werden. Insbesondere wird, während das Zapfenende 9c durch das Befestigungswerkzeug gehalten wird, eine Mutter durch einen buchsenähnlichen Eingriff der Mutter mit dem Befestigungswerkzeug am Außengewindeabschnitt 9b des einseitigen Bolzens 47 befestigt. Wenn die Mutter 16 befestigt ist, wirkt zwischen dem Zapfenkopf 9a und der Scherungsscheibe 14 eine Kompressionskraft, um die Griffhülse 13 und die Ventilhülse 10 zusammen in axialer Richtung des einseitigen Bolzens 47 nach innen zu klemmen, wodurch die Ventilhülse 10 plastisch verformt wird und radial nach außen hervorsteht, d. h. es wird eine Ventilwirkung der Ventilhülse 10 bewirkt, wodurch der radial nach außen hervorstehende Kragen 10a gebildet wird. Wenn der Schaftabschnitt 9e des Zapfens 9 die Umfangsstufe 9f aufweist, wie dargestellt, findet die Ventilwirkung statt, bis die Griffhülse 13 an der Umfangsstufe 9f anliegt. Wenn die Mutter 16 weiter festgezogen wird, wird die Scherungsscheibe 14 abgeschert, so daß die Griffhülse 13 in die Scherungsscheibe 14 hineinragen kann, während ermöglicht wird, daß der radial nach außen hervorstehende Kragen 10a der Ventilhülse 10 dicht zu einer Innenfläche der Stahlrohrsäule 41 hin gezogen wird. Wenn der radial nach außen hervorstehende Kragen 10a der Hülse 10 anschließend mit der Innenfläche der Stahlrohrsäule 41 in Eingriff gebracht wird, wird zwischen der Mutter 16 und dem nach außen hervorstehen den Kragen 10a eine axial wirkende Befestigungskraft erzeugt, die erforderlich ist, um die Wand der Stahlrohrsäule 41 fest oder stabil mit dem geteilten T-Element 43 zu verbinden. Durch fortgesetztes Festziehen der Mutter 16 bricht der Zapfenendabschnitt 9c an der ringförmigen Sollbruchnut 9d. (Vergl. Fig. 13(B)).
Wenn der einseitige Bolzen 47 verwendet wird, ist die folgende stabile Verbindung möglich. Aufgrund der Scherung der Scherungsscheibe 14 wird die sich zwischen der Mutter 16 und dem radial nach außen hervorstehenden Kragen 10a entwickelnde Befestigungskraft direkt als Klemmkraft genutzt, die erforderlich ist, um die Wand der Stahlrohrsäule 41 und das geteilte T-Element zusammen festzuklemmen und eine feste Verbindung dazwischen herzustellen. Die Verwendung des einseitigen Bolzens 47 bringt folgende Vorteile.
Zunächst nimmt, weil der radial nach außen hervorstehende Kragen 10a der Ventilhülse 10, der einen wesentlichen Kopf des Bolzens bildet, sich wesentlich radial nach außen erweitert, der Kontaktdruck mit der Wand der Stahlrohrsäule 41 ab, und außerdem ist eine relativ große Toleranz in der Auswahl des Durchmessers der Bolzenöffnung möglich. Es besteht keine Möglichkeit, daß nach der Verformung eines Umfangsansatzabschnitts der Bolzenöffnung unter dem Einfluß des Kontaktdrucks der Bolzenkopf sich in der Bolzenöffnung verstemmen bzw. in die Bolzenöffnung eingezogen werden kann. Daher wird durch den durch den radial nach außen hervorstehenden Kragen 10a definierten Bolzenkopf ein erhöhter Belastungswiderstand erhalten, und gleichzeitig entwickelt der einseitige Bolzen 47 effektiv eine zunehmende Befestigungskraft.
Außerdem ist, weil die Befestigung durch Drehen der Mutter 16 bewirkt wird, eine Doppelbefestigung und eine Wiederbefestigung möglich. Außerdem ist, weil zum Befestigen ein elektrisches Werkzeug verwendet wird, eine Vor-Ort- Handhabung möglich.
Im Fall eines einseitigen Bolzens 47A eines Typs, der durch eine Zugwirkung befestigt werden kann, wie später unter Bezug auf Fig. 14 beschrieben wird, ist ein hydraulisches Befestigungswerkzeug mit einem Gewicht von z. B. 20 kg erforderlich, um eine axiale Kompressionskraft zu erhalten, die zum Herstellen einer stabilen oder starren Verbindung in einem Gebäude erforderlich ist, die im Zusammenhang mit der Erfindung vorgesehene Befestigung kann jedoch mit einem elektrischen Rotationswerkzeug mit einem Gewicht von etwa 10 kg ausreichend und effektiv ausgeführt werden. Durch die Verwendung des leichtgewichtigen elektrischen Rotationswerkzeugs ist keine schwere Schlauch- oder Rohrleitung erforderlich, sondern ein leichtgewichtiges Elektrokabel, so daß die Bearbeitbarkeit wesentlich verbessert wird. Außerdem muß keine Hydraulikeinheit angelassen oder aktiviert werden, und die Befestigungsarbeit kann in einem hohen Stockwerk leicht ausgeführt werden. Ein Zapfenende 9c, das nach dem Befestigen der Mutter 16 mit dem Bolzen weggeworfen wird, hat eine relativ kleine Länge, so daß die Verschwendung einer begrenzten Materialressource minimiert wird. Außerdem können, weil die Anzahl der Komponenten des einseitigen Bolzens klein ist, die Kosten reduziert werden.
Anstatt der Scherungsscheibe 14 und der Gegenscheibe 15 können eine Scherungsscheibe 14A mit Innenfansch, die möglicherweise einer integrierten Version der Scherungsscheibe 14 entsprechen kann, und die Gegenscheibe 15 verwendet werden, wie in Fig. 15 dargestellt. Die in Fig. 15 dargestellte Scherungsscheibe 15 mit Innenflansch weist eine Bohrung mit einem Durchmesser auf, der ausreichend ist, um zu ermöglichen, daß die Griffhülse 13 durch sie hindurchgeführt werden kann, und hat eine Innenumfangsfläche mit einem radial her vorstehenden Flansch 14Aa, der dazu geeignet ist, durch eine vorgegebene axial wirkende Kraft durch den Eingriff mit einer Endfläche der Griffhülse 13 abgeschert zu werden. Auch dieser einseitige Bolzen 47 mit der Scherungsscheibe 14A mit Innenflansch kann auf eine ähnliche Weise befestigt werden wie der einseitige Bolzen 45 mit den separaten Scherungs- und Gegenscheiben 14 und 15.
Fig. 14 zeigt einen anderen einseitigen Bolzen 47A. Der dargestellte einseitige Bolzen 47A weist auf: einen Zapfen 31 mit einem Zapfenkopf 31a an einem Ende davon, eine erste Hülse 32, die auf dem Zapfen 31 in der Nähe des Zapfenkopfes 31a angeordnet ist, eine zweite Hülse 33, die auf dem Zapfen 31 an einer Seite der ersten Hülse 32 entfernt vom Zapfenkopf 31a angeordnet ist, eine auf dem Zapfen 31 an einer Seite der Griffhülse 33 gegenüberliegend der ersten Hülse 32 angeordnete rohrförmige Griffanpassung 34, eine auf dem Zapfen 31 an einer Seite der Griffanpassung 34 gegenüberliegend der Griffhülse 33 angeordnete Scheibe 35 und einen Kragen 36. Der Kopf 31a des Zapfens 31 hat einen etwas größeren Durchmesser als der Zapfen 31, und ein Zwischenabschnitt des Zapfens 31 hat eine einer Schraubennut ähnliche gezahnte Außenumfangsfläche 31c und eine ringförmige Sollbruchnut 31b. Der vom Kopf 31a entfernte, gegenüberliegende Endabschnitt des Zapfens 31 ist als Zapfenendabschnitt 31d ausgebildet, dessen Außenumfangsfläche Oberflächenzacken- oder -zahnungen aufweist und dazu geeignet ist, durch eine Spannvorrichtung bzw. ein Spannfutter 37b eines Befestigungswerkzeugs 37 ergriffen zu werden, wie später beschrieben wird. Die Oberflächenzacken oder -zahnungen können mehrere axial beabstandete ringförmige Nuten sein.
Die zweite Hülse 33 weist in der Nähe der ersten Hülse 32 ein erstes Ende auf, das sich axial nach außen verjüngt, so daß das sich axial nach außen verjüngende Ende der zwei ten Hülse 33 in das angrenzende Ende der ersten Hülse 32 gesteckt und das angrenzende Ende der ersten Hülse 32 anschließend radial nach außen erweitert werden kann. Die rohrförmige Griffanpassung 34 besteht aus einem Rohr 34a mit großem Durchmesser und einem Rohr 34b mit reduziertem Durchmesser, das über eine Umfangsstufe 34c eine Fortsetzung des Rohrs 34a mit großem Durchmesser ist, wobei das Rohr 34b mit reduziertem Durchmesser im Rohr 34a mit großem Durchmesser teleskopartig aufgenommen werden kann, wenn die Umfangsstufe 34c unter dem Einfluß einer vorgegebenen axialen Kraft weggebrochen wird. Der Kragen 36 hat die Form eines Rohrs mit einer kurzen Länge, und weist ein Ende in der Nähe des Zapfenendabschnitts 31d auf, das radial nach außen konisch erweitert ist, um ein konisches Rohr 36b zu definieren, wobei das konische Rohr 36b des Kragens 36 dazu geeignet ist, plastisch verformt zu werden, wenn es radial nach innen gezogen wird, um zu ermöglichen, daß die Innenumfangsfläche des konischen Rohrs 36b in die gezahnte Außenumfangsfläche 31c des Zapfens 31 eingreift.
Der einseitige Bolzen 47A wird unter Verwendung des Befestigungswerkzeugs 37 befestigt, wie in Fig. 14(A) dargestellt. Das Befestigungswerkzeug 37 ist ein Werkzeug mit einer rohrförmigen Einspann- oder Spannführung 37a, die mit einem ringförmigen Ende des Kragens 36 des einseitigen Bolzens 47A in Eingriff gebracht werden kann, und mit einem Spannfutter 37b zum Ergreifen des Zapfenendabschnitts 31d, und weist ein eingebautes Stellglied (nicht dargestellt) zum axialen Ziehen des Spannfutters 37b bezüglich der Spannführung 37a auf. Wenn der Zapfenendabschnitt 31d durch das Spannfutter 37b axial nach außen gezogen wird, während die Spannführung 37a anliegend am Kragen 36 gehalten wird, wirkt zwischen dem Kragen 36 und dem Kopf 31a des Zapfens 31 eine Kompressionskraft, die erforderlich ist, um die Scheibe 35, die ringförmige Griffanpassung 34, die zweite Hülse 33 und die erste Hülse 32 in Richtung dicht zueinander hin zu klemmen. Durch diese Kompressionskraft wird zunächst das sich verjüngende Ende der zweiten Hülse 33 in die erste Hülse 32 eingezogen bzw. darin verstemmt, um die erste Hülse 32 radial nach außen zu erweitern. Nach Abschluß der radial nach außen gerichteten Verformung der ersten Hülse 32 bricht die ringförmige Griffanpassung 34 an der Umfangsstufe 34c, so daß das Rohr 34b mit reduziertem Durchmesser in das Rohr 34a mit großem Durchmesser eingesetzt werden kann und die erste Hülse 32 mit der Stahlrohrsäule 41 in Eingriff gebracht wird. Anschließend beginnt der radiale Ziehvorgang des Kragens 36 durch die Spannführung 37a des Befestigungswerkzeugs 37, um eine axiale Kraft auf die Wand der Stahlrohrsäule 41 und das geteilte T-Element 43 auszuüben und die Stahlrohrsäule 41 und das geteilte T-Element 43 fest miteinander zu verbinden. Wenn das Spannfutter 37b anschließend nach außen gezogen wird, wird der radial nach innen gerichtete Ziehvorgang für den Kragen abgeschlossen, wobei die Innenumfangsfläche des Kragens 36 in die gezahnte Außenumfangsfläche 31c des Zapfens 31 eingreift, um den Kragen 36 bezüglich des Zapfens 31 zu fixieren, während die vorgegebene axiale Kraft ausgeübt wird, um den Zapfenendabschnitt 31d an der Sollbruchnut 31b abzubrechen. (Vergl. Fig. 14(B). Auf diese Weise werden die Stahlrohrsäule 41 und das geteilte T-Element 43 zwischen der ersten Hülse 32 und dem Kragen 36 fest zusammengeklemmt und dann nach außen radial erweitert.
Auch die Verwendung des einseitigen Bolzens 47A auf die vorstehend beschriebene Weise ist geeignet, um eine feste Verbindung zwischen der Stahlrohrsäule 41 und dem geteilten T-Element 43 herzustellen. Bei diesem einseitigen Bolzen 47A wird durch eine Befestigungskraft, die zwischen der ersten Hülse 32 und dem Kragen 36 erzeugt wird, wenn die Griffan passung 34 abgeschert wird, eine Klemmkraft bereitgestellt, die zum Festklemmen der Stahlrohrsäule 41 und des geteilten T-Trägers 43 erforderlich ist, so daß eine stabile Befestigung möglich ist.
Fig. 16(A) zeigt eine fünfte bevorzugte Ausführungsform des ersten erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verbinden eines Skeletträgers mit einer Bauskelettsäule. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird als Skelettsäule 41A ein rundes Stahlrohr mit mindestens einem verdickten Wandbereich verwendet, der durch das vorstehend beschriebene Wandverdickungsverfahren gebildet wird. Wie darin dargestellt, weist die runde Stahlrohrsäule 41A mindestens einen axialen Abschnitt mit einem verdickten Wandbereich 41Aa auf. Der Stahlskeletträger 42 ist ein Trägertyp mit einer daran angeschweißten Endplatte 49A und mit einer Krümmung, die einer Außenumfangsfläche des verdickten Wandbereichs 41Aa entspricht, und wird durch Einschrauben mehrerer Bolzen 50, die durch Bolzenöffnungen in den Endplatten 49A geführt werden, in entsprechende, im verdickten Wandbereich 41Aa der Stahlrohrsäule 41A ausgebildete Innengewindeöffnungen fest verbolzt. Wie im Fall der verdickten Wand in der vorstehend diskutierten quadratischen Stahlrohrsäule 41 kann der verdickte Wandbereich 41Aa radial nach außen und/oder nach innen hervorstehen. Außerdem kann der verdickte Wandbereich 41Aa auf eine ähnliche Weise wie in Fig. 10(A) dargestellt an mehreren axialen Abschnitten der Stahlrohrsäule 41A ausgebildet sein. Auch bei dieser Ausführungsform kann gegebenenfalls Betonmaterial in den Hohlraum der Stahlrohrsäule 41A eingefüllt werden.
Fig. 16(B) zeigt eine Modifikation von Fig. 16(A). Gemäß dieser Modifikation ist die Endplatte 49A so ausgebildet, daß ihre Länge größer ist als diejenige des Trägers 42, und mit der Skelettsäule 41A durch Bolzen an jeweiligen Po sitionen außerhalb des oberen und des unteren Abschnitts des Trägers 42 verbunden. Im in jedem der in den Fig. 16(A) und 16(B) dargestellten Beispiele ist für den Skeletträger 42 die Verwendung einer starren Zwischenrahmenverbindung erforderlich, um Toleranzen bei der Trägerherstellung auszugleichen.
Fig. 17 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen zweiten Verfahrens zum Verbinden eines Skeletträgers mit einer Bauskelettsäule. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird als Skelettsäule 41A ein rundes Stahlrohr mit durch das in den Fig. 1 bis 6 dargestellte und unter Bezug auf diese Figuren beschriebene Verfahren darin über den gesamten Umfang ausgebildeten verdickten Wandbereichen 41Aa verwendet, und ein klammer- oder tragarmähnlicher Abschnitt 42A, der eine Verbindung mit dem Stahlskeletträger 42 bildet, wird angeschweißt. Die dargestellte Stahlskelettsäule 41A kann als Säule mit einer mehreren Gebäudestockwerken entsprechenden Länge verwendet werden und mehrere verdickte Wandbereiche 41Aa aufweisen, die um einen Abstand beabstandet sind, der benachbarten Stockwerken eines Gebäudes entspricht, um die entsprechenden Stahlskeletträger 42 aufzunehmen, die daran angeschweißt werden. Es können mehrere Stahlskeletträger 42 an ein und demselben verdickten Wandbereich 41Aa angeschweißt werden, so daß sie sich von der Stahlrohrsäule 41A radial nach außen erstrecken.
Jeder verdickte Wandbereich 41Aa hat eine axiale Länge, die ausreichend ist, so daß sie sich von der Tiefe des Stahlskeletträgers 42 um ein bestimmtes Maß nach oben und nach unten erstreckt und bezüglich des übrigen Abschnitts der Stahlrohrsäule 41A radial nach innen und nach außen hervorsteht. Alternativ kann jeder verdickte Wandbereich 41Aa nur radial nach innen oder radial nach außen hervorstehen.
Der in Fig. 17 dargestellte Bauskeletträger 42 weist den tragarmähnlichen Abschnitt 42A und einen Trägerkörper 42B auf, die beide in der Form eines H-Formstahls verwendet werden. Der klammenrähnliche Abschnitt 42A wird an der Stahlrohrsäule 41A angeschweißt, indem jeweilige Enden der oberen und unteren Flansche 42a und 42b so geformt werden, daß sie bogenförmige Ausschnitte 53 aufweisen, deren Krümmung jeweils der Krümmung des verdickte Wandbereichs 41Aa folgt, und indem anschließend Abschnitte der oberen und unteren Flansche 42a und 42b, die die zugeordneten Ausschnitte 53 definieren, und ein Stegelement 42c am verdickten Wandbereich 41Aa angeschweißt werden. Die oberen und unteren Flansche 42a und 42b des tragarmähnlichen Abschnitts 42A und das Stegelement 42c weisen Verbindungslöcher 54 auf, und der anliegend an den tragarmähnlichen Abschnitt 54 gehaltene Trägerkörper 42B wird durch an den Flanschen 42a und 42b und das Stegelement 42c befestigte Brückenplatten 55 verbolzt oder vernietet. Der tragarmähnliche Abschnitt 42A kann in einer Werkstatt mit der Stahlrohrsäule 41A verschweißt werden, und die mit dem tragarmähnlichen Abschnitt 42A verschweißte Stahlrohrsäule 41A kann zur Bau- oder Konstruktionsstelle transportiert werden, so daß nach der Errichtung der Stahlrohrsäule 41A der Trägerkörper 42B mit dem tragarmähnlichen Abschnitt 42A verbunden wird.
Durch diese Konstruktion können, weil der Abschnitt der Stahlrohrsäule 41A, an der der Stahlskeletträger 42 befestigt ist, durch den verdickten Wandbereich 41Aa gebildet wird, die Stahlrohrsäule 41A und der Stahlskeletträger 42 fest oder stabil miteinander verbunden werden, ohne daß ein Verstärkungselement erforderlich ist. Aus diesem Grunde ist kein Arbeitsvorgang zum Ein- oder Anpassen von Verstärkungselementen erforderlich, und der Arbeitsvorgang zum Verbinden der Stahlrohrsäule 41A und des Stahlskeletträgers 42 kann vereinfacht werden. Außerdem kann die Stahlrohrsäule 41A als Verbindungsfreie Säule verwendet werden, die sich über eine mehreren Stockwerken eines Gebäudes entsprechenden Abstand erstreckt, wobei, weil sie aus Stahl besteht, die Kosten im Vergleich zu durch Gießen hergestellte Säulen reduziert werden können. Bei der Anwendung der in Fig. 17 dargestellten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann gegebenenfalls Betonmaterial in den Hohlraum der Stahlrohrsäule 41A eingefüllt werden.
Fig. 18 zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform des zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verbinden eines Skeletträgers mit einer Bauskelettsäule. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden für jeden Stahlskeletträger 42 zwei verdickte Wandbereiche 41Ab in der runden Stahlrohrsäule 41A verwendet. Diese beiden verdickten Wandbereiche 41Ab sind um einen Abstand beabstandet, der der Spannbreite zwischen den oberen und unteren Flanschen 42a und 42b des Stahlskeletträgers 42 entspricht. Wie darin dargestellt, ist ein Ende des Stegelements 42c des tragarmähnlichen Abschnitts 42A des Stahlskeletträgers 42 in der Nähe der Stahlrohrsäule 41A ausgeschnitten, um einen Vorsprung 58 bereitzustellen, der dazu geeignet ist, mit einer Außenumfangsfläche eines Abschnitts der Stahlrohrsäule 41A zwischen den verdickten Wandabschnitten 41Ab in Kontakt zu kommen, und die gesamte Endfläche des Stegelements 42c und die jeweiligen Endflächen der oberen und unteren Flansche 42a und 42b, wo die zugeordneten Ausschnitte 53 definiert sind, werden an der Stahlrohrsäule 41A angeschweißt. Obwohl dargestellt ist, daß jeder der verdickten Wandbereiche 41Ab der Stahlrohrsäule 41A von der Stahlrohrsäule radial nach innen und außen hervorsteht, können sie, wie im Fall des in Fig. 14 dargestellten verdickten Wandbereichs 41Aa, auch nur radial nach innen oder radial nach außen von der Stahlrohrsäule 41A hervorstehen.
Auch bei der in Fig. 18 dargestellten Ausführungsform wird, wie im Fall der in Fig. 10(B) dargestellten Ausführungsform, Betonmaterial 51 in den Hohlraum der Stahlrohrsäule 41A eingefüllt. Das Betonmaterial kann in den Hohlraum der Stahlrohrsäule 41A eingefüllt werden, oder ein oder mehrere Stahlstangen 56 können in das in den Hohlraum der Stahlrohrsäule 41A eingefüllte Betonmaterial eingebettet werden. Außerdem kann das Betonmaterial nur in Bereichen des Hohlraums der Stahlrohrsäule 41A eingefüllt werden, wo der verdickte Wandbereich 41Ab definiert ist.
Auch in diesem Fall wird, weil durch die verdickten Wandbereiche 41Ab erhaltene Vorsprünge auf der Innenfläche der Stahlrohrsäule 41A austreten, die Belastung gleichmäßig vom Betonmaterial 51 auf die Stahlrohrsäule 41A oder von der Stahlrohrsäule 41A auf das Betonmaterial 51 übertragen, so daß die Struktureigenschaften verbessert werden.
Fig. 19 zeigt eine dritte bevorzugte Ausführungsform des zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verbinden der Stahlrohrsäule mit dem Stahlskeletträger. Bei dieser Ausführungsform wird das längliche Metallelement 41, das erhalten wird, indem ein quadratisches Stahlrohr dem Wandverdickungsprozeß unterzogen wird, als Stahlrohrsäule verwendet, wobei das längliche Metallelement wie bei der in Fig. 17 dargestellten und unter Bezug auf diese Figur beschriebenen Ausführungsform mindestens einen verdickten Wandbereich 41a mit einer gleichmäßigen Wanddicke über seinen Umfang aufweist. Eine Endfläche des klammer- oder tragarmähnlichen Abschnitts 42A des Stahlskeletträgers 42 wird am verdickten Wandbereich 41a der Stahlrohrsäule 41 angeschweißt. Bei dieser Ausführungsform ist in der Endfläche des mit dem verdickten Wandbereich 41a in Kontakt stehenden Stegelements 42c kein Aus schnitt ausgebildet, sondern die Endfläche ist flach. Obwohl dargestellt ist, daß der verdickte Wandbereich 41a von der Wand der Stahlrohrsäule 41 nach außen und innen hervorsteht, kann er auch nur nach innen oder nach außen hervorstehen. Außerdem kann die Stahlrohrsäule 41 mehrere verdickte Wandbereiche 41a aufweisen, deren Anzahl der Anzahl von Stockwerken eines Gebäudes entspricht, und/oder die Stahlrohrsäule 41 kann zwei verdickte Wandbereiche 41a für jeden Stahlskeletträger 42 aufweisen, wie im Fall der in Fig. 18 dargestellten Stahlrohrsäule. Außerdem kann Betonmaterial in den Hohlraum der Stahlrohrsäule 41 eingefüllt werden.
Auch bei dieser Konstruktion können, wie im Fall der runden Stahlrohrsäule 41A, verschiedene Vorteile dadurch erhalten werden, daß die Stahlrohrsäule 41 und der Stahlskeletträger 42 stabil miteinander verbunden werden können, ohne daß ein Verstärkungselement erforderlich ist.
Obwohl bei jeder der vorstehend beschriebenen und in den Fig. 17 bis 19 gezeigten Ausführungsformen dargestellt und beschrieben wurde, daß der tragarmähnliche Abschnitt 42A des Stahlskeletträgers 42 an der Stahlrohrsäule 41 oder 41A angeschweißt ist, kann der Stahlrohrträger 42 auch selbst als einzelnes Element direkt am verdickten Wandbereich 41a oder 41Aa der Stahlrohrsäule 41 oder 41A angeschweißt werden. Wiederum kann anstelle des H-Formstahlträgers ein beliebiges anderes längliches Stahlelement mit einer beliebigen gewünschten Querschnittform für den Stahlskeletträger 42 verwendet werden.
Nachstehend wird unter Bezug auf Fig. 20 eine erste bevorzugte Ausführungform eines ersten erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verbinden von Stahlrohren beschrieben, die, jeweils durch das erfindungsgemäße Wandverdickungsverfahren erhalten wurden. Bei dieser Ausführungsform werden zwei allgemein durch das Bezugszeichen 41 bezeichnete quadratische Stahlrohre durch eine Stumpftstoßverbindung miteinander verbunden, wie in Fig. 20(B) dargestellt. Jede dieser quadratischen Stahlrohre 41 weist ein Ende auf, dessen Wand ausgebaucht ist, um einen verdickten Wandbereich 41a bereitzustellen, wobei, während die quadratischen Stahlrohre 41 durch eine Stumpfstoßverbindung miteinander verbunden sind, Verbindungelemente 57 mit den entsprechenden verdickten Wandbereichen 41a dieser Stahlrohre 41 unter Verwendung einseitiger Bolzen 47 so verbolzt werden, daß sie den Zwischenraum dazwischen überspannen, wodurch eine stabile oder feste End-End-Verbindung der Stahlrohre 41 erhalten wird. Wie dargestellt, ist der verdickte Wandbereich 41a jedes der Stahlrohre 41 bezüglich des zugeordneten Stahlrohrs 41 nach außen und nach innen ausgebaucht, er kann bezüglich des Stahlrohrs jedoch auch nur nach innen oder nach außen ausgebaucht sein.
Jedes der Verbindungselemente 57 hat die Form einer im wesentlichen rechteckigen Stahlplatte und ist, wie in Fig. 20(A) dargestellt, an jeder der vier Seitenflächen des jeweiligen quadratischen Stahlrohrs 41 befestigt. Die Verbindungselemente 57 und die jeweiligen verdickten Wandbereiche 41a der quadratischen Stahlrohre 41 weisen Bolzenöffnungen 60 und 61 zum Durchführen der zugeordneten einseitigen Bolzen 47 auf. Die auf die vorstehend beschriebene Weise in einer End-End-Verbindung verbundenen Stahlrohre 41 können als Stahlrohrsäule für ein Gebäude verwendet werden. In diesem Fall werden die einseitigen Bolzen 47 zum Verbinden der Stahlrohre 41 miteinander am Konstruktionsort eingesetzt und befestigt.
Gemäß diesem Verbindungsverfahren kann, weil das Ende jedes der axial miteinander zu verbindenden Stahlrohrsäulen 41 durch den verdickten Wandbereich 41a definiert ist, und obwohl mehrere Bolzenöffnungen 61 in diesem verdickten Wandbereich 41a ausgebildet sind, was mit Wandverlusten an der Position der Bolzenöffnungen verbunden ist, eine Querschnittfestigkeit erhalten werden, die mit der durch die Stahlrohrsäule ohne verdickten Wandbereich erhaltenen Querschnittfestigkeit vergleichbar ist, so daß eine feste oder stabile End-End-Verbindung der Stahlrohrsäulen 41 ermöglicht wird. Außerdem ist, weil die einseitigen Bolzen 47 für die End-End-Verbindung der Stahlrohrsäulen 41 verwendet werden, kein Arbeitsvorgang zum Installieren von Muttern innerhalb jeder der Stahlrohrsäulen 41 und/oder zum Ausbilden von Schraubengewinden erforderlich, und die Stahlrohrsäulen 41 können am Konstruktionsort leicht miteinander verbunden werden, auch wenn sie als Stahlrohrsäulen verwendet werden. Ein einseitiger Bolzen 47, durch den eine Befestigungskraft erhalten wird, die mit derjenigen eines hochfesten Bolzens vergleichbar ist, wurde entwickelt, so daß durch die Verwendung eines solchen einseitigen Bolzens 47 eine geeignete starre Verbindung hergestellt werden kann. Auf diese Weise kann durch die Ausbildung des verdickten Wandbereichs 41a in jeder Stahlrohrsäule 41 in Kombination mit der Verwendung der einseitigen Bolzen 47 eine einfache Struktur erhalten werden, und kann eine feste oder stabile End-End-Verbindung durch ein vereinfachtes Verbindungsverfahren erhalten werden.
Fig. 20(D) zeigt eine Modifikation der in den Fig. 20(A) bis 20(C) dargestellten ersten Ausführungsform, wobei innerhalb des Hohlraums der Stahlrohrsäulen 41 in der Nähe der Verbindungsstelle dazwischen zusätzlich Brückenplatten 75 verwendet werden.
Die Fig. 21(A) und 21(B) zeigen eine zweite bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens zum Verbinden der quadradischen Stahlrohrsäulen 41 miteinander durch eine End- End-Verbindung. Gemäß diesem Verbindungsverfahren werden Verbindungselemente 57A jeweils in der Form eines Winkelele ments an jeweiligen Ecken der Verbindungsstelle zwischen den Stahlrohrsäulen 41 angeordnet, und werden dann unter Verwendung der einseitigen Bolzen 47 an den verdickten Wandbereiche 41a der jeweiligen Stahlrohrsäulen 41 befestigt. Außer hinsichtlich dieses Merkmals sind andere Strukturmerkmale der Ausführungsform von Fig. 21(A) und 21(B) im wesentlichen den in Fig. 20 dargestellten und unter Bezug auf diese Figur beschriebenen Strukturmerkmalen ähnlich.
Fig. 21(C) zeigt eine dritte bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens zum Verbinden der quadratischen Stahlrohrsäulen 41, das dem in den Fig. 21(A) und 21(B) dargestellten und unter Bezug auf diese Figuren beschriebenen Verfahren ähnlich ist, sich jedoch dadurch davon unterscheidet, daß innerhalb des Hohlraums der Stahlrohrsäulen 41 in der Nähe der Verbindungsstelle dazwischen zusätzlich Brückenplatten 75 verwendet werden.
Obwohl bei der Beschreibung der in den Fig. 20 und 21 dargestellten Verfahren auf die Verwendung der quadratischen Stahlrohrsäulen 41 Bezug genommen wurde, können sie gleichermaßen auch auf die Verwendung runder Stahlrohrsäulen angewandt werden. Anstelle der einseitigen Bolzen 47 können Standardbolzen und -muttern oder hochfeste Standardbolzen verwendet werden. Es können ähnliche Verbindungselemente wie die Verbindungselemente 57A verwendet und innerhalb des Hohlraums der verbundenen Stahlrohrsäulen 41 angeordnet werden, um die verdickten Wandbereiche 41a sandwichartig zwischen dem äußeren und dem inneren Verbindungselement anzuordnen. Außerdem kann der Wandverdickungsgrad, d. h. das Maß, in dem die Wand des Stahlrohrs quer zu seiner Längsachse verdickt ist, zwischen den verdickten Wandbereichen 41a der jeweiligen Stahlrohrsäulen 41 verschieden sein, wobei in diesem Fall jeder mögliche Zwischenraum, der zwischen jedem Verbindungselement 57 und dem verdickten Wandbereich 41a ge bildet würde, der einen kleineren Wandverdickungsgrad aufweist, durch eine Unterlegplatte ausgeglichen werden sollte.
Fig. 22 zeigt eine Längsschnittansicht zum Darstellen eines durch das erfindungsgemäße zweite Verfahren hergestellten länglichen Metallelements 41. Dieses längliche Metallelement 41 weist mehrere axial beabstandete Wandabschnitte auf, die dem Wandverdickungsprozeß unterzogen werden, um die jeweiligen verdickten Wandbereiche 41a zu bilden, die in einer axialen Richtung des Metallelements voneinander beabstandet sind, wobei zwischen jedem verdickten Wandbereich 41a und nicht verdickten Wandbereichen 41b des länglichen Metallelements 41 Gradientenabschnitte 41a1 und 41a2 angeordnet sind. Dieses längliche Metallelement 41 weist einen quadratischen Querschnitt auf, wie in Fig. 23 dargestellt, und ist geeignet zur Verwendung als Bauskelettsäule. Die verdickten Wandbereiche 41a werden nicht nur an einem im wesentlichen mittleren oder Zwischenabschnitt des länglichen Metallelements 41 ausgebildet, sondern auch an seinen entgegengesetzten Enden, so daß die verdickten Wandbereiche 41a an den entgegengesetzten Enden des länglichen Metallelements 41 zur Verbindung mit einem Träger, z. B. einem H-Formstahlträger, verwendet werden können, für seine Verbindung mit einem Fundament oder eine Decke oder für eine End-End-Verbindung zweier länglicher Stahlelemente 41, und ihre Wanddicke ist derart vergrößert, daß für den vorgesehenen Verbindungszweck eine ausreichende Festigkeit oder Stabilität erhalten wird. D. h., unter der Voraussetzung, daß die Wanddicke des verdickten Wandbereichs durch t&sub1; und die Wanddicke des nicht verdickten Wandbereichs durch t&sub0; dargestellt wird, wird der Grad der Wandverdickung (= t&sub1;/t&sub0;) des verdickten Wandbereichs 41a so gewählt, daß er im Bereich von 1,2 bis 3,6 und vorzugsweise im Bereich von 1,5 bis 2,5 liegt.
Die axiale Länge des verdickten Wandbereichs 41a, wird so gewählt, daß sie der durch den mit dem länglichen Metallelement 41 verbundenen Träger besetzten Länge entspricht. Wenn beispielsweise vorausgesetzt wird, daß die Länge des verdickten Wandbereichs 41a durch L1 und das laterale Außenmaß des nicht verdickten Wandbereichs 41b durch D dargestellt wird, wird das Verhältnis der Länge des verdickten Wandbereichs 41a bezüglich der Außenabmessung des nichtverdickten Wandbereichs 41b, d. h. L&sub1;/D, so gewählt, daß es innerhalb des Bereichs von 1,1 bis 4,0 liegt. Außerdem wird der Neigungswinkel α jedes der Gradientenabschnitte 41a&sub1; und 41a&sub2; bezüglich der Längsachse des länglichen Metallelements 41 so gewählt, daß er im Bereich von 5 bis 45º und vorzugsweise im Bereich von 5 bis 30º liegt.
Wie in Fig. 24 dargestellt, werden, wenn das längliche Metallelement 41 als Bauskelettsäule für ein Gebäude verwendet wird, die verdickten Wandbereiche 41a des länglichen Metallelements 41, mit Ausnahme des verdickten Wandbereichs am untersten Ende des länglichen Metallelements 41, an jeweiligen Position ausgebildet, die den Bodenträgern 42 entsprechen, die die zugeordneten Stockwerke oder Fußböden des Gebäudes definieren. Der verdickte Wandbereich 41a am untersten Ende des länglichen Metallelements 41 wird dann durch Befestigungselemente 63 an einem Fundament 62 gesichert. Daher muß kein Zusatz- oder Unterlagsmetallteil verwendet werden, wodurch eine Gebäudekonstruktion vereinfacht wird. Wie vorstehend beschrieben, werden die anderen verdickten Wandbereiche 41a zur Verbindung mit dem jeweiligen Bodenträger 42 verwendet.
Daher kann das längliche Metallelement 41 gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen als Bauskelettsäule verwendet werden, die sich durch mehrere Stockwerke eines Gebäudes erstreckt, wobei die Trägerverbindung und -sicherung am Fundament 62 leicht ausgeführt werden kann. Daher kann durch die Verwendung des länglichen Metallelements 41 gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen die Anzahl von Arbeitsschritten bei einer Gebäudekonstruktion reduziert werden. Die den jeweiligen Stockwerken eines Gebäudes zugeordneten verdickten Wandbereiche 41a können verschiedene Wandverdickungsgrade aufweisen, wobei die für eine Verbindung mit dem dem höchsten Stockwerk zugeordneten Träger vorgesehenen verdickten Wandbereiche 41a einen minimalen Wandverdickungsgrad aufweisen können, während die für eine Verbindung mit dem dem untersten Stockwerk zugeordneten Träger vorgesehenen verdickten Wandbereiche 41a einen maximalen Wandverdickungsgrad aufweisen können.
Der Mitten-Mitten-Abstand L&sub2; zwischen jeweils benachbarten verdickten Wandbereichen 41a entspricht im allgemeinen dem Abstand zwischen benachbarten Stockwerken des Gebäudes und beträgt allgemein 2,0 bis 10 m hinsichtlich Standard-Gebäudekonstruktionen und Erfahrungen im Gebäudebau. Außerdem kann die axiale Länge L&sub1; (Fig. 22) jedes für eine Verbindung mit dem Träger 42 vorgesehenen verdickten Wandbereichs 41 im Bereich zwischen 600 und 1200 mm liegen. Hinsichtlich dieser spezifischen Abmessungen, dem Abstand zwischen benachbarten Trägern und der Trägerabmessung, wird das Verhältnis des Mitten-Mitten-Abstands L&sub2; zwischen jeweils benachbarten verdickten Wandbereichen 41a bezüglich der axialen Länge L&sub1; jedes verdickten Wandbereichs 41a, d. h. L&sub2;/L&sub1;, so gewählt, daß es innerhalb eines Bereichs von etwa 3,3 bis etwa 8,3 liegt. Das Verhältnis der axialen Länge L&sub1; jedes verdickten Wandbereichs 41a bezüglich des Mitten- Mitten-Abstands L&sub2; zwischen jeweils benachbarten verdickten Wandbereichen 41a, d. h. L&sub1;/L&sub2;, kann dagegen so gewählt werden, daß es im Bereich von etwa 0,12 bis etwa 0,30 liegt.
Fig. 25 zeigt eine erste bevorzugte Ausführungsform des dritten erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verbinden des durch das zweite erfindungsgemäße Wandverdickungsverfahren hergestellten länglichen Metallelements 41 mit dem Träger, wobei das längliche Metallelement 41 als Säule verwendet wird. Diese Ausführungsform entspricht, mit Ausnahme des Merkmals, daß die jeweils rechteckigen Basen 43b der geteilten T- Elemente 43 durch die Verwendung der einseitigen Bolzen 47, die durch die im verdickten Wandbereich 41a definierten Bolzenöffnungen eingesetzt werden, am verdickten Wandbereich 41a des länglichen Metallelemenets 41 befestigt werden, im wesentlichen der in Fig. 7 dargestellten Struktur.
Das System zum Verbinden des Trägers 42 mit der in Form des länglichen Metallelements 41 vorliegenden Bauskelettsäule kann geeignet verändert werden. Beispielsweise kann der Träger über eine Endplatte angeschweißt werden, wobei auch in diesem Fall durch Verbinden des Trägers mit dem verdickten Wandbereich 41a eine Schweißverbindung hergestellt werden kann, ohne daß ein Unterlagsmetallteil oder ein Verstärkungselement erforderlich ist.
Das in Fig. 22 dargestellte längliche Metallelement 41 hat eine Struktur, in der die verdickten Wandbereiche 41a an jeweiligen Abschnitten, wo die entsprechenden Träger 42 verbunden werden sollen, in gleichen Abständen ausgebildet sind. Die Positionen, an denen die verdickten Wandbereiche 41a ausgebildet sind, sind jedoch nicht auf die dargestellten Positionen begrenzt, sondern können geeignet ausgewählt werden. Fig. 26 und 27 zeigen eine zweite bzw. eine dritte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei ein längliches Metallelement 41 verwendet wird, bei dem die verdickten Wandbereiche 41a an verschiedenen Positionen des länglichen Metallelements 41 ausgebildet sind. Gemäß der in Fig. 26 dargestellten Ausführungsform weist ein Abschnitt des länglichen Metallelements 41 zwischen jeweils benachbarten verdickten Wandabschnitten 41a für eine Verbindung mit dem zugeordneten Träger 42 einen ähnlichen verdickten Wandbereich 41aa zum Befestigen einer zum Verstärken des entsprechenden Trägers 42 verwendeten Strebe 42 auf. Dieser verdickte Wandbereich 41aa wird auf eine ähnliche Weise gebildet wie der verdickte Wandbereich 41a und kann geeignet dazu verwendet werden, die Strebe 64 daran zu befestigen. Andererseits ist die in Fig. 27 dargestellte Ausführungsform des länglichen Metallelements 41 ein Element, das in einem Gebäude verwendet wird, in dem für jeden Träger 42 zwei parallele Trägerstangen 42E verwendet werden, weshalb auf dem länglichen Metallelement 41 für jeden Träger 42 an den den beiden parallelen Stangen 42E entsprechenden Positionen jeweils verdickte Wandbereiche 41a ausgebildet sind. Auch bei diesem länglichen Metallelement 41 können die parallelen Trägerstangen 42E leicht mit den verdickten Wandbereichen 41a verbunden werden.
Unter Bezug auf die in Fig. 22 dargestellte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde vorstehend beschrieben, daß das längliche Metallelement 41 mindestens einen verdickten Wandbereich 41a aufweist, der bezüglich der Wand des Metallelements 41 nach innen und außen hervorstehen kann. Der verdickte Wandbereich 41a kann jedoch eine Struktur haben, bei der die Wand des länglichen Metallelements 41 nur nach innen hervorsteht, wie in Fig. 28(A) dargestellt, oder nur nach außen, wie in Fig. 28(B) dargestellt. Auch in diesem Fall werden der Grad der Wandverdickung (= t&sub1;/t&sub0;), das Verhältnis des verdickten Wandbereichs 41a (= L&sub1;/D), der Nei gungswinkel α, die vorstehend diskutiert wurden, gleichermaßen auf das längliche Metallelement 41 angewendet, das bei der Anwendung eines der vorstehend beschriebenen, in Fig. 28(A) und 28(B) dargestellten Verfahren verwendet wird.
Das vorstehend beschriebene Metallelement 41 wird unter Verwendung der in Fig. 4 dargestellten Wandverdickungsvorrichtung auf ähnliche Weise wie unter Bezug auf die Fig. 1 bis 6 beschrieben hergestellt.
Bei jeder der in den Fig. 25 bis 28 dargestellten Ausführungsformen wurde die Anwendung des in Fig. 22 dargestellten zweiten Herstellungsverfahrens auf das quadratische Stahlrohr dargestellt. Das in Fig. 22 dargestellte zweite Herstellungsverfahren ist jedoch auch gleichermaßen auf jedes beliebige andere Stahlelement anwendbar, z. B. auf ein rundes Stahlrohr, einen Formstahl (ein H-Formstahl, ein I- Formstahl oder ein U-Stahl) und außerdem auf jedes beliebige andere längliche Metallelement aus einem von Stahl verschiedenen Material. Fig. 29(A) zeigt eine Ausführungsform, bei der das längliche Metallelement 41A die Form eines runden Stahlrohrs mit mindestens einem verdickten Wandbereich 41a mit einer radial nach innen oder außen hervorstehenden Struktur hat. Der mit dem verdickten Wandbereich 41a des länglichen Metallelements 41A zu verbindende Träger 42 weist eine bogenförmige Endplatte 49A auf und ist durch die Verwendung von durch die bogenförmige Endplatte 49A geführte Bolzen mit dem verdickten Wandbereich 41a verbunden.
Fig. 29(B) zeigt das längliche Metallelement 41B in der Form eines H-Formstahls mit mindestens einem auf Innenflächen gegenüberliegender Flansche F und jeder Seite eines Stegelements W ausgebildeten verdickten Wandbereich 41Ba. Der darin verwendete Träger 42 wird unter Verwendung von Winkelelementen 65 mit dem verdickten Wandbereich 41Ba des länglichen Metallelements 41B verbolzt. Anstelle der Winkel elemente 65 können geteilte T-Elemente verwendet werden. Wenn das längliche Metallelement 41B ein H-Formstahl ist, wie beispielsweise in Fig. 29(8) dargestellt, kann der verdickte Wandbereich 41Ba, anders als dargestellt, nur an den Flanschen F oder am Stegelement W ausgebildet sein, und kann auch so ausgebildet sein, daß er von einer seiner Oberflächen oder von seinen beiden entgegengesetzten Oberflächen nach außen hervorsteht.
Die Verwendung eines U-Stahls für das längliche Metallelement 41C ist in Fig. 29(C) dargestellt. Im Beispiel von Fig. 29(C) ist nur auf einer Oberfläche des Metallelements mindestens ein verdickter Wandbereich 41C ausgebildet. Der Träger 42 wird unter Verwendung von Winkelelementen 65 mit dem verdickten Wandbereich 41Ca verbolzt. Anstelle der Winkelelemente 65 können geteilte T-Elemente verwendet werden. Auch in diesem Fall kann der verdickte Wandbereich 41Ca, anders als der auf der Innenfläche des länglichen Metallelements 41C ausgebildete verdickte Wandbereich, auf gegenüberliegenden Flächen oder auf einer Außenfläche davon ausgebildet werden. Außerdem kann der verdickte Wandbereich 41Ca nur auf den Flanschen F oder auf dem Stegelement W ausgebildet sein.
Bei jeder der in den Fig. 29(A) bis (C) dargestellten Ausführungsformen kann an einem mit dem länglichen Metallelement 41A, 41B oder 41C verbundenen Ende des Trägers 42 ein verdickter Wandbereich zur Verstärkung ausgebildet sein.
Das so hergestellte, in Fig. 22 dargestellte Metallelement 41 kann bei der Anwendung eines der Verbindungsverfahren verwendet werden, die in den Fig. 7 bis 12 und 16 bis 19 dargestellt sind, und in einem beliebigen der in den Fig. 20 und 21 dargestellten End-End-Verbindungsverfahren.
Die Fig. 30 und 32 zeigen eine erste bevorzugte Ausführungsform eines dritten erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines länglichen Metallelements. Fig. 30 zeigt eine schematische Längsquerschnittansicht zum Darstellen einer Wandverdickungsvorrichtung, und Fig. 31 zeigt ein schematisches Strukturdiagramm zum Darstellen einer Y-Achsen- Korrekturvorrichtung, die in der Wandverdickungsvorrichtung verwendet wird, um eine vertikale Biegung des in der Wandverdickungsvorrichtung horizontal eingesetzten länglichen Metallelements zu korrigieren. Gemäß Fig. 30 und 31 ist das dem Wandverdickungsprozeß zu unterziehende längliche Metallelement 1 ein quadratisches Rohr.
In der dargestellten Wandverdickungsvorrichtung dienen Führungsrollenpaare 8 als Begrenzungs- oder Zwangsführungsrollenpaare zum zwangsweisen Führen oder Begrenzen des länglichen Metallelements 1, so daß es sich gerade in eine Richtung erstreckt, in der es axial komprimiert wird. Während in der Praxis die das Führungsrollenpaar 8 bildenden Führungsrollen über und unter dem länglichen Metallelement 1 und auch auf jeweiligen lateralen Seiten des länglichen Metallelements 1 angeordnet sind, sind in Fig. 30 zur Verdeutlichung nur die über und unter dem länglichen Metallelement 1 angeordneten Führungsrollen des Führungsrollenpaars 8 dargestellt. Bis auf die Y-Achsen-Korrekturvorrichtung sind die anderen Strukturkomponenten der in den Fig. 30 und 31 dargestellten Wandverdickungsvorrichtung den in Fig. 4 dargestellten Komponenten ähnlich, so daß ihre Details zur kürzeren Beschreibung nicht erneut beschrieben werden.
Verschiebungssensoren 66a und 66b zum Erfassen einer Verschiebung bzw. eines Versatzes gegenüberliegender Flächen des länglichen Metallelements 1 in Richtung der Y-Achse sind so angeordnet, daß sie der oberen und der unteren Fläche eines Abschnitts 1c des länglichen Metallelements 1 gegenüber liegen, der einem erwärmten Bereich des länglichen Metallelements 1 unmittelbar folgt. Diese Verschiebungssensoren 66a und 66b werden durch die Heizeinheit 4 getragen, so daß sie sich zusammen mit ihr in Längsrichtung des länglichen Metallelements 1 bewegen, sie können jedoch auch am Schlitten 26 angeordnet sein. Weil diese Verschiebungssensoren 66a und 66b permanent Verschiebungen der ihnen gegenüberliegenden entgegengesetzten Oberflächen des länglichen Metallelements 1 erfassen, wird durch eine Differenz zwischen jeweiligen Erfassungsausgangssignalen dieser Verschiebungssensoren 66a und 66b das Verschiebungsmaß ΔY des länglichen Metallelements 1 in Richtung der Y-Achse angezeigt, die orthogonal zur Längsachse O des länglichen Metallelements 1 angeordnet ist. Das Verschiebungsmaß ΔY stellt den Abstand zwischen der Längsachse O des länglichen Metallelements 1 und der Position O&sub1; in Richtung der Y-Achse dar, zu der die Längsachse O dieses Abschnitts 1c des länglichen Metallelements 1, der dem erwärmten Bereich unmittelbar folgt, sich verschoben hat, wie in Fig. 31 dargestellt. Daher bilden die Verschiebungssensoren 66a und 66b zusammen eine Verschiebungserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Verschiebung des Abschnitts 1c des länglichen Metallelements 1, der seinem erwärmten Bereich unmittelbar folgt, bezüglich der Längsachse O des länglichen Metallelements 1.
Obwohl das Verschiebungsmaß ΔY unter Verwendung nur einer der Verschiebungssensoren 66a und 66b erfaßt werden kann ändert sich das Maß der während des Wandverdickungsprozesses verdickten Wand tendentiell und kann zu einem Fehler bei der Bestimmung des Verschiebungsmaßes ΔY führen. Daher werden geeigneterweise zwei Verschiebungssensoren 66a und 66b zum Erfassen der Verschiebung der oberen bzw. der unteren Fläche des länglichen Metallelements 1 verwendet, um eine hohe Er fassungsgenauigkeit zu erhalten. Jeder der bei der vorliegenden Erfindung verwendbaren Verschiebungssensoren 66a und 66b kann ein bekannter Sensor sein, z. B. ein kontaktloses Abstandmeßinstrument, in dem ein Laserstrahl verwendet wird, ein Abstandsmeßinstrument, in dem ein elektrischer Wirbelstrom ausgenutzt wird, ein elektrisches Kontaktmikrometer, ein Differentialübertrager usw.
Eine leichte Verschiebung des transversalen Querschnitts des erwärmten Bereichs 5 unter dem Einfluß übermäßiger thermischer Spannungen tritt im erwärmten Bereich 5 auf (ein Bereich von einer Position unmittelbar unterhalb der Heizeinheit 4 bis zur Position, an der das Kühlmittel 6 aufgesprüht wird) und nimmt im Abschnitt 1c des länglichen Metallelements 1 zu, der dem erwärmten Bereich unmittelbar folgt. Daher sind die Verschiebungssensoren 66a und 66b vorzugsweise an der Position angeordnet, wo das Kühlmittel 6 aufgesprüht wird, oder in einem Bereich etwa 5 cm von dieser Position entfernt.
Eine Biegungskorrektureinrichtung 67 weist ein Paar Klemmrollen 68 auf, die über bzw. unter einem nicht- verdickten Wandbereich 1b des länglichen. Metallelements angeordnet sind, einen beweglichen Rahmen 69, der die Klemmrollen 68 trägt, einen Hydraulikzylinder 70 zum Bewegen oder Antreiben des beweglichen Rahmens 69 in Richtung der Y-Achse usw. Daher ist die Biegungskorrektureinrichtung 67 zusammen mit der Heizeinheit 4 beweglich, während ein vorgegebener Abstand zwischen der Biegungskorrektureinrichtung und der Heizeinheit 4 aufrechterhalten wird. Die Klemmrollen 68 sind vorzugsweise so nah wie möglich zur Heizeinheit 4 hin und in der Nähe der Heizeinheit 4 angeordnet, ohne diese zu behindern. Anstelle der Struktur, bei der die Biegungskorrektureinrichtung 67 zusammen mit der Heizeinheit 4 auf dem Schlitten 26 angeordnet ist, kann ein zusätzlicher Schlitten zum Halten der Biegungskorrektureinrichtung 67 verwendet werden, vorausgesetzt, daß ein solcher Schlitten für eine synchrone Bewegung mit der Heizeinheit 4 gehalten wird.
Wie in Fig. 31 dargestellt, weist eine Steuereinheit 71 für den Hydraulikzylinder 70 auf: ein Hydraulik-Servoventil 72 zum Steuern des Hydraulikzylinders 70, eine Quelle 73 für ein Hydraulikmedium, einen Positionssensor 74 zum Erfassen der Position des die Klemmrollen 68 tragenden beweglichen Rahmens 69 bezüglich der Richtung der Y-Achse, einen Signalwandler 75 zum Umwandeln der jeweiligen Erfassungsausgangssignale der Verschiebungssensoren 66a und 66b, eine Vergleichsarithmetikeinheit 76 und andere Einrichtungen. Die Vergleichsarithmetikeinheit 76 empfängt ein Ausgangssignal vom Signalwandler 75, das das Verschiebungsmaß ΔY des Abschnitts 1c des länglichen Metallelements 1 darstellt, der seinem erwärmten Bereich in Richtung der Y-Achse unmittelbar folgt. Die Vergleichsarithmetikeinheit 76 überwacht ein vom Positionssensor 74 zugeführtes Positionssignal, um das Hydraulik-Servoventil 72 hinsichtlich der Operation des Hydraulikzylinders 70 zu steuern. Insbesondere gibt die Vergleichsarithmetikeinheit 76, wenn das Verschiebungsmaß ΔY einen vorgegebenen Toleranzwert überschreitet, ein Antriebssignal an das Hydraulik-Servoventil 72 aus, das erforderlich ist, um die Klemmrollen 68 entgegengesetzt zur Richtung der Verschiebung anzutreiben oder zu bewegen, so daß das Verschiebungsmaß ΔY auf einen Wert innerhalb vorgegebener Toleranzgrenzen reduziert werden kann.
Die Verschiebungssensoren 66a und 66b, die Biegungskorrektureinrichtung 67, die Steuereinheit 71 zum Steuern der Biegungskorrektureinrichtung 67 und andere Einrichtungen bilden die Y-Achsen-Korrekturvorrichtung zum Korrigieren einer Biegung des länglichen Metallelements 1 in der Y- Richtung. Obwohl nicht dargestellt, wird in der Praxis eine X-Achsen-Korrekturvorrichtung zum Korrigieren einer Biegung des länglichen Metallelements 1 in Richtung der X-Achse, senkrecht zur Richtung der Y-Achse und auch zur Längsachse des länglichen Metallelements 1, d. h. in einer horizontalen Ebene, verwendet. Die X-Achsen-Korrekturvorrichtung soll als Struktur verstanden werden, die mit der Y-Achsen- Korrekturvorrichtung im wesentlichen identisch ist.
Nachstehend wird der Wandverdickungsprozeß beschrieben, der durch die insbesondere in den Fig. 30 und 31 dargestellte Wandverdickungsvorrichtung ausgeführt wird.
Zu Beginn wird das längliche Metallelement 1, das, wie in Fig. 30 dargestellt, die Form eines quadratischen Rohrs hat, in der Wandverdickungsvorrichtung angeordnet, wobei die entgegengesetzten Enden des Metallelements am Reitstock 2 bzw. an der antriebsmäßig mit dem Drücker 3A verbundenen Klemmvorrichtung oder Spannbacke 20 gesichert sind. Während das in der Wandverdickungsvorrichtung derart gehaltene längliche Metallelement 1 durch den Drücker 3A, z. B. einen Hydraulikzylinder, durch die Klemmvorrichtung oder Spannbacke 20 axial nach innen gedrückt wird, werden aufeinanderfolgende Abschnitte des länglichen Metallelements 1 durch die Heizeinheiheit 4 über ihre Länge zu einer Erweichungstemperatur erwärmt, d. h. auf eine Temperatur, bei der die erwärmte Wand des Metallelements 1 plastisch verformt werden kann, wodurch der erwärmte Bereich 5 gebildet wird. Durch weiteres axial nach innen gerichtetes Komprimieren des länglichen Metallelements 1 wird der Abschnitt des länglichen Metallelements, der dann erwärmt ist, plastisch verformt, um schließlich einen verdickten Wandbereich zu bilden, der sich über einen axialen Abstand erstreckt, wenn die Heizeinheit 4 entlang des länglichen Metallelements 1 bewegt wird. Gleichzeitig mit der Bewegung der Heizeinheit 4 wird das Kühlmittel 6 auf den Abschnitt 1c des länglichen Metallelements aufge sprüht, der dem erwärmten Bereich unmittelbar folgt, um den dem erwärmten Bereich unmittelbar folgenden Abschnitt 1c abzukühlen und zu verfestigen. Auf diese Weise wird der verdickte Wandbereich 41a in axialer Richtung auf dem länglichen Metallelement 1 ausgebildet, wenn die Heizeinheit 4 entlang des länglichen Metallelements 1 bewegt wird.
Während des Wandverdickungsprozesses entwickelt sich innerhalb des Querschnitts des erwärmten Bereichs des länglichen Metallelements 1 eine Temperaturänderung aufgrund einer unregelmäßigen Erwärmung und/oder einer unregelmäßigen Kühlung, so daß eine thermische Spannungsdifferenz erzeugt wird, durch die der Abschnitt des länglichen Metallelements 1, der den erwärmten Bereich 5 enthält, sich in Querrichtung bezüglich der Längsachse 0 des länglichen Metallelements 1 biegen kann. Diese Biegung oder Verschiebung ist nicht vermeidbar, obwohl die Führungsrollenpaare 8 diesen verdickten Wandabschnitt 1a des länglichen Metallelements 1 bis zu einer Position begrenzen, wo keine Verschiebung mehr auftreten sollte, teilweise weil der Abstand zwischen den in der Nähe des Reitstocks 2 angeordneten Führungsrollenpaaren 8 und dem erwärmten Bereich 5 im Verlauf des Wandverdickungsprozesses zunimmt, und teilweise weil hinsichtlich des Abstands für die Installation der Klemmrollen 68 keine andere Möglichkeit besteht, als die Klemmrollen 68 an einer Position anzuordnen, die um einen vorgegebenen Abstand, z. B. 15 bis 20 cm, vom erwärmten Bereich 5 beabstandet ist, so daß ein Abschnitt des länglichen Metallelements 1, der zwischen dem Führungsrollenpaar 8 in der Nähe des Reitstocks 2 und dem erwärmten Bereich 5 angeordnet ist, und ein anderer Abschnitt des länglichen Metallelements 1, der zwischen dem erwärmten Bereich 5 und den Klemmrollen 68 angeordnet ist, tendentiell verformt werden.
Unter der Voraussetzung, daß der durch den erwärmten Bereich 5 umfaßte Abschnitt des länglichen Metallelements 1 und seine Umgebung sich nach oben biegen, und daß der dem erwärmten Bereich unmittelbar folgende Abschnitt 1c des länglichen Metallelements 1 sich ebenfalls von einer Position, wo er sich befinden sollte, wie in Fig. 31 dargestellt, um ein Maß ΔY nach oben biegt, so daß seine Längsachse auf der Position O&sub1; liegt, erfassen die Verschiebungssensoren 66a und 66b das Verschiebungsmaß ΔY, und das dieses Verschiebungsmaß ΔY anzeigende Erfassungsausgangssignal wird vom Signalwandler 75 an die Vergleichsarithmetikeinheit 76 ausgegeben. Die Vergleichsarithmetikeinheit 76 überwacht dann ein vom Positionssensor 74 zugeführtes Positionssignal, um das Hydraulik-Servoventil 72 hinsichtlich der Betätigung des Hydraulikzylinders 70 zu steuern, und gibt dann, wenn das Verschiebungsmaß ΔY einen vorgegebenen Toleranzwert überschreitet, ein Antriebssignal an das Hydraulik- Servoventil 72 aus, das erforderlich ist, um die Klemmrollen 68 nach unten zu bewegen. In Antwort auf das Antriebssignal von der Vergleichsarithmetikeinheit 76 wird dem Hydraulikzylinder durch das Hydraulik-Servoventil 72 der Hydraulikdruck zugeführt, um den Hydraulikzylinder so zu bewegen, daß die Klemmrollen 68 um ein Maß nach unten bewegt werden, das erforderlich ist, um das Verschiebungsmaß ΔY zu kompensieren. Dadurch wird der nicht-verdickte Wandbereich 1b des länglichen Metallelements 1 durch die Klemmrollen 68 abgesenkt. Dadurch wird der dem erwärmten Bereich unmittelbar folgende Abschnitt 1c des länglichen Metallelements 1 nach unten verschoben, wobei das Verschiebungsmaß ΔY auf einen Wert innerhalb des vorgegebenen Toleranzbereichs reduziert wird. Wenn die Verschiebung in einer bezüglich der vorstehend beschriebenen Richtung umgekehrten Richtung auftritt, drückt der Hy draulikzylinder 70 das längliche Metallelement 1 nach oben, um das Verschiebungsmaß ΔY auf einen Wert innerhalb des vorgegebenen Toleranzbereichs zu reduzieren. Auf diese Weise wird während des Wandverdickungsprozesses die Verschiebung des dem erwärmten Bereich unmittelbar folgenden Abschnitts 1c des länglichen Metallelements 1 in Richtung der Y-Achse permanent innerhalb des vorgegebenen Toleranzbereichs gehalten, und der Wandverdickungsprozess erfolgt mit einer minimalen Biegung des länglichen Metallelements 1.
Gleichzeitig mit der Korrektur der Biegung des länglichen Metallelements 1 in Richtung der Y-Achse findet eine ähnliche Korrektur der Biegung des länglichen Metallelements 1 in Richtung der X-Achse statt. Durch diese Korrekturen weist das erhaltene wandverdickte längliche Metallelement 1 eine minimale Biegung sowohl in Richtung der X- als auch in Richtung der Y-Achse auf.
In der vorstehenden Beschreibung wurde auf einen Wandverdickungsprozeß Bezug genommen, der nur bezüglich einer Stelle des länglichen Metallelements 1 ausgeführt wird. Der Wandverdickungsprozeß kann jedoch auch bezüglich mehreren Stellen des länglichen Metallelements ausgeführt werden, und auch in diesem Fall wird die Biegungskorrektur erfolgreich ausgeführt. In diesem Fall kann die Größe der Biegung des anfangs gebildeten verdickten Wandbereichs mit derjenigen des anschließend gebildeten verdickten Wandbereichs ausgeglichen werden, so daß durch die vorliegende Erfindung ein hochgradig genaues wandverdicktes längliches Metallelement bereitgestellt werden kann.
Obwohl in der in den Fig. 30 und 31 dargestellten und unter Bezug auf diese Figuren vorstehend beschriebenen Ausführungsform die Anordnung derart ist, daß die Verschiebung des dem erwärmten Abschnitt unmittelbar folgenden Abschnitts 1c des länglichen Metallelements 1 so erfaßt wird, daß die Klemmrollen 68 der Korrektureinrichtung 76 eine Biegung des nicht verdickten Wandbereichs 1b des gleichen länglichen Metallelements 1 korrigieren, muß die Struktur jedoch nicht darauf begrenzt sein, und die Position, bei der die Verschiebung erfaßt wird, und die Position, bei der die Klemmrollen 68 wirken, können gegebenenfalls verändert werden. Beispielsweise kann bezüglich der Position, an der die Verschiebung erfaßt wird, wie in Fig. 32(A) dargestellt, die Verschiebung des nicht verdickten Wandbereichs 1b des länglichen Metallelements 1 in der Nähe des erwärmten Bereichs 5 durch den Verschiebungssensor 66a erfaßt werden. In diesem Fall müssen, weil der nicht-verdickte Wandbereich 1b relativ genau zugeschnitten ist, nicht immer die beiden Verschiebungssensoren 66a und 66b verwendet werden, sondern die Verwendung eines dieser Sensoren ist ausreichend.
Bezüglich der Position, an der die Klemmrollen 68 wirken, können, wie in Fig. 32(B) dargestellt, die Klemmrollen 68 so angeordnet sein, daß sie nur auf den verdickten Wandbereich 1a wirken. In diesem Fall müssen, weil der Abstand zwischen gegenüberliegenden Oberflächen des verdickten Wandbereichs 1a mit der Wanddicke variiert, die Klemmrollen 68 in einem relativ großen Abstand voneinander angeordnet sein. Außerdem können, wie in Fig. 32(C) dargestellt, im Beispiel, in dem die Klemmrollen 68 an jeweiligen Seiten des verdickten Wandbereichs 1a angeordnet sind, Zusatzführungsrollen 77 in der Nähe des erwärmten Bereichs 5 angeordnet sein, die sich zusammen mit der Heizeinheit 4 bewegen, um den nichtverdickten Wandbereich 1b zu einer vorgegebenen Position zu steuern. Durch diese Konstruktion treten im erwärmten Bereich 5 und in seiner Umgebung kaum Verschiebungen auf, und die Klemmrollen 68 sind, wenn Verschiebungen auftreten, dazu geeignet, die Verschiebungen zu korrigieren, so daß ein Wandverdickungsprozeß mit minimaler Biegung ermöglicht wird.
Außerdem wurde in der in den Fig. 30 und 31 dargestellten und unter Bezug auf diese Figuren vorstehend beschriebenen Ausführungsform dargestellt, daß die Korrektureinrichtung 67 zum Ausüben einer Kraft auf das längliche Metallelement, um dessen Biegung zu korrigieren, sich zusammen mit der Heizeinheit 4 entlang des länglichen Metallelements 1 bewegt. Die Korrektureinrichtung 67 muß nicht immer für eine Bewegung gehalten werden, sondern kann an einer vorgegebenen Stelle ortsfest angeordnet sein. Außerdem kann die Anordnung derart sein, daß beispielsweise die die Führungsrollenpaare 8 bildenden Führungsrollen für eine Bewegung durch eine geeignete Antriebseinrichtung senkrecht zur Längsachse O des länglichen Metallelements 1 gehalten werden, und sie können gleichzeitig als Klemmrollen der Korrektureinrichtung 67 verwendet werden.
Während in der in den Fig. 30 und 31 gezeigten Ausführungsform dargestellt wurde, daß jede der Klemmrollen 68 in der Biegungskorrektureinrichtung 67 eine zylindrische Form aufweist, können sie in Abhängigkeit von der Form des länglichen Metallelements 1 eine beliebige andere geeignete Form aufweisen. Wenn beispielsweise das längliche Metallelement 1 ein rundes Rohr ist, kann die Umfangsfläche jeder der Klemmrollen 68 konkav sein und der Krümmung des rundes Rohrs folgen. Wenn das längliche Metallelement 1 ein I-förmiges oder U-Element ist, kann jede der Klemmrollen 68 eine ringförmige Nut bzw. einen Vorsprung auf ihrer Außenfläche aufweisen.
In der in den Fig. 30 und, 31 gezeigten Ausführungsform wurde dargestellt, daß der verdickte Wandbereich 1a des länglichen Metallelements an der hinteren Seite des erwärmten Bereichs 5 unbeweglich gehalten wird, während der nichtverdickte Wandbereich 1b des gleichen länglichen Metallelements 1 an der vorderen Seite des erwärmten Bereichs 5 und die Heizeinheit 4 sich vertikal zur Längsachse O bewegen. Es kann jedoch auch umgekehrt vorgegangen werden, d. h., während der nicht-verdickte Wandbereich 1b unbeweglich gehalten wird, können die Heizeinheit 4 und der der Heizeinheit 4 folgende verdickte Wandbereich 1a beweglich sein. Wiederum kann die Anordnung derart sein, daß, während die Heizeinheit 4 ortsfest gehalten wird, das längliche Metallelement 1 mit dem verdickten Wandbereich 1a und dem nicht verdickten Wandbereich 1b für eine Bewegung gehalten wird.
Obwohl in der in den Fig. 30 und 31 gezeigten Ausführungform dargestellt wurde, daß die Biegungskorrektureinrichtung 67 senkrecht zur Längsachse des länglichen Metallelements 1 eine Last auf das längliche Metallelement ausübt, um die Biegung zu korrigieren, kann die Biegungskorrektur auch durch Ausüben eines Biegemoments M auf das längliche Metallelement 1 korrigiert werden. Fig. 33 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der ein Biegemoment auf das längliche Metallelement 1 ausgeübt wird.
Gemäß Fig. 33 ist der Reitstock 2A zum Halten eines Endes des länglichen Metallelements 1 auf einer Drehwelle 78 für eine Bewegung damit angeordnet, und die Drehwelle 78 ist mit einer Antriebseinheit 79 antriebsmäßig verbunden, so daß ein Biegemoment M auf das längliche Metallelement 1 ausgeübt werden kann. Bei dieser Ausführungsform bilden der Reitstock 2A und die Antriebseinheit 79 die Biegungskorrektureinrichtung 67, die durch die Steuereinheit 71 in Antwort auf Ausgangssignale von den Verschiebungssensoren 66a und 66b gesteuert werden kann, die zum Erfassen der in der Nähe des erwärmten Bereichs 5 auftretenden Verschiebung verwendet werden. Daher wird, wenn der erwärmte Bereich 5 des länglichen Metallelements 1 und seine Umgebung durch die Wirkung des thermischen Spannungsunterschieds verschoben werden, der Reitstock 2A ein Biegemoment M auf das längliche Metallele ment 1 auf, so daß der sich dann biegende Abschnitt des länglichen Metallelements 1 winkelmäßig in eine der Richtung, in die die Biegung auftritt, entgegengesetzte Richtung bewegt wird. Auf diese Weise kann die Verschiebung des erwärmten Bereichs des länglichen Metallelements 1 und seiner Umgebung vorteilhaft minimiert werden, so daß der Wandverdickungsprozeß bei minimaler Biegung des länglichen Metallelements 1 fortgeführt werden kann.
Die Position, an der das Biegemoment M auf das längliche Metallelement 1 ausgeübt wird, muß nicht immer auf das Ende des mit dem Reitstock 2A in Kontakt gehaltenen länglichen Metallelements 1 begrenzt sein, sondern kann das andere Ende des länglichen Metallelements 1 in der Nähe des Drückers 3A sein. Außerdem können, wie in Fig. 34 dargestellt, die Biegungskorrektureinrichtung 67, die die Klemmrollen 68, den beweglichen Rahmen 69, den Hydraulikzylinder 70 und andere Einrichtungen aufweist, an einer Seite des Führungsrollenpaars 8 gegenüberliegend dem erwärmten Bereich 5 angeordnet sein, so daß das Biegemoment M auf das längliche Metallelement 1 ausgeübt wird, indem veranlaßt wird, daß die Klemmrollen 68 eine Kraft auf das längliche Metallelement 1 ausüben, die senkrecht zur Längsachse 0 des länglichen Metallelements 1 sowie in eine Richtung wirkt, die der Richtung entgegengesetzt ist, in die der erwärmte Bereich 5 des länglichen Metallelements 1 und seine Umgebung verschoben worden sind, so daß die Verschiebung des erwärmten Bereichs 5 des länglichen Metallelements 1 und seiner Umgebung minimiert wird.
Das durch das erfindungsgemäße Wandverdickungsverfahren unter Verwendung der Wandverdickungsvorrichtung mit der in der Fig. 30 bis 34 dargestellten und untere Bezug auf diese Figuren beschriebenen Struktur hergestellte längliche Metallelement kann bei der Anwendung des in jeder der Fig. 7 bis 12, 16 bis 19 und 24 bis 27 dargestellten Verbindungsverfahren und des in jeder der Fig. 20 und 21 dargestellten End-End-Verbindungsverfahrens verwendet werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung vollständig in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben wurde, die nur zur Darstellung dienen, ist für Fachleute ersichtlich, daß innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung zahlreiche Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können. Beispielsweise kann ein für eine Verbindung mit der Säule 41 geeignetes Ende des Trägers 42 zur Verstärkung eine verdickte Wand aufweisen.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines länglichen Metallelements (1) mit mindestens einem in einem Abschnitt davon definierten verdickten Wandbereich (5), wobei das Verfahren die Schritte aufweist:

Erwärmen des Abschnitts des Metallelements auf eine für einen Stauchungsvorgang geeignete Temperatur, um einen erwärmten Bereich am Metallelement zu bilden;

Bewegen der Position des erwärmten Bereichs (5) entlang des Metallelements und axiales Komprimieren des Metallelements, um zu ermöglichen, daß der erwärmte Bereich durch Stauchung verdickt wird;

sukzessives Abkühlen eines hinteren Abschnitts (1a) des erwärmten Bereichs des Metallelements, um den Bereich zu verfestigen, so daß er im verdickten Zustand erstarrt, wodurch die Wandverdickung abgeschlossen wird;

wobei das Verhältnis (V/W) der Kompressionsgeschwindigkeit V, mit der der erwärmte Bereich (5) des länglichen Metallelements (1) axial komprimiert wird, zu einer relativen Bewegungsgeschwindigkeit W der Position des erwärmten Bereichs bezüglich der verdickten Seite des Metallelements in der Anfangsphase des Wandverdickungsprozesses graduell auf einen Sollwert zunimmt, so daß das Wandverdickungsverhältnis entlang des Metallelements auf einen Sollwert zunimmt; und der anschließend im Gleichgewichtszustand des Wandverdic kungsprozesses erfolgende Stauchungsvorgang mit einem V/W-Sollwert gleichmäßig ausgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis V/W in einer Endphase des Wandverdickungsprozesses graduell abnimmt, so daß das Wandverdickungsverhältnis entlang des Metallelements (1) graduell abnimmt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine dem Heizbereich (5) zugeführte effektive Wärmezufuhrmenge Q pro Zeiteinheit und die relative Bewegungsgeschwindigkeit S der Position des erwärmten Bereichs bezüglich der nicht verdickten Seite des Metallelements (1) so eingestellt werden, daß das Verhältnis Q/S konstant bleibt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die dem Heizbereich (5) zugeführte effektive Wärmezufuhrmenge Q pro Zeiteinheit und die relative Bewegungsgeschwindigkeit S der Position des erwärmten Bereichs bezüglich der nicht-verdickten Seite des Metallelements (1) so eingestellt werden, daß das Verhältnis Q/S konstant bleibt, und wobei außerdem eine Temperatur des erwärmten Bereichs des Metallelements gemessen wird und die Wärmezufuhrmenge Q so gesteuert wird, daß die Temperatur zu einem Sollwert konvergiert.

5. Verfahren zum Verbinden einer Säule (41) und eines Trägers (42) miteinander, mit den Schritten:

Vorbereiten einer Säule mit mindestens einem in einem axialen Abschnitt der Säule definierten Verdickten Wandbereich (41) durch das Verfahren nach Anspruch 1; und

Verbinden eines Endes eines Tragwerkträgers mit dem verdickten Wandbereich der Säule.

6. Verbindungsverfahren nach Anspruch 5, wobei der Verbindungsschritt unter Verwendung von Bolzen (45) ausgeführt wird.

7. Verbindungsverfahren nach Anspruch 5, wobei der Verbindungsschritt unter Verwendung eines Schweißverfahrens ausgeführt wird.

8. Verbindungsverfahren nach Anspruch 6, wobei jeder der Bolzen (45) ein einseitiger Bolzen ist.

9. Verbindungsverfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die Säule (41) aus einem Rohr mit einem axialen Hohlraum besteht, und wobei außerdem Betonmaterial (51) in den Hohlraum des Rohrs eingefüllt wird.

10. Verbindungsverfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei der Träger (42) ein H-Formbauteil ist und der verdickte Wandbereich (41a) an zwei Positionen in der Säule (41) definiert ist, wobei die Positionen um einen Abstand beabstandet sind, der einem Abstand zwischen einem oberen und einem unteren Flansch (42a) des H- Formbauteils entspricht.

11. Verfahren zum Verbinden mindestens zweier Rohre (41), die jeweils aus einem länglichen Metallelement (1) bestehen, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:

Vorbereiten mindestens zweier Rohre durch das Verfahren nach Anspruch 1, deren verdickter Wandbereich (41a) an einem Ende davon angeordnet ist, wobei der verdickte Wandbereich mehrere darin definierte Bolzenöffnungen (46) aufweist;

Ausrichten des Endes eines der Rohre (42) mit dem Ende des anderen Rohrs (42), wobei der verdickte Wandbereich (41a) am Ende eines der Rohre mit demjenigen am Ende des anderen Rohrs in einer End-End-Verbindung in Kontakt gehalten wird;

Befestigen mindestens eines Verbindungselements (13) mit den Rohren so, daß es die jeweiligen verdickten Wandbereiche überspannt; und

Durchführen von Bolzen (45) durch die Bolzenöffnungen (46) in den verdickten Wandbereichen und durch das Verbindungselement, um das Verbindungselement zu befestigen und dadurch die Rohre in einer End-End- Verbindung miteinander zu verbinden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei jeder der Bolzen (45) ein einseitiger Bolzen ist.