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(Technisches Gebiet)
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Stahlbohlen, die im Bau-
und Gebäudebauwesen
benutzt werden, sowie ein Verfahren zur deren Herstellung, das eine
Warmwalzstufe beinhaltet. Vor allem betrifft die Erfindung Stahlbohlen
, bei welchen die Verbindungen auf der rechten und linken Seite
asymmetrisch sind (solche Stahlbohlen werden von hier ab als asymmetrische
Stahlbohlen bezeichnet), sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf Eckstahlbohlen, welche
zum Herstellen der Ecken der Stahlbohlenwand benutzt werden, sowie
ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
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(Technischer Hintergrund)
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Unter
den vielen Ausführungen
von Stahlbohlen, welche momentan benützt werden, sind U-förmige Stahlbohlen
, welche einen trapezförmigen
Querschnitt aufweisen, die beliebtesten. Die folgende Beschreibung
wird im Hinblick auf U-förmige
Stahlbohlen gemacht, auch wenn die vorliegende Erfindung nicht auf
diese Art von Bohlen beschränkt
ist.
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Wenn
konventionelle U-förmige
Stahlbohlen zur Bildung einer Wand benützt werden, dann tritt dort das
Problem auf, dass Bohlen abwechselnd umgedreht werden müssen, was
die Wandherstellung zeitraubend macht. Ein weiteres Problem ist,
dass sie nicht zur Konstruktion in Stadtgebieten tauglich sind,
wo es nötig
ist, eine Wand nahe des angrenzenden Grundstücks zu erbauen, um das Grundstücks effizient
zu nützen,
da die ent stehende Wand eine Breite hat, die größer als die Breite einer Wand
ist, die mit H-Stahl kleiner Breite gebaut wird.
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Um
diese Probleme zu lösen,
schlägt
der Anmelder in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr.
5-140928 (1993), eine U-förmige
Stahlbohle vor, welche an den gegenüberliegenden Enden neuartige
asymmetrische Verbindungen hat.
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1 ist eine schematische
Querschnittsansicht auf eine asymmetrischen U-förmigen Stahlbohle, aus dieser
japanischen Patentanmeldung. Wie man aus dieser Figur erkennen kann,
hat die Stahlbohle 1 Flanschabschnitte 2, einen
Stegabschnitt 3 und asymmetrische Verbindungen 4,5 an
den gegenüberliegenden
Enden, welche unterschiedliche Formen aufweisen.
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2a illustriert schematisch
eine Wand, welche zum Beispiel als Stützmauer dient, welche durch Verbinden
solcher asymmetrischen Stahlbohlen 1 nahe des benachbarten
Grundstücks
oder Gebiet (A.L.) errichtet worden ist. Verglichen mit der Wand,
die in 2b gezeigt ist,
welche mit herkömmlichen
symmetrische Stahlbohlen 6 gebildet wurde, erreichen die
asymmetrischen Stahlbohlen eine bessere Effizienz bei der Platznutzung,
da der benötigte
Arbeitsbereich (W.A.), der durch eine gestrichelte Linie in 2a gezeigt ist, kleiner ist
als der in 2b. Der Arbeitsbereich
(W.A.) gibt den minimalen Arbeitsbereich an, der gebraucht wird,
um an einer Baustelle einen Einbau von Stahlbohlen mittels eines
Bohlenhammers durchzuführen.
Es sollte auch beachtet werden, dass die Breite (D1)
der Wand, welche aus asymmetrischen Stahlbohlen 1 besteht,
die in 2a gezeigt ist,
viel kleiner als die (D2) der Wand ist,
die mit herkömmlichen
Stahlbohlen 6 gebildet wurde, die in 2b gezeigt ist.
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Die
oben beschriebene asymmetrische U-förmige Stahlbohle macht es möglich, sie
hintereinander zu errichten, um eine Wand zu bilden, da sie in einer
Reihe in der gleichen Richtung angeordnet sind. Die entstandene
Wand weist eine Querschnittssteifheit auf, die mit der einer Wand
aus herkömmlichen
symmetrischen U-förmigen
Stahlbohlen vergleichbar oder höher
ist. Jedoch entstehen dort unvermeidliche Aufwölbungen 5a an den
Verbindungsabschnitten zwischen den verbundenen Stahlbohlen 1 dieses
Typs, wie in 2a gezeigt.
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FR-A-664775
offenbart eine asymmetrische Stahlbohle, welche zwei Verbindungen
aufweist, wobei die eine nach außen und die andere nach innen
zeigt. Damit es möglich
ist, die Bohlen zu verbinden, werden die Verbindungen an dem Hauptelement
mit kurzen Armabschnitten befestigt.
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Wenn
eine Ecke in einer Stützwand
durch die Verwendung von herkömmlichen
symmetrischen U-förmigen
Stahlbohlen gebildet werden soll, muss eine spezielle Stahlbohle,
welche eine andere Form aufweist, benützt werden, um die Richtung
der U-förmigen Stahlbohlenwand
zu ändern.
Eine derartige Stahlbohle zur Bildung einer Ecke wird als Ecken(stahl)bohle
bezeichnet.
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Verschiedene
Formen von Eckenstahlbohlen zur Verwendung mit herkömmlichen
U-förmigen
Stahlbohlen werden offenbart zum Bespiel in den japanischen Patentveröffentlichungen
Nr. 64-8139(1989), 2-60807(1990)
und 6-9682(1994). Verfahren zur Herstellung von Eckenstahlbohlen
werden in den japanischen Patentveröffentlichungen Nr. 64-10281(1989)
und 6-9682(1994) offenbart.
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Wenn
asymmetrische Stahlbohlen, wie oben beschrieben, benützt werden,
um einen Wand zu bilden, die eine Ecke aufweist, ist es auch nötig, eine
Eckenstahlbohle zu benützen,
die sich einer solchen asymmetrischen Stahlbohle in der Ecke anpasst.
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3a und 4a zeigen Beispiele von Eckenstahlbohlen,
welche zusammen mit herkömmlichen
U-förmigen
Stahlbohlen benützt
werden können.
Die Eckenbohle, die in 3a gezeigt
ist (welche als T-förmig
bezeichnet wird), besteht aus einer U-förmigen Stahlbohle 7 und
einem halben Abschnitt einer Bohle von der gleichen U-Form, welche
vertikal an ihrem Stegabschnitt geschnitten ist und mit der ersten
ganzen Bohle an der Schnittkante mit der angrenzenden Rückseite 8 des
Stegabschnittes der ersten Bohle verschweißt ist. Die Eckbohle, die in 4a gezeigt ist(welche als
W-förmig
bezeichnet wird), umfasst eine U-förmige Bohle 7, welche entlang
der vertikalen Mittellinie ihres Stegabschnittes 9 gebogen
ist und welche durch Auftragsschweißen (Überlappen) auf der Innenseite
der Biegung verstärkt
werden kann. 3b und 4b zeigen schematisch die Weise
des Verbindens der Eckenbohlen von 3a und
bzw. 4a mit U-förmigen Bohlen
zur Bildung einer Ecke.
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Jedoch
ist eine T-förmige
Eckenbohle ungefähr
1,5 mal schwerer als eine herkömmliche
U-förmige Bohle,
und es ist schwierig, sie mit dem Spannfutter eines Vibrationsbohlenhammers
zu halten, welcher normalerweise für Stahlbohlen benützt wird.
Sie ist auch für
das Lagern und den Transport unpraktisch, da ihre Form das Stapeln
unmöglich
macht. Eine W-förmige
Eckenbohle weist einen sehr kleinen Querschnittsmodul auf, auch
wenn das oben beschriebene Auftragsschweißen angebracht wird, wobei
der Querschnittsmodul nicht ausreichend ist, um sicherzustellen,
dass die entstehende Eckenwand als Stützwand sicher ist. Wie bei einer
T-förmigen
Eckenbohle kann das Erfassen einer W-förmigen Eckenbohle mit dem Spannfutter
eines Vibrationsbohlenhammers schwierig sein.
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Normalerweise
wird eine asymmetrische U-förmige
Stahlbohle durch Schweißen
hergestellt, aber ein Warmwalzverfahren kann auch zum Herstellen
benützt
werden. Im Falle des Warmwalzverfahrens wird eine herkömmliche
Methode zur Herstellung von symmetrischen U-förmigen Bohlen wiederholt, außer dass
jede der Verbindungen einer asymmetrischen U-förmigen Stahlbohle nach und
nach mit einer Vielzahl von Durchläufen oder Kalibern unter Verwendung
einer Vielzahl gerillter Walzen gebildet wird. Die Verfahren zur
Bildung der Bohle finden deshalb in einer beidseitigen symmetrischen
Weise statt, und die Rillen für
ihre Herstellung sind beidseitig symmetrisch vorgesehen. Dies ist
auch der Fall bei gebogenen Verbindungsabschnitten. Deshalb werden
in der Endphase des Walzens die Verbindungen gleichzeitig beidseitig,
mit Durchläufen
durch Walzen, welche beidseitig symmetrische Rillen aufweisen, gebogen.
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5a und 5b stellen gerillte Walzen (K-2) vor
der Endbearbeitung bzw. gerillte Walzen (K-1) vor der Endbearbeitung
dar, wobei jede eine obere Walze (U.R.) und eine untere Walze (L.R.)
aufweist, und welche für
das Warmwalzen des herkömmlichen
Typs einer beidseitig symmetrischen U-förmigen Stahlbohle benützt werden.
Wie in diesen Zeichnungen gezeigt, weist ein Walzmaterial, d.h.
eine U-förmige
Stahlbohle 11, beidseitige Flanschabschnitte 10,
einen Stegabschnitt 12 und beidseitige Verbindungen 14 auf.
In der Stufe der 5 wird
das Walzmaterial hinsichtlich der Dicke und der Höhe der Verbindungen
durch Warmwalzen geformt, und in der Stufe der 5b werden die Verbindungen durch die
gerillten Walzen (K-1) in die endgültige Form gebogen.
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6 zeigt das Verfahren des
Biegens der Verbindungen durch die gerillten Walzen (K-1) im Detail. Das
Verfahren kann in die folgenden vier Stufen eingeteilt werden. Nur
ein breitseitiges Ende des Walzmaterials, d.h. eine U-förmige Stahlbohle 11 mit
ihrem Flanschabschnitt 10, Stegabschnitt 12 und
Verbindung 14 ist in 6 gezeigt.
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In 6 zeigt Stufe (I') die U-förmige Stahlbohle
kurz nach dem Verlassen der gerillten Walzen (K-2), und in Stufe
(I) wird die U-förmige
Stahlbohle 11 der Vorverformung ausgesetzt, durch den Kontakt
des Walzmaterial mit einer Walzen an ihrem vorderem Ende, welches
zu einer Abnahme der Breite der Stahlbohle führt.
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In
Stufe (II) berührt
ein Rand 20 der oberen Walze 18a die äußere Fläche einer
Verbindung 14, was zu einer Verringerung der Breite führt, und
das Biegen beginnt.
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In
Stufe (III) berührt
die untere Walze 22 die Verbindung, und in Stufe (IV) beenden
die oberen und unteren Walzen 18, 22 das Biegen
der Verbindung 14. Stufe (IV') zeigt eine vollendete Bohle nach dem
Verlassen der Walzen (K-1).
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Wenn
ein Walzmaterial und ein gewalztes Produkt eine beidseitig symmetrische
Form aufweisen, dann verläuft
das Verfahren des Biegens auch in einer beidseitigen symmetrischen
Weise wie in 5 und 6 gezeigt, wobei die Position
des Walzmaterials beidseitig asymmetrisch und die gleiche wie vor
und nach dem Erfassen der Walzen ist.
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Wenn
im Gegensatz dazu das Walzmaterial oder Walzprodukt beidseitig asymmetrisch
ist, und insbesondere wenn es beidseitige asymmetrische Verbindungen
aufweist, tritt eine beidseitig symmetrische Deformation durch Biegen
in einem Querschnitt senkrecht zu der Walzrichtung nicht auf. Die
Position des Walzmaterials ist beidseitig asymmetrisch und ist vor
und nach dem Ergreifen durch die Walzen verschieden, was eine Schwankung
der Walzposition und ein unvollständiges Biegen der Verbindungen
verursacht.
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(Offenbarung der Erfindung)
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine asymmetrische Stahlbohle
mit Verbindungen zu versehen, welche eine beidseitige asymmetrische
Form im Querschnitt aufweisen, welche benützt werden kann, um durch das
Einsetzen der Bohlen in einer Reihe in den Boden eine Wand zu bilden,
wobei keine Aufwölbungen an
den Verbindungen von der Wand weg zwischen miteinander verbundenen
Bohlen auftreten.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur
Herstellung asymmetrischer Stahlbohlen mit Verbindungen, welche
eine beidseitig asymmetrische Querschnittsform aufweisen, durch Warmwalzen
bereitzustellen, bei dem das Biegen der Verbindungen ohne Schwankungen
in der Walzenbiegeposition und unvollständiges Biegen der Verbindungen
ausgeführt
wird.
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Noch
ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Eckenstahlbohle
und ein Verfahren zu ihrer Herstellung beizustellen, wobei die Eckenstahlbohle
besonders zum Verbinden von U-förmigen
Stahlbohlen geeignet ist, welche asymmetrische Verbindungen aufweisen,
und welche von dem Spannfutter eines Bohlenhammers ergriffen werden
kann, sowie während
der Lagerung und dem Transport gestapelt werden kann.
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Die
Erfinder stellten fest, dass es möglich ist, gegenüberliegende
Verbindungen von Stahlbohlen entlang einer Linie, welche sich über die
Flacharmabschnitte erstreckt, zu verbinden, wenn eine beidseitige
asymmetrische Verbindung abwärts
und eine andere aufwärts
angeordnet ist, und dass die daraus resultierende Stahlbohlenwand
keine Aufwölbungen
aufweist, die von ihrer innersten Fläche wegstehen.
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Wenn
eine asymmetrische Stahlbohle durch Warmwalzen hergestellt wird,
dann tritt kein Problem während
des gleichzeiti gen Walzens der Verbindungen auf, bis das Biegen
stattfindet, selbst wenn die Form der Verbindungen beidseitig asymmetrisch
ist. Wenn jedoch das Biegen für
die beidseitigen Verbindungen gleichzeitig unter Verwendung gerillter
Walzen in der Endstufe des Biegens durchgeführt wird, ist, da die Verbindungen
beidseitig asymmetrisch sind, eine Schwankung in der Walzposition
und unvollständiges
Biegen unvermeidlich, was zu einer Ausstoßverringerung führt.
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Wie
vorher erwähnt,
ist es möglich,
solche Probleme zu lösen,
die sich auf die Walzposition beziehen, indem nach und nach das
Biegen von beidseitigen asymmetrischen Verbindungen, durch mehrstufiges
Formen nach und nach ausgeführt
wird. Dennoch ist es weniger ökonomisch
und unpraktisch, das Walzen nach und nach mit einer Vielzahl von
Kalibern oder Durchgängen
auszuführen.
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Die
Erfinder erkannten, dass selbst für solche Stahlbohlen, welche
asymmetrische Verbindungen aufweisen, es von Vorteil wäre, wenn
die beidseitigen Verbindungen durch einen einzigen Durchgang oder
Kaliber gebogen werden könnten,
indem verschieden gerillte Walzen verwendet werden. Darum wurde
die vorliegende Erfindung auf Grund der Erkenntnis fertig gestellt,
dass die vorher erwähnten
Probleme effektiv gelöst
werden können,
wenn statt dem Biegen von beidseitigen Verbindungen gleichzeitig
mit einem einzigen Kaliber oder Durchgang das Biegen für jede der
beidseitigen Verbindungen einzeln ausführt wird.
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Die
Erfinder entwarfen auch viele Eckenstahlbohlen zum Verbinden der
oben erwähnten
asymmetrischen Bohlen und führten
einen Testeinbau dazu durch. Die Erfinder stellten die vorliegende
Erfindung fertig, basierend auf den Erkenntnissen, dass es möglich ist,
die Richtung einer Stahlbohlenwand um 90° zu ändern, indem einfach nur eine
der beiden Verbindungen nach innen gebogen wird, ohne dass spezifische
Eckbohlen, wie Bohlen des T-Typs, benutzt werden.
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Durch
die vorliegende Erfindung wird eine asymmetrischen Stahlbohle bereitgestellt,
wie sie in dem beigefügten
Anspruch 1 definiert ist, ferner ein Verfahren zur Herstellung der
besagten Bohle.
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(Kurzbeschreibung der
Zeichnungen)
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1 ist eine schematische
Querschnittsansicht einer asymmetrischen U-förmigen Stahlbohle nach dem
Stand der Technik.
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2a ist eine schematische
Darstellung, wie eine asymmetrische U-förmige Stahlbohle nach dem Stand
der Technik benutzt wird, und 2b,
zeigt wie eine symmetrische Uförmige
Stahlbohle nach dem Stand der Technik benutzt wird.
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3a ist eine schematische
Darstellung einer herkömmlichen
Eckenstahlbohle , und 3b zeigt, wie
sie benutzt wird.
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4a ist eine schematische
Zeichnung einer weiteren herkömmlichen
Eckenstahlbohle , und 4b zeigt,
wie sie benutzt wird.
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5a ist eine schematische
Zeichnung gerillter Walzen (K-2), welche vor der Fertigbearbeitung
bei der Herstellung von U-förmigen
Stahlbohlen benutzt werden, und 5b ist
eine schematische Zeichnung gerillter Walzen zur Fertigbearbeitung
(K-1).
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6 ist eine schematische
Zeichnung der Methode zum Verbindungsbiegen, welche die gerillten Walzen
(K-1) benützt.
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7 ist eine schematische
Querschnittsansicht von asymmetrischen U-förmigen Stahlbohlen nach der
vorliegenden Erfindung.
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8 ist eine Draufsicht auf
eine Verbindungsstelle von Verbindungen nach der in 7 gezeigten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung.
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9 ist eine Draufsicht, welche
einen flachen Teil zeigt, der durch ein Spannfutter während der
Konstruktion einer Bohlenwand erfasst wird.
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10a ist eine schematische
Zeichnung gerillter Walzen (K-3'),
welche vor der Fertigbearbeitung bei der Herstellung einer beidseitig
asymmetrischen U-förmigen
Stahlbohle benutzt werden, und 10b bzw. 10c sind schematische Zeichnungen
gerillter Walzen (K-2' und
K-1').
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11 ist ein schematische
Querschnittsansicht einer Eckenstahlbohle der vorliegenden Erfindung.
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12 ist ein schematischer
Querschnittsansicht einer weiteren Eckenbohle.
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13a ist eine Zeichnung eines
Ausführungsbeispiels
einer Eckenbohle der vorliegenden Erfindung, und 13b ist eine vergrößerter Ausschnittansicht davon.
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14 ist eine Darstellung,
welche ein Beispiel zur Herstellung einer Eckenbohle der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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15 ist eine Darstellung,
welche ein weiteres Beispiel zur Herstellung einer Eckenbohle der
vorliegenden Erfindung zeigt.
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16a und 16b zeigen, wie die Eckenbohlen der vorliegenden
Erfindung gestapelt werden, wobei 16a den
Fall der Eckenbohlen zeigt, welche einwärts zeigende Verbindungen aufweisen,
welche nach innen gebogen sind, und 16b den
Fall der Eckenbohlen zeigt, welche auswärts zeigende Verbindungen aufweisen,
welche nach innen gebogen sind.
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17a–17f sind
schematische Zeichnungen der Ergebnisse einer Simulation von Verformungen
eines Walzmaterials innerhalb der gerillten Walzen (K-2') mittels der zweidimensionalen
Finite-Elemente-Methode.
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18 ist eine vergrößerte Darstellung,
welche jedes der Elemente einer Verbindung zeigt.
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19 ist eine Darstellung,
welche ein Ausführungsbeispiel
zeigt, welche asymmetrische Bohlen und Eckenbohlen aufweist, beide
entsprechend der vorliegenden Erfindung.
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(Beste Ausführungsform
zur Durchführung
der Erfindung)
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An
Hand der beigefügten
Zeichnungen werden die asymmetrische Stahlbohle der vorliegenden
Erfindung und eine Methode zu ihrer Herstellung beschrieben, und
die Eckenbohle der vorliegenden Erfindung und eine Methode zu ihrer
Herstellung werden ebenfalls beschrieben.
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7 ist ein Überblick,
welcher ein Beispiel einer U-förmigen
Stahlbohle 30 von der asymmetrischen Art entsprechend der
vorliegenden Erfindung zeigt, 8 zeigt
die Verbindung davon, und 9 zeigt
eine Bohlenwand 40, welche durch das Einschlagen einer
Reihe asymmetrischer U-förmiger
Bohlen in den Untergrund gebaut wird.
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Wie
in 7 gezeigt, weist
die asymmetrische U-förmige
Stahlbohle 30 ein Hauptelement auf, welches eine U-Form
aufweist, und das Hauptelement umfasst einen Stegabschnitt 32 und
einen Flanschabschnitt 34, die den Bohlenkörper bilden.
Beidseitige Verbindungen oder Verbindungsstellen 36, 38 sind
in einer asymmetrischen Weise angebracht, z.B. ist die Verbindung 36 nach
innen und Verbindung 38 nach außen gefertigt, sodass, während die
konvexen Abschnitte, d,h., die U-förmigen Seiten auf der gleichen
Seite angebracht sind, die Verbindungen entlang einer Linie verbunden
werden können,
welche sich von der Linie, welche den gegenüberliegenden Armabschnitt 37 verbindet,
erstreckt, d.h. sie können
mit der Bohlenwand kombiniert werden.
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Und
zwar sind Armabschnitte 37 vorgesehen, die sich parallel
zu der Fluchtlinie erstrecken die in 7 durch
eine 3-Punkt-Linie
dargestellt ist), und der Verbindungsabschnitt, wo die Verbindungen 36, 36 vereint
sind, ist zusammen mit dem Armabschnitt 37 entlang der
gleichen Linie wie die innerste Kante 35 der Bohlenwand 40 positioniert
(gezeigt durch eine 1-Punkt-Linie in 7).
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Bei
dieser Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt die eine Verbindung 38 nach
außen
und die andere Verbindung zeigt nach innen in Bezug auf die innerste
Kante, welche der vorderen Kante des Aushubs entspricht. Die Verbindungen
können
in einer solchen Art mit einander verbunden werden, wie in 8 gezeigt, dass kein Hervorragen
von der Innenseite der Wandfläche
der Stahlbohlenwand 40 vorhanden ist. Es ist zu bemerken,
dass die nach außen
stehenden Verbindungen 38 einen Rillenabschnitt 39 umfassen
, um das Drehen der Verbindungen zu verhindern.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es möglich,
wenn die asymmetrische U-förmige
Bohle 30 in den Untergrund durch eine hydraulische Presse
oder einen Vibrationsbohlenhammer versenkt wird, den Armabschnitt 37 mit
einem Spannfutter zu greifen, wie in 9 gezeigt.
Da der Armabschnitt 37 parallel zu der Flucht- oder Ausrichtlinie
positioniert ist und auf der gleichen Linie liegt wie die Linie,
auf welcher die Verbindungen positioniert sind, d.h., die Verbindungsachse
(gezeigt durch eine 2-Punkte-Linie in 7)
und der Verbindungsabschnitt, welcher des Zentrum der Drehung wäre, wenn
die Bohle während
des Hämmerns
in den Boden rotieren würde,
sich auf demselben Niveau wie der Armabschnitt 37 befinden,
ist es möglich,
die Stahlbohle 30 am Rotieren zu hindern, wenn Schlagkräfte auf
das Spannfutter 44 ausgeübt werden.
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Wenn
außerdem
ein Hindernis, ein wie Konglomerat im Erdboden angetroffen wird,
wie in 9 gezeigt, weist
eine asymmetrische U-förmige
Stahlbohle 30 der vorliegenden Erfindung einen Armabschnitt 37 auf,
welcher einen Widerstand (wie durch die schwarzen Pfeile in 9 gezeigt) gegen eine Kraft
(wie durch einen weißen
Pfeil in 9 gezeigt),
welche die Bohle zu drehen versucht, ausübt, kann das Verdrehen des U-förmigen Bohlen
im Untergrund verhindert werden.
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In 10a bis 10c werden einige Beispiele der gerillten
Walzen zur Herstellung einer beidseitig asymmetrischen U-förmigen Bohle der vorliegenden
Erfindung gezeigt, d.h., gerillte Walzen (K-3'), welche vor dem Endbiegen benutzt
werden, und gerillte Walzen (K-2' und
K-1') zum Verbindungsbiegen.
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Ein
Verfahren für
Warmbiegen der Verbindungen gemäß der vorliegenden
Erfindung wird auf der Basis von 10 beschrieben.
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Wie
in gezeigt 10a, wird
eine asymmetrische Bohle 30, welche durch eine herkömmliche
Methode des Warmwalzens mit gerillten Walzen hergestellt ist, in
die gerillten Walzen K-3' eingeführt, welche
eine obere Walze (U.R.) und eine untere Walze (L.R.) aufweisen ,
um die Verbindungsdicke und Verbindungshöhe einzustellen. Nachdem die
gerillten Walzen K-3' angewendet
werden, wie in 10b gezeigt,
wird zum Beispiel das Biegen der Verbindung der linken Seite durch
das Benutzen gerillter Walzen K-2', welche eine obere Walze (U.R.) und
eine untere Walze (L.R.) umfassen, durchgeführt. Bei dieser Stufe des Biegens
wird die Form der Bohle 30 in einem Schnitt senkrecht zu
der Walzrichtung in einer beidseitig asymmetrischen Art gebogen,
und ihre Positionen vor und während
dem Walzbiegens sind in Hinsicht auf ihre beidseitige Form unterschiedlich. Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann jedoch, da die rechtsseitige Verbindung nicht dem
Biegen ausgesetzt wird, eine zwangsweise Deformation nahe dem unteren
Totpunkt der Walze unterdrückt
werden, was in einer stabilen Walzposition resultiert, besonderes
auf der Ausgangsseite. Deshalb wird die linksseitige Verbindung erfolgreich
gebogen, und die Form der rechtsseitigen Verbindung kann beim Verlassen
der gerillten Walzen (K-3')
erhalten werden.
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Als
nächstes
wird, wie in 10c gezeigt,
die rechtsseitige Verbindung dem Biegen mit in den gerillten Walzen
(K-1') ausgesetzt,
während
die Form der Rillen auf der linken Seite so entworfen ist, dass
sie die gleichen ist wie die der gerillten Walzen (K-2'). Die Walzposition
ist stabil, aus den gleichen Gründen
wie vorher erwähnt,
und im Ganzen können
beidseitige Verbindungen, welche eine gute Form haben, erhalten
werden.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann, während eine Verbindung dem Biegen
ausgesetzt ist, die andere Verbindung in einem gewissen Maß gebildet
werden, das heißt
in einem dazwischenliegenden Biegungswinkel. Dieser Biegungswinkel
wird als „dazwischenliegender
Winkel" bezeichnet.
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Nimmt
man 6 als ein Beispiel,
bedeutet der Ausdruck „dazwischenliegender
Winkel", dass das Biegen
in Stufe (II) ausgeführt
wird, nämlich
bis die Spitze der Verbindung aufrecht gebogen ist. Solch ein Biegewinkel
hat keine nachteilige Auswirkung auf die Walzposition. Noch dazu
bezieht sich, nimmt man 10a bis 10c als ein Beispiel, das
dazwischenliegende Biegen auf das durch die gerillten Walzen (K-2') ausgeführte Biegen, wie in 10b gezeigt, in welcher
das Biegen bis zu einem Winkel fortschreitet, wo die Instabilität der Walzenposition
innerhalb der Toleranzgrenze bleibt.
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Deshalb
werden gemäß der vorliegenden
Erfindung die beidseitigen Verbindungen einem Biegen unter Bedingungen
ausgesetzt, dass ein wesentlicher Biegungswinkel nicht gleichzeitig
auf beide Verbindungen wirkt.
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Als
Beispiel für
asymmetrische Stahlbohlen, welche dem Warmwalzen gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgesetzt sind, wurde ein U-förmige Stahlbohle, welche asymmetrische
beidseitige Verbindungen hat, beschrieben, aber es ist für Fachleute
offensichtlich, dass andere Stahlbohlen, so wie Z-förmige, I-förmige, rohrförmige Z-förmige und
rohrförmige
I-förmige
Stahlbohlen und zylindrische Stahlbohlen an ihren beidseitigen Verbindungen
in der Endbiegephase während
des Warmwalzen gemäß der vorliegenden
Erfindung gebogen werden können.
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Die
vorliegende Erfindung wird im Hinblick auf Eckstahlbohlen und ein
Verfahren zu ihrer Herstellung beschrieben.
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11 und 12 zeigen eine Eckbohle 54 gemäß der vorliegenden
Erfindung, welche eine nach innen gerichtete Verbindung 50 und
eine nach unten außen
gerichtete Verbindung 52 umfasst .
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11 ist eine schematische
Ansicht einer Eckbohle 54, in welcher die nach innen gerichtete
Verbindung 50 durch Schweißen mit einer Einwärtsneigung
von 45° verbunden
ist mit einem Arm. 12 ist
eine schematische Ansicht einer Eckbohle 54, in welcher
die nach außen
gerichtete Verbindung 52 durch Schweißen mit einer Einwärtsneigung
von 45° verbunden
ist mit einem Arm. In jeder der Zeichnungen ist ein Schweißabschnitt 56 in
schwarz angezeigt.
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Eine
beginnende asymmetrische U-förmige
Bohle zur Bildung der Eckbohle 54 der vorliegenden Erfindung
ist durch die Bezugsziffer 30 in 7 angezeigt, welche eine einwärts gerichtete
Verbindung 36 (abwärts
zeigend) und eine auswärts
Verbindung 38 (aufwärts
zeigend) mit diesen Verbindungen umfasst, welche mit den benachbarten
in Reihe verbunden sind, während
die U-förmigen
Abschnitte in die gleiche Richtung gerichtet sind. Wie in 7 so wie in 11 und 12 gezeigt, ist
eine der Verbindungen 36, 38 der Bohle 30 einwärts (abwärts) gebogen
in einem Winkel von 45° an
einer Grenzlinie 55 zwischen einem flachen Armabschnitt 37 und
der Verbindung. In 7 ist
die Grenzlinie 55 durch eine gestrichelte Linie angegeben, und
dieser Abschnitt entspricht auch einem Schweißabschnitt, wenn die Eckbohle
durch Schweißen
hergestellt worden ist.
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13a zeigt, wie die Eckbohle
der vorliegenden Erfindung, d.h. eine Eckbohle, welche eine einwärts gebogene,
nach innnen gerichtete Verbindung aufweist, und eine Eckbohle, welche
eine einwärts
gebogene nach außen
gerichtete Verbindung aufweist, mit den entsprechenden Verbindungen
der Stahlbohlen montiert werden, welche kombiniert sind. 13b ist eine vergrößerte Ansicht
eines Abschnitts von 13a.
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Da
die nach innen gerichtete Verbindung 50, wie in 11 gezeigt, einwärts in einem
Winkel von 45° gebogen
ist, ist eine innere Fläche 51a einer
Kontaktkante 51 der nach innen gerichteten Verbindung 50 parallel
zu der Ausrichtungslinie (angezeigt durch eine Zwei-Punkte-Linie
in 11) positioniert,
ebenso die Verbindungsachse (angezeigt durch eine Ein-Punkt-Linie in 11) der Stahlbohle 54.
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Da
außerdem
die nach außen
gerichtete Verbindung 52, wie in 12 gezeigt, einwärts in einem Winkel von 45° gebogen
ist, ist eine innere Fläche 53a einer
Kontaktkante 53 der nach außen gerichteten Verbindung 52 senkrecht
zu der Ausrichtungslinie (angezeigt durch eine Zwei-Punkte-Linie
in 12) positioniert, ebenso
die Verbindungsachse (angezeigt durch eine Ein-Punkt-Linie in 12) der Stahlbohle 54.
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Wie
in 13a und 13b gezeigt, kann die Kombination
der zwei oben erwähnten
Arten von Eckstahlbohlen, bei welcher die entsprechend gebogenen
Verbindungen ineinander eingeführt werden,
die entsprechende Ausrichtungslinien oder Verbindungslinienkreuze
in einem Winkel von 45° ergeben,
welche in einer Wandstruktur resultieren, die als ein Eckenabschnitt
einer Bohlenwand zur Verfügung
steht.
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Die
vorliegende Erfindung wurde in Bezug auf den Fall, in welchem die
nach innen oder nach außen gerichtete
Verbindung nach einwärts
durch Schweißen
gebogen ist, erklärt.
Eine asymmetrische U-förmige Stahlbohle,
welche eine nach innen gerichtete Verbindung und eine auswärts gerichtete
Verbindung aufweist, kann nämlich
wie in 7 gezeigt, durch
Warmwalzen produziert werden, und eine der resultierenden Verbindungen
wird an der Grenzlinie abgeschnitten (angezeigt durch die gestrichelte
Linie in 7). Die entfernte Verbindung
wird einwärts
gedreht und die daraus resultierende Verbindung wird an den Armabschnitt
an der Grenzlinie, wo die Verbindung vorher abgeschnitten wurde,
angeschweißt.
Es ist ersichtlich, dass es möglich ist,
gemäß der vorliegenden
Erfindung, Eckbohlen mit einer hohen Produktivität effizient herzustellen. Es
gibt nämlich
keine Abfallprodukte der eingesetzten U-förmigen Bohle, im Gegensatz
zu dem Verfahren der Herstellung herkömmlicher T-förmiger Eckbohlen
durch Schweißen.
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Weiterhin
ist es möglich,
gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Eckbohle, nur durch Einwärtsbiegen von einer der Verbindungen
einer U-förmigen
Bohle herzustellen, welche beidseitige asymmetrische Verbindungen
aufweist, und ein solches Biegen kann durch Warmwalzen oder Heiß-/ oder
Warmformen erreicht werden.
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14 zeigt ein Beispiel, bei
welchem eine nach außen
gerichtete Verbindung durch Heißwalzen
einwärts
gebogen ist, um eine Eckbohle der vorliegenden Erfindung herzustellen.
In 14 werden gerillte
Walzen, die eine obere Walze 60 und eine untere Walze 62 umfassen,
und ein Walzmaterial, wie eine vorher geformte Bohle, z.B. eine
asymmetrische U-förmige
Stahlbohle 30, wie in 7 gezeigt,
benutzt.
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Während die
oberen und unteren Flächen
der Bohlen 30 durch die obere und untere Walze 60, 62 eingespannt
werden, wird z.B. eine nach außen
gerichtete Verbindung 38 abwärts gedrückt, um so das Biegen in einem
einziges Durchlauf oder Stich zu erreichen. Deshalb wird das Biegen
der Verbindung 38 durch Einführen des Walzmaterials in die
gerillten Walzen ausgeführt.
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15 zeigt ein Beispiel, bei
welchem eine nach innen gerichtete Verbindung durch Heiß- oder
Warmwalzen nach unten gebogen wird, um eine Eckenbohle der vorliegenden
Erfindung herzustellen. Wie ein Walzmaterial wird auch eine asymmetrische
U-förmige
Stahlbohle 30, die in 7 gezeigt
ist, benützt.
Walzenführer 64 sind
auf den gegenüberliegenden
Seiten der Stahlbohle 30 positioniert. Während die
obere und untere Fläche
der Bohle 30 durch die oberen und unteren Walzen 66, 68 gehalten
werden, und die Seite der nach außen gerichteten Verbindung 38 durch
eine Walze 70, die auf der linken Seite vorgesehen ist,
gehalten wird, wird z.B. eine nach innen gerichtete Verbindung 36,
durch die obere Walze 66 abwärts gedrückt, die auf der rechten Seite
vorgesehen ist, um das Biegen mit einem einzigen Durchlauf oder
Stich zu erreichen. Von dem Standpunkt aus, das Formen zu erleichtern,
ist es bevorzugt, den formenden Walzenführer 64 nahe und stromabwärts einer
Walzmaschine zur Heißendbearbeitung
von asymmetrischen Bohlen 30 zu positionieren.
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Die
Eckenbohlen der vorliegenden Erfindung können im Untergrund, genauso
wie die asymmetrische U-förmige
Bohle der vorliegenden Erfindung, die in 7 gezeigt ist, montiert werden. Weiterhin
ist es möglich, mit
den Spannfutter eines Bohlenhammers eine Stahlbohle an einem Stegabschnitt
oder Arm abschnitt aufzunehmen. Diesbezüglich ist deshalb die vorliegende
Erfindung frei von den Problemen, die bei herkömmlichen T-förmigen oder
W-förmigen
Eckstahlbohlen angetroffen werden, die mit dem Spannfutter eines
Bohlenhammers normalerweise unmöglich
zu ergreifen sind.
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Der
Biegewinkel der Bohlenwand , d.h. der Winkel zwischen den Ausrichtungslinien
zweier Bohlenreihen, welche einander kreuzen, ist in den meisten
Fällen
90°, aber
es kann möglich
sein, einen anderen Winkel als 90° zu
benutzen, was von dem Baugelände
abhängig
ist. In dieser Hinsicht kann gemäß der vorliegenden Erfindung
eine Eckbohle durch Biegen einer der Verbindungen mit einem Walzenführer hergestellt
werden, der nah oder stromabwärts
von einer Endwalzmaschine vorgesehen ist, und durch Einstellen des
Biegewinkels im richtigen Winkel, der anders als 90° ist, kann
eine Eckstahlbohle erhalten werden, welche an einer Ecke mit einem
Winkel, der von 90° abweicht,
benutzt werden kann.
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16a und 16b zeigen, wie die Eckbohlen 54 der
vorliegenden gestapelt werden. 16a zeigt
den Fall, bei welchem nach innen gerichtete Verbindungen einwärts gebogen
werden, und 16b zeigt
den Fall, bei welchem nach außen
gerichtete Verbindungen einwärts
gebogen werden. Es ist aus diesen Zeichnungen ersichtlich, dass
die Verbindungsabschnitte sich beim Stapeln nicht gegenseitig beeinträchtigen,
und es ist möglich,
eine Anzahl von Bohlen zu stapeln, ohne dass der Stapel dadurch
instabil wird.
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Es
werden Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung an Hand einer asymmetrischen Stahlbohle
und ein Verfahren zur Herstellung einer Eckstahlbohle beschrieben.
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(Beispiel 1)
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Um
die Effektivität
der vorliegenden Erfindung zu bestätigen, wurden eine Simulation,
welche auf der zweidimensionalen Methode der finiten Elemente (2D-FEM)
beruht und ein Walztest, bei welchem eine wirkliche Walzmaschine
benutzt wurde, ausgeführt.
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17 zeigt die Ergebnisse
der Analyse eines Verfahrens zum Formen eines Walzmaterials innerhalb der
gerillten Walzen K-2' (siehe 10), welches mittels des
(2D-FEM)ausgeführt
wurde.
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Nach
den Ergebnisse, die in 17a bis 17f gezeigt sind, wurde bei
dem Walzverfahren mit den gerillten Walzen K-2' die Verbindung auf der nicht gebogenen
Seite (die rechte Seite in 17)
zwischen den gerillten Walzen zusammen mit einem Flanschabschnitt 34 und
einem Armabschnitt 37 eingespannt, und dieser Abschnitt
behielt seine ursprüngliche
Form. Die Ergebnisse werden quantitativ in Tabelle 1 nachstehend zusammengefasst,
in welcher auch die Ergebnisse zum Vergleich gezeigt sind, die erhalten
werden, wenn die beidseitigen asymmetrischen Verbindungen gleichzeitig
gewalzt werden. Die Dimensionen "Höhe (H)", "Dicke (T)" und "Abstand (G)" in Tabelle 1 sind
in 18 gezeigt.
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Es
ist aus diesen Ergebnissen ersichtlich, dass es ein Vorteil für die asymmetrischen
Verbindungen ist, einer nach dem anderen gebogen zu werden, um gut
geformte Verbindungen über
die gesamte Länge
der Bohle zu erhalten.
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Weiterhin
ist die vorliegende Erfindung im Hinblick auf die Vermeidung eines
Verschleißes
oder Fressens während
des Walzens der Verbindung wirksam.
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Ein
Warmwalztest mit einer tatsächlichen
Walzmaschine wurde gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgeführt,
und die daraus resultierenden Daten zeigten, dass Bohlen, welche
gute beidseitige Verbindungen aufweisen, wie in 7 gezeigt, mit einer hohen Ausbeute erhalten
wurden.
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(Beispiel 2)
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Asymmetrische
Stahlbohlen und Eckbohlen der vorliegenden Erfindung wurden durch
Warmwalzen hergestellt und das Formen wurde in der in Verbindung
mit 10 und 15 beschriebenen Art ausgeführt. Die
daraus resultierenden asymmetrischen U-förmigen Stahlbohlen, die in 7 gezeigt sind, und Eckstahlbohlen,
die in 10 und 12 gezeigt sind, wurden
zusammen in dem Untergrund montiert, um eine Wandstruktur für den Keller
für ein
Haus zu bauen.
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Eine
stranggegossene Bramme mit einer Dicke von 250 mm und einer Breite
von 700 mm wurde in einem Ofen auf 1280° erhitzt, und die erhitzte Bramme
passierte dann drei Walzwerke, das heißt, ein Vorwalzwerk (Grobwalzwerk),
ein Zwischenwalzwerk und dann eine Endwalzwerk, wobei jedes doppelte
horizontale Walzen umfasst, um das Warmwalzen zu beenden. Die Walzen
jedes Walzwerks wiesen 4 Rillen, 3 Rillen bzw. 3 Rillen auf. Das
Walzmaterial wurde dem Reverswalzen mit diesen drei Walzwerken unterworfen,
um die asymmetrischen U-förmigen
Bohlen fertig zu bearbeiten, wie in 7 gezeigt.
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Auf
der anderen Seite wurde, wie in 15 gezeigt,
die Eckbohle hergestellt, indem ein Walzenführer und eine Formwalze benutzt
wurden, um die nach außen
gerichteten Verbindungen in einem Winkel von 45° einwärts zu biegen, um Eckbohlen
des Typs A (siehe 12)
herzustellen, und um die nach innen gerichteten Verbindungen in
einem Winkel von 45° einwärts zu biegen,
um Eckbohlen des Typs B (siehe 11)
herzustellen.
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Es
wurden auch warmgewalzte Bohlen von dem gleichen Los hergestellt,
in dem die Abstände
zwischen den Walzenführern
und zwischen den Walzen vergrößert wurden.
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Die
so hergestellten Bohlen, das heißt vier Eckbohlen des Typs
A, vier Eckbohlen des Typs B und 30 asymmetrische Uförmige Stahlbohlen,
welche die Hauptwandabschnitt bildeten, wurden in den Untergrund eingesetzt,
um eine Rückhaltewand
an einer Grube für
den Bau eines Kellers eines Hauses zu bilden. 19 zeigt die daraus resultierende Struktur
des Stahlbohlen, wobei die Eckbohlen des Typs A nur mit dem Symbol "A" bezeichnet sind, und die des Typ B
mit dem Symbol "B". Die anderen Bohlen
sind asymmetrische Stahlbohlen, wie in 7 gezeigt.
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Es
ist aus 19 ersichtlich,
dass sechs Bohlen, die sich in der Figur vertikal erstrecken (zwei
von den sechs sind Eckbohlen), und dreizehn Bohlen, die sich in
der Figur seitlich erstrecken (zwei von den dreizehn sind Eckbohlen),
erfolgreich in den Untergrund ohne Probleme eingesetzt wurden.
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(Industrielle Anwendbarkeit)
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung können
asymmetrische Uförmige
Stahlbohlen erhalten werden, welche so angeordnet werden können, dass
die Verbindungen und flachen Armabschnitte in der gleichen Ebene
positioniert sind, welche der in nersten Kante einer Bohlenwand entspricht.
Diese asymmetrischen U-förmigen
Stahlbohlen, welche beidseitige asymmetrische Verbindungen aufweisen,
können
durch Warmwalzen hergestellt werden, wobei keine Instabilität der Walzposition
und kein fehlerhaftes Biegen der Verbindungen auftritt, sodass Bohlen,
welche gut geformte Verbindungen aufweisen, erhalten werden.
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Weiterhin
sind die asymmetrischen Bohlen und Eckbohlen der vorliegenden Erfindung
frei von Problemen, die beim Ergreifen mit einem Spannfutter während des
Einbaus auftreten, und von Problemen, die während des Transports und der
Lagerung auftreten. Außerdem
können
die Bohlen und Eckbohlen der vorliegenden Erfindung in einer Reihe
in den Untergrund eingebaut werden, wobei aneinander grenzende Bohlen
in der gleichen Richtung ausgelegt sind. Dadurch verbessert die
vorliegende Erfindung die Baufreundlichkeit mit einem Minimum an
menschlicher Arbeitskraft und reduziert auch der Baukosten. Insbesondere
können
die Eckbohlen aus der asymmetrischen U-förmigen Stahlbohle der vorliegenden
Erfindung hergestellt werden, indem nur ein Teil der Bohle abgeschnitten
und dann durch Schweißen
wieder an der Bohle befestigt wird. Das bedeutet, dass die Eckbohlen
der vorliegenden Erfindung ohne weitgehende Veränderungen der Herstellungsanlagen
hergestellt werden können,
sondern nur durch Modifikation der Walzstruktur in einem geringen
Ausmaß oder
durch das Hinzufügen
eines Walzenführers.
Darum ist die vorliegende Erfindung vom industriellen Standpunkt
aus ziemlich wertvoll.