DE102004057655A1

DE102004057655A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung metallischer Führungselemente

Info

Publication number: DE102004057655A1
Application number: DE200410057655
Authority: DE
Inventors: Lothar Dr. Pleugel; Ingo Dipl.-Ing. Strege; Olaf Dipl.-Ing. Frigge; Dietmar Bretzke
Original assignee: Hoesch Hohenlimburg GmbH
Current assignee: HOESCH SCHWERTER PROFILE GMBH, 58239 SCHWERTE, DE
Priority date: 2004-11-29
Filing date: 2004-11-29
Publication date: 2006-06-01

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung metallischer Führungselemente durch die Kombination von Warmumformung mit anschließender spanabhebender Bearbeitung. DOLLAR A Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen Führungsprofile vornehmlich für die Staplerindustrie bereitgestellt werden können, deren Kammermaßtoleranz gegenüber einer üblichen Kaltziehformgebung noch einem halbiert und eine deutliche Verbesserung der Wirtschaftlichkeit gegenüber dem Stand der Technik ermöglicht wird. DOLLAR A Dazu wird ein Verfahren zur Herstellung metallischer Führungselemente durch die Kombination von Warmformgebung mit anschließender spanabhebender Bearbeitung vorgeschlagen, bei dem in der Stufe der Warmumformung ein in seiner Querschnitt-Massenverteilung an die Stufe der spanabhebenden Bearbeitung angepasstes Vorprofil derart erzeugt wird, dass durch partiellen Spanabtrag im Funktionsbereich der Führungselemente enge Maßtolerannzen eingestellt werden können. DOLLAR A Für die spanabhebende Bearbeitung ist eine Hochleistungsfräsanlage oder eine Räumhobelmaschine vorgesehen. DOLLAR A Die Laufflächen der Führungselemente werden nach der spanabhebenden Bearbeitung oberflächengehärtet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung metallischer Führungselemente durch die Kombination von Warmumformung mit anschließender spanabhebender Bearbeitung.

Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind aus den Patentschriften DE 196 21 536 C2 und DE 101 40 307 C1 bekannt.

Bei diesen beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Stahlprofilstäben für Linearführungselemente durch die Kombination von Warmformgebung und anschließender Kaltformgebung wird zwischen den Fertigungsstufen Warmformgebung und Kaltformgebung, eine spanabhebende formgebende Bearbeitungsstufe vorgesehen. Hierdurch soll ein kosten- und zeitaufwendiger Konstruktionsaufwand im Wesentlichen entfallen.

Führungselemente für den Staplerbau werden im Falle weit ausfahrender Staplergerüste (hohe Hubhöhen) nach dem Warmwalzen zur Einengung der Kammermaßtoleranz (Funktionsbereich) entsprechend dem Stand der Technik einer Kaltziehoperation unterzogen. Dadurch können die entsprechenden Toleranzen in etwa halbiert werden. Dieses Verfahren ist jedoch betriebswirtschaftlich/wertanalytisch nicht optimal und führt zu hohen Produktkosten. Weiterhin ist versucht worden, das Kammermaß mit Hilfe konventioneller Frästechnik einzuengen. Diese Bearbeitungstechnik konnte sich jedoch aus Kosten- und Leistungsgründen in der Serienfertigung nicht durchsetzen.

Es liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, mit deren Hilfe, vornehmlich für die Staplerindustrie, Führungselemente bereitgestellt werden können, deren Kammermaßtoleranz gegenüber dem Kaltziehen noch einmal halbiert wird. Dabei soll gleichzeitig eine deutliche Verbesserung der Wirtschaftlichkeit gegenüber dem Kaltziehen erreicht werden.

Gelöst wird die Aufgabe mit einem Verfahren zur Herstellung metallischer Führungselemente, indem durch Kombination von Warmformgebung mit anschließender spanabhebender Bearbeitung, in der Stufe der Warmformgebung ein in seiner Querschnitt-Massenverteilung an die Stufe der spanabhebenden Bearbeitung angepasstes Vorprofil derart erzeugt wird, dass durch partiellen Spanabtrag im Funktionsbereich der Führungselemente enge Maßtoleranzen eingestellt werden können.

Insbesondere wird die Massenverteilung im als Funktionsbereich wirkenden Kammermaßbereich so ausgestaltet, dass nach der spanabhebenden Bearbeitung die Entkohlungsfreiheit dieses Bereichs gewährleistet werden kann.

Vorteilhaft wird die Massenverteilung im Kammermaßbereich so ausgebildet, dass nach der spanabhebenden Bearbeitung gleichzeitig eine definierte Stärke der Profil-Flanschen erreicht wird.

Für die spanabhebende Bearbeitung ist eine Hochleistungsfräsanlage oder eine Räumhobelmaschine vorgesehen.

Bezüglich der Vorrichtung wird die Aufgabe mit den Merkmalen der Ansprüche 7 und 8 gelöst.

Eine weitere Eigenschaftsverbesserung des spanabhebend bearbeiteten Walzprofils wird durch eine nachgeschaltete Vorrichtung zur Oberflächenhärtung seiner Laufflächen erreicht.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt

1 einen Profilquerschnitt nach dem Stand der Technik,

2 einen warmgeformten Profilquerschnitt nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

3 einen warmgeformten Profilquerschnitt nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung und

4 einen warmgeformten Profilquerschnitt nach der mechanischen Bearbeitung aus einem Vorprofil nach 1 oder 2.

Entsprechend dem Stand der Technik wird die Hauptmenge der dem Staplerbau zufließenden Profilstäbe als Walzprofil ausgeführt.

Ein derartiges Walzprofil ist in 1 beispielhaft im Querschnitt dargestellt.

In dem durch die Außenmaße b3 und h3 bestimmten U-förmigen Profil mit der Fläche A1, den Flanschen F in den Abmessungen b1/h2 und der Stegstärke h1, befindet sich ein als Funktionsbereich wirkender Kammermaßbereich b2/h2, der durch einen Kurvenzug zwischen den Punkten 1, 2 und 3 sowie 4, 5 und 6 definiert ist.

Hierin werden Rollen für translatorische Bewegungen von Linearführungselementen so positioniert, dass sie in dem offenen Kammermaßbereich b2/h2 zwischen den beiden Profilflanschen F, mit den Abmessungen b1/h2 eingreifen.

Derartige Anordnungen sind beispielweise in den Druckschriften DE 34 16 647 A1 und DE 43 167 32 A1 gezeigt.

Mittels moderner Warmwalz- und Richtanlagen können Kammermaßtoleranzen von 1,0 mm bis hin zu 0,8 mm reproduzierbar eingestellt werden. Für die Klasse der Stapler mit hohen Hubhöhen, etwa im Bereich von 5,0 m bis 14,0 m, die schwerpunktmäßig in der Lagertechnik zum Einsatz gelangen, ist die durch Warmwalzen allein erreichbare Kammermaßtoleranz zu grob, weil die Neigung des voll ausgefahrenen Gerüstes in Grenzen gehalten werden muss, damit die Schwerpunktlage des Fahrzeugs nicht negativ beeinflusst wird.

Fertigungstechnisch wird dieses Problem durch eine nach dem Warmwalzprozess stattfindende Kaltziehoperation gelöst.

Durch das Kaltziehen können Kammermaßtoleranzen von 0,4 mm reproduzierbar dargestellt werden, was in etwa einer Halbierung des walztechnisch erreichbaren Toleranzkanals entspricht.

Eine weitere Reduzierung der Kammermaßtoleranz auf Werte von kleiner als 0,4 mm ist durch das Kaltziehen nicht prozesssicher darzustellen.

Dafür gibt es folgenden Grund:
Durch den Kaltziehprozess wird nicht nur die gezielt gewollte Querschnittsverminderung von A1 erreicht, sondern es muss auch aus prozessbedingten Stoff-Flussgründen in Kauf genommen werden, dass die Profilstäbe mehr oder weniger krumm werden und deshalb einer anschließenden Richtoperation bedürfen, um sie verwendungsfähig zu machen.

Diese Richtoperation zur Minimierung von Geradheitsabweichung und Verdrehung, beeinflusst zwangsläufig auch die Toleranz des Kammermaßes b2, weil es sich bei den U- oder H-förmigen Profilen des Hubmastbaus um sogenannte „offene" Profile handelt.

Das vorgeschlagene Verfahren kombiniert die Teilschritte der warmumformtechnischen Herstellung eines gezielt angepassten Vorprofils, wie in 2 und 3 dargestellt, mit dem Schritt der nur örtlich erfolgenden spanabhebenden Bearbeitung dieses Vorprofils im Kammermaßbereich, ausgeführt mittels einer Hochleistungsfräsanlage oder Räumhobelmaschine.

Dabei werden das angepasste Vorprofil gemäß 2 bzw. 3 und das endgültige, partiell mechanisch bearbeitete Fertigprofil nach 4 so aufeinander abgestimmt, dass endgültiges Profil nach 4 und warmgewalztes, dem Stand der Technik entsprechendes Serienprofil gemäß der 1, im wesentlichen gleiche Widerstandsmomente und vergleichbare Abmessungen besitzen.

Dadurch ist gewährleistet, dass Profile, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden, in vorhandene Hubmastkonstruktionen ohne teure und zeitaufwendige Änderungen eingebaut werden können.

Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Profil besitzt gegenüber dem zum Stand der Technik zählenden Ziehprofil folgende Vorteile:

a.) Reduzierte Kammermaßtoleranz von 0,2 mm Die prozesssicher erreichbare Toleranz mit 0,2 mm des Kammermaßes b2, die eine Halbierung der Toleranz des Ziehprofils darstellt, ermöglicht es, neben einem geringeren Spiel, auch die Hubmast-Rollenbevorratung von 3 bzw. 2 Rollen pro Profil, auf eine einzige Rolle zu reduzieren. Neben entfallendem Sortieraufwand beim Hubmastbau, können so auch wesentliche Bestandskosten eingespart werden.
b.) Entkohlungsfreie Profillaufflächen Zur Herstellung des Ziehprofils wird ein warmgewalztes oder stranggepresstes Vorprofil eingesetzt, dass in der Regel verfahrensbedingte Entkohlungstiefen von 0,3 mm bis 0,5 mm aufweist. Die Entkohlung kann durch das Kaltziehen nicht beseitigt werden. Bei den zum Einsatz kommenden un- und niedriglegierten Baustählen für Hubmastprofile ist jedoch der Kohlenstoff (Carbid) der wesentliche Träger der Härte und Festigkeit. Daher zeigen entkohlte Profile einen Härteabfall in ihren Oberflächenbereichen. Dies trifft auch für die stark beanspruchten Laufflächenbereiche des Profils zu, schematisch dargestellt in der 1, durch die Kurvenzüge zwischen den Punkten 1, 2 und 3 bzw. 4, 5 und 6. Ein entkohlter Laufflächenbereich ist unter der Einwirkung der durch die Rollen ausgeübten Druckkräfte stärker verschleißanfällig und besitzt eine geringere zulässige Hertzsche Pressung als nicht entkohlte Bereiche des Profils. Bei dem angepassten Vorprofil mit den Flanschen F nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist, wie 2 zeigt, im Laufflächenbereich Material a, entsprechend den beiden Flächen A2 an den Flanschen F, in den Abmessungen mit b1 + a = b4, bis zur Flanschhöhe h2 „aufgelegt" worden. In einem zweiten Ausführungsbeispiel nach 3, ist das Vorprofil im Kammermaßbereich durchgängig in den Abmessungen mit Material b1 + a = b4 und der Steg h1 + a = h3 „aufgelegt", wie durch die Fläche A3 in 3 dargestellt. Diese Variante hat den Vorteil, dass ein dritter stark zu beanspruchender Laufflächenbereich, schematisch dargestellt in der 1, durch den Kurvenzug zwischen den Punkten 3 und 6, geschaffen wird. Diese Materialzugabe h1 + a = h3 mit der Fläche A3 in der 3 ist so ausreichend bemessen, dass die Entkohlung des Walzprofils bei der spanabhebenden Bearbeitung sicher entfernt wird. Dies gilt auch für den Fall, dass der Spanabtrag unsymmetrisch erfolgen muss, um warmumformtechnisch bedingte Dickenunterschiede in den beiden Flanschen F, mit b1 + a = b4, in den 2 und 3 zu egalisieren.
c.) Reduzierung des Fertigungsaufwands gegenüber dem Ziehprofil Durch die nur auf die Laufflächen beschränkte spanabhebende Bearbeitung nach den Kurvenzügen 1, 2, 3 und 4, 5, 6 im Kammermaßbereich b2/h2, ist das erfindungsgemäße Verfahren wertanalytisch optimiert. Verfahrensbedingt muss dagegen beim Kaltziehen der gesamte Profilumfang bearbeitet werden, also auch jene Bereiche, deren Verfeinerung keinen Produktnutzen erzeugt. Als Nebeneffekt der spanabhebenden Bearbeitung der Profillaufflächen ist die entfallende Entfernung von fallweise auftretenden Oberflächenfehlern anzusehen, die vor dem Ziehprozeß durch händisches Schleifen unabdingbar erforderlich ist. Während das Ziehprofil mehrfache Arbeitsgänge erfordert, kommt das erfindungsgemäße Verfahren mit nur einem einzigen Arbeitsgang aus.
d.) Möglichkeit zur effektiven Oberflächenhärtung der Führungselemente Mit einer weiteren Vorrichtung, die dem Fertigungsprozess der spanabhebenden Bearbeitung der Profilflächen nachgeschaltet wird, kann durch eine Oberflächenhärtung der Laufflächen der Verschleiß der Führungselemente sehr deutlich reduziert werden. Die auf dem Mechanismus der Martensitbildung basierende Oberflächenhärtung erzeugt nur dann die höchst mögliche Härteannahme und somit den geringsten Laufflächenverschleiß, wenn nach Entfernung der entkohlten Oberflächenbereiche, der höhere Kohlenstoffgehalt des Grundwerkstoffs härtetechnisch voll wirksam werden kann.

Claims

Verfahren zur Herstellung metallischer Führungselemente durch die Kombination von Warmformgebung mit anschließender spanabhebender Bearbeitung, dadurch gekennzeichnet, dass in der Stufe der Warmformgebung ein in seiner Querschnitt-Massenverteilung an die Stufe der spanabhebenden Bearbeitung angepasstes Vorprofil derart erzeugt wird, dass durch partiellen Spanabtrag im Funktionsbereich der Führungselemente enge Maßtoleranzen eingestellt werden können.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Massenverteilung im als Funktionsbereich wirkenden Kammermaßbereich (b2–h2) so ausgestaltet wird, dass nach der spanabhebenden Bearbeitung die Entkohlungsfreiheit dieses Bereichs gewährleistet werden kann.
Verfahren nach dem Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Massenverteilung im Kammermaßbereich (h2–h2) so ausgestaltet wird, dass nach der spanabhebenden Bearbeitung gleichzeitig eine definierte Stärke der Profilflanschen (F) mit (b1) erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufe der spanabhebenden Bearbeitung durch eine Hochleistungsfräsanlage gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufe der spanabhebenden Bearbeitung durch eine Räumhobelmaschine realisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufflächen der Führungselemente nach der spanabhebenden Bearbeitung oberflächengehärtet werden.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die spanabhebende Bearbeitung durch eine Hochleistungsfräsanlage gebildet wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die spanabhebende Bearbeitung durch eine Räumhobelmaschine realisiert wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die spanabhebend bearbeiteten Führungselemente entsprechend den Kurvenzügen (1 bis 3), (4 bis 6) oder (1 bis 4), oberflächengehärtet werden.