DE2121206B2

DE2121206B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Metaligitterträgern

Info

Publication number: DE2121206B2
Application number: DE2121206A
Authority: DE
Inventors: Hideyo Tokio Watanabe
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-04-30
Filing date: 1971-04-29
Publication date: 1975-04-30
Also published as: DE2121206A1; US3812558A; CA964941A; DE2121206C3; GB1352568A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Metallgitterträgern, bei welchen in den Stegabschnitt des Ausgangsprofils wenigstens zwei Reihen in Längsrichtung versetzt verlaufende Einschnitte eingeschnitten werden und der Stegabschnitt durch mehrstufiges Kaltwalzen zu einem Gitter aufgeweitet und anschließend gerichtet wird.

Bei einem bekannten Verfahren zur Herstellung von Metallgitterträgern der eingangs genannten Art (US-PS 30 34 197) werden die an den Stegabschnitt seitlich angrenzenden Flansche des Ausgangsprofils von Führungsschienen erfaßt, die vor dem ersten Walzengerüst beginnen und ab dem ersten Walzengerüst in Vorschubrichtung des herzustellenden Gitterträgers divergieren. Die seitlichen Führungsschienen haben die Aufgabe, zusammen mit den auf den Stegabschnitt einwirkenden Walzen für eine gleichmäßige Aufweitung des mit Einschnitten versehenen Stegabschnittes zu einem Gitter zu sorgen und Abweichungen von den gewünschten Abmessungen quer zur Vorschubrichtung des Trägers zu verhindern.

Dieses bekannte Verfahren führt nur dann zu brauchbaren Ergebnissen, wenn der Winkel der das Gitterwerk bildenden Gitterstäbe gegen die Längsachse der Gitterträger weniger als 22° bei Verwendung des Stahls SS 41 (]ES) mit geringerer Dehnbarkeit und höherer Zugfestigkeit und weniger als 30° bei Verwendung des Stahls SPH 1 mit größerer Dehnbarkeit be trägt. Wenn die Winkel der Gitterstäbe die Vorstehern angegebenen Werte überschreiten, treten an der Ver bindungssteile zwischen den Gitterstäben des Gitter Werkes und den angrenzenden seitlichen Flanschet Risse auf, so daß die entstehenden Gitterträgei unbrauchbar werden. Eine Erhöhung des Winkels dei Gitterstäbe über die vorstehend genannten Werte is jedoch dann erforderlich, wenn die Gitterträger al; Bauteile verwendet werden sollen, bei welchen die Ab Scherfestigkeit des Gitterwerkes im wesentlichen dei Biegefestigkeit entspricht, wobei die Zugfestigkeit bei spielsweise in Japan mindestens 41 kp/mm² oder m«.-hi betragen soll. Mit dem vorstehend beschriebenen, be kannten Verfahren ist es jedoch nicht möglich, Gitter träger mit den vorstehend genannten Eigenschafter aus den oben argeführten Stählen herzusteilen, da be einer Erhöhung des Winkels der Gitterstäbe gegen die Längsachse des Trägers über die Werte von 22 bzw 30° an den Verbindungsstellen zwischen den Gitter stäben des Gitterwerkes und den angrenzenden seitli chen Flanschen Risse auftreten.

Ferner ist bei dem bekannten Verfahren die Vorschubgeschwindigkeit des Trägers und damit die \rbeitsgeschwindigkeit des Verfahrens auf maxima 20 m/min beschränkt. Wenn die Arbeitsgeschwindig keit über den vorstehend angegebenen Wert erhöh wird, frißt sich der Träger an den Führungsschienen aul Grund der auftretenden hohen Reibungskräfte fest Auch wenn die Arbeitsgeschwindigkeit unter dem kriti sehen Wert von 20 m/min gehalten wird, läßt sich übei längere Zeit kein einwandfreier Betrieb erzielen, de sich die Führungsschienen stark abnutzen, worunter die Genauigkeit der fertiggestellten Träger leidet.

Da die Kaltwalzen nicht nur den mit Einschnitter versehenen Stegabschnitt des Ausgangsprofils aufwei ten, sondern gleichzeitig auch noch für den Vorschut des herzustellenden Trägers sorgen, greifen am Traget auf Grund der hohen Reibungskräfte zwischen der Führungsschienen und den seitlichen Flanschen de; Trägers zwei entgegengesetzt gerichtete Kräfte an welche die Rißbildung an der Verbindungsslelle zwi sehen den Gitterstäben des Gitterwerkes und den an grenzenden seitlichen Flanschen noch zusätzlich be günstigen.

Es ist ferner durch die US-PS 32 98 081 eine Vorrich tung zur Herstellung von Metallgitterträgern durch Kaltverformen bekannt, bei welcher in einerr diskontinuierlichen Betrieb längs der Mittellinie de: Ausgangsprofils aus der Ebene des Stegabschnitte« Gitterstäbe weit nach unten herausgebogen werden Der Träger wird dann mit seinen weit nach unten ausgebogenen, späteren Gitterstäben über eine Vielzah von Spreizrollen gezogen. Die Spreizrollen sind in dre nebeneinanderliegenden Reihen angeordnet, von de nen die mittlere Reihe die nach unten ausgebogener Gitterstäbe allmählich in die Ebene des Stegabschnitte! zuruckdrückt und die beiden äußeren Reihen ir Vorschubrichtung des Trägers divergieren und.die: Innenseiten der Flansche des Trägers erfassen und der Träger mit Gewalt seitlich auseinanderziehen. Die seitlichen Reihen der Spreizrollen entsprechen den Führungsschienen der eingangs beschriebenen Vorrichtung. Auch die Verwendung von seitlichen Spreizroller an Stelle der Führungsschienen hat trotz einer Herabsetzung der Reibungskräfte nicht zu dem gewünschter Ergebnis geführt, da auch bei der Vorrichtung mit den divergierenden Reihen der Spreizrollen Risse an den

Verbindungsstellen zwischen dem Stegabschnitt und den seitlich angrenzenden Flanschen auftraten und die Arbeitsgeschwindigkeit beschränkt war.

Es war daher die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Metallgitterträgern der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchen eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit erzielt und Metallgitterträger hergestellt werden können, bei welchen der Winkel Jer Gitterstäbe gegen die Längsachse des Trägers ohne die Gefahr einer Rißbildung über die vorstehend genannten kritischen Werte erhöht werden kann.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß man den dem Kaltwalzvorgang unterworfenen Stegabschnitt quer zur Förderrichtung frei fließen läßt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird auf sämtliche Führungselemente an den seitlichen Flanschen des Trägers verzichtet. Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren keine Führungselemente vorhanden sind, kann auch keine Reibung zwischen dem Träger und den Führungseinrichtungen auftreten, die zu einer erheblichen Beschränkung der Vorschubgeschwindigkeit des Trägers und damit der Arbeitsgeschwindigkeit des Verfahrens führen. Ferner ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Gefahr gebannt, daß bei einer Erhöhung des Winkels der Gitterstäbe gegen die Längsachse des Trägers über die vorstehend genannten kritischen Werte von 22° bzw. 30° Risse an den Verbindungsstellen zwischen den Gitterstäben und den angrenzenden seitlichen Flanschen auftreten. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich daher Gitterträger mit einer hohen Festigkeit und einer erstaunlich hohen Maßhaltigkeit sehr einfach und rasch herstellen.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielbaren guten Ergebnisse waren umso überraschender, als die Fachwelt stets der Auffassung war, daß zur Herstellung von Metallgitterträgern mit einer ausreichenden Maßhaltigkeit durch ein kaltes Aufweiten eines mit Einschnitten versehenen Stegabschnittes eines Trägers unter allen Umständen an den seitlichen Flanschen des Trägers angreifende, divergierende Führungselemente erforderlich sind. Das erfindungsgemäße Verfahren hat jedoch entgegen aller Erwartung gezeigt, daß sich hervorragende Ergebnisse erzielen lassen, wenn man den dem Kaltwalzvorgang unterworfenen Stegabschnitt quer zur Förderrichtung frei fließen laß'.

Eine weitere und zusätzliche Aufweitung des Gitters im Stegabschnitt des Trägers läßt sich dadurch erzielen, daß der bereits zu einem Gitter aufgeweitete Stegabschnitt durch ein anschließendes Strecken in Querrichtung weiter aufgeweitet wird, indem er in V-Form gebogen und anschließend in eine flache Form zurückgebogen wird.

Bei dieser Abwandlungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Stegabschnitt über die gesamte Länge eines vorbestimmten Streckenabschnittes in V-Form gebogen, so daß der Stegabschnitt an jeder beliebigen Stelle des vorbestimmten Streckenabschnittes einen V-förmigen Querschnitt aufweist und der Stegabschnitt, für sich betrachtet, über den vorbestimmten Streckenabschnitt das Aussehen eines Winkeleisens hat.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit Schneidwalzen zum Einschneiden von Schlitzen in den Stegabschnitt des Ausgangsprofils und mit einer Vielzahl von Kaltwalzenpaaren zum mehrstufigen Aufweiten des eingeschniitenen Stegabschnittes. Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es wesentlich, da für ein gleichmäßiges Kaltfließen des Stegabschnitte gesorgt wird, da man den dem Kaltwalzvorgang unter worfenen Stegabschnitt ohne jegliche Führung frei flie Ben läßt. Ein besonders gleichmäßiges Fließen des be arbeiteten Stegabschnittes läßt sich gemäß der Erfin dung mit einer Vorrichtung der eingangs genannte! Art erreichen, bei welcher mindestens zwei Kalt walzenpaare hintereinander innerhalb einer regelmä Big wiederkehrenden Schlitzteilung des Steg abschnittes angeordnet sind.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung folgen die Kaltwalzenpaare somit in vorbestimmten, kurzen Ab ständen aufeinander, so daß der zu verformende Stegabschnitt in kurzen Abständen den verformenden Kräften ausgesetzt wird, wodurch eine Verformungsart erzielt wird, die der Verformumg einer Flächenpresse ähnlich ist Hierdurch ist gewährleistet, daß bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein gleichmäßiges Kaltfließen des zu bearbeitenden Stegabschnittes des Trägers erreicht wird.

Ein weiteres Aufweiten und Strecken des Gitterwerkes des Gitterträgers läßt sich mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung dann erreichen, wenn den Kaltwalzenpaaren eine Mehrzahl von Walzenpaaren mit einem allmählich zu- und wieder abnehmenden V-Profil zum V-förmigen Verbiegen des Stegabschnittes nachgeschaltet sind und den V-Profilwalzen Planierwalzen und Richtwalzen nachgeordnet sind.

Im nachstehenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand von Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen

Fig. IA und IB eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zur Herstellung von Metallgitterträgern gemäß der Erfindung,

F i g. 2A und 2B die verschiedenen Querschnittsformen des Trägers bei den einzelnen Walzenpaaren und die Profile der verschiedenen Walzenpaare,

Fig.3A und 3B eine Draufsicht auf den kontinuierlich entstehenden Träger mit der Darstellung des jeweiligen Zustandes bei den einzelnen Walzenpaaren und

F i g. 4, 5 und 6 vergrößerte Querschnitte durch Walzen mit V-förmigem Profil zur weiteren Aufweitung des zu bearbeitenden Stegabschnittes.

Die Fig. IA und IB zeigen eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, mit welcher Metallgitterträger nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden können.

Bei der Herstellung von Metallgitterträgern nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird von einem flachen Stahlband 4 ausgegangen. Das flache Stahlband 4 wird zunächst beim Durchgang durch die Walzenpaare 12, 13 und 14 mit seitlichen Flanschen 1 versehen. An die Walzenpaare 12, 13 und 14 zur Ausbildung der seitlichen Flansche schließt sich ein Schneidwalzenpaar 15 an, das mit Schneidwerkzeugen 7 und 8 versehen ist, um in den Stegabschnitt des Ausgangsprofils in Längsrichtung verlaufende Einschnitte 5 und 6 einzuschneiden. Unmittelbar hinter dem Schneidwalzenpaar 15 ist eine Mehrzahl von Kaltwalzenpaaren 9 vorgesehen, die so dicht aneinander angeordnet sind, daß mindestens zwei Kaltwalzenpaare innerhalb einer regelmäßig wiederkehrenden Schlitzteilung ρ des Stegabschnittes des Ausgangsprofils angeordnet sind. Der Durchmesser einer jeden Walze ist kleiner als die halbe Länge des Schlitzes. Die Vielzahl der Kaltwalzenpaare 9 weitet den Stegabschnitt des Aiisparnrsnrnfik ™ om»" <ί:·»—

werk 2 auf, wobei der Stegabschnitt quer zur Förderrichtung frei fließen kann. Die Länge der Kaltwalzen nimmt von Walzenpaar zu Walzenpaar zu, so daß im wesentlichen die gesamte jeweilige Breite des bereits aufgeweiteten Stegabschnittes der Wirkung der Kaltwalzen ausgesetzt wird.

Wenn der Träger die Kaltwalzenpaare 9 durchlaufen hat, läuft er durch Profilwalzen 16, 17, 18 und 19 mit einem V-förmigen Profil, welche den Stegabschnitt des Trägers kontinuierlich über seine Länge zunächst in zunehmendem Maße und dann wieder in abnehmendem Maße V-förmig verbiegen, um ein weiteres Aufweiten des Stegabschnittes zu erzielen. Die V-förmigen Profilwalzen 16, 17, 18 und 19 sind so ausgestaltet, daß zwischen den seitlichen Flanschen 1 des Trägers und den entsprechenden Stellen der V-Profilwalzen ein Zwischenraum verbleibt, so daß auf die seitlichen Flansche Il des Trägers kein Druck ausgeübt wird, sondern lediglich der das Gitterwerk aufweisende Stegabschnitt dem Preßdruck der V-Profilwalzen ausgesetzt ist. Dies geht insbesondere deutlich aus den F i g. 4, 5 und 6 hervor, die zeigen, daß die seitlichen Flansche 1 auf der unteren Walze aufliegen, während die entsprechenden Bereiche der oberen Walze in Abstand von den seitlichen Flanschen 1 des Trägers liegen. Die unteren V-Profilwalzen führen die seitlichen Flansche 1 des Trägers, so daß der Träger genau parallel zur oberen Walze gehalten und geführt wird, während der Stegabschnitt: aufgeweitet wird. Die V-Profilwalzenpaare 16, 17 und 18 verbiegen den Stegabschnitt in zunehmendem Maße in V-Form, während das V-Profilwalzenpaar 19 den Stegabschnitt wieder in eine flachere V-Form zurückbiegt.

Der zu einem Gitterwerk aufgeweitete Stegabschnitt des Trägers wird durch die nachfolgenden Planierwaizeri 20 wieder in eine ebene Form zurückgebogen. Schließlich durchläuft der Träger Richtwalzenpaare 21 und 22, weiche den Träger in die gewünschte Form bringen.

Wenn die Wandstärke des Stegabschnittes im Verhältnis zu seiner Breite klein ist, läßt man den zu einem Gitterwerk aufgeweiteten Stegabschnitt nach dem Richtwalzenpaar 22 noch durch ein Walzenpaar 11 mit ineinandergreifenden Vorsprüngen 10 hindurchlaufen, um die Gitterstäbe des Gitterwerkes mit verstärkenden Einbuchtungen und Ausbeulungen 3 zu versehen. Die auf dem Walzenpaar 11 angeordneten Vorsprünge 10 verlaufen im wesentlichen im gleichen Winkel wie die mit Einbuchtungen und Ausbeulungen 3 zu versehenden Gitterstäbe. Die auf der Oberfläche der Walzen 11 ausgebildeten Vorspränge 10 sind rautenförmig ausgebildet und greifen in eine entsprechende Vertiefung der anderen Walze ein.

Aus der vorstehenden Beschreibung geht hei vor, daß der Stegabschnitt unmittelbar nach dem Durchlaufen der Schneidwalzen 15 von den kleinen Kaltwalzenpaaren 9 gedehnt und aufgeweitet wird Die einzelnen Walzen der Kaltwalzenpaare weisen einen Durchmesser auf, der kleiner ist als die halbe Länge eines Einschnittes 5 oder 6, so daß innerhalb einer regelmäßig wiederkehrenden Schlitzteilung ρ mindestens zwei Kaltwalzenpaare 9 auf den Stegabschnitt einwirken. Die Länge der oberen Walzen der kleinen Walzenpaare 9 entspricht dabei der Breite des Trägers von Flansch zu Flansch, während die Länge der unteren Walzen der Walzenpaare 9 der jeweiligen Breite des Stegabschnittes entspricht. Der Stegabschnitt wird daher zwischen den jeweiligen Kaltwalzenpaaren 9 entspannt, so daß die Druckkräf'.e immer in Längsrichtung des Trägers auftreten und erreicht wird, daß durch da; Walzen eine seitliche Aufweitungskraft auftritt. In diesem Zusammenhang wird auf F i g. 2A hingewiesen, au; welcher deutlich hervorgeht, daß die Länge der oberer Walze der Kaltwalzenpaare 9 der jeweiligen Breite des Trägers von Flansch zu Flansch entspricht, während die Länge der unteren Walzen der Kaltwalzenpaare 9 gleich der jeweiligen Breite des Stegabschnittes ist.

ίο Auf Grund der Tatsache, daß der Durchmesser der Kaltwalzen kleiner als die halbe Länge eines Einschnittes 5 oder 6 ist sowie die Länge der oberen Kaltwalzen der Gesamtbreite des Trägers von Flansch zu Flansch und die Länge der unteren Kaltwalzen der Breite des Stegabschnittes entspricht, wird das Auftreten von anfänglichen Rissen verhindert, welche die Qualität des Trägers nachteilig beeinflussen. Selbst wenn bei Verwendung eines wenig dehnbaren Materials einmal Anfangsrisse auftreten sollten, wird ein Weiterlaufen von einmal eventuell aufgetretenen Rissen während des weiteren Aufweitungsvorganges verhindert.

Während der Stegabschnitt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch die nach der Seite gerichteten Aufweitungskräfte auseinandergedrückt wird, wird der Stegabschnitt bei den eingangs beschriebenen, bekannten Verfahren durch die divergierenden Führungselemente auseinandergezogen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wirkt also die verformende Kraft von innen nach außen, während bei den bekannten Verfahren die verformende Kraft von außen nach innen wirkt. Bei der eingangs erwähnten Vorrichtung zur Herstellung von Metallgitterträgern mit seitlichen, an den Flanschen des Ausgangsprofils angreifenden, divergierenden Führungsschienen fressen sich die Flansche an den Führungsschienen auf Grund der hohen Reibung fest, wenn die Arbeitsgeschwindigkeit den Wert von 20 m/min überschreitet. Bei dieser bekannten Vorrichtung läßt sich daher die Arbeitsgeschwindigkeit nicht erhöhen. Darüber hinaus führt die Abnutzung der Führungsschienen zu einer Ungleichmäßigkeit des Materialvorschubes, wodurch die Genauigkeit des Erzeugnisses verschlechtert wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann sich dagegen der dem Kaltwalzvorgang unterworfene Stegabschnitt quer zur Förderrichtung frei ausdehnen, wodurch eine Arbeitsgeschwindigkeit von 60 m/min und mehr erreicht werden kann.

Die Länge der Einschnitte 5 oder 6 und damit das Aussehen des späteren Gitterwerkes läßt sich beispielsweise dadurch ändern, daß die Umfangsgeschwindigkeit der oberen Schneidwalze gegen die Umfangsgeschwindigkeit der unteren Schneidwalze geändert wird, deren Umfangsgeschwindigkeit im wesentlichen der Vorschubgeschwindigkeit des herzustellenden Trägers entspricht. Wenn man die Einrichtung zum Ablängen des aus der Vorrichtung austretenden Trägermaterials mit der Schneidwalze, einem mit der Schneidwalze verbundenen Zählwerk für die Schlitzteilung, mit einer Kupplung od. dgl. kombiniert, kann erreicht werden, daß der Träger in einer vorbestimmten Länge stets an der Verbindungsstelle der Gitterstäbe mit den seitlich angrenzenden Flanschen abgeschnitten wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung sind nicht nur auf die Her-

stellung von Metallgitterträgern mit einem in den Zeichnungen dargestellten C-Profil beschränkt. Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung eignen sich auch zur Herstellung von Metalteitter-

trägern mit einem Z-, S- und Η-Profil oder auch mit einem hutartigen Profil. Wenn das Profil der herzustellenden Metallgitterträger geändert werden soll, brauchen lediglich die entsprechenden Profilierungswalzen ausgetauscht zu werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Metallgitterträ gern, bei welchem in den Stegabschnitt des Ausgangsprofils wenigstens zwei Reihen in Längsrichtung versetzt verlaufende Einschnitte eingeschnitten werden und der Stegabschnitt durch mehrstufiges Kaltwalzen zu einem Gitter aufgeweitet und anschließend gerichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß man den dem Kaltwalzvorgang unterworfenen Stegabschnitt quer zur Förderrichtung frei fließen läßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bereits zu einem Gitter aufgeweitete Stegabschnitt durch ein anschließendes Strekken in Querrichtung weiter aufgeweitet wird, indem er in V-Form gebogen und anschließend in eine flache Form zurückgebogen wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 und 2 mit Schneidwalzen zum Einschneiden von Schlitzen in den Stegabschnitt des Ausgangsprofils und mit einer Vielzahl von Kaltwalzenpaaren zum mehrstufigen Ausweiten des eingeschnittenen Stegabschnitts, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Kaltwalzenpaare (9) hintereinander innerhalb einer regelmäßig wiederkehrenden Schlitzteilung (p) des Stegabschnitts angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß den Kaltwalzenpaaren (9) eine Mehrzahl von Walzenpaaren (16, 17, 18, 19) mit einem alimählich zu- und wieder abnehmenden V-Profil zum V-förmigen Verbiegen des Stegabschnittes nachgeschaltet sind und den V-Profilwalzen (16, 17, 18, 19) Planierwalzen (20) und Richtwalzen (21, 22) nachgeordnet sind.