DE2813635A1

DE2813635A1 - Verfahren und einrichtung zur herstellung von profilen und hohlkoerpern aus mehreren metallenen streifen konstanter dicke

Info

Publication number: DE2813635A1
Application number: DE19782813635
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl Ing Preller
Original assignee: Theodor Wuppermann GmbH
Current assignee: Krupp Stahl AG
Priority date: 1978-03-30
Filing date: 1978-03-30
Publication date: 1979-10-04
Also published as: FR2421014B1; FR2421014A1; US4377732A; AT372310B; ATA171379A; GB2017541A; GB2017541B; DE2813635C2

Description

VON KREISLER SCHÖ'NWALD MEYER EISHOLD FUES VONKREISLER / KELLER S E LTWfcGi ο c q

PATENTANWÄLTE Dr.-Ing. von Kreisler f 1973

Dr.-Ing. K. Schönwald, Köln Dr.-Ing. Th. Meyer, Köln Dr.-Ing. K. W. Eishold, Bad Soden Dr. J. F. Fues, Köln Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Köln Dipl.-Chem. Carola Keller, Köln Dipl.-Ing. G. Selting, Köln

5 KÖLN 1 29.3.1978 Sch/Sd

DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF

Theodor Wuppermann GmbH, Friedrichstraße 38, 5090 Leverkusen

Verfahren und Einrichtung zur Herstellung von Profilen und Hohlkörpern aus mehreren metallenen Streifen konstanter Dicke

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Herstellung von Profilen, Hohlkörpern u.dgl. aus mehreren metallenen, vornehmlich aus Stahl bestehenden Streifen bzw. Bändern konstanter Dicke von ebenflächiger und/oder profilierter Querschnittsform durch Erwärmen an den zu verbundenen Zonen.

Es ist bekannt, Rohre mit gleichbleibenden Wanddicken aus Band herzustellen, das auf eine Schweißtemperatur von etwa 1250 bis 1300° C erwärmt, in umlaufenden Rollen geformt und durch Zusammenpressen der Stirnflächen der Ränder verbunden und danach im warmen Zustand auf den endgültigen Rohrdurchmesser kalibriert wird. Nach der DE-PS 1 452 500 kann das Verfahren zur Herstellung von dünnwandigen Rohren mittels

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Preßschweißung noch dadurch verbessert werden, daß die Bandkanten neben der Einwirkung von Sauerstoff auf diese vorher durch eine Hochfrequenz-Induktionserwärmung zusätzlich örtlich erhitzt werden.

Durch die DE-PS 970 422 ist es ferner bekannt, geschlossene und offene Profile aus zwei oder mehreren Teilen zu bilden, die entweder vorgeformt oder ebenflächig sein können, wobei dieser Vorschlag im wesentlichen darauf gerichtet ist, daß eine vorteilhafte Ausbildung der Stumpfschweißung der zu verbindenden Kanten bewirkt wird. In Weiterverfolgung des Verfahrens zum kontinuierlichen Herstellen von aus mehreren Teilprofilen zusammengefügten Profilen sind nach der DE-AS 1 09 7 391 Maßnahmen vorgeschlagen, die auf die Führung der einzelnen Teilprofile

.1 5 und die besondere Orientierung der zu verschweißenden Kanten gerichtet sind. Nach dem Formen der Teilprofile soll mindestens eines von ihnen in eine Lage verdrillt werden, in der sich die freien Kanten sämtlicher Teilprofile zur Bildung des Hohlprofils und zum anschließenden stumpfen Verschweißen der Kanten unmittelbar gegenüberstehen.

Nach der DE-AS 1 085 980 ist es bekannt, mittels einer konduktiven Aufheizung eine Profilstreifenkante mit dem bandartigen Flächenstück eines Werkstückes mit ausgedehnter Oberfläche zu verschweißen. Dabei können Teilstücke in kontinuierlichem Ablauf zu Profilguerschnitten zusammengesetzt werden, wobei die Querschnitte der einzelnen Teilstücke nach dem Verschweißen erhalten bleiben.

Dem bekannten Verfahren zur Herstellung von Profilen,

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Hohlkörpern u.dgl. aus bandförmigen Streifen bekannter Dicke ist gemeinsam, daß die Querschnittsabmessungen, d.h. die Dicken, des Fertigproduktes unverändert, d.h. konstant bleiben. Durch die Schweißung hervorgerufene Grate v/erden beim weiteren Verarbeitungsvorgang entfernt oder es werden unbeabsichtigt eingetretene Verdickungen durch den Kalibrierungsvorgang auf die Ausgangsdicke des Produktes gebracht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Profile, Hohlkörper u.dgl. aus mehreren metallenen Streifen konstanter Dicke zu erzeugen, die an vorbestimmten Stellen des Querschnittes eine von der Dicke des Ausgangsproduktes - abweichende Dicke und/oder Querschnittsgestaltung aufweisen. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß zwei oder mehr als zwei bandförmige Streifen konstanter Dicke mindestens teilweise über ihre Flächenbereiche durch Preßschweißung zu Profilen, Hohlkörpern u.dgl. mit örtlien über die Gesamtdicke der Streifen entsprechender oder vergrößerter Dicke vereinigt werden. Die Streifen können von gleicher oder zueinander unterschiedlicher Dicke oder auch von unterschiedlicher Werkstoffqualität sein. Hierbei kann gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung bei der Vereinigung der bandförmigen Streifen konstanter Dicke zu einem Profil od.dgl. mit über den Querschnitt vergrößerter örtlicher Dicke die Querschnittsform der Verdickung durch unmittelbare Warmformgebung verändert werden, und zwar im Rahmen des kontinuierlichen Fertigungsablaufes.

Hierbei kann der durch die Preßschweißung und Warmformgebung erzeugte Profilquerschnitt sogleich einer vorangehenden und/oder nachfolgenden Kaltformgebung in dem unmittelbaren kontinuierlichen Ablauf unterzogen werden.

Das Verfahren gemäß der Erfindung gestattet auf einfache

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Weise die Erzeugung vielgestaltiger Profilformen mit vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten, die sich durch gute statische Eigenschaften, optimale stoffliche Ausnutzung und günstige Verarbeitungsbedingungen auszeichnen und nach keinem der vorbekannten Verfahren entweder technisch oder wirtschaftlich herstellbar sind. Es können u.a. Profile mit sehr großen Abmessungs-Dicken-Verhältnissen und komplizierten Materialunterschneidungen hergestellt werden, was in der Warmwalz- und auch der Strangpreß-Technik nicht möglich ist. Darüber hinaus können im Gegensatz zu Kaltprofilen Querschnitte mit definierten Wanddickenunterschieden sowie scharfen Innen- und Außenradien auf wirtschaftliche Weise erzeugt werden.

Im einzelnen läßt sich das Herstellungsverfahren in der Weise vornehmen, daß die nach Profilgestalt, Anforderungen und Bedingungen des Fertigungsablaufes entsprechend bemessenen bandförmigen Teilstücke in kontinuierlichem Ablauf, gegebenenfalls kaltprofiliert, in streifenförmigen Teilbereichen auf eine Schweißtemperatur von ca. 1250 bis 1300° C erhitzt, durch die gleichzeitig eine Warmformgebung bewirkende Preßschweißung zusammengefügt und anschließend fertig geformt werden. Je nach dem gewünschten Profilquerschnitt ergeben sich sehr unterschiedliche Kombinationen in der Führung der Teilabschnitte und im Verfahrensablauf.

Die bandförmigen Teilabschnitte können einerseits flach ' übereinander oder in einem bestimmten spitzen Winkel zueinander in horizontalen oder vertikalen Ebenen durch ! einseitige Praßschweißung zusammengefügt werden. Sie kön- i nen in den gleichen Ebenen auch einseitig überlappt ver- j bunden werden. Es ist auch die Verbindung des Kantenbe- j

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bereiches eines Teilstreifens mit einem mittleren Bereich des anderen Teilstreifens möglich. Zur Herstellung von Hohlkörpern können mehrere Teilbereiche der über- oder gegeneinander angeordneten Teilstücke miteinander verbunden werden.

Vielfach wird es für den Ablauf des gesamten Umformvorganges vorteilhaft sein, die Teilstreifen im losen oder auch bereits zusammengefügten Zustand in bekannter Weise in eine andere Ebene zu verdrillen. Ein solches Verdrillen kann gegebenenfalls auch gleichzeitig mit dem Zusammenführen der Teilstreifen zum Preßschweiß- und Warmformgebungsvorgang erfolgen.

Zur partiellen Erwärmung können alle hierfür geeigeneten Wärmequellen, wie Brennerstrecken, Widerstandserhitzung mit Rolltrafos oder die konduktive Erwärmung mit Hochfrequenzstromquellen eingesetzt werden. Da bei dem Verfahren der Erfindung eine konzentrierte, schnelle und wirtschaftlich optimale Erwärmung erwünscht ist, sind Anlagen der Mittelfrequenz-Induktionserwärmung sehr zweckmäßig. Dabei erfolgt die Erwärmung der von der Bandkante abgelegenen partiellen Bereiche mit Linieninduktoren, die bei größeren Materialdicken korrespondierend ober- und unterhalb des durchlaufenden Bandes angeordnet sein können. Bei Erwärmung der Bandkanten können hierzu die Bandkante umfassende Tunnelinduktoren eingesetzt werden, die gegenüber den Linieninduktoren einen besseren thermischen Wirkungsgrad ergeben. Je nach Banddicke, Erwärmungsbreite und installierter elektrischer Leistung können Erwärmungsgeschwindigkeiten erzielt werden, die durchaus in den Bereichen der Arbeitsgeschwindigkeiten liegen, wie sie beispielsweise bei Walzprofilier- und

Rohrschweißanlagen üblich sind.

In der einfachen Lösung für die Verarbeitung von zwei Teilstreifen würde sich für die Durchführung der Erfindung folgender Verfahrensablauf ergeben:

Als Ausgangsmaterial wird bandförmiges Material - im wesentlichen warm- oder kaltgewalzter Bandstahl - in Ringen eingesetzt. Nach Ablauf von den neben-, hinter- oder übereinander angeordneten Haspelanlagen durchlaufen die Bänder jeweils eine Richtmaschine, eine Einrichtung zum Aneinanderschweißen der Bandenden und eine Bandspeichereinrichtung. Danach kann eine Walzprofilieranlage vorgesehen werden, in der die Bänder eine Vorprofilierung erhalten können.
Bei Verzicht auf eine Vorprofilierung kann die Walzprofilieranlage der Führung und dem Antrieb der Bänder dienen. Anschließend werden die Teilstreifen in den Einrichtungen zur partiellen Erwärmung auf Schweißtemperatur erhitzt. Vor dem Preßschweißvorgang können gegebenenfalls die Teilstreifen durch Führungsrollen verdrillt und/oder die einzelnen Teilbereiche mittels Abbiegen in eine für die Schweißung und Warmformgebung günstige Stellung gebracht werden. Die mit der Preßschweißung kombinierte Warmformgebung erfolgt dann weitgehend in geschlossenen Kaliberstichen. Wegen der besseren Kühlung werden für die in einem oder mehreren aufeinanderfolgenden Stichen angeordneten Kalibern bevorzugt Rollenumformwerkzeuge eingesetzt. Es können naturgemäß auch Matritzen aus hitzebeständigem Material mit Innenkühlung und gegebenenfalls unter zusätzlicher Anwendung eines geeigneten Gleitmittels verwendet werden. Die nicht angetriebenen Warmformwerkzeuge können in jeder beliebigen Winkelstellung

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an einer kreisförmigen Lünette unter optimaler Krafteinwirkung auf den umzuformenden Werkstoff angeordnet sein.

In der sich an die Warmformgebung anschließenden Kühlstrecke sollte die Abkühlung des gesamten Querschnittes mittels Luft oder Wasser so gesteuert werden, daß die verbleibende Restwärme die nachfolgende Kaltformgebung in bekannter Weise begünstigt. Entscheidend ist ausschließlich, daß die Kaltformgebung außerhalb des Blaubruchgebietes des jeweiligen Werkstoffes geschieht. Wenn die nachgeordneten mechanischen Einrichtungen, insbesondere wegen Erhaltung der notwendigen Schmierwirkung in den Lagern, erhöhte Temperaturen zulassen und die Restwärme das erforderliche Wärmevolumen bietet, sollte eine Kaltformgebung oberhalb des Blaubruchgebietes angestrebt werden. Auf jeden Fall bietet eine Ausnutzung der Restwärme mannigfaltige Vorteile. Neben der Begünstigung der Kaltformgebung kann der Einsatz von Kühlmedien reduziert und die im Profil bei normaler Kaltformgebung verbleibenden Restspannungen vermindert werden.

Bei Ausnutzung einer Restwärme für die abschließende Kaltformgebung empfiehlt es sich, zwischen dieser und dem Richtvorgang gegebenenfalls noch eine weitere Kühlstrecke vorzusehen, damit die Profile absolut gerade und drillfrei bleiben und dann auf Gebrauchslängen geschnitten werden können.

Für die Warmformgebung steht das partiell erwärmte Werkstoff volumen zur Verfügung. Durch die Führung der kalten Bandbereiche und entsprechenden Gestaltung der Warmformkaliber wird ein ungehinderter Werkstofffluß quer zur

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Durchlaufrichtung erreicht. In Verbindung mit der Warmformgebung können auch Umformvorgänge zur Aufbringung von Oberflächenstrukturen, Prägungen, Noppen u.dgl. durch umlaufende Werkzeuge oder intermittierend arbeitende Gesenke vorgenommen werden.

Zur Herstellung von Hohlkörpern können in einer vereinfachten Lösung zunächst in bekannter Weise zwei Halbprofile hergestellt, diese gegeneinander verdreht, beidseitig in flächigen Kantenbereichen erwärmt und unter gleichzeitiger Warmumformung verschweißt werden. Die nach außen weisenden doppelten Kantenbereiche können dabei auf Wandstärke reduziert und/oder in anderer Weise umgeformt werden. Diese Herstellungsweise führt gerade bei komplizierten Anschlag-Formrohren zu vereinfachten Fertigungsbedingungen.

In einer weiteren Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens können auch Hohlkörper mit unterschiedlich großen und verschiedenartig gestalteten Hohlräumen hergestellt werden. Dazu ist nur noch ein weiterer Teilbereich innerhalb der Teilstücke neben den Kantenbereichen zu erwärmen und zu verbinden. Bei sehr dünnwandigem Material ist es möglich, auch solche flachgedoppelten Bänder dann mittels pneumatischer oder hydraulischer Druckmedien zu mehrkammerförmigen Hohlkörpern, z.B. Heizkonvektoren, aufzudrücken. Zur weiteren Reduzierung der Wanddicke können auch die gedoppelten Bänder zunächst nochmals kalt nachgewalzt werden.

Zur Begünstigung der Erwärmungsbedingungen und schnelleren Erzielung der erforderlichen Schweißtemperatur könne auf die vorerwärmten Teilbereiche in bekannter Weise

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Sauerstoffstrahlen einwirken, wie es ebenfalls möglich ist, die erwärmten und zu verschweißenden Flächen durch einen Schutzgasschleier vor der umgebenden Athmosphäre zu schützen.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Beispiele nachstehend erläutert.

Fig. 1 bis 6 zeigen in symbolhafter Darstellung eine Auswahl der verschiedenen Kombinationsmöglichkeiten von Teilstreifen in ihren Lagen zueinander und den in Schraffur angegebenen Wärmezonen.

Fig. 7 bis 11.stellen Profile dar, welche Ausbildungsmöglichkeiten mittels Warmformgebung der nach Fig. 1 durch einseitige Preßschweißung zusammengesetzten Teilstreifen veranschaulichen.

In den Fig. 12 bis 14 sind Ausführungsbeispiele fertig kaltgeformter Querschnitte gezeigt, die sich auf die Ausbildung der Preßschweißung nach Fig. 7 beziehen.

Fig. 15 und 16 kennzeichnen anhand eines U-Profils zwei Beispiele für die bildsamen Formgebungsmöglichkeiten eines Wulstes des Profils nach Fig. 13, auch quer zur Durchlaufrichtung des Arbeitsablaufes.

Fig. 17 bis 19 zeigen Querschnittsbeispiele, wie sie aus der Teilstreifenlage entsprechend Fig. 2 entwickelt werden können.

Fig. 20 bis 22 zeigen Profilierungen, die bevorzugt aus Bandlagen nach Fig. 3 entwickelt sind.

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Fig. 23 bis 25 stellen Profilierungen dar, die aus Teilstreifenlagen nach Fig. 4 hergestellt werden können.

Fig. 26 veranschaulicht ein dünnwandiges Flossenrohr im Querschnitt.

Fig. 27 stellt einen Zweikammer-Hohlkörper nach dem Verfahren der Erfindung dar.

Fig. 23 zeigt die Gestaltung eines Hohlprofiles aus einem unverformten und einem vorgeformten Teilstück.

Fig. 29 und 30 zeigen gemäß der Erfindung preßgeschweißte Hohlprofile.

Fig. 31 veranschaulicht ein offenes Profil, das aus einem ungeformten und einem vorgeformten Teilstück zusammengefügt ist.

Fig. 32 und 33 lassen offene Profilquerschnitte erkennen, die aus zwei vorgeformten Teilstücken hergestellt sind.

Fig. 34 veranschaulicht ein Beispiel für das erfindungsgemäße Verfahren im schematischen Ablauf.

Fig. 35 zeigt einen Linieninduktor zur Erwärmung mittlerer Bandbereiche in perspektivischer Darstellung.

Fig. 36 zeigt einen Tunnelinduktor zur Erwärmung von Kantenbereichen, ebenfalls in perspektivischer Darstellung.

Fig. 37a bis 37e veranschaulichen eine Stichfolge zur Herstellung eines U-Profiles mit einem T-förmigen Wulst

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im Steg aus zwei Teilstreifen in schematischer Form.

Fig. 38a bis 38j stellen die Herstellungsstadien für ein Anschlag-Hohlprofil nach dem Verfahren gemäß der Erfindung dar.

In den Fig. 1 bis 6 sind einige Kombinationsmöglichkeiten von bandförmigen Teilstücken veranschaulicht. Nach Fig. 1 können die gleich breiten und gleich dicken Teilstükke übereinanderliegend im Bereich einer Kante verschweißt werden. Die Teilstücke können nach Fig. 2 ungleich breit und dick sein. Nach Fig. 3 sind die Teilstücke gegeneinander versetzt und im Bereich der gegenüberliegenden Kanten verschweißt.

Nach Fig. 4 werden die Teilstücke im Bereich gegenüberliegender Randzonen mittels durchgehender Schweißung verbunden. Auch hier können die Teilstreifen unterschiedlich breit und dick sein sowie versetzt gegeneinander angeordnet werden. Entsprechend Fig. 5 sind die Teilstücke in beiden Kantenbereichen miteinander verschweißt, während nach Fig. 6 noch eine zusätzliche Schweißung im mittleren Bereich vorgesehen ist. Neben unterschiedlichen Abmessungen können auch verschiedene Qualitäten vereinigt werden, soweit es sich um schweißbare Werkstoffe'handelt.

Außer in den gezeichneten Lagen können die Teilstreifen auch vertikal oder in jeder anderen beliebigen Winkelstellung zusammengefügt werden. Die günstigste Lage der Teilstreifen zueinander zum Zeitpunkt der Preßschweißung ergibt sich im wesentlichen aus den notwendigen Umformbedingungen .

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Der Einfachheit halber wird in den Fig. 7 bis 11 nur an dem Werkstück nach Fig. 1 gezeigt, welche Warmformgebungsmöglichkeiten im Bereich der Preßschweißung und mit dieser zusammen gegeben sind. Auch hier handelt es sich nur um einen knappen Ausschnitt denkbarer Formgebungen, wie auch in allen anderen der folgenden Beispiele.

Ebenfalls aus Vereinfachungsgründen sind in den Fig. 12 bis 14 nur am Beispiel des Profils der Fig. 7 die anschließenden Kaltformmöglichkeiten gezeigt.

An einem U-Profil entsprechend der Fig. 13 ist in den Fig. 15 und 16 dargestellt, daß mittels der Warmformgebung auch Formänderungen quer zur Durchlaufrichtung vorgenommen werden können.

In den Fig. 17 bis 19 sind Sonderprofile gezeigt, die vornehmlich aus Teilstreifen entsprechend der Lage der Streifen nach Fig. 2 entwickelt sind. Es handelt sich um Profile mit einem verdickten Fuß. Selbstverständlich kann diesem Fuß durch die Warmformgebung noch eine andere Gestalt gegeben werden.

Dies gilt ebenso für die Profile nach den Fig. 20 bis 22 mit einem verdickten Zwischenbereich, die bevorzugt aus Teilstreifen entsprechend der Lage der Streifen der Fig. 3 hergestellt werden.

Die Querschnitte in den Fig. 23 und 24 weisen durch die ausgeprägte Materialanhäufung in den äußeren Bereichen sehr günstige statische Eigenschaften auf. Bei Fig. 25 handelt es sich um ein U-Profil mit warmgeformter Schwalbenschwanzführung. Die Profile nach den Fig. 23 bis 25

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werden zweckmäßigerweise aus drei Teilstreifen nach Fig. 4 entwickelt.

In den Fig. 26 und 27 sind Hohlkörper gezeigt, die aus den Bandlagen nach den Fig. 5 und 6 herstellbar sind. Im wesentlichen handelt es sich um dünne Bandmaterialien, die lediglich durch Preßschweißung zusammengefügt werden und in besonderen Fällen auch im Bereich der Preßschweißung warmgeformt sein können. Sie werden im kontinuierlichen Ablauf auf Gebrauchslängen abgelängt oder, sofern die gedoppelten Bänder einer weiteren Kaltwalzung oder Warmbehandlung unterzogen werden sollen, zu Bunden aufgewickelt. Die Formgebung zu Hohlprofilen bei diesen vorteilhaft im wesentlichen unter 1 mm dicken Bandmaterialien erfolgt in einem separaten Arbeitsgang bevorzugt durch Aufweiten mittels pneumatischer oder hydraulischer Druckmedien.

Wenn dickere Materialien zu Hohlkörpern verarbeitet werden, so wird im allgemeinen entsprechend den Ausführungsbeispielen in den Fig. 28 bis 30 verfahren. Nach Fig. 28 wird z.B. nur ein Teilstreifen kalt zu einem trapezförmigen Profil vorgeformt und mit einem unverformten, den Boden des Hohlprofiles bildenden dickeren Teilstreifen verschweißt. Nach den Beispielen der Fig. 29 und 30 sind die zwei entweder symmetrisch oder unsymmetrisch vorgeformten Halbprofile in den schraffiert dargestellten Bereichen zusammengefügt, wobei diese Bereiche, wie am Beispiel der Fig. 30 sichtbar, nicht nur zu einem rechteckigen Anschlag kalibriert, sondern auch in ausgeprägteren Formen warmgeformt v/erden können.

Auf diese Weise können die verschiedensten Hohlprofile

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mit einem oder auch mehreren dicht voneinander getrennten Hohlräumen hergestellt werden, wobei solche Hohlkörper im wesentlichen durch die außerhalb der Hohlräume angeordneten Schweißverbindungen und/oder zusätzlich Formgebungsverbindungen gekennzeichnet sind.

In der Fig. 31 ist beispielhaft ein offener Profilquerschnitt dargestellt, der dergestalt hergestellt wird, daß mindestens ein kalt vorgeformter Bereich eines Teilstreifens mit einem unverformten zweiten Teilstreifen in einem von dessen Kante abgewandten Bereich verschweißt wird.

Es kann auch erforderlich sein, zwei oder gegebenenfalls auch mehr als zwei kalt vorgeformte Teilstücke miteinander zu verbinden und sie dann unter Verzicht auf insbesondere weitere Kaltformgebungen lediglich noch auf Gebrauchslängen abzutrennen. Solche Erfordernisse ergeben sich im wesentlichen aus der Geometrie der gewünschten Endquerschnitte, die entweder für die nachfolgende Endprofilierung zu sperrig oder zu kompliziert sein können. Beispie-Ie hierzu sind in den Fig. 32 und 33 gezeigt.

In der Fig. 34 ist in schematischer Darstellung eine bevorzugte Anordnung der Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung veranschaulicht. Bandförmige Ausgangsmaterialien 1 und 2 werden von den Ringen 3 und 4 abgewickelt, durchlaufen jeweils eine Richtmaschine 5, 6, eine Schere 7, 8 mit einer Schweißanlage 9, 10 zur Verbindung der Bandenden und anschließend eine Bandspeichereinrichtung 11, 12, die hier in Form von Bandschlaufen dargestellt sind. Diese Bandspeicher sind wichtig, damit

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beim Verbinden der Ringenden der Banddurchlauf wegen der gleichmäßigen Erwärmung, Schweißung und Warmformgebung nicht unterbrochen wird. Diese dargestellten Einrichtungen, die für jeden Teilstreifen als separate Bandvorbereitung vorhanden sind, können je nach Zweckmäßigkeit und örtlichen Gegebenheiten neben-, hinter- oder auch übereinander angeordnet werden.

Aus den Bandvorbereitungen werden die Teilstreifen 1 und 2 einer gemeinsamen Walzprofilieranlage 13 zugeführt.

In dieser Anlage können die Teilstreifen kalt vor- oder fertiggeformt werden. Dies kann für die beiden Teilstreifen 1 und 2 in den gleichen Formgerüsten oder auch versetzt zueinander erfolgen. Vorteilhaft dürfte es sein, die Formgerüste der Walzprofilieranlage 13 in bekannter Weise mit stufenlos regelbaren Einzelantrieben auszustatten, damit ein absoluter Gleichlauf der beiden Teilstreifen 1 und 2 gewährleistet ist. Wenn keine Kaltumformungen vor dem Zusammenfügen vorgenommen werden, kann die Walzprofilieranlage 13 lediglich zur Führung und zum Bandantrieb dienen. Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es unerheblich, ob jeder Teilstreifen durch eine separate Walzprofilieranlage oder bei Verzicht auf Vorverformung durch bloße Treibrollenpaare geführt wird.

Nach Passieren der Walzprofilieranlage 13 werden die Teilstreifen 1 und 2 auseinandergeführt und mittels der nicht angetriebenen Umlenkrollen 14 und 15 in die Position gestellt, die für die nachfolgende Erwärmung, Warmformgebung und Kaltumformungen am günstigsten ist. Als Erwärmungseinrichtung kann vorzugsweise eine Mittelfrequenz-

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Induktionsanlage vorgesehen werden, wobei die Induktoren 16 und 17 je nach Lage der zu erhitzenden Zone als Linieninduktor 25 nach Fig. 35 oder als Tunnelinduktor 26 für den Bandkantenbereich nach Fig. 36 ausgebildet sein können. Die Erwärmung auf Schweißtemperatür kann in bekannter Weise durch Sauerstoffzuführung unterstützt werden, der in nicht gezeichneten Düsen auf die Erwärmungszonen aufgeblasen wird.

Anschließend werden die Teilstreifen 1 und 2 wiederum durch nicht angetriebene Rollenpaare 18 und 19 zusammengeführt, wobei gegebenenfalls diese Rollenpaare gleichzeitig gewisse einfache Umformvorgänge bewirken können. Daran schließt sich die Preßschweißung in Verbindung mit der Warmformgebung in den als Rollenpaare dargestellten Kalibern 20 an, die aus horizontal, vertikal oder in jeder beliebigen Winkelstellung angeordneten Umformrollen oder gegebenenfalls auch Matrizen bestehen können. Zur Verbesserung der Schweißgüte der teilweise relativ breiten Preßschweißungen empfiehlt es sich, als Schutz gegenüber der aggressiven Atmosphäre eine Abschirmung durch eine Schutzgaszone zwischen Erwärmung und Preßschweißung vorzusehen.

Im Anschluß an die Preßschweißung und Warmformgebung erfolgt zweckmäßig eine gesteuerte Abkühlung auf eine definierte Restwärme des nunmehrigen Gesamtquerschnittes 21 , was bei der skizzenhaften Darstellung durch einen Wasserspritzkasten 22 veranschaulicht ist. Es kann auch jede andere Art der Abkühlung - beispielsweise ein Wasserbad oder ein Luftkanal - gewählt werden.

Danach wird der Querschnitt einer weiteren Walzprofilier-

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anlage 23 zugeführt, wobei diese Walzprofilieranlage mittels ihrer angetriebenen Rollen zusammen mit der Walzprofilieranlage 13 in geschwindigkeitsgemäßer Abstimmung den Banddurchlauf durch die Gesamtanlage bewirkt.

In der Walzprofilieranlage 23 können die Schritte der Kaltumformung zu der endgültigen Querschnittsgestaltung erfolgen, und zwar im wesentlichen bei gegenüber der Raumtemperatur erhöhten Temperaturen. Hierdurch wird die Umformung begünstigt und gleichzeitig eine Minderung der bei normaler Kaltformgebung in dem Querschnitt verbleibenden Umforraspannungen erreicht. Wenn nach der Preßschweißung und Warmumformung auf weitere Kaltumformschritte verzichtet wird, so kann die Walzprofilieranlage 23 lediglich dem Richtvorgang und dem Profildurchlauf dienen.

Im Anschluß an die Kaltformgebung und gegebenenfalls einer weiteren Abkühlung vor dem Richten erfolgt das Ablängen der fertigen Profile auf Gebrauchslängen mittels einer Trenneinrichtung 24.

In den Fig. 37a bis 37e sind die Stichfolgen für die Herstellung eines U-Profiles 27 mit einem T-förmigen Wulst 28 im Steg verdeutlicht. Im Schritt der Fig. 37a ist in perspektivischer Form gezeigt, wie die beiden unverformten Teilstreifen 29 und 3O₇ die in den Teilbereichen 31, 32 auf Schweißtemperatur erwärmt sind, mittels nicht gezeichneter Führungen hochkant und bogenförmig zusammengeführt werden. Mit den gleichen Führungen wird im Schritt der Fig. 37b durch die Oberwelle 33 und die Unterwellen 34 bis 36 ein leichtes Abbiegen der Teilstreifen am Rande der Erwärmungszone bewirkt. Im Schritt der Fig. 37c erfolgt so-

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dann der Preßschweißvorgang durch eine Rolle 37 und die horizontal angeordneten Scheiben 38 und 39, mittels denen gleichzeitig eine tropfenförmige Wulstbildung 40 vorgenommen wird.

Dadurch, daß der Walzspalt offen ist, kann ein ungehinderter Materialfluß erfolgen. Erst im weiteren Schritt der Fig. 37d erfolgt in einem geschlossenen Kaliber, das aus den vertikal umlaufenden Rollen 41 und 42 und den horizontal umlaufenden Scheiben 43 und 44 gebildet wird, die endgültige Warmumformung zu einem T-förmigen Wulst 28. In der Walzprofilieranlage 23 der Fig. 34 erhält der zusammengefügte Querschnitt durch die Kaltumformschritte f - k

- die der Einfachheit halber gestrichelt dargestellt sind

- die endgültige U-förmige Gestalt der Fig. 37e.

In der Fig. 38 ist in einer vereinfachten schematischen Darstellung der Fertigungsablauf eines Hohlprofiles entsprechend der Fig. 30 veranschaulicht. Die Schritte a - e erfolgen in der Walzprofilieranlage 13 zur Erzeugung der beiden Halbprofile 45 und 46, die dann mittels der Umlenk-

rollen 14 und 15 in den Schritten f und g um 90° verdreht werden. Im Schritt h findet durch die angedeuteten Tunnelinduktoren 47 bis 50 die Erwärmung, im Schritt i das Preßschweißen und eine Vorwarmumformung und letztlich im Schritt j die endgültige Ausformung des T-förmigen Wulstes bei kontinuierlichem Arbeitsablauf statt.

Die Erläuterungen mußten sich naturgemäß auf das Beschreiben weniger Ausführungsbeispiele beschränken. Die Vielge- i staltigkeit der Formgebungsmöglichkeiten kann Variationen in der Anordnung der Einrichtungen und im Verfahrensablauf

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bedingen. Aus wirtschaftlichen Erwägungen dürfte es sich, wie bei allen anderen Umformverfahren, als zweckmäßig erweisen, für bestimmte, nach Geometrie und Abmessung sehr unterschiedliche Profilgruppen unter Berücksichtigung der prinzipiellen erfinderischen Überlegungen entsprechende Verfahrenswege und daran angepaßte Einrichtungen zu entwickeln.

Ein wichtiger Bestandteil des Verfahrens der Erfindung beruht auch in der Anwendung bewährter elektrischer und mechanischer Mittel, so daß auch durch die Einbeziehung vorhandener Anlagen die Durchführung des Verfahrens mit vertretbarem Aufwand und ohne besondere Risiken möglich ist.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Profilen und Hohlkörpern u.dgl. aus mehreren metallenen, vornehmlich aus Stahl bestehenden bandförmigen Streifen konstanter Dicke von ebenflächiger und/oder profilierter Querschnittsform durch Erwärmen an den zu verbindenden Zonen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr als zwei Streifen konstanter Dicke mindestens teilweise über ihre Flächenbereiche durch Preßschweißung zu Profilen, Hohlkörpern u.dgl. mit örtlich über die Gesamtdicke der Streifen entsprechender oder vergrößerter Dicke vereinigt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Streifen mit zueinander unterschiedlicher Dicke für die Vereinigung derselben verwendet.werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Streifen unterschiedlicher Werkstoffqualität vereinigt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Vereinigung der bandförmigen Streifen konstanter Dicke zu einem Profil od.dgl. mit über den Querschnitt vergrößerter örtlicher Dicke die Querschnittsform der Verdickung durch unmittelbare Warmformgebung verändert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Preßschweißung und Warmformgebung erzeugte Profilquerschnitt einer vorangehenden und/oder nachfolgenden Kaltformgebung im unmittelbaren kontinuierlichen Ablauf unterzogen wird.

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6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Verbindung mit der Warmformgebung auch ümformvorgänge im wesentlichen quer zur Durchlaufrichtung, z.B. zur Aufbringung von Oberflächenstrukturen, Prägungen, Noppen, durch umlaufende Werkzeuge oder intermittierend arbeitende Gesenke vorgenommen werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterstützung der Warmformgebung Mittel verwendet werden, die einen Materialfluß quer zur Banddurchlaufrichtung begünstigen.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in einer der Preßschweißung und Warmformgebung nachgeordneten Kühlstrecke die Abkühlung des Werkstoffes so gesteuert wird, daß die nachfolgende Kaltformgebung bei einer Temperatur wesentlich oberhalb der Raumtemperatur, jedoch außerhalb des für den jeweiligen Werkstoff in Betracht kommenden Blaubruchgebietes erfolgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne oder sämtliche Teilstreifen vor der partiellen Erwärmung mittels Umlenksysteme in eine gegenüber dem bisherigen Bandablauf andere Ebene gestellt werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilstreifen zum Preßschweißen durch Führungsrollen zusammengeführt werden, die eine weitere Teilumformung bewirken können.

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11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die partielle Erwärmung der Teilstreifen durch Mittelfrequenz-Induktionsanlagen erfolgt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die partielle Erwärmung durch Linieninduktoren vorgenommen wird, die oberhalb und/oder unterhalb der Bandoberfläche angeordnet sind.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erwärmung der Bandkantenbereiche die Kanten umfassende Tunnelinduktoren verwendet werden.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die partielle Erwärmung auf Schweißhitze in an sich bekannter Weise durch Aufblasen von Sauerstoff unterstützt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsablauf von der partiellen Erwärmung bis zur Preßschweißung und Warmformgebung in einer Schutzgaszone erfolgt.

16. Einrichtung zur Herstellung von Profilen, Hohlkörpern u.dgl. aus mehreren metallenen, vornehmlich aus Stahl bestehenden Streifen konstanter Dicke von ebenflächiger und/oder profilierter Querschnittsform durch Erwärmen an den zu verbindenden Zonen, insbesondere nach den Ansprüchen 1 bis 13, durch gekennzeichnet, daß die Einrichtung im wesentlichen aus einer für jeden Teilstreifen separaten Bandvorbereitung, einer Walzprofilieranlage (13), von Umlenksystemen (14,15), Erwärmungs-

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einrichtungen (16,17), Führungsrollen (18,19), einer Vorrichtung zur Preßschweißung und Warmformgebung (20), einer Abkühlvorrichtung (22), mindestens einer Walzprofilieranlage (23) mit Trenneinrichtung (24) besteht, wobei die Teilstreifen in einem unmittelbaren kontinuierlichen Ablauf durch die Einrichtungsteile transportiert werden.

17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandvorbereitung in bekannter Weise aus einer Haspel (3), einer Richtmaschine (5), einer Schere (7) mit Querschweißanlage (9) sowie einer Bandspeicheranlage (11) zusammengesetzt ist.

18. Einrichtung nach den Ansprüchen 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die vorzugsweise stufenlos regelbaren Walzprofilieranlagen (13,23) den Banddurchlauf durch die Gesamteinrichtung bewirken.

19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Walzprofilieranlage (13) ein Treibrollensatz vorgesehen ist.

20. Einrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Walzprofilieranlage (23) eine Richtmaschine oder eine Aufwickelhaspel vorgesehen ist.

21. Einrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Umformwerkzeuge der Warmumformung an einer kreisförmigen Lünette in jeder beliebigen Winkelstellung angeordnet sind.

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22. Einrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Warmumformung durch umlaufende Formrollen oder feste Matrizen in Verbindung mit einer Kühlung erfolgt.

23. Einrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß bei festen Matrizen neben der Kühlung zusätzlich ein Gleitmittel vorgesehen ist.

24. Einrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Kaltformgebung (23) eine Kühlstrecke nachgeordnet ist.

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