DE3509522A1

DE3509522A1 - Verfahren zum saegen eines profilstahlstabes mit zumindest einem profilflansch

Info

Publication number: DE3509522A1
Application number: DE19853509522
Authority: DE
Inventors: Rolf 5828 Ennepetal Peddinghaus
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-03-16
Filing date: 1985-03-16
Publication date: 1986-09-18
Also published as: US4691601A

Description

Andreiewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf ein Verfahren zum Sägen eines Profilstahlstabes mit zumindest einem Profilflansch in einer Sägeanlage mit rotierender Metallsäge, die eine vorgegebene Anzahl von Sägezähnen aufweist,

wobei der auf einem Tisch oder Rollgang aufliegende Profilstahlstab im Bereich der Metallsäge mit einem Spannstock gegen eine Festanlage eingespannt wird,

und die Metallsäge mit einer vorgegebenen Umdrehungszahl angetrieben sowie mit einer vorgegebenen Vorschubgeschwindigkeit in Richtung des auszuführenden Sägeschnittes zugestellt wird, wobei die Umdrehungszahl und die Anzahl der Sägezähne sowie der Radius der Metallsäge die Schnittgeschwindigkeit bestimmen, wobei fernerhin der Profilflansch beim Sägen eine erzwungene, elastische Auslenkung erfährt und unter dem Einfluß der dadurch bedingten Rückstellkräfte und Bewegungen von den Sägezähnen mit von der Anzahl der Sägezähne und der Umdrehungszahl abhängiger Zahnfolgezeit beaufschlagt wird. Die Profilstahlstäbe können einen U, I, T-Querschnitt oder einen Winkelquerschnitt aufweisen. Insbesondere handelt es sich um Profilstahlstäbe, wie sie im Stahlbau und im schweren Stahlbau üblich sind. Entsprechend ist auch die Metallsäge ausgelegt. Zahnfolgezeit bezeichnet die kleine Zeitspanne, nach der bei der arbeitenden Metallsäge aufeinanderfolgende Sägezähne zum Eingriff kommen. Ist η die Umdrehungszahl der Metallsäge in der Zeiteinheit und bezeichnet χ die Anzahl ihrer Zähne, so ist die Zahnfolgezeit der reziproke Wert des Produktes aus Umdrehungszahl und Anzahl der Sägezähne, d.h. 1/xn.

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Im Rahmen der (aus der Praxis) bekannten gattungsgemäßen Maßnahmen führt die erzwungene elastische Auslenkung zu einer schwingenden Bewegung des Profilflansches, wobei die Schwingungszeit dieser Schwingung und die Zahnfolgezeit mehr oder weniger übereinstimmen oder die Zahnfolgezeit sogar größer ist als die Schwingungszeit. Dabei treten ausgesprochene Resonanzphänomene auf. Schwingungszeit ist der reziproke Wert der Frequenz dieser Schwingung. Untersuchungen, von denen die Erfindung ausgeht und die nicht zum Stand der Technik gehören, haben ergeben, daß die dadurch resultierenden Beanspruchungen die Standzeit der Metallsäge beachtlich beeinträchtigen. Außerdem kann nur mit begrenzter, auf die Umdrehungszahl abgestimmter Vorschubgeschwindigkeit gearbeitet werden, die nicht zu groß gewählt werden darf, so daß im Ergebnis die Leistung der gesamten Sägeanlage beschränkt ist. Das gilt auch für den Wirkungsgrad, der beispielsweise durch einen Quotienten definiert ist, der die Schneidleistung und die motorisch aufgewandte Energie zueinander in Relation setzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren so zu führen, daß bei hoher Standzeit der Metallsäge mit wesentlich erhöhter Schnittgeschwindigkeit und Vorschubgeschwindigkeit sowie damit mit erhöhter Leistung gearbeitet werden kann, und zwar bei Verbesserung des vorstehend angegebenen Wirkungsgrades.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß die Schwingungszeit einer durch die elastische Auslenkung angeregten Schwingung des Profilflansches ermittelt und die Metallsäge bei ausreichend hoher Vorschubgeschwindigkeit mit einer solchen Umdrehungszahl angetrieben wird, daß die Zahnfolgezeit klein ist im Vergleich zur Schwingungszeit und der Profilflansch in einer ausgelenkten Stellung durch die aufeinanderfolgenden Sägezähne ausreichend festgehalten wird. Die Vor-

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Schubgeschwindigkeit wird so groß gewählt, daß der Profilflansch nicht freigeschnitten wird und dadurch zurückfedert. - Es versteht sich, daß wie üblich mit einer Schneidflüssigkeit gearbeitet wird, und zwar mit einer solchen für hohe Schnittgeschwindigkeiten, die eine gute Benetzung zeigt und eine gute Kühlleistung erbringt. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung wird bei stahlbauüblichen Profilstahlstäben mit einer Schnittgeschwindigkeit gearbeitet, die größer ist als 60 m/min, vorzugsweise größer als 100 m/min. Es versteht sich, daß bei hohen Schnittgeschwindigkeiten vorzugsweise mit hartmetallbestückten Metallsägen gearbeitet wird. Die Vorschubgeschwindigkeit kann dabei z. B. 2,50 m/min betragen. Sie kann aber auch höher liegen. Wenn im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens die arbeitende Metallsäge Flatterschwingungen zeigt, so sind diese zu unterdrücken. Das gelingt in ausreichendem Maße, wenn nach der Lehre der Erfindung die arbeitende Metallsäge im Sägebereich und etwa diametral gegenüberliegend durch Klemmeinrichtungen mit jeweils gegeneinander arbeitenden reibungsarmen und im Bedarfsfall gekühlten Klemmbacken stabilisiert wird. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß beim Sägevorgang die Rückfederung des elastisch ausgelenkten Profilflansches und die daraus resultierenden Schwingungen unterdrückt werden müssen. Erfindungsgemäß wird die Metallsäge selbst zur Unterdrückung dieser Rückfederung eingesetzt. Die Umdrehungszahl wird unter Berücksichtigung der Anzahl der Sägezähne so hoch gewählt, daß der ausgelenkte Profilflansch gleichsam keine Zeit hat, störend weit zurückzufedern. Das meint, daß er nicht über den vollen Weg der elastischen Auslenkung zurückfedern soll. So ist das Merkmal zu verstehen, daß der Profilflansch in einer ausgelenkten Stellung festgehalten wird. Wenn er über ein Teilstück des Weges der elastischen Auslenkung zwischen aufeinanderfolgenden Sägezähnen zurückfedert, so beeinträchtigt dieses die erreichten Vorteile, nämlich erhöhte Schnittgeschwindigkeit und erhöhte Vorschubgeschwindigkeit und damit

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erhöhte Leistung, bei hoher Standzeit der Metallsäge, wenig. Das genannte Teilstück soll jedoch möglichst klein sein, z. B. höchstens die . Hälfte des Weges der elastischen Auslenkung ausmachen, vorzugsweise jedoch lediglich ein Viertel, ein Zehntel oder weniger dieses Weges. Die Frequenz der aus der elastischen Auslenkung resultierenden Schwingung und damit die Schwingungszeit lassen sich mit den Hilfsmitteln der modernen technischen Mechanik und elektronischen Schwingungsmessung leicht ermitteln: Man simuliert z. B. die bei normalem Sägebetrieb auftretende elastische Auslenkung, läßt danach den Profilflansch (ohne daß Sägearbeit geleistet wird und ohne Anwesenheit der Metallsäge) los sowie frei ausschwingen und mißt die Frequenz. Man kann bei vorgegebener Geometrie des Profilstahlstabes und vorgegebener Einspannung die Frequenz auch mit modernen mathematischen Hilfsmitteln (Methode der finiten Elemente) errechnen.

Zur Verwirklichung der Lehre der Erfindung besteht auch die Möglichkeit, die Umdrehungszahl der Metallsäge nach Maßgabe der festgehaltenen Auslenkung des Profilflansches computergestützt zu steuern. Dazu werden bei arbeitender Metallsäge die Auslenkung, beispielsweise mittels Laser oder stroboskopisch, gemessen und die Umdrehungszahl so gesteuert oder geregelt, daß die Auslenkung einem so gegebenen Sollwert entspricht, bei dem störende Schwingungen nicht auftreten.

Es versteht sich, daß die Sägeanlage so eingerichtet wird, daß die erfindungsgemäß erforderlichen Umdrehungszahlen sowie die erforderliche Vorschubgeschwindigkeit einrichtbar sind. Im übrigen wird mit Metallsägen gearbeitet, die wie üblich ausgelegt und eingerichtet sind, wenn es sich auch empfiehlt, Vorschneide- und Schneidwinkel nach Maßgabe der im Einzelfall auftretenden Anforderungen zu optimieren.

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Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert.

Die einzige Figur zeigt in schematischer Darstellung einen Querschnitt durch einen Profilstahlstab mit einem Profilflansch bei einer Sägeoperation .

Bei dem in der Figur dargestellten Profilstahlstab 1 mag es sich um einen solchen mit Winkelquerschnitt handeln. Er befindet sich in einer Sägeanlage mit rotierender Metallsäge 2, die eine vorgegebene Anzahl von Sägezähnen 3 aufweist. Der Profilstahlstab 1 liegt auf einem Tisch 4 oder auf einem Rollgang auf. Er ist im Bereich der Metallsäge 2 mit einem Spannstock gegen eine Festanlage eingespannt. Die Einspannkräfte wurden durch Pfeile 5, 6 angedeutet. Die Metallsäge 3 wird mit einer vorgegebenen Umdrehungszahl angetrieben. Sie wird außerdem mit einer vorgegebenen Vorschubgeschwindigkeit in Richtung des auszuführenden Sägeschnittes zugestellt. Die Umdrehungszahl und die Anzahl der Sägezähne 3 sowie der Radius der Metallsäge 2 bestimmen die Schnittgeschwindigkeit.

In der Figur wurde übertrieben durch den Halbbogenpfeil 7 rechts der strichpunktierten Mittellinie 8 dargestellt, daß der Profilflansch 9 beim Sägen eine erzwungene elastische Auslenkung erfährt. Das ist im Ausführungsbeispiel die Auslenkung nach rechts hin. Sie resultiert aus den Kräften, die die Sägezähne 3 auf den zu sägenden Profilflansch 9 ausüben. Der Profilflansch wird so unter dem Einfluß der durch die Auslenkung bedingten Rückstellkräfte und Bewegungen von den Sägezähnen 3 beeinflußt, und zwar mit von der Anzahl der Sägezähne 3 und der Umdrehungszahl abhängiger Zahnfolgezeit. Die Umdrehungszahl und der

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Vorschub werden so gewählt, daß der Profilflansch 9 in ausgelenkter Stellung durch die aufeinanderfolgenden Sägezähne 3 festgehalten wird. In der Figur deutet der doppelt schraffierte Sektor 10 diesen Bereich an. Der Profilflansch 9 kann also nach links hin nicht beliebig weit zurückfedern. Um dieses Festhalten zu bewirken, wurde die Auslegung so vorgenommen, daß die Schwingungszeit einer durch die elastische Auslenkung angeregten Schwingung des Profilflansches 9 ermittelt und die Metallsäge 2 mit einer solchen Umdrehungszahl angetrieben wird, daß die Zahnfolgezeit ausreichend klein ist im Vergleich zur Schwingungszeit. Die volle Amplitude der Schwingung zeigt der nach links weisende Halbbogenpfeil 11. - Handelt es sich bei dem Profilstahlstab um ein stahlbauübliches Profil, so wird z. B. mit einer Schnittgeschwindigkeit von mehr als 2,50 m/min gearbeitet. Es versteht sich, daß die Schnittgeschwindigkeit und die Vorschubgeschwindigkeit variiert werden, wenn der Sägeschnitt den Profilflansch 9 durchtrennt hat und den anschließenden Profilsteg 12 durchläuft. Der Sägevorgang hat im Ausführungsbeispiel eine beachtliche Gleichlauf komponente, was sich als vorteilhaft erwiesen hat.

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Claims

Andrejewski, Honke & Partner Patentanwälte Diplom-Physiker Dr. Walter Andrejewski Diplom-Ingenieur Dr.-Ing. Manfred Honke Diplom-Physiker Dr. Karl Gerhard Masch Anwaltsakte: 63 044/K 4300 Essen 1, Theaterplatz 3, Posff. 100254 15. März 1985 P atentanmeldung des Herrn Rolf Peddinghaus Deterbergerstraße 5828 Ennepetal Verfahren zum Sägen eines Profilstahlstabes mit zumindest einem Profilflansch P atentansprüche:

1. Verfahren zum Sägen eines Profilstahlstabes mit zumindest einem Profilflansch in einer Sägeanlage mit rotierender Metallsäge, die eine vorgegebene Anzahl von Sägezähnen aufweist,

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und die Metallsäge mit einer vorgegebenen Umdrehungszahl angetrieben sowie mit einer vorgegebenen Vorschubgeschwindigkeit in Richtung des auszuführenden Sägeschnittes zugestellt wird, wobei die Umdrehungszahl und die Anzahl der Sägezähne sowie der Radius der Metallsäge die Schnittgeschwindigkeit bestimmen, wobei fernerhin der Profilflansch beim Sägen eine erzwungene, elastische Auslenkung erfährt und unter dem Einfluß der dadurch bedingten Rückstellkräfte und Bewegungen von den Sägezähnen mit von der Anzahl der Sägezähne und der Umdrehungszahl abhängiger Zahnfolgezeit beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungszeit einer durch die elastische Auslenkung angeregten Schwingung des Profilflansches ermittelt und die Metallsäge bei ausreichend hoher Vorschubgeschwindigkeit mit einer solchen Umdrehungszahl angetrieben wird, daß die Zahnfolgezeit klein ist im Vergleich zur Schwingungszeit und der Profilflansch in einer ausgelenkten Stellung durch die aufeinanderfolgenden Sägezähne ausreichend festgehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 in der Ausführungsform für stahlbauübliche Profilstahlstäbe, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer Schnittgeschwindigkeit gearbeitet wird, die größer ist als 60 m/min, vorzugsweise größer als 100 m/min.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer Vorschubgeschwindigkeit von etwa 2,5 m/min gearbeitet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die arbeitende Metallsäge im Sägebereich und etwa diametral gegenüberliegend durch Klemmeinrichtungen mit jeweils gegeneinander arbeitenden, reibungsarmen Klemmbacken stabilisiert wird.

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5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umdrehungszahl der Metallsäge nach Maßgabe der festgehaltenen Auslenkung des Profilflansches computergestützt gesteuert wird.