DE3921456C2 - - Google Patents

Description

Rechteckige geschlossene Hohlprofile sind in den unterschied­ lichsten Anwendungsgebieten bekannt und finden sich z. B. als Konstruktionselemente im Stahl- und Maschinenbau, als Ausle­ ger im Kranbau sowie als Unterzüge und Rahmenelemente für Transportfahrzeuge.

Diese Hohlprofile werden in der Regel aus runden Rohren warm oder kalt profiliert und zeigen bei relativ geringem Eigenge­ wicht ein hohes Lastaufnahmevermögen.

Sieht man von geringfügigen Verdickungen im Bereich der Kanten­ radien ab, so zeigen die Flanschen, d. h. die waagerechten Sei­ tenteile solcher Hohlprofile gleiche Wanddicken und damit eine gleichmäßige Verteilung der Massen über den Umfang.

Werden solche Hohlprofile als Zug- oder Druckstäbe oder als Biegeträger in Verbindung mit hoher Torsionsbelastung einge­ setzt, so zeigt sich der Nachteil der gleichmäßig dünnen Wand darin, daß eine Auslegung solcher Profile nur im we­ sentlichen durch eine Kantenverlängerung erfolgen kann.

Dies wiederum beeinflußt die Bauhöhe und damit auch die ge­ staltetischen Möglichkeiten bei z. B. der Verwendung solcher Profile als LKW-Achsen oder als teleskopierbare Kranausleger beträchtlich.

Will man aber nun bei kleinen Bauhöhen steigende Biegebe­ lastung in Verbindung mit größtmöglicher Torsionssteifigeit aufnehmen, so ist es nötig, neben einer Kantenverlängerung und einer evtl. Auswahl einer über dem Umfang gleichmäßig dickeren Wand eine andere Verteilung der Massen am Umfang des Hohlprofiles so vorzunehmen, daß die unterschiedlichen Wanddicken von Flanschen und Stegen gemäß der Steinerschen Verschiebung ein optimales äquatoriales Flächenträgheits­ moment erzeugen.

Die Herstellung solcher Profile ist jedoch um vieles kom­ plizierter als das oben erwähnte Walzverfahren.

Ein Verfahren zum Herstellen von Hohlkörpern auch unter­ schiedlicher Wanddicke offenbart die DE-PS 843 834, bei dem die Formgebung durch Warmziehen bzw. Warmdrücken von in der Regel runden Rohren gleichförmiger Wanddicke er­ folgt.

Die runden Ausgangsrohre werden dabei vor dem Ziehen un­ gleichförmig über den Umfäng so erwärmt, daß in den Um­ fangsbereichen, die während des Ziehvorganges großen Zug­ spannungen unterworfen sind, die Temperaturen niedriger sind als in den Bereichen, die während des Ziehens Druck­ spannungen aufnehmen müssen. Diese Verfahrensweise ver­ hindert das Auftreten von ungewünschten Wanddickenein­ schnürungen, z. B. in den Ecken von gezogenen Rechteck­ profilen, läßt aber auch eine Herstellung von Hohlpro­ filen mit unterschiedlichen Wanddicken zu.

Letztere wird durch eine stärkerer Erwärmung der im Hin­ blick auf die Endform stärker verformten, d. h. hier ver­ dünnten Bereiche erreicht, wenn zusätzlich mit einem In­ nendorn während des Warmzuges gearbeitet wird.

Dieses Verfahren erlaubt zwar eine gezielte Wanddickenein­ stellung über den Umfang, zeigt sich aber nachteilig durch einen relativ langsamen und aufwendigen Arbeitsablauf, bei dem zunächst das Vorrohr vollständig auf den Innendorn aufgezogen, dann mit Innendorn vor die Ziehdüse geschwenkt und gezogen bzw. gestoßen wird, der Dorn daraufhin zurückgezogen und danach wieder in die Aufzugslage verschwenkt werden muß. Durch die Ver­ wendung des Innendornes ist zudem mit diesem Verfahren nur eine Einzelrohrfertigung möglich, nicht aber eine kontinuierliche Herstellung solcher Profile im Endlosverfahren.

Insbesondere bei der Herstellung größerer Hohlprofile ist darüber hinaus der Innendorn entsprechend schwer auszulegen, wodurch alle Führungen und Schwenkorgane gleichermaßen aufwendig zu konstru­ ieren sind und bezüglich der Antriebsleistungen unwirtschaftlich werden.

Auch die Verwendung eines "fliegenden" Dornes würde den apparati­ ven Aufwand nicht verringern und stellt zudem bei erwärmten Roh­ ren der Möglichkeit relativ kontinuierlicher Fertigung den Nach­ teil der Neigung zum "Pressen" oder Klemmen des Innendornes auf­ grund der durch Wärme reduzierten Festigkeit der Rohre gegenüber.

Die GB-PS 778 422 lehrt dagegen ein Verfahren, bei dem ein run­ des Rohr gleicher Wanddicke durch Walzen, Ziehen oder Pressen über einen Dorn in ein rundes Rohr ungleicher Wanddicke umge­ formt wird. Danach wird aus einem solcherart warm oder kalt um­ geformten Rohr in einem weiteren Formschritt ein rechteckiges Rohr mit unterschiedlichen Wanddicken hergestellt.

Auch hier ergeben sich die oben bereits genannten Nachteile bei der Anlagengröße, der diskontinuierlichen Fertigung und der möglichen Verdrehung der Profile beim weiteren Form­ schritt. Daneben existiert das Problem, daß in den Über­ gangsbereichen von dicken zu dünnen Wänden bei der Verformung zum rechteckigen Profil extrem hohe Kerbspannungen entstehen.

Oft werden auch Hohlprofile mit über dem Umfang unterschied­ licher Wanddicken aus Einzelblechen unterschiedlicher Wand­ dicke für Flanschen und Stege zusammengesetzt und fügend ver­ bunden.

Ein anderer Weg nutzt als Vormaterialien zwei Winkeleisen, deren z. B. kürzere Schenkel wesentlich dicker als die län­ geren sind. Beide Winkeleisen werden dann spiegelbildlich zu einem Hohlprofil zusammengefügt.

Ein Nachteil liegt bei diesen Herstellungsarten darin, daß mehrere relativ aufwendige nacheinander folgende Produktions­ schritte vorgesehen sind. So werden z. B. die Winkeleisen zu­ nächst als warmgefertigte Walzprofile hergestellt und abge­ längt, danach je zwei spiegelbildlich zueinander positioniert und mit zwei diagonal gegenüberliegenden Längsnähten ver­ schweißt.

Das hierbei üblicherweise verwendete Unterpulver-Schweiß­ verfahren, dessen Schweißgeschwindigkeit bei etwa zwei bis drei Metern pro Minute liegt, reduziert die Produktionsge­ schwindigkeit nachhaltig und erfordert eine nachfolgende Glühung der Schweißnahtbereiche, welche die durch die Schweißwärme und die unkontrollierte Abkühlung entstan­ denen unerwünschten Gefügeveränderungen oder Schweißspan­ nungen vermindert. Ein weiteres Verfahren zur Herstellung von Hohlprofilen mit über dem Umfang unterschiedlicher Wand­ dicke zeigt die EP 00 84 799 B1. Diese Hohlprofile dienen als von innen gekühlte Führungselemente für Strangguß und werden ebenfalls durch Umformung eines Rundrohres profi­ liert.

Das in dieser Schrift im Rahmen einer Weiterbildung beschrie­ bene Verfahren zur Veränderung der Wanddicke besteht entweder darin, ein fertig geformtes rechteckiges Hohlprofil oder Führungselement nachträglich an einer Seite mechanisch ab­ zuarbeiten und so die Wanddicke zu verringern, oder aber darin, ein Vorrohr mit bereits unterschiedlichen Wanddicken symetrisch umzuformen.

Die Wanddickenveränderung dient hierbei primär der besseren Wärmeübertragung beim vorgegebenen Einsatzzweck.

Der Nachteil des beschriebenen auf mechanischer Bearbeitung beruhenden Verfahrens liegt in der Unwirtschaftlichkeit, die durch den großen Aufwand an Fertigungsvorrichtungen und Pro­ duktionszeit sowie durch den hohen Span- und Schrottanfall entsteht.

Die Alternative des Einsatzes eines Rohres mit schon teil­ weise verdickten Wänden birgt dagegen gravierende produk­ tionstechnische Nachteile, da zum einen solche Vorrohre mit über ihrer Gesamtlänge gleichen symetrischen Wandver­ dickungen ohne Exzentrizität kaum herstellbar sind und zum anderen bei einer Verformung solcher Rohre zu Vier­ kantprofilen eine hinreichend genaue Positionierung der Verdickungen kaum möglich und der Massefluß während der Umformung nicht beeinflußbar ist.

Allen bisher bekannten Verfahren haftet darüber hinaus der Nachteil mangelnder Integrierbarkeit innerhalb schneller Fertigungsanlagen von Serien- und Standard­ profilen an.

Die genannten fügenden und spanenden Arbeitsschritte sind ebenso wie das Warmziehen mit einem Innenwerkzeug z. B. für eine kontinuierlich arbeitende Produktionsanlage geschwin­ digkeitsbestimmend und von daher in der Regel Engpässe.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von rechteckigen Hohlprofilen mit unter­ schiedlichen Wanddicken anzugeben, das jeweils nur serienmäßig einfach hergestellte Rohre oder Profile als Vorprodukt nutzt und unter Verzicht auf fügende oder spanende Bearbeitung anlagentechnisch einfach eine Umver­ teilung des Volumens bzw. der Masse von Standardprofilen "im Strang", d. h., in der Endlosbearbeitung als auch in der Einzelfertigung ermöglicht.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches dargestellten Merkmale.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind in den Unteransprü­ chen erfaßt.

Die erfinderische Verfahrensidee besteht darin, ein ge­ schweißtes oder nahtloses Rundrohr gleichmäßiger Wanddicke zunächst in ein rechteckiges Hohlprofil gleichmäßiger Wand­ dicke umzuformen und danach mit Hilfe einer örtlichen ther­ mischen Beeinflussung der Werkstoffestigkeit eine gezielte Umverteilung der Massen durch Walzvorgänge zu bewirken.

Hierbei werden die Flanschmitten auf ein im Vergleich zu den Stegmitten um mindestens 600°C höheres Temperaturniveau gehoben, während die Flansche senkrecht zur Hohlprofil­ längsachse unter Verringerung ihrer Kantenlänge mit Hilfe vom Walzrollen gestaucht und verdickt werden.

Nach dieser Verformung und Neuverteilung der Masse werden die so entstandenen Hohlprofile mit unterschiedlichen Wandicken einer Abkühlung unter Normalisierungsbedingungen mit Luft und/oder Wasser ausgesetzt.

Neben einer einfachen thermischen Steuerung der Massenver­ teilung während des Walzens liegt ein weiterer Vorteil die­ ser Verfahrensweise im besonderen darin, daß aufgrund der Stauchung und Verdickung der Flanschen in einem hohen Tem­ peraturbereich Kaltverfestigungen vermieden werden und sich die Bearbeitungskräfte im Vergleich zur Kaltverformung durch Walzen oder Ziehen um ein vielfaches verringern.

Kaltverfestigungen - insbesondere im Kantenbereich - und Walzen- bzw. Umformkräfte lassen sich vorteilhaft weiter minimieren, wenn die anfängliche Umformung des z. B. geschweißten oder nahtlosen Rohres gleicher Wanddicke im Warmen, d. h., etwa bei einer Umformtemperatur von 900°C bis 1050°C vorgenommen wird und die nachträglich zur gezielten Masseverteilung erforderliche Temperaturdifferenz zwischen Flanschmitte und Stegmitte vor der Umformung zu einem rechteckigen Hohlprofil mit über dem Umfang ungleichmäßiger Wanddicke durch partielles Abkühlen der Stegmitten auf 200°C bis 450°C mittels Wasser und/oder Luft erzeugt wird.

Zur Vermeidung einer evtl. Härtung der Stegmitten durch die partielle Abkühlung ist es weiterhin vorteilhaft, die als den runden Rohren gleicher Wanddicke bei einer Temperatur von 900°C bis 1050°C umgeformten rechteckigen Hohlprofile gleicher Wanddicke zunächst einer Abkühlung unter Normali­ sierungsbedingungen zu unterwerfen und danach die Flansch­ mitten durch partielles Glühen auf eine gegenüber den Steg­ mitten um mindestens 600°C höhere Temperatur zu erwärmen. Anschließend werden dann wieder die Flanschen senkrecht zur Hohlprofillängsachse unter Verringerung ihrer Kantenlänge durch eine Walzung gestaucht und verdickt.

Bei entsprechend angepaßtem Anwendungsbereich und geringen Wanddicken ergeben sich durch Verringerung der nötigen Wärmeenergie dann gravierende wirtschaftliche Vorteile, wenn die Umformung des z. B. geschweißten oder nahtlosen Rohres in ein rechteckiges Hohlprofile gleicher Wanddicke bei Raum­ temperatur erfolgt und nachfolgend durch partielles Glühen die Flanschmitten auf eine gegenüber den Stegmitten um min­ destens 600°C höheren Temperatur die gezielte weitere Stauchung und Verdickung der Flanschen durch Walzung einge­ stellt wird.

Alle drei weitergebildeten Verfahren zeigen sich zudem be­ sonders vorteilhaft, wenn umfangreiche Losgrößen innerhalb einer Endlosfertigung im Strang produziert werden sollen.

Bei kleineren Losgrößen und/oder bei schnellwechselnden produktionsabmessungen ist es dagegen vorteilhaft, das erfindungsgemäße Verfahren so auszubilden, daß relativ kurzfristig schon existierende Hohlprofile gleicher Wand­ dicke aus z. B. Lagerbeständen zu Hohlprofilen mit unter­ schiedlichen Wanddicken umgeformt werden können.

Dies geschieht in der Weise, daß zunächst z. B. geschweißte oder nahtlose Rohre entweder kalt oder - falls eine umfas­ sende Reduzierung der Kaltverfestigungen und der Walzkräfte aufgrund der Einsatz- und Produktionsbedingungen gewünscht ist - in einem Temperaturbereich zwischen 900°C und 1050°C mit nachfolgender normalisierender Abkühlung zu rechteckigen Hohlprofilen gleicher Wanddicke umgeformt wer­ den, wobei je nach vorhandenem Fertigungsfluß vor oder nach der Umformung der runden Rohre in rechteckige Hohlprofile mit über dem Umfang gleicher Wanddicke eine Trennung des Strangs in übliche Lagerlängen von 6-18 m erfolgt.

Die nachfolgenden Bearbeitungsschritte werden dann zeitver­ schoben je nach Bedarf angehängt, indem die Einzellängen einer Walzung zugeführt werden, bei welcher die gezielte Massenverteilung durch partielles Glühen der Flanschmitten auf eine gegenüber den Stegmitten um mindestens 600°C ho­ here Temperatur erzeugt wird.

Anhand eines Ausführungsbeispieles soll das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 Eine Prinzipskizze einer zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Produktionsanlage,

Fig. 2 Einen Schnitt durch ein zur gezielten Massenverteilung geeignetes Stauchgerüst Ein geschweißtes rundes Endlosrohr 1 mit über dem Umfang gleicher Wanddicke wird in Produktionsrichtung 2 in eine das Rohr vollständige durchwärmende Induktivglühanlage 3 ge­ führt.

Am Austrittspunkt 4 betragt die Temperatur des runden . Rohres 1 ca. 975°C.

Die Wälzengerüste 5, 6 und 7 verformen das Rohr 1 zu einem rechteckigen Hohlprofil gleicher Wanddicke 8.

Das Hohlprofil 8 wird auf der anschließenden Kühlstrecke 9 einer Abkühlung unter Normalisierungsbedingungen unterworfen und weist am Austrittspunkt 10 aus der Kühlstrecke 9 eine Temperatur von 210°C auf.

In Produktionsrichtung 2 schließen sich die Linieninduk­ toren 11 und 12 an, welche die Flanschmitten des oberen Flansches 13 und des unteren Flansches 14 auf eine Tempera­ tur von 920°C erwärmen.

Das Hohlprofil 8 tritt darauf ein in das Stauchgerüst 15, welches die zustellbaren Formwalzen 16 und 17 sowie die feststehenden Stützwalzen 18 und 19 trägt.

In diesem Walzgerüst erfolgt die Stauchung und Verdickung der Flanschen 13 und 11 senkrecht zur Hohlprofillängsach­ se 20 unter Verringerung der Kantenlänge der Flanschen.

Nachträglich läuft das nun mit unterschiedlichen Wanddicken versehene rechteckige Hohlprofil 21 in die Kühlstrecke 22, in der es unter Normalisierungsbedingungen mit Luft bis auf Raumtemperatur abgekühlt wird.

Eine fliegende Säge 23 zerteilt das Hohlprofil 21 dann in Einzellängen.

Fig. 2 zeigt noch einmai prinzipiell die Funktion und die Walzenanordnung des Stauchgerüstes 15.

Die zustellbaren Stauchwalzen 16 und 17 sind zur Vermeidung von Stegeinbeulungen konkav kalibriert und stauchen die Flanschen 13 und 14, die durch die Stützwalzen 18 und 19 so geführt werden, daß das Höhenmaß 24 des Hohlprofiles mit über dem Umfang unterschiedlichen Wanddicken dem des Hohlprofiles 8 mit über dem Umfang gleichen Wanddicken ent­ spricht und die Verdickung der Flansche 13 und 14 durch Masseverschiebung zur jeweiligen Innenseite erfolgt.

Claims (4)

1. Verfahren zum Herstellen eines Hohlprofils aus Stahl mit über dem Umfang unterschiedlicher Wanddicke bei dem von einem runden Rohr mit über dem Umfang gleicher Wanddicke als Vorprodukt ausgegangen wird und bei dem das fertige Hohlprofil durch Reduzierung des Außenquerschnittes eines hohlen Profils erfolgt, bei dem diejenigen Wandbereiche erhitzt sind, die im fertigen Hohlprofil eine größere Wanddicke besitzen als die übrigen Wandbereiche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Herstellen eines rechteckigen Hohlprofils (21) mit einander gegenüber liegenden verdickten Flanschen (13, 14) und gegenüberliegenden dünnen Stegen zunächst das Vor­ produkt in ein rechteckiges Hohlprofil (8) mit über dem Umfang gleicher Wanddicke gewalzt wird und anschließend daraus das fertige Hohlprofil (21) durch Walzen erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Walzen des runden Rohres in ein rechteckiges Hohlprofil bei einer Temperatur des Walzgutes von 900°C bis 1050°C erfolgt und die Temperaturdifferenz zwischen Flanschmitten und Stegmitten vor der Gesamtabkühlung des Hohlprofiles durch partielle Abkühlung der Stegmitten auf 200°C bis 450°C mit Wasser oder Luft erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Walzen des runden Rohres in ein rechteckiges Hohlprofil bei einer Temperatur des Walzgutes von 900°C bis 1050°C erfolgt, daß das Hohlprofil gleicher Wanddicke unter Normalisierungsbedingungen abgekühlt wird, und daß die Temperaturdifferenz zwischen Flansch­ mitten und Stegmitten durch partielles Glühen der Flansch­ mitten erzeugt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Walzen des runden Rohres in ein rechteckiges Hohlprofil bei Raumtemperatur erfolgt und die Tempera­ turdifferenz zwischen Flanschmitten und Stegmitten durch partielles Glühen der Flanschmitten erzeugt wird.