DE4400185B4

DE4400185B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer zwei Flansche und einen Steg aufweisenden Schiene für Hängedecken

Info

Publication number: DE4400185B4
Application number: DE4400185A
Authority: DE
Inventors: Gale E. Sauer; Henry G. Stein
Original assignee: Worthington Armstrong Venture
Current assignee: Worthington Armstrong Venture
Priority date: 1993-01-08
Filing date: 1994-01-05
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2014-01-06
Also published as: GB9325995D0; US5979055A; FR2700366B3; GB2274080A; DE4400185A1; GB2274080B; FR2700366A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer zwei Flansche und einen Steg aufweisenden Schiene für Hängedecken, bei welchem
– der aus zwei aneinanderliegenden Blechlagen aus Metall bestehende, zwei Außenflächen aufweisende Steg kontinuierlich durch wenigstens zwei aufeinanderfolgende, in seiner Längsrichtung auf seine Außenflächen in kurzen Abständen synchron an gleichen Bearbeitungsstellen einwirkende Walzenpaare geführt wird und
– beim Durchgang des Stegs durch das erste Walzenpaar von diesem an jeder Bearbeitungsstelle in den Steg zwei in seiner Längsrichtung verlaufende parallele Schlitze eingeschnitten und die beiden Blechlagen zwischen den Schlitzen so verformt werden, dass eine zu einer Außenfläche offene Vertiefung gebildet wird, dadurch gekennzeichnet,
– dass bei Durchgang des Stegs durch das zweite Walzenpaar von diesem an jeder Bearbeitungsstelle die eine Außenfläche längs und außerhalb der Vertiefung so gestaucht wird, dass das Metall zum seitlichen Kaltfließen über die schlitzseitigen Ränder der Vertiefung hinaus gebracht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer zwei Flansche und einen Steg aufweisenden Schiene für Hängedecken nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 2.

Zum mechanischen flächenseitigen Befestigen von zwei Metallblechen aneinander sind aus den US 30 83 794 A , US 36 14 819 A und US 37 26 000 A bereits Verfahren bekannt, die mit einer Reihe von Preßschlägen arbeiten. Dabei muß das Material ortsfest gehalten werden. Diese Verfahren sind für eine Fertigung in schneller Bewegung und mit geringem Abstand, wie dies das Walzformen ermöglicht, nicht geeignet.

Aus der US 4 206 578 A ist eine Schiene mit einem T-förmigen Querschnitt für Hängedecken bekannt, bei welcher ein zweites Metallband innerhalb des Profils festgelegt ist. Bei der Herstellung einer solchen Schiene wird auf drei Seiten eine Öse eingeschnitten und durchgefaltet und umgelegt, um eine mechanische Befestigung zu erreichen. Dabei entsteht eine durchgehende Öffnung, die für solche Produkte nicht akzeptabel sind, bei denen Ausfräsungen und Arretierungsausbildungen an dem Profil über den Befestigungsbereichen auszuführen sind.

Zur Verbesserung der Torsionssteifigkeit der T-förmigen Schiene ist es nach der US 4 489 529 A bereits bekannt, eine Reihe von vertikalen Einschnitten längs der Basis des vertikalen Stegs vorzunehmen.

Nach der DE 873 237 C lassen sich aufeinanderliegende Bleche dadurch miteinander verbinden, dass übereinanderliegende gleich breite Streifen in derselben Richtung aus beiden Blechen so weit herausgedrückt werden, dass die Unterseite des unteren Streifens mit der Oberseite des oberen Blechs in gleicher Höhe liegt, und anschließend der untere Streifen durch Pressen beidseitig so weit verbreitert wird, dass er in die Schlitze des oberen Blechs hineinragt. Durch die Bildung von zwei parallelen Einschnitten unter gleichzeitiger Erzeugung einer Vertiefung von einer Blechseite her lässt sich die Verbindung der Bleche durch anschließendes Stauchen unter Materialverdrängung in die Schlitze erreichen.

Nach der US 3 284 873 A werden miteinander zu verbindende, aufeinanderliegende Bleche auf einem Tisch transportiert, in dem im Abstand quer zur Laufrichtung der Bleche Schlitze vorgesehen sind, oberhalb derer eine Walze mit Funktionsvorsprüngen angeordnet ist, die in Transportrichtung der Bleche dreht. Jedem Längsschlitz in dem Tisch sind mehrere Funktionsvorsprünge zugeordnet, die am Umfang der Walze mit gleichem Winkelabstand angeordnet sind. Jeder Funktionsvorsprung hat eine vorlaufende Schneidkante, die die beiden Bleche senkrecht zur Transportrichtung der Bleche durchschneidet und von der gebildeten Schnittkante nach unten in den Längsschlitz abbiegt. Es handelt sich dabei um eine einzige Walze in Zuordnung zu einem stationären Tisch mit Längsschlitz. Eine Gegenwalze ist an dieser Stelle nicht vorhanden. Der nach unten abgebogene Abschnitt der beiden Bleche wird beim Auftreffen auf die in Transportrichtung der Bleche vordere Querkante der Längsschlitze weiter entgegen der Transportrichtung umgebogen, wodurch ein vierlagiges Blechlängenstück gebildet wird, dem ein oberer Niederhalter zugeordnet ist. Dieses Vierfach-Blechlängenstück innerhalb der beiden Bleche wird dann beim Durchlauf durch ein anschließendes Walzenpaar gegeneinander gepresst, wodurch in Laufrichtung des Bleches hinter einem vorlaufenden Schlitz in den beiden Blechen eine aus vier Blechstärken bestehende Verdickung folgt, und diese Anordnungen in zueinander parallelen, quer verlaufenden Reihen in Blechtransportrichtung aufeinanderfolgend ausgebildet sind.

Aus Eastern, XP 542 und XP 7884 (1967), die den gattungsmäßigen Stand der Technik bildet, ist ein Verfahren mit zwei aufeinanderfolgenden Walzenpaaren bekannt. Beim Durchgang des aus zwei Blechlagen bestehenden Schienenstegs werden in kurzen Abständen aufeinanderfolgend Einschnitte und Vertiefungen ausgeführt.

Beim Durchgang durch das zweite Walzenpaar wird synchron, d.h. eine Bearbeitungsstelle des ersten Walzenpaars bildet eine Bearbeitungsstelle zwischen dem zweiten Walzenpaar, zur Herstellung der Verbindung der Blechteile so eingewirkt, dass das Stauchen an der Basis der eingeschnittenen Abschnitte innerhalb der Vertiefung ausgeführt wird, also Metall aus der Vertiefung zur Bildung der Verbindung der Blechteile genommen wird, wobei die eingeschnittenen Abschnitte aufgeweitet werden. Dies erfordert eine perfekte Ausrichtung des die Stauchung bewirkenden Funktionsvorsprungs an der Walze des zweiten Walzenpaars beim Eintritt in die Vertiefung, wobei der Funktionsvorsprung in die Vertiefung im Träger senkrecht zum Träger eintreten muss. Diese Anforderung an die Genauigkeit der Stauchung und der verlängerte Weg des Funktionswerkzeugs in die Vertiefung, die zwischen dem ersten Walzenpaar ausgebildet wurde, beschränkt die Geschwindigkeit, mit der die Verbindungen ausgebildet werden können, beträchtlich.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, die aneinanderliegenden Stegbleche der Schienen für die Hängedecken in einem mit hoher Geschwindigkeit und hohem Wirkungsgrad ausführbaren Prozess mechanisch fest und steif miteinander zu verbinden.

Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren des Patentanspruchs 1 und mit der Vorrichtung des Patentanspruchs 2 gelöst.

Gemäß der Erfindung können zwei aneinandergrenzende bandförmige Elemente aus Metall, nämlich bei beiden Blechlagen des Stegs, durch eine Reihe von in geringen Abständen vorgesehenen Befestigungspunkten verbunden werden. Die Befestigungspunkte werden dadurch ausgebildet, daß die bandförmigen Elemente aus Metall durch zwei Sätze von Walzen geführt werden.

Dem ersten Walzendurchgang bzw. -stich sind zwei zusammenwirkende Walzen zugeordnet, von denen die eine eine Reihe von kleinen Stanzwerkzeugen aufweist, die im Abstand um den Walzenumfang herum angeordnet sind.

Jedes Stanzwerkzeug hat zwei parallele Schneidkanten. Die gegenüberliege Walze hat eine um die Walze herum durchgehende Nut, deren beide Schultern ebenfalls Schneidkanten bilden. Die beiden Walzen sind so angeordnet, daß die Stanzwerkzeuge in die Nut eintreten können, wobei sich die Schneidkanten in unmittelbarer Nähe zueinander befinden. Wenn zwei aneinanderliegende bandförmige Elemente aus Metall zwischen den sich drehenden Walzen hindurchgeführt werden, sorgen die kleinen Stanzwerkzeuge für eine Scherung und Verdrängung von benachbarten Metallabschnitten in die Nut hinein. Die Walzen und der Abstand der Walzen sind so bemessen, daß das Metall um annähernd zwei Blechdicken verdrängt wird.

Auf den ersten Satz von Walzen folgt ein zweiter Satz von Walzen, um die mechanische Bindung zu vervollständigen. Eine der Walzen des zweiten Stichs weist eine Nut auf, die es ermöglicht, daß die geschnittenen und ausgeformten Abschnitte des bandförmigen Elements hindurchgehen. Die gegenüberliegende Walze hat eine Reihe von Stanzwerkzeugen, die zu denen der Walze des ersten Durchgangs koordiniert sind. Diese Stanzwerkzeuge verdichten das Metall angrenzend an die kurzen Einschnitte. Die Schultern der gegenüberliegenden Nutwalze wirken als Amboß für ein Fließen des Metalls. Wenn das Metall über die angrenzenden verdrängten Bereiche fließt, wird die mechanische Bindung erreicht.

Dieser Prozeß kann dazu verwendet werden, Formteile und Profile günstiger und effizienter herzustellen als dies bisher möglich war.

So läßt sich die Reihe der erläuterten Befestigungen am Steg einer Schiene anwenden, der doppelwandig ist, wobei die Schiene die Form eines auf dem Kopf stehenden T hat. Die so hergestellte Schiene ist hinsichtlich des Drehwiderstands stärker.

An einer solchen Schiene kann auch ein drittes bandförmiges Element in der beschriebenen Weise festgelegt werden, um einen einzigen Flansch herzustellen und um unnötige Materialkosten im Steg zu vermeiden.

Schließlich läßt sich auch eine Schiene mit Kastenquerschnitt mit verbessertem Wirkungsgrad herstellen. Dabei kann ein freiliegender Kastenabschnitt mit geringem Gewicht, der gestrichen und endbearbeitet ist, an einer einfachen T-Schiene festgelegt werden.

Erfindungsgemäß ist eine Produktionsgeschwindigkeit von 120 bis 150 m/min möglich, wobei 8500 Verbindungen pro Minute, d.h. etwa 140 Verbindungen pro Sekunde aufeinanderfolgend möglich sind, was in etwa Maschinengewehrgeschwindigkeit ist. Dabei wird durch das zweite Walzenpaar Metall von der Oberfläche außerhalb der Vertiefung in eine Überlappung in die Vertiefung hinein gestaucht, also kein Metall vom Grund der Vertiefung in einem sehr begrenzten Bereich an der Basis des Einschnitts entfernt. Das bedeutet, dass eine perfekte Ausrichtung zwischen den aufeinanderfolgenden Arbeitsschritten nicht nötig ist, da auch etwas versetzte, nicht genau über der Vertiefung zentrierte Stauchungen zu dem gewünschten Effekt der Verbindung führen und das gestauchte bzw. mit Druck beaufschlagte Metall so zum Kaltfließen gebracht wird, dass es sich als Überdeckung in die Vertiefung hinein erstreckt. Eventuelle Fehlstauchungen beeinträchtigen auch den Hochgeschwindigkeitsprozess nicht, da die Stauchung nur auf die Oberfläche des Stegs wirkt und somit ein Eintritt des Stauchwerkzeugs ins Innere des Stegs, nämlich in die Vertiefung, entfällt.

Es wird also nicht am Boden der Vertiefung gestaucht, um Metall aus der Vertiefung heraus hinter die Blechlagen des Stegs zu drücken, also Metall aus der Vertiefung herausgenommen wird, stattdessen wird erfindungsgemäß im zweiten Walzschritt zur Herstellung der Verbindung Metall seitlich in die Vertiefung hinein verdrängt, was durch die Metallüberlappung eine extrem gute Verbindung und Festlegung der Blechlagen ergibt. Bei gleicher Anzahl von Vertiefungen pro Steglänge ergeben die Verbindungen nach der Erfindung ein großes Verwindungsmoment bei einer Schiene mit vorgegebener Länge.

Anhand von Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:
1 in einer Seitenansicht eine erste Walzenanordnung mit durchgehender Blechanordnung,
2 den Schnitt II-II von 1,
3 in einer Seitenansicht bandförmige Elemente aus Metall nach dem ersten Walzendurchgang,
4 in einer Seitenansicht die zweite Walzenanordnung mit hindurchgeführtem Material,
5 den Schnitt V-V von 4,
6 eine Stirnansicht der mechanisch miteinander verbundenen bandförmigen Elemente,
7 eine erste Ausführungsform einer Schiene für Hängedecken mit Verbindungsstellen im Steg,
8 eine zweite Ausführungsform einer Schiene für Hängedecken mit zwei Reihen von Verbindungsstellen im Steg und
9 eine dritte Ausführungsform einer Schiene für Hängedecken mit Verbindungsstellen in den Flanschen der Schiene.
Bei dem Verfahren zum mechanischen Verbinden von zwei bandförmigen Elementen aus Metall werden, wie in 1 und 4 gezeigt ist, zwei Walzendurchgänge bzw. -stiche verwendet. Jeder Walzenstich besteht aus zwei zusammenwirkenden Walzen, zwischen die die zu verbindenden bandförmigen Elemente aus Metall gezogen werden. Der in 1 gezeigte erste Stich besteht aus der Walze 1 und der Walze 2, zwischen denen zwei bandförmige Elemente 3 und 4 aus Metall hindurchgehen. Die Walze 1 hat eine Reihe von Stanzwerkzeugen 5, die um ihren Umfang herum angeordnet sind und sich etwas über die Walzenoberfläche hinaus erstrecken. Jedes Stanzwerkzeug hat einen rechteckigen Querschnitt mit zwei Schneidkanten 6, die, wie in 2 zu sehen ist, zueinander parallel und parallel zur Bewegung der bandförmigen Elemente aus Metall sind.
In dem ersten Stich ist die Walze 1 unmittelbar benachbart zur Walze 2 angeordnet. Die Walze 2 hat eine an ihrem Umfang durchgehende Nut 7, die etwas größer als die Breite der Stanzwerkzeuge 5 der Walze 1 ist. Die Außenschultern 8 der Nut bilden Schneidkanten. Wenn die bandförmigen Elemente 3 und 4 aus Metall durch den ersten Stich mit den Walzen 1 und 2 hindurchlaufen, greifen die Stanzwerkzeuge 5 an dem bandförmigen Element an und drücken Metall in die Nut 7 der Walze 2. Wenn das Metall in die Nut 7 gedrückt wird, wird es an zwei parallelen Seiten parallel zur Bewegung der Fläche aufgrund der Scherwirkung zwischen den Schneidkanten der Stanzwerkzeuge 6 und den Schneidschultern 8 eingeschnitten, wodurch zwei parallele Schlitze gebildet werden.
Die Walzen und Stanzwerkzeuge des ersten Stichs sind so im Abstand angeordnet und bemessen, daß das Metall nahezu gleich der kombinierten Dicken der zu verbindenden bandförmigen Elemente verdrängt wird. 3 zeigt die Form 10 des ausgeschnittenen und verformten Metalls, die die bandförmigen Elemente im ersten Stich aufgeprägt erhalten.
Wenn die bandförmigen, mechanisch zu verbindenden Elemente aus Metall den ersten Walzenstich verlassen, treten sie in den zweiten Stich ein. Dieser zweite Stich ist in 4 gezeigt.
Die eine Walze 11 des zweiten Stichs ist eine Stanzwalze 11, die zur Stanzwalze 1 des ersten Stichs so koordiniert ist, daß die Stanzwerkzeuge 13 auf die Bereiche an dem bandförmigen Element treffen, die an diejenigen angrenzen, welche im ersten Stich eingeschnitten und ausgebildet wurden. Die Stanzwerkzeuge 13 des zweiten Stichs sind in der Abmessung größer, so daß sie das Metall angrenzend an die Einschnitte treffen und diese Bereiche verdrängen. Die der Stanzwalze 11 gegenüberliegende Walze 12 hat eine Nut 1, die es zuläßt, daß Metallabschnitte, die im ersten Schritt verdrängt wurden, hindurchgehen, wie dies in 5 gezeigt ist. Wenn die bandförmigen Elemente aus Metall durch den zweiten Stich hindurchgehen, drücken die rechteckigen Stanzwerkzeuge 13 das Metall gegen die Walze 12 angrenzend an die Nut 14. Dabei fließt Metall zur Seite und überlappt den eingeschnittenen und ausgebildeten Bereich, wodurch eine mechanische Verbindung vervollständigt wird. Dieses Zusammendrücken sowie der Metallfluß sind in 5 gezeigt. Die fertige ineinandergreifende Befestigungsstelle ist in 6 dargestellt.
An den bandförmigen Elementen aus Metall kann in der vorstehend beschriebenen Weise eine linienförmige Folge von gering beabstandeten Befestigungsstellen ausgeführt werden. Das Verfahren ist insbesondere im Zusammenhang mit der Walzformung geeignet.
7 zeigt eine Schiene 16, die aus einem bandförmigen Element aus Metall durch Biegen so gestaltet ist, daß sich rechtwinklig zu den Flanschen 18 zwei den Steg 20 bildende aneinanderliegende Abschnitte zu einem endseitigen erweiterten hohlen Fortsatz 19 erstrecken. Die Flansche 18 sind außenseitig von einem weiteren bandförmigen Element umfaßt. Die erfindungsgemäß ausgebildeten Befestigungsstellen 17 liegen in dem Steg 20 auf einer Linie zwischen den Flanschen 18 und dem einseitigen erweiterten Fortsatz 19. Dadurch wird die Festigkeit des Stegs 20 beträchtlich gesteigert, so daß er Torsionskräften widersteht.
8 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer in der erfindungsgemäßen Weise mit Befestigungsstellen 17 versehenen Schiene 16. Die Schiene 16 besteht aus einem ersten bandförmigen Element aus Metall, das nach entsprechender Biegeformung einen Flansch, einen rechtwinklig davon abstehenden Steg 20, einen endseitigen erweiterten hohlen Fortsatz 19 und einen anliegend an den Steg 20 zurückgezogenen Abschnitt 22 aufweist, der mit dem Steg durch erfindungsgemäß ausgebildete Befestigungsstellen 17 verbunden ist. Der andere Flansch 21 wird von einem anderen bandförmigen Element 21 gebildet, der einen rechtwinklig abgebogenen, am Steg 20 anliegenden weiteren Abschnitt 22 aufweist, der mit dem Steg 20 ebenfalls durch erfindungsgemäß ausgeformte Befestigungsstellen 17 verbunden ist. Aus dem Steg 20 wird nur im Bereich der Abschnitte 22, also dort, wo es nur geringe strukturelle Bedeutung hat, Metall entfernt, wodurch ein wirtschaftlicher herstellbares Produkt erhalten wird. Die beiden Flansche sind von einem Verstärkungselement außenseitig umfaßt.
9 zeigt eine erfindungsgemäß gefertigte Schiene 16 mit einem Querschnitt in Form eines auf dem Kopf stehenden T. Dabei ist ein Kastenabschnitt 23 für die Schiene 16 aus einem zweiten bandförmigen Element aus Metall getrennt von der Schiene 16 hergestellt. Die erfindungsgemäß ausgebildeten Befestigungsstellen 24 in den Flanschen auf jeder Seite des Stegs 20 halten die Flansche der Schiene 16 an dem kastenförmigen Abschnitt 23. Dadurch kann das bandförmige Element für den Kastenabschnitt 23 ein Metallblech oder Stahlblech sein, das dünner ist als das der Schiene 16. Außerdem kann ein abschließender Anstrich auf beiden Seiten der Schiene 16 entfallen, was die Herstellungskosten verringert.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer zwei Flansche und einen Steg aufweisenden Schiene für Hängedecken, bei welchem – der aus zwei aneinanderliegenden Blechlagen aus Metall bestehende, zwei Außenflächen aufweisende Steg kontinuierlich durch wenigstens zwei aufeinanderfolgende, in seiner Längsrichtung auf seine Außenflächen in kurzen Abständen synchron an gleichen Bearbeitungsstellen einwirkende Walzenpaare geführt wird und – beim Durchgang des Stegs durch das erste Walzenpaar von diesem an jeder Bearbeitungsstelle in den Steg zwei in seiner Längsrichtung verlaufende parallele Schlitze eingeschnitten und die beiden Blechlagen zwischen den Schlitzen so verformt werden, dass eine zu einer Außenfläche offene Vertiefung gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, – dass bei Durchgang des Stegs durch das zweite Walzenpaar von diesem an jeder Bearbeitungsstelle die eine Außenfläche längs und außerhalb der Vertiefung so gestaucht wird, dass das Metall zum seitlichen Kaltfließen über die schlitzseitigen Ränder der Vertiefung hinaus gebracht wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit zwei jeweils synchron zueinander angetriebenen Walzenpaaren, bei welcher – die eine Walze (1) des ersten Walzenpaars an ihrem Umfang mit Bearbeitungsstellen zugeordneten gleichen Abständen erste Stanzwerkzeuge (5) aufweist, von denen jedes zwei parallele, axial im Abstand vorgesehene Schneidkanten (6) hat, und – die andere Walze (2) des ersten Walzenpaars eine erste Umfangsnut (7) mit ersten Schneidkanten (8) bildenden Umfangsrändern aufweist, deren axialer Abstand etwas größer als der der parallelen Schneidkanten (6) der ersten Stanzwerkzeuge (5) ist, dadurch gekennzeichnet, – dass die eine Walze (12) des zweiten Walzenpaars eine zweite Umfangsnut (14) mit zwei Umfangsrändern und mit den Abmessungen der ersten Umfangsnut (7) aufweist und – dass die andere Walze (11) des zweiten Walzenpaars an ihrem Umfang im Abstand der Bearbeitungsstellen zweite Stanzwerkzeuge (13) aufweist, deren axiale Erstreckung größer ist als der axiale Abstand der zweiten Umfangsränder, deren angrenzende Umfangsfläche als Amboss für die zweiten Stanzwerkzeuge (13) wirkt.