DE60005668T2 - Trägerstruktur und verfahren zur herstellung - Google Patents

Trägerstruktur und verfahren zur herstellung Download PDF

Info

Publication number
DE60005668T2
DE60005668T2 DE60005668T DE60005668T DE60005668T2 DE 60005668 T2 DE60005668 T2 DE 60005668T2 DE 60005668 T DE60005668 T DE 60005668T DE 60005668 T DE60005668 T DE 60005668T DE 60005668 T2 DE60005668 T2 DE 60005668T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
profile
metal
belt
web
fold
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE60005668T
Other languages
English (en)
Other versions
DE60005668D1 (de
Inventor
Richard Kergen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ArcelorMittal Liege Upstream SA
Original Assignee
Cockerill Sambre SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Cockerill Sambre SA filed Critical Cockerill Sambre SA
Application granted granted Critical
Publication of DE60005668D1 publication Critical patent/DE60005668D1/de
Publication of DE60005668T2 publication Critical patent/DE60005668T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E04BUILDING
    • E04CSTRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C3/00Structural elongated elements designed for load-supporting
    • E04C3/02Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces
    • E04C3/04Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces of metal
    • E04C3/06Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces of metal with substantially solid, i.e. unapertured, web
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E04BUILDING
    • E04CSTRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C3/00Structural elongated elements designed for load-supporting
    • E04C3/02Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces
    • E04C3/29Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces built-up from parts of different material, i.e. composite structures
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E04BUILDING
    • E04CSTRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C3/00Structural elongated elements designed for load-supporting
    • E04C3/02Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces
    • E04C3/04Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces of metal
    • E04C2003/0404Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces of metal beams, girders, or joists characterised by cross-sectional aspects
    • E04C2003/0408Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces of metal beams, girders, or joists characterised by cross-sectional aspects characterised by assembly or the cross-section
    • E04C2003/0413Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces of metal beams, girders, or joists characterised by cross-sectional aspects characterised by assembly or the cross-section being built up from several parts
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E04BUILDING
    • E04CSTRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C3/00Structural elongated elements designed for load-supporting
    • E04C3/02Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces
    • E04C3/04Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces of metal
    • E04C2003/0404Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces of metal beams, girders, or joists characterised by cross-sectional aspects
    • E04C2003/0426Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces of metal beams, girders, or joists characterised by cross-sectional aspects characterised by material distribution in cross section
    • E04C2003/0434Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces of metal beams, girders, or joists characterised by cross-sectional aspects characterised by material distribution in cross section the open cross-section free of enclosed cavities
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E04BUILDING
    • E04CSTRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C3/00Structural elongated elements designed for load-supporting
    • E04C3/02Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces
    • E04C3/04Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces of metal
    • E04C2003/0404Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces of metal beams, girders, or joists characterised by cross-sectional aspects
    • E04C2003/0443Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces of metal beams, girders, or joists characterised by cross-sectional aspects characterised by substantial shape of the cross-section
    • E04C2003/0452H- or I-shaped
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E04BUILDING
    • E04CSTRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C3/00Structural elongated elements designed for load-supporting
    • E04C3/02Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces
    • E04C3/04Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces of metal
    • E04C2003/0404Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces of metal beams, girders, or joists characterised by cross-sectional aspects
    • E04C2003/0443Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces of metal beams, girders, or joists characterised by cross-sectional aspects characterised by substantial shape of the cross-section
    • E04C2003/0473U- or C-shaped

Landscapes

  • Architecture (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Rod-Shaped Construction Members (AREA)
  • Bridges Or Land Bridges (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
  • Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)
  • Forging (AREA)
  • Joining Of Building Structures In Genera (AREA)

Description

  • Gegenstand der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verbundträgerprofil.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenfalls auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Trägerprofils.
  • Technologischer Hintergrund und Stand der Technik
  • Natürlich ist eine große Zahl an verschiedenen Trägerquerschnitten für unterschiedliche Anwendungen bekannt. Die wirkungsvollsten Querschnitte sind die, die am meisten Metall in den Bereichen aufweisen, die am weitesten von der neutralen Faser entfernt sind.
  • Insbesondere stellt der herkömmliche I-Träger, bei dem zwei Gurte durch einen Steg verbunden sind, einen guten Kompromiss dar, denn das Material, das sich bei den Gurten befindet, ermöglicht die Bestimmung des Trägheitsmoments. Im elastischen Bereich variieren die Beanspruchungen und Formänderungen linear im Querschnitt: sie sind in der neutralen Faser gleich Null, nehmen dann zu und erreichen den Höchstwert an der Stelle, die am weitesten von der neutralen Faser entfernt ist. Daher sind die Biegespannungen, die mit dem örtlichen Moment zusammenhängen, die Scherbeanspruchungen, die mit der örtlichen Scherkraft zusammenhängen und die Druckbeanspruchungen, die durch die örtliche Belastung bestimmt werden, im Steg, der die beiden Gurte miteinander verbindet, lokalisiert.
  • Seit einiger Zeit versucht man, leichtere Profile herzustellen, indem das Nutzmaterial reduziert wird. Insbesondere wurde die Verwendung von Kohlenstoffstahlsorten vorgeschlagen, die eine hohe mechanische Festigkeit aufweisen, die häufig mit einer begrenzten Formgebung durch Formänderung verbunden sind.
  • Die dergestalt mit an sich bekannten Massenherstellungsverfahren der Stahlindustrie hergestellten Stähle haben einen Selbstkostenpreis, der in etwa im Bereich der Preise von herkömmlichen Kohlenstoffstählen liegt und die Herstellung von leichteren Strukturen ermöglichen, die somit auch in wirtschaftlicher Hinsicht zunehmend interessant sind.
  • In der folgenden Beschreibung wird zwischen diesen Stahlsorten nach ihrer Elasizitätsgrenze (LE) entsprechend der folgenden Definition unterschieden:
    • – Weichstähle: LE < 250 MPA
    • – Stähle mit hoher Elastizitätsgrenze (HLE): 250 MPa < LE < 600 Mpa
    • – Stähle mit sehr hoher Elastizitätsgrenze (THLE): 600 MPa < LE < 1000 Mpa
    • – Stähle mit extrem hoher Elastizitätsgrenze (UHLE): 1000 MPa < LE < 1500 Mpa
  • Die in dieser Patentanmeldung erwähnten Stähle mit den hohen mechanischen Eigenschaften gehören hauptsächlich zur Kategorie THLE und insbesondere UHLE.
  • Jedoch treten bei diesen Stählen aufgrund ihrer geringen Umformbarkeit und manchmal minderwertigen Schweißfähigkeit spezielle Probleme zum Beispiel beim Fügen auf. Insbesondere sind die herkömmlichen Produktions- oder Herstellungsverfahren für Profile im allgemeinen nur für die Herstellung eines Trägers mit konstantem Querschnitt geeignet, was wohlgemerkt keine Optimierung des Gewichts dieses Trägerprofils ermöglicht.
  • Das Konzept eines Verbundträgers ist bekannt. So wird in der Druckschrift DE-A-22 21 330 ein Verbundbiegeträger vorgeschlagen, dessen Gurte aus Stehl mit sehr hoher Festigkeit und dessen Steg aus normalem Stahl besteht. Die Fließgrenze wird im Bereich des Stegs in der Nähe des Gurts überschritten, aber eben die Verbindung mit dem hochfesten Stahl, der sich elastisch verhält, verhindert das Fließen des Stegs. So erhält man einen Träger, der das gleiche Verhalten aufweist, wie ein Träger mit den gleichen Abmessungen, der vollständig aus Stahl mit sehr hoher Festigkeit besteht.
  • In ähnlicher Weise wird in der Druckschrift FR-A-1 312 864 ein I-Träger beschrieben, der aus drei miteinander verschweißten Teilen besteht und insbesondere einen ersten Gurt aus Stahl mit geringem Kohlenstoffgehalt und einen zweiten Gurt aus Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt aufweist. Der zweite Gurt ist zur Verwendung als Schiene bestimmt.
  • In der Druckschrift GB-A-2 187 409 wird die Verstärkung der Gurte eines Stahlträgers durch Aufkleben von zusätzlichen Bändern aus einer anderen Stahlsorte, einem anderen Metall oder auch Plastik vorgesehen.
  • In der Druckschrift US-A-3 999 354 wird ein Aluminiumprofil mit rechteckigem, hohlen Querschnitt beschrieben, das aus zwei stranggepressten, profilierten Gurten besteht, die mit zwei plattenförmigen Stegen verbunden sind. Die Verbindung wird an jeder Verbindungsstelle durch örtliches Klemmen erreicht: mit einem Werkzeug wird ein Arm, der Teil des Gurts ist, in eine Nut des gleichen Gurts umgebogen, wobei die entsprechende Stegplatte zwischen diesen beiden Teilen eingeklemmt wird. Diese Art formschlüssiger Verbindung ist mit Stählen vom Typ THLE und UHLE, die schlecht umformbar sind, kaum vereinbar.
  • Andere Fügeverfahren für Profile sind bekannt und werden beispielsweise in den Druckschriften US-A-3 960 637 und US-A-5 483 782 beschrieben.
  • In der Patentanmeldung DE-A-34 25 495 wird ein I-Profil beschrieben, das einen durch gleichmäßige Sicken verstärkten Steg aufweist. Diese Verstärkung ist bei Anwendungen mit Profilen erforderlich, bei denen der Steg eine gewisse Höhe aufweist.
  • In der Druckschrift FR-A-1 234 371 werden Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von geschweißten wabenförmigen Trägern vorgeschlagen.
  • Ziele der Erfindung
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Profil anzubieten, bei dem die Reduzierung des Gewichts des Profils und gleichzeitig die Verwendung von Stahlblechen mit hohen mechanischen Eigenschaften möglich ist.
  • Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Herstellung von Profilen mit variablem Querschnitt in produktiver Weise zu ermöglichen.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenfalls auf ein besonders produktives Herstellungsverfahren für ein Profil gemäß der obenstehenden Beschreibung.
  • Wichtigste charakteristische Elemente der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Profil mit mindestens einem Gurt aus mindestens einem ersten Metall und mindestens einem Steg aus mindestens einem zweiten Metall, wobei dieser Steg so mit besagtem Gurt verbunden ist, dass er im wesentlichen senkrecht zu ihm steht, und der Gurt und der Steg aus Band oder Blech bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass:
    • – das erste Metall eine hohe oder sehr hohe Streckgrenze in Verbindung mit einem Verhältnis der Streckgrenze zur Bruchbelastung nahe 1 aufweist;
    • – das zweite Metall eine deutlich niedrigere Streckgrenze als das erste Metall aufweist;
    • – das zweite Metall ein Verhältnis Streckgrenze/Bruchbelastung aufweist, das deutlich unter 0,9 und unter dem Wert dieses Verhältnisses beim ersten Metall liegt.
  • Vorzugsweise ist das erste Metall ein Stahl mit einer Streckgrenze über 400 MPa oder eine Aluminiumlegierung mit einer Streckgrenze über 200 Mpa.
  • Die Stege können gewellt sein und insbesondere eine Folge von Einschnitten oder Öffnungen in Längsrichtung des besagten Profils aufweisen.
  • Vorzugsweise umfasst das Profil mindestens zwei im wesentlich zueinander parallele Gurte, von denen mindestens einer aus dem ersten Metall hergestellt ist und die im wesentlichen rechtwinklig mit mindestens einem Element verbunden sind, das aus dem zweiten Metall hergestellt ist und den Steg bildet.
  • Gemäß der Erfindung sind die beiden Gurte aus dem gleichen Metall hergestellt, eventuell in unterschiedlichen Stärken, oder aus unterschiedlichen Metallen, wobei ein erster Gurt aus einem Metall besteht, das ein anderes Verhältnis Streckgrenze/Bruchbelastung aufweist, als das Metall, aus dem der andere Gurt besteht.
  • Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht das Profil aus mindestens zwei im wesentlichen zueinander parallelen Gurten, die miteinander durch mindestens zwei im wesentlichen zueinander parallelen Stegen miteinander verbunden werden, wobei die Gurte und die Stege aus metallischen Werkstoffen hergestellt sind, die sich im Typ, ihren mechanischen Eigenschaften oder ihrer Dicke unterscheiden.
  • In besonders vorteilhafter Weise weist das Profil einen Querschnitt auf, der nicht konstant ist und der sich in der Höhe und/oder der Breite dieses Profils ändert.
  • Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf ein Fügeverfahren für die Bauelemente eines Profils wie vorstehend beschrieben, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Bauelemente so verbunden werden, dass sie durch ein Schmelzfügeverfahren wie Punktschweißen verbunden werden, um einen Verbindungsbereich zu bilden.
  • Alternativ dazu wird das Verbinden von mindestens zwei Bauelementen zur Bildung eines Verbindungsbereichs durch Nieten, einfaches Falzen oder Clinchen hergestellt.
  • In besonders vorteilhafter Weise wird das Fügen von mindestens zwei Bauelementen zur Bildung eines Verbindungsbereichs mittels eines Fügeverfahrens durch Falzen mit Umschlagsfalz durchgeführt.
  • In diesem speziellen Fall beträgt das Verhältnis des Radius des Umschlagsfalzes zur Summe der einzelnen Materialstärken der entlang des Verbindungsbereichs zu fügenden Bauelemente zwischen 2 und 10. Ebenso beträgt das Verhältnis der Differenz zwischen dem Radius des Umschlagsfalzes und der Stärke des äußersten Bauelements zur Metallstärke des innersten Bauelements vorzugsweise mehr als 2 und das Verhältnis der Stärke der beiden Elemente zueinander vorzugsweise weniger als 4.
  • Vorzugsweise werden die mechanischen Fügevorgänge (Nieten, einfache Falzverbindung, Clinchen, Falzen mit Umschlagsfalz) in einer Presse durchgeführt.
  • Vorteilhafterweise wird das Fügen durch Umschlagsfalz in einem einzigen Arbeitstakt der Presse durchgeführt.
  • In besonders vorteilhafter Weise kann man den in einem Fügeverfahren gemäß der Erfindung hergestellten Umschlagsfalz durch Kleben, Einbuchten oder Verschränken gegen das Verrutschen eines Stegs in Bezug auf einen Gurt entlang des Verbindungsbereichs sichern.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine Schnittzeichnung eines typischen Querschnitts eines Profils gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines besonderen Stegs, der für ein Profil gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, insbesondere wie in 1 dargestellt.
  • 3 zeigt eine andere Ausgestaltung eines Stegs, der für ein Profil verwendet werden kann, insbesondere für das in 1 dargestellte Profil.
  • 4 zeigt eine Verbindung der verschiedenen Teile durch Umschlagsfalz zur Herstellung eines Profils, wie in 1 gezeigt.
  • 5 zeigt alle Werkzeuge für die Durchführung einer Fügeverbindung durch Umschlagsfalz in der Presse, wie in 4 dargestellt.
  • 6 zeigt eine Schnittzeichnung eines Trägerelements mit variablem Querschnitt entlang der Linie A-A' und der Linie B-B'.
  • 7 zeigt die Prinzipskizze eines Werkzeugs, das in der Presse eingesetzt wird, um die Herstellung eines Profils gemäß der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen, insbesondere eines Profils wie in 1 dargestellt.
  • 8 zeigt das Prinzip der Absicherung gegen das Verrutschen des Stegs in Bezug auf den Gurt beim Fügen durch Umschlagsfalz mittels Verschränken durch wechselseitig gestanzte Aussparungen. In 8a und 8b sind die beiden Bleche vor der Herstellung des Umschlagsfalzes gezeigt.
  • Detaillierte Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung
  • Die vorgeschlagene Lösung besteht in der Verwendung von mindestens zwei metallischen Werkstoffen als Band oder Blech, die sich im Typ, ihren mechanischen Eigenschaften oder ihrer Dicke unterscheiden, um ein bearbeitetes Profil herzustellen. Genauer ausgedrückt wird in der vorliegenden Erfindung die Verwendung von Stählen mit hohen mechanischen Eigenschaften in Verbindung mit besser umformbaren Stählen vorgeschlagen, um ein Profil mit optimalem Gewicht herzustellen, das eventuell einen Querschnitt aufweisen kann, der sich gemäß bestimmten Herstellungsarten ändert. Es handelt sich also um ein Verbundprofil, das aus mindestens zwei metallischen Werkstoffen hergestellt wird, die sich im Typ, ihren mechanischen Eigenschaften oder ihrer Dicke unterscheiden.
  • Bei einem Träger wird die maximale Belastung bei den Gurten erreicht. Das Material, das zur Herstellung dieser Gurte gewählt wird, muss daher eine möglichst hohe Streckgrenze aufweisen. Es ist im wesentlichen der Querschnitt des Gurts, der das Trägheitsmoment bestimmt: daher sollte man Breite und Stärke anpassen können, um Festigkeit und Platzbedarf optimieren zu können. Die Gurte können eventuell aus zwei metallischen Werkstoffen hergestellt wird, die sich mindestens im Typ, ihren mechanischen Eigenschaften oder ihrer Dicke unterscheiden, um beispielsweise das Gewicht des Trägers in Abhängigkeit von den Beanspruchungen oder dem zur Verfügung stehenden Raum zu optimieren.
  • Der Steg, der die Gurte miteinander verbindet, wird durch Biegung beansprucht, aber vor allem ist er Scherspannungen ausgesetzt und kann stellenweise auch druckbelastet sein. Um das Gewicht zu optimieren, muss eine sehr geringe Metallstärke verwendet werden können. Dies kann verwirklicht werden, indem die Stege eine Geometrie erhalten, die ihre Knickfestigkeit verbessert. Aus diesem Grund muss das für die Stege verwendete Metall eine bessere Dehnbarkeit aufweisen, als. das für die Gurte verwendete Metall, das heißt ein Verhältnis Streckgrenze/Bruchbelastung, das niedriger ist und auf jeden Fall unter 0,9 liegt.
  • Ein typischer Querschnitt gemäß der Erfindung ist in 1 dargestellt.
  • Die Gurte (1, 1') werden aus einem Metallband oder einem Metallblech hergestellt, das eine sehr hohe Streckgrenze (HLE, THLE oder UHLE) aufweist, zum Beispiel einem schwach legierten Kohlenstoffstahl. Die Streckgrenze wird so hoch wie möglich gewählt. Bei Stahl wird sie sich im Bereich von 400 bis 1500 MPa bewegen, bei Aluminium zwischen 200 und 800 MPa: das Metall kann dann eine nur sehr begrenzte Umformbarkeit aufweisen.
  • Innerhalb einer bestimmten Legierungsfamilie, zum Beispiel Stahl oder Leichtmetall ist die Dehnbarkeit um so geringer, je höher die Streckgrenze ist. Die Dehnbarkeit lässt sich gut am Verhältnis der Streckgrenze zur Bruchbelastung erkennen. So liegt bei Stählen mit einer guten Umformbarkeit dieses Verhältnis deutlich unter 1, in etwa bei 0,5; während dieses Verhältnis bei Legierungen mit hohen mechanischen Eigenschaften sich gegen 1 bewegt und dabei mit einer sehr begrenzten Umformbarkeit verbunden ist. Die Höhe der Streckgrenze in Verbindung mit dieser geringen Formbarkeit hängt von der betrachteten Legierungsfamilie ab. So kann diese Grenze bei Stählen je nach Sorte bei 600 bis 800 MPa liegen.
  • Die Stege 2 und 2' sind aus einem Metallband oder -blech hergestellt, das eine bessere Dehnbarkeit aufweist als das Metall der Gurte, und daher ein deutlich geringeres Verhältnis der Streckgrenze zur Bruchbelastung, das in jedem Fall unter 0,9 liegt. Idealerweise sind die Stege 2 und 2'. nicht eben; sondern weisen zum Beispiel eine Welligkeit 3 auf. Ein typisches Ausführungsbeispiel der Stege ist in 2 dargestellt. Das Ziel dieser Welligkeit ist die Verstärkung der Knickfestigkeit der Stege; somit kann ihre Stärke deutlich reduziert werden.
  • Um diese Form herzustellen, ist es notwendig, ein Metall zu verwenden, das ein gewisses Maß an Dehnbarkeit aufweist (Verhältnis Streckgrenze/Bruchbelastung).
  • Die hier dargestellte Form wird nur als Beispiel angegeben: das Prinzip besteht darin, die Verformbarkeit des Metalls der Stege zu nutzen, um ihnen eine Geometrie zu geben; die ihre Knickfestigkeit bei Druckbelastung verbessert: ein anderes Ausführungsbeispiel der Stege wird in 3 gezeigt. Hier wird die Verstärkung durch Einschnitte 5 mit abfallendem Rand 6 in der senkrechten Wand des Stegs erreicht.
  • Die Gurte und die Stege sind in den Verbindungsbereichen 4 durch ein Schweißverfahren oder mechanisches Fügeverfahren miteinander verbunden. Bei den Schweißverfahren kommen zum Beispiel Punktschweißen, Nahtschweißen, Laserschweißen, Diffusionsschweißen oder Hartlöten in Betracht. Um die Produktivität zu verbessern und Probleme mit der Schweißbarkeit zu lösen, die bei bestimmten Stählen mit hoher Streckgrenze bestehen, muss man vorzugsweise mechanische Fügeverfahren wie Nieten, Fügen ohne Niete durch örtliche Verformung, bekannt unter dem Namen Clinchen, oder Falzen in Betracht ziehen.
  • Eine besonders interessante Variante des Fügeverfahrens ist das Verbinden durch Umschlagsfalz. Dieses zum Beispiel bei Konservenbüchsen angewandte Fügeverfahren kann in Pressen oder mit Drehwerkzeugen vom Typ Falzwalze durchgeführt werden. Ein typisches Beispiel dieser Verbindungsart bei der vorliegenden Erfindung ist in. 4 dargestellt. Ein Umschlagsfalz 7 wird in jedem Verbindungsbereich zwischen Gurt 1 und Steg 2 hergestellt. Dieses Fügeverfahren hat einen doppelten Vorteil: durch seine Geometrie trägt es zur Verstärkung der Struktur bei und es kann mit sehr produktiven Verfahren wie einer Tiefziehpresse oder einer Profiliermaschine durchgeführt werden.
  • Jedoch besteht beim Fügen durch Umschlagsfalz eine nicht zu vernachlässigende Gefahr des Verrutschens der verbundenen Elemente entlang der Achse des Trägers oder zumindest in Längsrichtung, wenn der Träger nicht geradlinig ist.
  • Diesem Nachteil kann leicht abgeholfen werden, indem man zum Beispiel Klebstoff zwischen die beiden Metallbänder im Bereich des Falzes einbringt, indem man Punktschweißungen ausführt oder auch vorzugsweise, indem der Umschlagsfalz stellenweise mit einem Pressenwerkzeug, das zum Beispiel einen unten abgerundeten, v-förmigen Stempel zum Einbuchten und einen ebenen Amboss umfasst, gestaucht wird. Dieser Vorgang kann in der Presse auf sehr produktive Weise durchgeführt werden: ein Werkzeug kann nämlich so entworfen werden, das es gleichzeitig das Einbuchten von mindestens zwei Falzen ausführt, wobei die Teilung das 5- bis 10-fache des Außendurchmessers des Umschlagsfalzes beträgt.
  • Es können auch wechselweise gestanzte Aussparungen im Gurt und dem zugehörigen Steg ausgeführt werden, so dass eine Blockierung der Teile in Längsrichtung gewährleistet ist (8). Diese Ausschnitte werden während der Herstellungsvorgänge dieser Teile in der Presse hergestellt und weisen eine Höhe auf, die geringer als der Umfang des Umschlagsfalzes ist, zum Beispiel ein Drittel dieses Umfangs. Die Breite der Zähne 20 ist etwas geringer als die der Abstände 21. Beim Fügen der beiden Metallbänder durch Umschlagsfalz greifen die Zähne des Blechs, die der Achse des Falzes am nächsten liegen, in die Zwischenräume zwischen den Zähnen des äußeren Metallbands ein und bilden so eine Blockierung in Achsrichtung des Umschlagsfalzes.
  • 5 zeigt ein Beispiel eines Werkzeugs, das die Ausführung der Verbindung durch Umschlagsfalz in der Presse ermöglicht. Die Gurte 1 und die Stege 2 werden zur Bildung des Umschlagsfalzes vorbereitet, wie bei 9 gezeigt: sie sind so vorgeformt worden, dass der Falz bereits angedeutet ist. Die Teile werden dann in das Werkzeug gelegt, das aus den beweglichen Teilen 10 und 10', 11 und 11' besteht. Diese Elemente sind zunächst getrennt, horizontal bei 11 und 11' und vertikal bei 10 und 10'. Die Teile 1 und 1' werden jeweils auf 11 und 11' abgelegt und durch nicht abgebildete Mittel gehalten, zum Beispiel durch ein Magnetsystem. Ebenso werden die Stege 2 und 2' auf den beweglichen Elementen 10 und 10' abgelegt, die die Wellenform 3 annehmen. Die Elemente 10 und 10' werden dann in die in 5 gezeigte Position gebracht, und dann die Elemente 11 und 11': die Werkzeuge 8, 8', 8'' und 8''' befinden sich dabei in der für das Werkzeug 8 angegebenen Lage. Die Werkzeuge 8 werden dann gleichzeitig oder nacheinander bewegt, um den Falz zu bilden und sich in der als 8', 8'' und 8''' bezeichneten Position zu befinden. Diese Art Werkzeug kann in eine Presse eingebaut werden, die Elemente 11 werden dabei durch ein Nockensystem in Bewegung versetzt, das eine horizontale Bewegung beim Schließen der Presse verursacht, die Elemente 10, 8 und 8' werden durch das Oberwerkzeug der Presse betätigt: 10 ist auf Federn montiert und sein Hub ist durch einen nicht dargestellten Anschlag begrenzt, 8 und 8' sind direkt auf dem Pressenstempel befestigt. Das Element 10' liegt auf dem Tisch der Presse auf und ist daher fest, die Werkzeuge 8" und 8''' werden durch das Unterwerkzeug der Presse betätigt. Diese Art Fügeverfahren mit meinem Pressenwerkzeug ermöglicht die Herstellung von Formen mit nicht konstantem Querschnitt: die Distanz zwischen den Gurten 1 und 1' sowie zwischen den Stegen 2 und 2' variiert.
  • 6 zeigt die Ansicht eines Trägerelements mit variablem Querschnitt: Der Querschnitt A-A' ist breiter und höher als der Querschnitt B-B'.
  • Bei Profilen mit konstantem Querschnitt kann dieses Fügeverfahren durch Umschlagsfalz auch mit Falzwerkzeugen in ansonsten bekannten Verfahren durchgeführt werden. Das System kann dann in eine Profilierstraße integriert werden.
  • 7 zeigt die Prinzipskizze eines solchen Fügevorgangs durch Rollen. Zwei Rollen 13 und 13' mit vertikalen Achsen b-b' halten die Gurte seitlich, der Umschlagsfalz wird durch zwei Rollen 12, 12' mit horizontalen Achsen a-a' hergestellt. Je nach Schwierigkeit der Herstellung des Umschlagsfalzes können mehrere Rollen wie in 7 beschrieben, verwendet werden, um den Umschlagsfalz nach und nach herzustellen.

Claims (19)

  1. Profil mit mindestens einem Gurt (1, 1') aus mindestens einem ersten Metall mit hohen mechanischen Eigenschaften, d. h. mit hoher Festigkeit und einem Verhältnis der Streckgrenze zur Bruchbelastung nahe 1, und mit mindestens einem Steg (2, 2') aus mindestens einem zweiten Metall mit einer Streckgrenze, die deutlich unter der des ersten Metalls liegt, wobei dieser Steg so mit besagtem Gurt verbunden ist, dass er im wesentlichen senkrecht zu ihm steht, und der Gurt und der Steg aus Band oder Blech bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass: – das zweite Metall ein Verhältnis Streckgrenze/Bruchbelastung aufweist, das deutlich unter dem Wert dieses Verhältnisses beim ersten Metall und unter 0,9 liegt; – der Steg geometrische Eigenschaften aufweist, die seine Knickfestigkeit im Vergleich zu einem ebenen, vollwandigen Steg der gleichen Dicke und Höhe erhöhen, und eine Verringerung seiner Dicke und folglich des Gesamtgewichts des Profils ermöglichen.
  2. Profil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Metall ein Stahl mit einer Streckgrenze über 400 MPa oder eine Aluminiumlegierung mit einer Streckgrenze über 200 MPa ist.
  3. Profil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (2, 2') in Längsrichtung des besagten Profils eine Wellenbewegung (3) aufweist.
  4. Profil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (2, 2') eine Folge, von Einschnitten oder Öffnungen (5) in Längsrichtung des besagten Profils aufweist.
  5. Profil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens zwei im wesentlich zueinander parallele Gurte (1, 1') umfasst.
  6. Profil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens zwei im wesentlich zueinander parallele Gurte (1, 1') und mindestens zwei im wesentlich zueinander parallele Stege (2, 2') umfasst.
  7. Profil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gurte (1, 1') und die Stege (2, 2') aus metallischen Werkstoffen hergestellt sind, die sich im Typ, ihren mechanischen Eigenschaften oder ihrer Dicke unterscheiden.
  8. Profil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Gurte (1, 1') aus dem gleichen Metall bestehen.
  9. Profil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Gurte (1, 1') aus unterschiedlichen Metallen bestehen, wobei ein erster Gurt aus einem ersten Metall besteht, das ein anderes Verhältnis Streckgrenze/Bruchbelastung aufweist, als das Metall, aus dem der andere Gurt besteht.
  10. Profil nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass beide Gurte (1, 1') unterschiedliche Dicken aufweisen.
  11. Profil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es einen nicht konstanten Querschnitt aufweist, der sich in der Höhe und/oder der Breite dieses Profils ändert.
  12. Fügeverfahren für ein Profil; bestehend aus mindestens einem Gurt (1, 1') und mindestens einem Steg (2, 2'), nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der besagte Gurt (1, 1') und der besagte Steg (2, 2') so verbunden werden, dass sie durch ein Schmelzfügeverfahren, vorzugsweise Punktschweißen, Laserschweißen, Nahtschweißen, Diffusionsschweißen oder Hartlöten, so zusammengefügt werden, dass sie einen Verbindungsbereich (4) bilden.
  13. Fügeverfahren für ein Profil, bestehend aus mindestens einem Gurt (1, 1') und mindestens einem Steg (2, 2'), nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der besagte Gurt (1, 1') und der besagte Steg (2, 2') durch ein mechanisches Fügeverfahren, vorzugsweise durch eine Nietverbindung, einfache Falzverbindung oder Clinchverbindung so zusammengefügt werden, dass sie einen Verbindungsbereich (4) bilden.
  14. Fügeverfahren für ein Profil, bestehend aus mindestens einem Gurt (1, 1') und mindestens einem Steg (2, 2'), nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der besagte Gurt (1, 1') und der besagte Steg (2, 2') mittels eines Fügeverfahrens durch Falzen mit Umschlagsfalz (7) so zusammengefügt werden, dass sie einen Verbindungsbereich (4) bilden.
  15. Fügeverfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Radius des Umschlagsfalzes (7) zur Summe der einzelnen Materialstärken der entlang des Verbindungsbereichs (4) angeordneten Teile zwischen 2 und 10 beträgt.
  16. Fügeverfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Differenz zwischen dem Radius des Umschlagsfalzes (7) und der Stärke des äußersten Bauelements zur Metallstärke des innersten Bauelements mehr als 2 beträgt und dass das Verhältnis der Stärke der beiden Elemente zueinander weniger als 4 beträgt.
  17. Fügeverfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Fügeverfahren mit einer Presse durchgeführt wird.
  18. Fügeverfahren für ein Profil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Fügen durch Umschlagsfalz (7) in einem einzigen Arbeitstakt der Presse durchgeführt wird.
  19. Fügeverfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Falzen der Umschlagsfalz durch Kleben, Einbuchten oder Verschränken gegen das Verrutschen eines Steges in Bezug auf einen Gurt entlang des Verbindungsbereichs gesichert wird.
DE60005668T 1999-07-05 2000-07-05 Trägerstruktur und verfahren zur herstellung Expired - Fee Related DE60005668T2 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP99202192 1999-07-05
EP99202192A EP1067250A1 (de) 1999-07-05 1999-07-05 Trägerstruktur und Verfahren zur Herstellung
PCT/BE2000/000079 WO2001002663A1 (fr) 1999-07-05 2000-07-05 Structure de poutre et procede de realisation de telles structures

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE60005668D1 DE60005668D1 (de) 2003-11-06
DE60005668T2 true DE60005668T2 (de) 2004-08-12

Family

ID=8240415

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE60005668T Expired - Fee Related DE60005668T2 (de) 1999-07-05 2000-07-05 Trägerstruktur und verfahren zur herstellung

Country Status (7)

Country Link
US (1) US6550211B2 (de)
EP (2) EP1067250A1 (de)
AT (1) ATE251262T1 (de)
AU (1) AU770680B2 (de)
CA (1) CA2378637A1 (de)
DE (1) DE60005668T2 (de)
WO (1) WO2001002663A1 (de)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2368041B (en) * 2000-10-17 2004-04-21 Intelligent Engineering Sandwich plate stepped risers
US6976343B2 (en) * 2003-04-24 2005-12-20 Mcgushion Kevin D Compressive flange sinusoidal structural member
US8065848B2 (en) 2007-09-18 2011-11-29 Tac Technologies, Llc Structural member
WO2006017552A2 (en) * 2004-08-02 2006-02-16 Tac Technologies, Llc Engineered structural members and methods for constructing same
US7930866B2 (en) * 2004-08-02 2011-04-26 Tac Technologies, Llc Engineered structural members and methods for constructing same
US8266856B2 (en) 2004-08-02 2012-09-18 Tac Technologies, Llc Reinforced structural member and frame structures
US7721496B2 (en) * 2004-08-02 2010-05-25 Tac Technologies, Llc Composite decking material and methods associated with the same
CN100363575C (zh) * 2005-05-27 2008-01-23 浙江大学 设置连杆的开口薄壁型钢
WO2015054417A1 (en) * 2013-10-09 2015-04-16 Brigham Young University Structural members and related methods and systems
CN108442510A (zh) * 2018-03-13 2018-08-24 盐城工业职业技术学院 一种钢结构抗震框架结构和建筑

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1234371A (fr) * 1959-05-13 1960-10-17 Poutre alvéolaire ainsi que procédés et dispositifs pour l'exécution de poutres soudées, en particulier de poutres alvéolaires
FR1312864A (fr) * 1962-01-29 1962-12-21 Cleveland Crane Eng Poutre-rail pour système de manutention et procédé de fabrication de cette poutrerail
DE2221330A1 (de) * 1972-04-29 1973-11-15 Schultz Hans Georg Dr Ing Gewichtsverminderung gebauter traeger durch unterdruecktes oder gerade erreichtes stegfliessen
US3960637A (en) * 1973-07-23 1976-06-01 Ostrow Paul F Composite structural member
US3999354A (en) * 1975-07-31 1976-12-28 Alcan Aluminum Corporation Structural member and box beam employing same
DE3425495A1 (de) * 1984-07-11 1986-01-23 Franzen & Spelten Consulting GmbH, 4054 Nettetal Stahlprofiltraeger
GB2187409B (en) * 1986-03-05 1989-11-15 British Steel Corp Channel section members
US4734146A (en) * 1986-03-31 1988-03-29 Rockwell International Corporation Method of producing a composite sine wave beam
US5483782A (en) * 1994-01-03 1996-01-16 Hall; Donald M. Load bearing beam having corrosion resistant cladding
US5600932A (en) * 1996-01-05 1997-02-11 Paik; Young J. Beam with enhanced bearing load strength and method of manufacture
US6374570B1 (en) * 2000-08-25 2002-04-23 Lockheed Martin Corporation Apparatus and method for joining dissimilar materials to form a structural support member

Also Published As

Publication number Publication date
AU5798500A (en) 2001-01-22
EP1067250A1 (de) 2001-01-10
EP1190148B1 (de) 2003-10-01
CA2378637A1 (en) 2001-01-11
US20020053178A1 (en) 2002-05-09
AU770680B2 (en) 2004-02-26
EP1190148A1 (de) 2002-03-27
WO2001002663A1 (fr) 2001-01-11
US6550211B2 (en) 2003-04-22
ATE251262T1 (de) 2003-10-15
DE60005668D1 (de) 2003-11-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69914775T2 (de) Verfahren zur Herstellung einer Stossfängerträgeranordnung
DE4400185B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer zwei Flansche und einen Steg aufweisenden Schiene für Hängedecken
DE2628538C3 (de) Geschlossenes Tragelement aus zwei aneinander befestigten Profilen
EP3531055B1 (de) Plattenwärmetauscher und verfahren zu dessen herstellung
EP1631728B1 (de) Profilschiene und verfahren zum herstellen einer profilschiene
DE2619371C3 (de) Verfahren zur Herstellung hohler Gegenstände, insbesondere Sonnenkollektoren, und nach dem Verfahren hergestellter hohler Gegenstand, insbesondere plattenförmiger Körper
EP2108071B1 (de) Lasergeschweisste kranschiene für hängekatzen
DE212014000231U1 (de) Sandwich-Struktur
DE3513382A1 (de) Tragprofile fuer montageeinrichtungen, stuetzkonstruktionen und transportbaender und verfahren fuer deren herstellung
EP1331407A2 (de) Befestigungsmittel und Verfahren zu seiner Herstellung
DE10322755A1 (de) Hohlprofil
DE60005668T2 (de) Trägerstruktur und verfahren zur herstellung
DE4240970A1 (de) Verfahren zum Fügen von flächig aufeinanderliegenden Blechen, Blechteilen oder Platten
DE2939432A1 (de) Kernstreifen, insbesondere fuer zusammengesetzte platten, und verfahren zu seiner herstellung
DE102005057259B4 (de) Verfahren zum Herstellen eines hybriden Bauteils
EP0888835A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines Metallformteils
EP0838426B1 (de) Türblatt, insbesondere für Aufzugstüren
EP1004465B1 (de) Rammschutzträger
DE3300017A1 (de) Flachkammer-waermetauscher sowie verfahren und vorrichtung zu dessen herstellung
WO2003045767A1 (de) Aus stahlblech bestehendes verbindungselement für hohlprofile aus stahlblech, insbesondere eine rahmenstruktur einer fahrzeugkarosserie
EP2177282A1 (de) Belastungsangepasstes Strukturteil aus Metall für einen Wärmetauscher, Verfahren zur Herstellung eines belastungsangepassten Strukturteils
DE2066024C3 (de) Biegewerkzeug zum Herstellen von Plattengliedern für Plattenbandförderer
DE10211257B4 (de) Verfahren zum mechanischen Verbinden von zwei Elementen aus Metall, bei welchem die beiden Elemente aus Metall zwischen einem einzigen Satz von zwei Walzen hindurchgeführt werden
EP1210998B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Metallprofils
EP1106274A2 (de) Formbauteil ungleichmässiger Dicke und Verfahren zu seiner Herstellung

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee