EP2707155B1 - VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR HERSTELLUNG VON METALLPROFILEN MIT ENG TOLERIERTEM KAMMERMAß - Google Patents

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR HERSTELLUNG VON METALLPROFILEN MIT ENG TOLERIERTEM KAMMERMAß Download PDF

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EP2707155B1
EP2707155B1 EP11724570.4A EP11724570A EP2707155B1 EP 2707155 B1 EP2707155 B1 EP 2707155B1 EP 11724570 A EP11724570 A EP 11724570A EP 2707155 B1 EP2707155 B1 EP 2707155B1
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flange
work roll
profile
inner work
metal profile
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Mannstaedt GmbH
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    • Y10T428/12375—All metal or with adjacent metals having member which crosses the plane of another member [e.g., T or X cross section, etc.]

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus, in particular a roll stand, for the production or recalibration of metal profiles, in particular rolled steel profiles, with a tightly tolerated chamber dimension.
  • chamber dimension means the dimension between the inside of a first flange and the inside of a second flange opposite the first flange of the metal profile.
  • the invention thus relates in particular to the production or recalibration of U or double-T profiles, but also the adaptation of the chamber dimension of other profile geometries, in which two substantially parallel flanges are opposite, can be made meaningful by the invention.
  • Metal profiles with two substantially mutually parallel and opposing flanges are well known.
  • increased demands are placed on the chamber dimension tolerances, in particular when the opposite inner sides of the flanges form functional surfaces which functionally interact with adjacent components, for example with rolling elements.
  • Such applications are known, inter alia, from the conveyor industry. Also on monorail rails such increased demands are made.
  • hoisting masts for the construction of lifting masts for industrial trucks, especially for forklifts.
  • a plurality of metal profiles are arranged interleaved and telescopically movable against each other for raising or lowering the stacked goods in the profile longitudinal direction.
  • rollers Between the individual metal profiles are rollers as rolling elements.
  • any play between the metal profiles and the rollers allows pivoting of the metal profiles against each other transversely to the profile longitudinal direction and the vertical stroke direction. Even a small clearance between the rollers and the area of the surface of the metal profile on which the rollers roll, can have a strong impact especially at high lifting heights.
  • a stackable material located at high lifting height which often has high weight, must not or only extremely slightly stagger transversely to the vertical stroke direction, so as not to jeopardize the stability of the vehicle or the overall structure and the exact positioning of the transported goods in a rack storage unnecessarily complicate.
  • the profiles can be subsequently pulled.
  • the pulling of mast profiles ensures a good parallelism of the flanges, tight dimensional tolerances, smooth surfaces and a favorable work hardening of the material.
  • the profiles also have a low tendency to wear, show only a small inlet effect and can be well welded.
  • a disadvantage is the high production costs and the associated high production costs, which is why drawn profiles are not really competitive.
  • the brittle resistance of drawn profiles is significantly worse than profiles that are produced in other ways.
  • the pulling can also lead to an increased profile distortion (bending, twisting), which is then again consuming to correct in a straightening machine.
  • JP 62 093008 A JP 2 011201 A and JP 11 244903 A disclose rolling processes that affect the chamber dimension or other dimensions of a rolled section.
  • none of these methods makes it possible to produce a rolled profile with a chamber dimension in particularly narrow tolerance limits or leads to a rolled profile with properties which are particularly advantageous for the above applications.
  • the object of the invention is therefore to provide a method for the production or recalibration of metal profiles and an apparatus for performing such a method, which combines the advantages of the known methods described above as far as possible.
  • a method and a device are to be provided with which in particular lift mast profiles with parallel flanges, narrow tolerances and high material strength with respect to wear can be produced.
  • the aim is a mast profile that makes multiple roles in the construction of a lift mast unnecessary, that is characterized by good wear characteristics, weldability and brittle resistance, has a good run-in behavior and is still produced at a lower price than milled mast profiles.
  • the device according to the invention or the method according to the invention makes it possible in particular to recalibrate pre-rolled profile blanks by means of rolling in the temperature range of cold forming.
  • recalibration a high flange parallelism, tight Kammerterrorismtoleranzen and a targeted and defined usable work hardening of the material in the area of the mast profiles particularly stressed, near-surface flange inner sides are achieved.
  • the construction of lifting masts comes with the use of profiles produced in this way with a roll size.
  • the material can be welded well, the cold-worked flange inside pages show good wear characteristics and low clearance. The brittle security is good.
  • the surface quality of the flange inside is due to the fact that any bumps or grooves are compensated or smoothed by the hot rolling process by taking place on the flange inside rolling process, good.
  • the production costs are well below those manufacturing costs incurred in machined post-processed profiles.
  • the inner work rolls are made of a high-strength material, in particular a high-tempered steel (for example 100 Cr 6) or a load-bearing ceramic material and in each case with a high surface quality.
  • Each inner work roll is regularly assigned a support body. This supports the force exerted by the respective inner work roll on the Profilflanschinnenseite forming forces on the respective flange outside.
  • the supporting bodies are preferably formed by a first supporting roller and a second supporting roller and, like the inner working rollers, are rotatably mounted in the rolling stand.
  • support rollers and other types of support body can be used.
  • the choice of the support body depends inter alia on the way in which the metal profile and the roll stand are moved relative to each other.
  • the support rollers which are preferably used when the metal profile is moved relative to a stationary rolling stand or when the inner work rolls are moved together with the support rollers relative to a firmly clamped metal profile
  • the use of plate-shaped supporting bodies may be provided which bear against the flanges on the outside and which support the forming forces acting on the flange inner sides by the working rollers. The metal profile can then be firmly clamped between the externally applied supporting bodies and held by them.
  • the support body are preferably formed by elongated, plate-like bodies or support rails, which are employed with a flat contact surface against the flange outer sides and supported the forming forces.
  • the support body or support rails may extend in this case over the entire length of the metal profile to be machined.
  • a support body of a plurality of hingedly interconnected individual plates which cooperate with each other in the manner of a tank chain.
  • These so interconnected individual plates can also either exert the necessary feed forces on the metal profile to be moved to move this relative to a fixed pair of work rolls, or move as part of the rolling stand with this and are preferably used, the required feed forces on the to transfer relative to the fixed metal profile moving pair of work rolls.
  • working gap is to be understood to mean that the forming work is largely done by the force exerted by the inner work on the flange inner sides forces and the support body, the forces exerted by the inner work on the Flanschinnencons forces forces only outwardly supported to lateral deformation or Deflection of the flanges and / or an extension of the profile web located between the flanges, ie a change in the web height, to be prevented.
  • the distance between the support body is matched to the distance of the flange outside. The deformation and the concomitant achievement of the desired chamber dimension can be achieved by these measures as a result of an actual localized reduction of the Flanschmaterialdicke by plastic deformation of the near-flange surface to the flange material.
  • the support body are dimensioned such that they cause such a low surface pressure between the flange outside and support body when the device is used as intended, that no significant plastic deformation of the flanged material located close to the surface of the flange takes place.
  • the invention allows By using manufacturer-specific inner work roll forms, the surface of the flange inside already adapted to the manufacturer-specific Wälz stresses- or role geometry when manufacturing the Hubmastprofile.
  • the inner work rolls have a non-cylindrical outer contour in the region of the contact surface formed between the inner work roll and the inner side of the flange when the device is used as intended. The outer contour of this contact surface can be reflected during the process of cold deformation on the flange inside.
  • the deformation of the metal profiles to the desired chamber size can be done both prior to insertion of the metal profile in a roller straightening or between individual Rollenrichtvor réellen.
  • the forming of the metal profile to the desired chamber size before a final passage through a roller leveler and / or a final reworking in a straightening press is particularly useful because it can not always be ruled out that uneven degrees of deformation occur, for example, a twisting or bending of the metal profile could result, which would be compensated by a Rollenrichtmaschine and / or a straightening press again.
  • the rolling stand can also be integrated in a roller leveler. In this case, the roll stand should be movable within the roller leveler to compensate for any movements of the metal profile transverse to the profile longitudinal direction can.
  • the inner work rolls which rotate about a rotation axis, preferably acted upon by a force acting in the direction of the rotation axis and the inner work rolls in the direction of the profile web pressing force, which ensures that the inner work rolls in the transition from flange to the web of the metal profile always good abutment or at least kept at a defined distance to the web.
  • the optionally manufacturer-specific deformation exerted by the inner work rolls on the flange inside remains constant in the profile longitudinal direction. An emigration of the work rolls away from the through the profiled web surface defined level to the profile exterior can be excluded.
  • This pressing force can of course also or additionally be provided by a pressure roller, which is arranged on the working roll pair side facing away from the metal profile and hires the metal profile against the pair of work rolls to prevent the metal profile in the process relative to the pair of work rolls away from this.
  • a spacer In order to prevent the inner work rolls with their web-facing end face leaving MahLspuren on the web, and a spacer can be provided that holds the inner work rolls despite the urging in the direction of the profile web contact pressure at a defined distance from the web surface.
  • a spacer may be formed by a spacer roller or other rolling elements, which roll or slide gently on the web surface during the process of the profile relative to the rolling mill.
  • the device has a first cleaning device, which cleans areas of the metal profile of impurities before they enter the mill stand.
  • impurities can be created by scale, which flakes off the profile surface in upstream process steps.
  • the cleaning device may in particular blow off the contamination with compressed air, rinse with water or remove by brushing or a combination of these operations.
  • the cleaning process preferably takes place continuously during the process of the metal profile relative to the roll stand.
  • the rolling process can be carried out in multiple stages, in particular if the degree of deformation required for the desired chamber size is so high that it can only be achieved with difficulty by means of a single passage.
  • the metal profile can either be performed several times by one and the same rolling mill or it can several rolling stands are traversed in succession, wherein the force exerted on the metal profile pressure or the inner work roll and / or working gap geometry can be gradually adjusted.
  • a device for removing the rolling bead in particular a planer, can be arranged on the rolling stand or on the device in which the rolling stand is embedded.
  • the inner work rollers can be provided to ensure the process of the rolling stand and the metal profile relative to each other.
  • the outer supporting bodies are formed by motor-driven supporting rollers.
  • the aforementioned pressure roller can be driven alternatively or in addition to working and / or support rollers.
  • FIG. 1 shows a frontal view of a device according to the invention forming mill stand 10, in which flanges 21, 22, 23, 24 of a double T-metal profile 20 chosen here by way of example between inner work rollers 11, 12, 13, 14 and outer support rollers 15, 16 are passed.
  • Flanges 21 and 23 are each a first flange according to the invention and flange 22 and 24 are each a second flange in the context of the invention.
  • the inner work roll 11 forms a first inner work roll and the inner work roll 12 forms a second inner work roll in the sense of the invention. Together they form an inner pair of work rolls arranged between flanges 21 and 22.
  • the inner work roll 13 also forms a first inner work roll and the inner work roll 14 forms a second inner work roll in the sense of the invention, which together form another inner work roll pair that is arranged between the flanges 23 and 24.
  • a first support roller 15 acts on the flanges 21 and 23 from the outside and a second support roller 16 acts on the flanges 22 and 24 from the outside FIG. 1 illustrated configuration thus shows two within the meaning of the invention first inner work rolls 11, 13 and two according to the invention second inner work rolls 12, 14th
  • First inner work roll 11 and first outer support roll 15 form between them a first working gap
  • a second inner work roll 12 and second outer support roll 16 form between them a second working gap.
  • first inner work roll 13 and first outer support roll 15 form between them a first working gap in the sense of the invention
  • second inner work roll 14 and second outer support roll 16 form between them a second working gap in the context of the invention.
  • FIG. 1 shown configuration a total of four working gaps are shown, in each case two first working gaps in the sense of the invention and two second working gaps in the context of the invention.
  • FIG. 2 shows the configuration FIG. 1 in a top view.
  • the outer support rollers 15 and 16 and the inner work rollers 11 and 12 rotate in the direction of in FIG. 2 directions indicated by the rotation arrows.
  • the metal profile is moved in a feed direction V relative to the rolling stand.
  • the mill stand can be moved relative to the firmly clamped metal profile.
  • the flange inner sides are in the region in contact with the inner work rolls will come and are rolling on the later use as a mast profile rolling elements to a chamber dimension K 0 spaced from each other.
  • the metal profile 20 also has a web height So.
  • FIG. 1 Another process is in FIG. 1 further illustrated.
  • force arrows F U are located in the upper chamber of the double T-profile, indicate how the forming forces acting transversely to the profile longitudinal direction between the flanges 21 and 22 cancel each other. Only the forces acting on the flange outside by the support rollers 15 and 16 must be absorbed by the bearing of the outer support rollers (not shown). This is achieved in that the inner work rolls 11 and 12 roll on each other and therefore the forces occurring directly on each other support.
  • force arrows F A illustrate a force acting in the direction of the rotation axis R on the pair of work rolls contact pressure, which ensures that the pair of work rolls can not emigrate in a direction away from the profile web 25 movement upwards.
  • each inner work roll will have a nominal diameter of 1 ⁇ 2 K 1 , that is to say half of the desired final chamber dimension K 1 .
  • the nominal diameter is optionally increased by a surcharge, which takes into account that the flange material and the material of the inner work rolls themselves have a certain elasticity material and even when exposed to the forming forces even to a small extent elastic, ie without remaining plastic deformation, give way and then spring back again.
  • the actual diameter can therefore be slightly larger than the nominal diameter 1 ⁇ 2 K 1 .
  • the inner work rolls can have a non-cylindrical outer contour at least in the region in which they are in contact with the flange inner sides during the forming process.
  • the inner work rolls are drawn illustratively cambered. So you have a cross section as an outside positively curved, Convex convex lens on.
  • other cross-sectional shapes in particular also a cross-section such as an externally negatively curved, concave diverging lens, or unsteady outer contour profiles are conceivable in principle. This makes it possible to consider certain manufacturer-specific roll shapes, which may already be in the manufacturing process, and to map their outer contours in the flange inner sides.
  • the non-parallelism can both be such that, starting from the web, a closing chamber dimension results (the effective outer diameter of the inner work rolls decreases in a direction away from the web surface), and be such that starting from the web an opening chamber dimension results (the effective outer diameter of the inner work rolls increases in a direction away from the web surface direction).
  • the method or the rolling stand in hot-rolled steel profiles, allows the flange inside sides, which typically originate from the web, to be formed in such a way that they subsequently run parallel, but not parallel but opening.
  • FIG. 3a shows the metal profile cross section before entering the flanges in the working column.
  • FIG. 3b illustrated by the black areas.
  • Figure 3c finally shows the cross-section of the mast profile with the chamber dimension changed from the initial chamber dimension K 0 to the desired final chamber dimension K 1 .
  • the diameter of the outer support rollers is considerably larger than that of the inner work rolls, so that the surface pressure at the flange outside is kept low. This is particularly necessary if the forming process should have no influence on the web height S 0 or on the flange outer sides.
  • FIG. 2 This is illustrated by the fact that web height S 0 is unchanged before and after passing through the roll stand, while the output chamber dimension K 0 has changed to the desired final chamber dimension K 1 . Minor changes in the web height S 0 or the distance of the flange outside of each other but can be tolerated, if such a change in the subsequent use of the profile does not adversely affect.
  • the contact area with the outer surface of the profile flanges ensures a sufficiently low surface pressure to prevent plastic deformation on the flange outside, when the effective diameter of the support body at this point is about 700 mm to 750 mm or more.
  • this is not to be understood as a rigid value.
  • deviating values can also yield meaningful results.
  • the support body does not necessarily have to be formed by a support roller. They can also be formed, for example, by a plate or rail with side stop or by a plurality of hingedly interconnected individual plates, which are connected to each other in the manner of a tank chain and form a flat, flat support surface.
  • the choice of the support body shape will depend, among other things, whether the rolling stand is moved relative to a stationary metal profile tense, or whether the rolling stand is installed stationary and the metal profile is moved relative to the rolling stand. Especially in the latter case, it makes sense to drive the inner work rolls and / or the support body, if they are designed as support rollers, motor. Become driven both support rollers and inner work rolls, of course, to ensure synchronization of the surface speeds.
  • the first and the second support body can of course also be formed by a single component, which supports the forming forces on both sides, that is to say both on the first and on the second flange.
  • FIG. 4 illustrates a particular embodiment of the rolling stand according to the invention or the method according to the invention, in which the angle ⁇ , the imaginary connection axis A, which connects the centers of the two inner working roles thought of each other, includes with the profile longitudinal side or the feed direction V is increased.
  • the angle is adjusted from an angle of less than 90 ° to an angle of substantially 90 °.
  • the force acting on the flange inner sides, effective outer working dimension of the inner work rolls is increased or narrowed at constantly spaced outer support rollers of the working gap gradually.
  • the outer support rollers but of course are actually provided to form together with the inner work rolls 11, 12 the working gap, are in FIG. 4 only for the sake of clarity not drawn.
  • the axis A 1 includes the profile longitudinal side or the feed direction V an angle ⁇ 1 , to extend the chamber dimension K 0 to the chamber dimension K 1 .
  • the angle ⁇ 1 is widened to the angle ⁇ 2 , in order to narrow the working gap slightly, and thus to expand the chamber dimension K 1 to the chamber dimension K 2 .
  • the angle ⁇ 2 is extended to the angle ⁇ 3 in order to narrow the working gap once more and thus to expand the chamber dimension K 2 to the chamber dimension K 3 , which is then in the in FIG. 4 illustrated example represents the Endschbine.
  • the necessary or meaningful number of passes and thus the number of alignment changes of the inner work roll pair or the number of working gap narrowing for the particular application can be determined.
  • the angle ⁇ is increased stepwise to gradually narrow the working gap, which is otherwise kept constant for each pass.
  • FIG. 4 shown skewing of the rollers relative to the feed direction, ie the adjustment of the imaginary connection axis A and the concomitant narrowing of the working gap, but can also be used to compensate for any differences in chamber size that may exist on the metal profile length.
  • at the beginning or end of the metal profile can be adjusted in a limited area due to the entry or leakage of the metal profile from the working gap slight deviations from the lockable in the middle of the metal profile chamber dimension.
  • a measuring device which detects the actual chamber dimension during a passage.
  • the measuring point or In this case, the measured value preferably leads the working gap, so that after detecting a deviation, it is possible to react directly by adjusting the angle ⁇ .
  • the measuring point or the measured value lags the working gap or that both a leading and a lagging measured value are detected.
  • the latter has the particular advantage that the system by adjusting the angle ⁇ directly detect the achieved by this adjustment Kammerhusterung and programmatically readjust or correct.
  • the maximum amount that can deviate the angle ⁇ of 90 °, ie the degree of inclination of the axis A to the feed direction V, will differ depending on the material of the metal profile and depending on the set stitch loss and is to be chosen so that a sufficient support of inner working roles remains ensured and that the resulting torque with which the forces acting on the inner work rolls forces to push them into an even stronger inclination remains manageable.
  • the invention is not limited to the production or recalibration of only one such metal profile type, but can also be applied to all other profile shapes having two opposing flanges, between which at least a pair of inner work rolls can be usefully used.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metal Rolling (AREA)
  • Bending Of Plates, Rods, And Pipes (AREA)
  • Straightening Metal Sheet-Like Bodies (AREA)
  • Rolls And Other Rotary Bodies (AREA)
  • Reduction Rolling/Reduction Stand/Operation Of Reduction Machine (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, insbesondere ein Walzgerüst, zur Herstellung oder Nachkalibrierung von Metallprofilen, insbesondere Walzprofilen aus Stahl, mit eng toleriertem Kammermaß.
  • Eine gattungsgemäße Vorrichtung bzw. ein gattungsgemäßes Verfahren ist aus JP-A 62 093 008 bekannt
  • Unter dem Begriff Kammermaß ist dabei das Maß zwischen der Innenseite eines ersten Flanschs und der Innenseite eines dem ersten Flansch gegenüberliegenden zweiten Flanschs des Metallprofils gemeint. Es geht bei der Erfindung also insbesondere um die Herstellung bzw. Nachkalibrierung von U oder Doppel-T Profilen, aber auch die Anpassung des Kammermaßes anderer Profilgeometrien, bei denen sich zwei im wesentlichen parallele Flansche gegenüberliegen, kann durch die Erfindung sinnvoll gestaltet werden.
  • Metallprofile mit zwei im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden und sich gegenüberliegenden Flanschen sind allgemein bekannt. Bei bestimmten Anwendungen werden erhöhte Anforderungen an die Kammermaßtoleranzen gestellt, und zwar insbesondere dann, wenn die sich gegenüberliegenden Innenseiten der Flansche Funktionsflächen ausbilden, die mit angrenzenden Bauteilen, beispielsweise mit Wälzkörpern, funktional zusammenwirken. Solche Anwendungen sind unter anderem aus der Fördertechnik bekannt. Auch an Hängebahnschienen werden solche erhöhten Anforderungen gestellt.
  • Ein weiteres, konkretes Beispiel einer solchen Anwendung sind Hubmastprofile für den Aufbau von Hubmastgerüsten für Flurförderfahrzeuge, insbesondere für Gabelstapler. Bei dieser Anwendung sind mehrere Metallprofile ineinander verschachtelt angeordnet und für das Hochfahren oder Herunterlassen des Stapelguts in Profillängsrichtung teleskopartig gegeneinander verfahrbar. Zwischen den einzelnen Metallprofilen befinden sich Rollen als Wälzkörper. Jedes Spiel zwischen den Metallprofilen und den Rollen erlaubt jedoch ein Verschwenken der Metallprofile gegeneinander quer zur Profillängsrichtung bzw. zur vertikalen Hubrichtung. Schon ein geringes Spiel zwischen den Rollen und dem Bereich der Oberfläche des Metallprofils, auf denen die Rollen abrollen, kann sich insbesondere bei großen Hubhöhen stark auswirken. Ein in großer Hubhöhe befindliches Stapelgut, dass nicht selten hohes Gewicht hat, darf selbstverständlich nicht oder nur außerordentlich geringfügig quer zur vertikalen Hubrichtung wanken, um die Standsicherheit des Fahrzeugs bzw. des Gesamtaufbaus nicht zu gefährden und um die exakte Positionierung des Transportguts in ein Regallager nicht unnötig zu erschweren. Die Anforderungen gehen zum Teil so weit, dass Hersteller die Profile zum Aufbau eines Hubmastgerüsts individuell vermessen und dann Rollensätze fahrzeugindividuell zusammenstellen. Ein Rollensatz kann eine Vielzahl verschieden dimensionierter Rollen aufweisen, wobei jede Rolle individuell für die spezifische Profilpaarung ausgewählt wird.
  • Derzeit werden verschiedene Herstellungsverfahren zur Herstellung von Hubmastprofilen, insbesondere solchen aus Stahl, mit engen Kammermaßtoleranzen angewendet.
  • Den Verfahren gemein ist zunächst das Warmwalzen des Stahls. Durch das Warmwalzen von Hubmastprofilen lassen sich jedoch weder parallele Flansche noch enge Toleranzen realisieren. Es findet auch keine Kaltverfestigung der im späteren Betrieb stark beanspruchten Materialzonen statt, was unter anderem ein schlechtes Einlaufverhalten zur Folge hat. Daher sind für den Aufbau eines Hubmastgerüsts aus lediglich warmgewalzten Profilen zumeist mehrere Rollengrößen erforderlich. Lediglich warmgewalzte Profile verschleißen außerdem relativ schnell, haben jedoch eine gute Schweißeignung und eine hohe Sprödbruchsicherheit. Das schlechte Einlaufverhalten kann zwar durch den Einsatz eines Stahls mit höherem Kohlenstoffgehalt oder einem Zusatz von Legierungselementen verbessert werden, jedoch ist das mit einer Verschlechterung der Schweißeignung und der Sprödbruchsicherheit verbunden. Ein maßgeblicher Vorteil dieses Herstellungsverfahrens sind jedoch die niedrigen Herstellungskosten, so dass ganz überwiegend lediglich warmgewalzte Hubmastprofile zum Einsatz kommen.
  • Um den vorstehend skizzierten Nachteile von lediglich warmgewalzten Profilen zu begegnen, können die Profile nachträglich gezogen werden. Das Ziehen von Hubmastprofilen gewährleistet eine gute Parallelität der Flansche, enge Maßtoleranzen, glatte Oberflächen und eine vorteilhafte Kaltverfestigung des Materials. Bei gezogenen Profilen kommt man daher nicht selten mit nur einer Rollengröße aus. Die Profile weisen außerdem eine geringe Verschleißneigung auf, zeigen einen nur geringen Einlaufeffekt und lassen sich gut Schweißen. Nachteilig sind allerdings der hohe Herstellungsaufwand und die damit einhergehenden hohen Herstellungskosten, weswegen gezogene Profile nicht wirklich wettbewerbsfähig sind. Außerdem ist die Sprödbruchsicherheit von gezogenen Profilen deutlich schlechter als von Profilen, die auf andere Art hergestellt werden. Das Ziehen kann zudem zu einem erhöhten Profilverzug (Biegung, Verdrallung) führen, der anschließend in einer Richtmaschine wieder aufwändig zu korrigieren ist.
  • Favorisiert wird derzeit auch die spanende Nachbearbeitung der Funktionsflächen von zuvor warmgewalzten Hubmastprofilen. So hergestellte Profile weisen zwar gegenüber gezogenen Profilen eine schlechtere Schweißeignung auf, sie sind aber kostengünstiger als diese herzustellen. Durch die spanende Nachbearbeitung lässt sich eine hohe Flanschparallelität mit engen Kammermaßtoleranzen erzielen. Insbesondere letzteres erlaubt, wie auch bei gezogenen Profilen, in aller Regel die Verwendung nur einer Rollengröße. Hinzu kommt, dass die Profile, bedingt durch die spanende Nachbearbeitung, keine Randabkohlungserscheinungen zeigen, welche bei lediglich gewalzten Profilen möglich sind. Trotzdem ist dieses Verfahren aufgrund der erforderlichen spanenden Nachbearbeitung und des damit einhergehenden Material- und Werkzeugaufwands noch verbesserungswürdig. Gegenüber den nur warmgewalzten Hubmastprofilen ist es außerdem deutlich teurer.
  • Die Druckschriften JP 62 093008 A , JP 2 011201 A und JP 11 244903 A offenbaren Walzverfahren, die Einfluss auf das Kammermaß oder andere Abmessungen eines Walzprofils haben. Keine dieser Verfahren ermöglicht allerdings die Herstellung eines Walzprofils mit einem Kammermaß in besonders engen Toleranzgrenzen oder führt zu einem Walzprofil mit für die vorstehenden Anwendungen besonders vorteilhaften Eigenschaften.
  • Jedes der zuvor genannten Verfahren ist jedoch verbesserungswürdig. Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung oder Nachkalibrierung von Metallprofilen und eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens zur Verfügung zu stellen, das die Vorteile der vorstehend beschriebenen bekannten Verfahren so weit wie möglich auf sich vereint. Es sollen ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitgestellt werden, mit denen insbesondere Hubmastprofile mit parallelen Flanschen, engen Toleranzen und hoher Materialfestigkeit hinsichtlich des Verschleißes hergestellt werden können. Ziel ist ein Hubmastprofil, dass mehrere Rollengrößen beim Aufbau eines Hubmastgerüsts entbehrlich macht, dass sich durch gute Verschleißeigenschaften, Schweißeignung und Sprödbruchsicherheit auszeichnet, ein gutes Einlaufverhalten aufweist und trotzdem zu einem geringeren Preis als gefräste Hubmastprofile herstellbar ist.
  • Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch ein Walzgerüst nach dem Wortlaut des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren nach dem Wortlaut des Anspruchs 5 gelöst.
  • Entgegen der zuvor beschriebenen Verfahren der Nachkalibrierung lediglich warmgewalzter Profile im Wege des Ziehens oder der spanenden Nachbearbeitung ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere das Nachkalibrieren vorgewalzter Profilrohlinge im Wege des Walzens im Temperaturbereich der Kaltumformung. Durch dieses Nachkalibrieren werden eine hohe Flanschparallelität, enge Kammermaßtoleranzen und eine gezielte und definiert einsetzbare Kaltverfestigung des Materials im Bereich der bei Hubmastprofilen besonders beanspruchten, oberflächennahen Flanschinnenseiten erreicht. Beim Aufbau von Hubmastgerüsten kommt man bei Verwendung von auf diese Art hergestellten Profilen mit einer Rollengröße aus. Das Material lässt sich gut schweißen, die kaltverfestigten Flanschinnenseiten zeigen gute Verschleißeigenschaften und geringes Einlaufspiel. Die Sprödbruchsicherheit ist gut. Auch die Oberflächengüte der Flanschinnenseiten ist bedingt dadurch, dass etwaige Unebenheiten oder Riefen vom Warmwalzprozess durch den auf der Flanschinnenseite stattfindenden Walzvorgang ausgeglichen bzw. geglättet werden, gut. Die Herstellungskosten liegen deutlich unterhalb derjenigen Herstellungskosten, die bei spanend nachbearbeiteten Profilen anfallen. Es lassen sich mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens also Spezialprofile mit einem anspruchsvollen Kammermaßtoleranzniveau zu einem günstigen Preis herstellen, ohne dass diese kalt gezogen oder spanend nachbearbeitet werden müssten.
  • Die Anordnung der beiden inneren Arbeitsrollen derart, dass sie einerseits auf der Innenseite der Flansche abrollen und sich gleichzeitig mittig zwischen den beiden Flanschen berühren, sorgt dafür, dass die zur Kaltumformung notwendigen hohen Flächenpressungen an der Flanschinnenseite gut und auf einfache, effiziente Weise abgestützt werden können. Es versteht sich von selbst, dass die inneren Arbeitsrollen zu diesem Zweck aus einem hochfesten Material, insbesondere einem hochvergüteten Stahl (z.B. 100 Cr 6) oder einem belastbaren Keramikwerkstoff und mit jeweils hoher Oberflächengüte hergestellt sind.
  • Regelmäßig ist jeder inneren Arbeitsrolle jeweils ein Stützkörper zugeordnet. Dieser stützt die von der jeweiligen inneren Arbeitsrolle auf die Profilflanschinnenseite ausgeübten Umformkräfte an der jeweiligen Flanschaußenseite ab. Die Stützkörper sind bevorzugt von einer ersten Stützrolle und einer zweiten Stützrolle gebildet und ebenso wie die inneren Arbeitsrollen drehbar im Walzgerüst gelagert.
  • Neben der Verwendung Stützrollen können auch andersartige Stützkörper zum Einsatz kommen. Die Wahl der Stützkörper hängt unter anderem davon ab, auf welche Art und Weise das Metallprofil und das Walzgerüst relativ zueinander verfahren werden. Alternativ zu den Stützrollen, die bevorzugt dann zum Einsatz kommen, wenn das Metallprofil relativ zu einem stehenden Walzgerüst verfahren wird oder aber wenn die inneren Arbeitsrollen mit den Stützrollen zusammen relativ zu einem fest eingespannten Metallprofil verfahren werden, kann auch die Verwendung von plattenförmigen Stützkörpern vorgesehen sein, die sich außenseitig an die Flansche anlegen und die von den Arbeitsrollen auf die Flanschinnenseiten wirkenden Umformkräfte abstützen. Das Metallprofil kann dann zwischen den außenseitig anliegenden Stützkörpern fest verspannt und von diesen gehalten sein. Hierzu sind die Stützkörper bevorzugt von länglichen, plattenartigen Körpern oder von Stützschienen gebildet, die mit einer ebenen Anlagefläche gegen die Flanschaußenseiten angestellt werden und die Umformkräfte abstützten. Die Stützkörper oder Stützschienen können sich in diesem Fall über die gesamte zu bearbeitende Länge des Metallprofils erstrecken.
  • Eine weitere alternative Möglichkeit ist die Verwendung eines Stützkörpers aus einer Vielzahl von gelenkig miteinander verbundenen Einzelplatten, die nach Art einer Panzerkette miteinander zusammenwirken. Diese so miteinander verbundenen Einzelplatten können außerdem entweder die erforderlichen Vorschubkräfte auf das zu bewegende Metallprofil ausüben, um dieses relativ zu einem fest stehenden Arbeitsrollenpaar zu verfahren, oder sich als Teil des Walzgerüsts mit diesem mitbewegen und bevorzugt dazu genutzt werden, die erforderlichen Vorschubkräfte auf das sich relativ zum feststehenden Metallprofil bewegende Arbeitsrollenpaar zu übertragen.
  • Über die im Einzelfall geeignetste Art und Weise, wie das das Arbeitsrollenpaar aufweisende Walzgerüst und das Metallprofil relativ zueinander verfahren werden, also insbesondere die Frage, ob das Metallprofil fest eingespannt wird und das Arbeitsrollenpaar zwischen den Flanschen hindurchgedrückt oder hindurchgezogen wird oder ob das Metallprofil relativ zu einem feststehenden Arbeitsrollenpaar bewegt wird, wird der Fachmann unter Berücksichtigung der Gegebenheiten des jeweiligen Anwendungsfalls entscheiden. Gleiches gilt für die Frage, wie die hierzu erforderlichen Vorschubkräfte auf das Metallprofil oder auf das Walzgerüst übertragen werden.
  • Bei bestimmungsgemäßer Bestückung des Walzgerüsts mit dem Metallprofil und bei einem Verfahren des Walzgerüsts und des Metallprofils relativ zueinander wird der erste Flansch zwischen erster innerer Arbeitsrolle und erstem äußeren Stützkörper, also im ersten Arbeitsspalt, und der zweite Flansch zwischen zweiter innerer Arbeitsrolle und zweitem äußeren Stützkörper, also im zweiten Arbeitsspalt, gewalzt.
  • Der Begriff "Arbeitsspalt" ist dahingehend zu verstehen, dass die Umformarbeit maßgeblich durch die von den inneren Arbeitsrollen auf die Flanschinnenseiten ausgeübten Kräfte geleistet wird und die Stützkörper die von den inneren Arbeitsrollen auf die Flanschinnenseiten ausgeübten Kräfte lediglich nach außen abstützen, um eine seitliche Verformung bzw. Ausbiegung der Flansche und/oder eine Streckung des zwischen den Flanschen befindlichen Profilsteges, also eine Änderung der Steghöhe, zu verhindern. Der Abstand der Stützkörper ist dabei auf den Abstand der Flanschaußenseiten abgestimmt. Die Verformung und die damit einhergehende Erzielung des angestrebten Kammermaßes kann durch diese Maßnahmen infolge einer tatsächlichen, örtlich begrenzten Verringerung der Flanschmaterialdicke durch plastische Umformung des oberflächennah zur Flanschinnenseite befindlichen Flanschmaterials erreicht werden.
  • Da es nicht Ziel der Erfindung ist, die Steghöhe des Profils nachzukalibrieren oder die Flanschaußenseite durch Kaltverformung zu verändern, sondern den Abstand der Flanschinnenseiten voneinander und deren Oberflächenkontur quer zur Profillängsrichtung innerhalb enger Toleranzen fertigen zu können, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass die Stützkörper derart bemessen sind, dass sie bei bestimmungsgemäßer Verwendung der Vorrichtung eine so niedrige Flächenpressung zwischen Flanschaußenseite und Stützkörper verursachen, dass keine nennenswerte plastische Verformung des oberflächennah zur Flanschaußenseite befindlichen Flanschmaterials stattfindet.
  • Typischerweise verwenden verschiedene Hersteller von Flurförderfahrzeugen für Hubmastprofile eigene Wälzkörper- bzw. Rollenformgeometrien. Die Erfindung ermöglicht es durch Verwendung herstellerspezifischer innerer Arbeitsrollenformen, bereits bei Fertigung der Hubmastprofile die Oberfläche der Flanschinnenseite an die herstellerspezifisch verwendete Wälzkörper- bzw. Rollengeometrie anzupassen. Hierzu weisen die inneren Arbeitsrollen im Bereich der sich bei bestimmungsgemäßer Verwendung der Vorrichtung ausbildenden Kontaktfläche zwischen innerer Arbeitsrolle und Flanschinnenseite eine nichtzylindrische Außenkontur auf. Die Außenkontur dieser Kontaktfläche kann sich beim Vorgang der Kaltverformung an der Flanschinnenseite abbilden.
  • Das Umformen der Metallprofile auf das angestrebte Kammermaß kann sowohl vor dem Einführen des Metallprofils in eine Rollenrichteinrichtung oder aber zwischen einzelnen Rollenrichtvorgängen erfolgen. Das Umformen des Metallprofils auf das angestrebte Kammermaß vor einem abschließenden Durchgang durch eine Rollenrichtmaschine und/oder einer abschließende Nachbearbeitung in einer Richtpresse ist insbesondere deshalb sinnvoll, weil nicht immer ausgeschlossen werden kann, dass ungleichmäßige Umformungsgrade auftreten, die zum Beispiel eine Verdrallung oder Verbiegung des Metallprofils zur Folge haben könnten, die durch eine Rollenrichtmaschine und/oder eine Richtpresse wieder auszugleichen wäre. Das Walzgerüst kann auch in eine Rollenrichtmaschine integriert sein. In diesem Fall sollte das Walzgerüst innerhalb der Rollenrichtmaschine beweglich sein, um etwaige Bewegungen des Metallprofils quer zur Profillängsrichtung ausgleichen zu können.
  • Beim Walzvorgang sind die inneren Arbeitsrollen, die um eine Rotationsachse rotieren, bevorzugt mit einer in Richtung der Rotationsachse wirkenden und die inneren Arbeitsrollen in Richtung des Profilstegs drängenden Anpresskraft beaufschlagt, die gewährleistet, dass die inneren Arbeitsrollen im Übergang von Flansch zum Steg des Metallprofils immer gut anliegen oder zumindest in einem definierten Abstand zum Steg gehalten werden. Die von den inneren Arbeitsrollen auf die Flanschinnenseite ausgeübte, gegebenenfalls herstellerspezifische Verformung bleibt in Profillängsrichtung konstant. Ein Auswandern der Arbeitsrollen weg von der durch die Profilstegoberfläche definierten Ebene zum Profiläußeren kann so ausgeschlossen werden. Diese Andrückkraft kann selbstverständlich auch oder zusätzlich von einer Andrückrolle geleistet werden, die auf der dem Arbeitsrollenpaar abgewandten Seite des Metallprofils angeordnet ist und das Metallprofil gegen das Arbeitsrollenpaar anstellt, um zu verhindern, dass das Metallprofil sich beim Verfahren relativ zum Arbeitsrollenpaar von diesem entfernt.
  • Um zu verhindern, dass die inneren Arbeitsrollen mit ihrer dem Steg zugewandten Stirnseite MahLspuren auf dem Steg hinterlassen, kann auch ein Abstandselement vorgesehen sein, dass die inneren Arbeitsrollen trotz der in Richtung des Profilstegs drängenden Anpresskraft in einem definierten Abstand zur Stegoberfläche hält. Ein solches Abstandselement kann von einer Abstandsrolle oder einem sonstigen Wälzkörper gebildet sein, die beim Verfahren des Profils relativ zum Walzgerüst schonend auf der Stegoberfläche abrollen oder abgleiten.
  • Weiter vorteilhaft weist die Vorrichtung eine erste Reinigungseinrichtung auf, die Bereiche des Metallprofils von Verunreinigungen reinigt, bevor diese in das Walzgerüst eintreten. Solche Verunreinigungen können durch Zunder entstehen, der bei vorgelagerten Verfahrensschritten von der Profiloberfläche abplatzt. Die Reinigungseinrichtung kann die Verunreinigung insbesondere mit Pressluft abblasen, mit Wasser abspülen oder durch Bürsten oder eine Kombination dieser Vorgänge entfernen. Der Reinigungsvorgang findet bevorzugt kontinuierlich während des Verfahrens des Metallprofils relativ zum Walzgerüst statt. Mit der ersten Reinigungseinrichtung oder aber mit einer zusätzlichen zweiten Reinigungseinrichtung können auf gleiche Weise auch der Stützkörper und/oder innere Arbeitsrollen gereinigt werden.
  • Der Walzprozess kann insbesondere dann, wenn der für das angestrebte Kammermaß erforderliche Verformungsgrad so hoch ist, dass er nur schwer durch einen einzigen Durchgang erreicht werden kann, mehrstufig erfolgen. So kann das Metallprofil entweder mehrfach durch ein und dasselbe Walzgerüst geführt werden oder aber es können mehrere Walzgerüste hintereinander durchlaufen werden, wobei der auf das Metallprofil ausgeübte Druck oder die innere Arbeitsrollen- und/oder Arbeitsspaltgeometrie schrittweise angepasst werden kann.
  • Um möglicherweise auftretende Walzwulste in einem Arbeitsgang mit dem Walzprozess entfernen zu können, kann am Walzgerüst oder an der Vorrichtung, in der das Walzgerüst eingebettet ist, eine Vorrichtung zur Entfernung der Walzwulst, insbesondere ein Hobel, angeordnet sein.
  • Es kann vorgesehen sein, die inneren Arbeitsrollen motorisch anzutreiben, um das Verfahren des Walzgerüsts und des Metallprofils relativ zu einander zu gewährleisten. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann vorgesehen dass, dass die äußeren Stützkörper von motorisch angetriebenen Stützrollen gebildet sind. Auch die zuvor erwähnte Andruckrolle kann alternativ oder zusätzlich zu Arbeits- und/oder Stützrollen angetrieben werden.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen.
  • In den Zeichnungen zeigt:
    • Fig. 1 eine Frontalansicht auf ein Walzgerüst, bei dem Flansche eines Metallprofils zwischen inneren Arbeitsrollen und äußeren Stützrollen hindurchgeführt werden, und Fig. 2 die Anordnung aus Figur 1 in einer Draufsicht,
    • Fig. 3a bis Fig. 3c die schrittweise Veränderung des Metallprofils ausgehend von einem Metallprofilrohling (Fig. 3a) bis zum nachkalibrierten Metallprofil (Fig. 3c), und
    • Fig. 4 eine stufenweise Erweiterung des Kammermaßes eines Metallprofils durch stufenweises Verstellen der inneren Arbeitsrollen relativ zur Vorschubrichtung V.
  • Figur 1 zeigt eine Frontalansicht auf ein die erfindungsgemäße Vorrichtung bildendes Walzgerüst 10, bei dem Flansche 21, 22, 23, 24 eines hier beispielhaft gewählten Doppel T-Metallprofils 20 zwischen inneren Arbeitsrollen 11, 12, 13, 14 und äußeren Stützrollen 15, 16 hindurchgeführt werden. Flansche 21 und 23 sind dabei jeweils ein erster Flansch im Sinne der Erfindung und Flansch 22 und 24 sind dabei jeweils ein zweiter Flansch im Sinne der Erfindung.
  • Die innere Arbeitsrolle 11 bildet eine erste innere Arbeitsrolle und die innere Arbeitsrolle 12 bildet eine zweite innere Arbeitsrolle im Sinne der Erfindung. Zusammen bilden sie ein inneres Arbeitsrollenpaar, das zwischen Flanschen 21 und 22 angeordnet ist. Entsprechend bildet auch die innere Arbeitsrolle 13 eine erste innere Arbeitsrolle und die innere Arbeitsrolle 14 eine zweite innere Arbeitrolle im Sinne der Erfindung aus, die zusammen ein weiteres inneres Arbeitsrollenpaar bilden, dass zwischen den Flanschen 23 und 24 angeordnet ist. Eine erste Stützrolle 15 wirkt von außen auf die Flansche 21 und 23 und eine zweite Stützrolle 16 wirkt von außen auf die Flansche 22 und 24. Die in Figur 1 dargestellte Konfiguration zeigt also zwei im Sinne der Erfindung erste innere Arbeitsrollen 11, 13 und zwei im Sinne der Erfindung zweite innere Arbeitsrollen 12, 14.
  • Erste innere Arbeitsrolle 11 und erste äußere Stützrolle 15 bilden zwischen sich einen ersten Arbeitsspalt aus, eine zweite innere Arbeitsrolle 12 und zweite äußere Stützrolle 16 bilden zwischen sich einen zweiten Arbeitsspalt aus. Ebenso bilden erste innere Arbeitsrolle 13 und erste äußere Stützrolle 15 zwischen sich einen ersten Arbeitsspalt im Sinne der Erfindung aus; und zweite innere Arbeitsrolle 14 und zweite äußere Stützrolle 16 bilden zwischen sich einen zweiten Arbeitsspalt im Sinne der Erfindung aus. In der in Figur 1 gezeigten Konfiguration sind also insgesamt vier Arbeitsspalte gezeigt, und zwar jeweils zwei erste Arbeitsspalte im Sinne der Erfindung und jeweils zwei zweite Arbeitsspalte im Sinne der Erfindung.
  • Die vorstehend beschriebene doppelte Anordnung von insgesamt jeweils zwei inneren Arbeitsrollenpaaren, zwei ersten Flanschen, zwei zweiten Flanschen, zwei ersten Arbeitsspalten und zwei zweiten Arbeitsspalten entfällt selbstverständlich dann zu Gunsten einer einfachen Anordnung, wenn kein Doppelkammerprofil (z.B. Doppel T-Profil) sondern ein Einkammerprofil (z.B. U-Profil) herzustellen oder nachzukalibrieren ist.
  • Figur 2 zeigt die Konfiguration aus Figur 1 in einer Draufsicht. Die äußeren Stützrollen 15 und 16 und die inneren Arbeitsrollen 11 und 12 drehen sich in Richtung der in Figur 2 durch die Rotationspfeile angedeutete Richtungen. Das Metallprofil wird in einer Vorschubrichtung V relativ zum Walzgerüst verfahren. Alternativ kann auch das Walzgerüst relativ zum fest eingespannten Metallprofil verfahren werden. Vor Eintritt der Flansche 21 bzw. 22 in den zwischen erster innerer Arbeitsrolle 11 und erster äußerer Stützrolle 15 bzw. zwischen zweiter innerer Arbeitsrolle 12 und zweiter äußerer Stützrolle 16 ausgebildeten ersten bzw. zweiten Arbeitsspalt sind die Flanschinnenseiten in dem Bereich, der in Kontakt mit den inneren Arbeitsrollen kommen wird und auf dem bei späterer Nutzung als Hubmastprofil Wälzkörper abrollen werden, um ein Kammermaß K0 voneinander beabstandet. Das Metallprofil 20 weist außerdem eine Steghöhe So auf.
  • Während des Durchtritts des jeweiligen Flanschs durch den jeweiligen Arbeitsspalt üben die inneren Arbeitsrollen Umformkräfte auf die Flanschinnenseiten aus und führen zu einer Kaltumformung an den Flanschinnenseiten und damit zu einer oberflächennahen Kaltverfestigung und zu einer Oberflächenglättung. Dieser Vorgang ist in Figur 1 weiter veranschaulicht. In Figur 1 sind bei der oberen Kammer des Doppel T-Profils 20 Kraftpfeile FU eingezeichnet, die andeuten, wie die quer zur Profillängsrichtung wirkenden Umformkräfte sich zwischen den Flanschen 21 und 22 gegenseitig aufheben. Lediglich die von den Stützrollen 15 und 16 auf die Flanschaußenseite wirkenden Kräfte müssen von der Lagerung der äußeren Stützrollen (nicht gezeigt) aufgenommen werden. Dies wird dadurch erreicht, dass die inneren Arbeitsrollen 11 und 12 aufeinander abrollen und daher die auftretenden Kräfte unmittelbar aufeinander abstützen. Dies ermöglicht eine Lagerung der sich an die inneren Arbeitsrollen anschließenden Wellen derart, dass diese die quer zur Profillängsrichtung auftretenden Kräfte nicht bzw. in nur ganz geringem Umfang aufzunehmen braucht. Bei der unteren Kammer des in Figur 1 gezeigten Doppel T-Profils 20 sind die inneren Arbeitsrollen 13, 14 nur schemenhaft dargestellt, um den Materialbereich, auf den die Arbeitsrollen umformend und kaltverfestigend einwirken (schwarz hinterlegt), besser hervorheben zu können.
  • Die in Figur 1 ebenfalls eingezeichneten Kraftpfeile FA verdeutlichen eine in Richtung der Rotationsachse R auf das Arbeitsrollenpaar wirkende Anpresskraft, die gewährleistet, dass das Arbeitsrollenpaar nicht in einer vom Profilsteg 25 weggerichteten Bewegung nach oben auswandern kann.
  • Was die inneren Arbeitsrollen angeht, so wird bei einem angestrebten Endkammermaß K1 jede innere Arbeitsrolle einen Nenndurchmesser von ½ K1 aufweisen, also die Hälfte des angestrebten Endkammermaßes K1. Bei typischer Weise eingesetzten Kammermaßen zwischen 60 mm und 200 mm kämen also innere Arbeitsrollen mit Nenndurchmessern zwischen 30 mm und 100 mm zum Einsatz. Der Nenndurchmesser ist gegebenenfalls um einen Zuschlag erhöht, der berücksichtigt, dass das Flanschmaterial und das Material der inneren Arbeitsrollen selbst eine gewisse Materialelastizität aufweisen und bei Beaufschlagung mit den Umformkräften selbst in geringem Maße elastisch, also ohne zurückbleibende plastische Umformung, nachgeben und anschließend wieder zurückfedern. Der tatsächliche Durchmesser kann also geringfügig größer sein als der Nenndurchmesser ½ K1.
  • Eine weitere Besonderheit des Verfahrens bzw. des Walzgerüstes ist, dass die inneren Arbeitsrollen zumindest in dem Bereich, in dem sie beim Umformprozess mit den Flanschinnenseiten in Kontakt stehen, eine nichtzylindrische Außenkontur aufweisen können. In den Figuren sind die inneren Arbeitsrollen veranschaulichend bombiert gezeichnet. Sie weisen also einen Querschnitt wie eine außenseitig positiv gekrümmte, konvexe Sammellinse auf. Aber auch andere Querschnittsformen, insbesondere auch ein Querschnitt wie eine außenseitig negativ gekrümmte, konkave Zerstreuungslinse, oder unstete Außenkonturverläufe sind grundsätzlich denkbar. Dies ermöglicht es, bereits im Fertigungsprozess bestimmte, gegebenenfalls herstellerspezifische Rollenformen zu berücksichtigen und deren Außenkontur in den Flanschinnenseiten abzubilden. Dies verringert das sich über die Betriebszeit eines Hubmastgerüsts vergrößernde, sich einem Grenzwert annähernde Einlaufspiel, da die Rollen von Anfang auf einer ihrer Außenkontur angepasstem Oberfläche abrollen und sich daher im Laufe der Betriebszeit in deutlich verringertem Maße in diese Oberfläche einarbeiten. Im Idealfall wird die diese Einarbeitung vollständig verhindert.
  • Mit dem Verfahren lassen sich, bei entsprechend ausgestalteter Außenkontur derinneren Arbeitsrollen, auch nicht parallele Flanschinnenseiten erzeugen. Dabei kann die Nichtparallelität sowohl dergestalt sein, dass sich ausgehend vom Steg ein sich schließendes Kammermaß ergibt (der wirksame Außendurchmesser der inneren Arbeitsrollen verringert sich in einer von der Stegoberläche wegweisenden Richtung), als auch dergestalt sein, dass sich ausgehend vom Steg ein sich öffnendes Kammermaß ergibt (der wirksame Außendurchmesser der inneren Arbeitsrollen vergrößert sich in einer von der Stegoberläche wegweisenden Richtung). Außerdem ermöglicht das Verfahren bzw. das Walzgerüst, bei warmgewalzten Stahlprofilen die typischerweise vom Steg ausgehenden, nicht parallelen sondern sich öffnenden Flanschinnenseiten derart umzuformen, dass diese anschließend parallel verlaufen.
  • Figuren 3a, 3b und 3c veranschaulichen nochmals den Umformungsvorgang. Figur 3a zeigt den Metallprofilquerschnitt vor Eintritt der Flansche in die Arbeitsspalte. Die beim Verfahren bzw. im Walzgerüst bearbeiteten oberflächennahen Materialbereiche an den Flanschinnenseiten sind Figur 3b durch die schwarz hinterlegten Flächen veranschaulicht. Figur 3c zeigt schließlich den Querschnitt des Hubmastprofil mit dem sich vom Ausgangskammermaß K0 auf das angestrebte Endkammermaß K1 geänderten Kammermaß.
  • Wie aus Figur 1 und Figur 2 erkennbar, ist der Durchmesser der äußeren Stützrollen erheblich größer als der der inneren Arbeitsrollen, damit die Flächenpressung an der Flanschaußenseite gering gehalten wird. Dies ist insbesondere dann erforderlich, wenn der Umformprozess keinen Einfluss auf die Steghöhe S0 oder auf die Flanschaußenseiten haben soll. In Figur 2 ist dies dadurch veranschaulicht, dass Steghöhe S0 vor und nach dem Durchfahren des Walzgerüsts unverändert ist, während sich das Ausgangskammermaß K0 auf das angestrebte Endkammermaß K1 verändert hat. Geringfügige Änderungen der Steghöhe S0 bzw. des Abstands der Flanschaußenseiten voneinander können aber hingenommen werden, sofern eine solche Änderung sich bei dem späteren Einsatz des Profils nicht nachteilig auswirkt.
  • Für die Stützkörper hat sich gezeigt, dass der Kontaktbereich mit der Außenfläche der Profilflansche insbesondere dann eine ausreichend geringe Flächenpressung zur Vermeidung plastischer Verformung an der Flanschaußenseite gewährleistet, wenn der wirksame Durchmesser des Stützkörpers an dieser Stelle etwa 700 mm bis 750 mm oder mehr beträgt. Dies ist allerdings nicht als starrer Wert zu verstehen. Je nach Material des Metallprofils können auch hiervon abweichende Werte sinnvolle Ergebnisse erzielen.
  • Es sei aber darauf hingewiesen, dass die Stützkörper nicht notwendiger Weise von einer Stützrolle gebildet sein müssen. Sie können beispielsweise auch von einer Platte oder Schiene mit Seitenanschlag oder von einer Vielzahl gelenkig miteinander verbundener Einzelplatten, die nach Art einer Panzerkette miteinander verbunden sind und insgesamt eine flächige, ebene Stützfläche ausbilden, gebildet sein. Die Wahl der Stützkörperform wird sich unter anderen danach richten, ob das Walzgerüst relativ zu einem ortsfest verspannten Metallprofil verfahren wird, oder ob das Walzgerüst ortsfest verbaut ist und das Metallprofil gegenüber dem Walzgerüst verfahren wird. Insbesondere im letzteren Fall bietet es sich an, die inneren Arbeitsrollen und/oder die Stützkörper, sofern diese als Stützrollen ausgeführt sind, motorisch anzutreiben. Werden sowohl Stützrollen als auch innere Arbeitsrollen angetrieben, ist selbstverständlich für eine Synchronisation der Oberflächengeschwindigkeiten Sorge zu tragen.
  • Da eine Stützrolle keine Umformarbeit zu leisten hat, kann diese bei entsprechender Dimensionierung zur Überbrückung bzw. Tolerierung von Unebenheiten der Flanschaußenseite und/oder zum durchrutschsicheren Antrieb des Walzgutes mit einer geringfügig nachgiebigen und/oder reibungsintensiven Antriebsbeschichtung, zum Beispiel mit Hartgummi, ummantelt bzw. beschichtet sein. Eine solche Beschichtung unterstützt außerdem die Gewährleistung der angestrebten, niedrigen Flächenpressung an der Flanschaußenseite.
  • Der erste und der zweite Stützkörper können selbstverständlich auch von einem einzigen Bauteil gebildet sein, das die Umformkräfte beidseitig, also sowohl am ersten als auch am zweiten Flansch, abstützt.
  • Figur 4 illustriert eine besondere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Walzgerüsts bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der der Winkel α, den die gedachte Verbindungsachse A, die die Mittelpunkte der beiden inneren Arbeitsrollen gedacht miteinander verbindet, mit der Profillängsseite oder der Vorschubrichtung V einschließt, erhöht wird. Insbesondere wird der Winkel von einem Winkel unter 90° zu einem Winkel von im Wesentlichen 90° verstellt. Hierdurch wird das auf die Flanschinnenseiten wirkende, wirksame äußere Arbeitsmaß der inneren Arbeitsrollen erhöht bzw. bei konstant voneinander beabstandeten äußeren Stützrollen der Arbeitsspalt schrittweise verengt. Die äußeren Stützrollen, die aber selbstverständlich tatsächlich vorzusehen sind, um gemeinsam mit den inneren Arbeitsrollen 11, 12 den Arbeitsspalt auszubilden, sind in Figur 4 lediglich der Übersichtlichkeit halber nicht gezeichnet.
  • Eine solche Ausgestaltung bietet insbesondere die Möglichkeit, das Kammermaß stufenweise ausgehend von dem Ausgangskammermaß K0 (noch unbearbeitetes Metallprofil) zu dem Endkammermaß K3 zu verändern. Bei einem ersten Durchgang schließt die Achse A1 mit der Profillängsseite oder der Vorschubrichtung V einen Winkel α1 ein, um das Kammermaß K0 auf das Kammermaß K1 zu erweitern. In einem zweiten Durchgang wird der Winkel α1 auf den Winkel α2 erweitert, um den Arbeitsspalt etwas zu verengen und um so das Kammermaß K1 auf das Kammermaß K2 zu erweitern. In einem dritten Durchgang wird der Winkel α2 auf den Winkel α3 erweitert, um den Arbeitsspalt ein weiteres Mal zu verengen und um so das Kammermaß K2 auf das Kammermaß K3 zu erweitern, welches dann in dem in Figur 4 illustrierten Beispiel das Endkammermaß darstellt. Selbstverständlich kann die notwendige oder sinnvolle Anzahl der Durchgänge und damit die Anzahl der Ausrichtungsänderungen des inneren Arbeitsrollenpaares bzw. die Anzahl der Arbeitsspaltverengungen für den jeweiligen Anwendungsfall ermittelt werden.
  • Bei dem vorstehend beschriebenen mehrstufigen Verfahren wird der Winkel α stufenweise erhöht, um den Arbeitsspalt, der für jeden einzelnen Durchgang aber ansonsten konstant gehalten wird, stufenweise zu verengen. Die in Figur 4 gezeigte Schrägstellung der Rollen gegenüber der Vorschubrichtung, also die Verstellung der gedachten Verbindungsachse A und die damit einhergehende Verengung des Arbeitsspalts, kann aber auch dazu verwendet werden, etwaige Unterschiede im Kammermaß, die über die Metallprofillänge bestehen können, auszugleichen. Insbesondere am Anfang bzw. Ende des Metallprofils können sich in einem begrenzten Bereich bedingt durch das Ein- bzw. Auslaufen des Metallprofils aus dem Arbeitsspalt geringfügige Abweichungen gegenüber dem im Mittelteil des Metallprofils feststellbaren Kammermaß einstellen. Die in Figur 4 gezeigte Schrägstellung der inneren Arbeitsrollen zur Vorschubrichtung kann also nicht nur stufenweise für mehrere Durchläufe erfolgen, wobei die Schrägstellung fürjeden Durchlauf konstant gehalten wird, sondern kann auch während eines Durchlaufs gezielt verändert werden, um etwaige Unterschiede in einem gemessenen Ist-Kammermaß entlang des Metallprofils gezielt zu egalisieren.
  • Hierzu bietet es sich an, dem inneren Arbeitsrollenpaar bzw. einer Verstell- und Steuerungseinrichtung, mit der Winkel α eingestellt wird, eine Messeinrichtung zuzuordnen, die während eines Durchlaufs das Ist-Kammermaß detektiert. Der Messpunkt bzw. Messwert eilt dabei vorzugsweise dem Arbeitsspalt voraus, so dass nach Erfassen einer Abweichung unmittelbar durch eine Verstellung des Winkels α reagiert werden kann. Es ist aber auch denkbar, dass der Messpunkt bzw. der Messwert dem Arbeitsspalt nacheilt oder dass sowohl ein vorauseilender als auch ein nacheilender Messwert erfasst wird. Letzteres hat insbesondere den Vorteil, dass das System durch Nachstellen des Winkels α unmittelbar die durch dieses Nachstellen erzielte Kammermaßänderung erfassen und programmgesteuert nachregeln bzw. korrigieren kann. Weiter ließe sich dadurch eine Art selbstlernendes System entwickeln, dass sich selbst kalibriert und die Abhängigkeit des Kaltverformungsgrads von der Winkelstellung oder von davon abhängigen Größen selbst ermitteln kann.
  • Das maximale Maß, das der Winkel α von 90° abweichen kann, also der Grad der Schrägstellung der Achse A zur Vorschubrichtung V, wird sich je nach Werkstoff des Metallprofils und je nach eingestellter Stichabnahme unterscheiden und ist so zu wählen, dass eine ausreichende Abstützung der inneren Arbeitsrollen aufeinander gewährleistet bleibt und dass das resultierende Drehmoment, mit dem die auf die inneren Arbeitsrollen wirkenden Kräfte diese in eine noch stärkere Schrägstellung drängen wollen, beherrschbar bleibt.
  • Soweit sich die Beschreibung und die Darstellung in den Figuren lediglich ein Doppel T-Profil ausdrücklich erwähnt, sei nochmals darauf hingewiesen, dass die Erfindung sich nicht auf die Herstellung bzw. Nachkalibrierung nur eines solchen Metallprofiltyps beschränkt, sondern sich auch auf alle anderen Profilformen anwenden lässt, die zwei sich gegenüberliegende Flansche aufweisen, zwischen denen zumindest ein Paar innerer Arbeitsrollen sinnvoll zum Einsatz kommen kann.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Vorrichtung/Walzgerüst
    11, 13
    erste innere Arbeitsrollen
    12, 14
    zweite innere Arbeitsrollen
    15
    erster Stützkörper
    16
    zweiter Stützkörper
    20
    Metallprofil
    21, 23
    erste Flansche
    22, 24
    zweite Flansche
    25
    Profilsteg

Claims (11)

  1. Vorrichtung (10) zur Herstellung und/oder Nachkalibrierung eines Metallprofils (20) mit einem ersten Flansch (21, 23) und einem dem ersten Flansch (21, 23) gegenüberliegenden zweiten Flansch (22, 24), die um ein eng toleriertes Endkammermaß K1 voneinander beabstandet sein sollen, aufweisend zumindest ein Arbeitsrollenpaar mit einer ersten inneren Arbeitsrolle (11, 13) und einer zweiten inneren Arbeitsrolle (12, 14), das bei bestimmungsgemäßer Bestückung der Vorrichtung (10) zwischen dem ersten Flansch (21, 23) und dem zweiten Flansch (22, 24) angeordnet ist und bei einem Verfahren von Vorrichtung (10) und Metallprofil (20) relativ zueinander in Profillängsrichtung Umformkräfte auf die sich gegenüberliegenden Flanschinnenseiten ausübt, und wobei der ersten innere Arbeitsrolle (11, 13) unter Bildung eines ersten Arbeitsspalt ein erster äußerer Stützkörper (15) und der zweiten innere Arbeitsrolle (12, 14) unter Bildung eines zweiten Arbeitsspalts ein zweiter äußerer Stützkörper 16 zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste innere Arbeitsrolle (11, 13) auf der zweiten inneren Arbeitsrolle (12, 14) abrollt, um die an den gegenüberliegenden Flanschinnenseiten auf das Arbeitsrollenpaar wirkenden Umformkräfte aufeinander abzustützen.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Arbeitsrollen (11, 12, 13, 14) im Bereich der sich bei bestimmungsgemäßer Verwendung der Vorrichtung (10) ausbildenden Kontaktfläche zwischen innerer Arbeitsrolle (11, 12, 13, 14) und Flanschinnenseite eine nichtzylindrische Außenkontur aufweisen.
  3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Arbeitsrollen (11, 12, 13, 14) mit einer in Richtung der Rotationsachse R wirkenden und die inneren Arbeitsrollen (11, 12, 13, 14) in Richtung des Profilstegs (25) drängenden Anpresskraft beaufschlagt sind.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Arbeitsrollen (11, 12, 13, 14) motorisch angetrieben sind und/oder dass die äußeren Stützkörper (15, 16) von motorisch angetriebenen Stützrollen gebildet sind.
  5. Verfahren zur Herstellung eines Metallprofils (20) mit einem ersten Flansch (21, 23) und einem dem ersten Flansch (21, 23) gegenüberliegenden zweiten Flansch (22, 24), die um ein eng toleriertes Endkammermaß K1 voneinander beabstandet sein sollen, umfassend die Verfahrensschritte:
    Positionieren des ersten Flansches (21, 23) in einen ersten Arbeitsspalt, der zwischen einem ersten äußeren Stützkörper (15) und einer ersten inneren Arbeitsrolle (11, 13) eines Arbeitsrollenpaares einer Vorrichtung (10) ausgebildet ist, und des zweiten Flansches (22, 24) in einen zweiten Arbeitsspalt, der zwischen einem zweiten äußeren Stützkörper (16) und einer zweiten inneren Arbeitsrolle (12, 14) des Arbeitsrollenpaares ausgebildet ist,
    Verfahren des Metallprofils (20) und der Vorrichtung (10) relativ zueinander in Profillängsrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Arbeitsrollen (11, 12, 13, 14) auf den Flanschinnenseiten unter Umformung des Flanschmaterials abrollen, und dass die erste innere Arbeitsrolle und die zweite innere Arbeitsrolle aufeinander abrollen und die quer zur Profillängsrichtung von den Flanschinnenseiten auf das Arbeitsrollenpaar wirkenden Umformkräfte aufeinander abstützen.
  6. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallprofil (20) anschließend in einer Rollenrichtmaschine und/oder in einer Richtpresse nachgerichtet wird.
  7. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Arbeitsrollen (11, 12, 13, 14) um eine Rotationsachse R rotieren und mit einer in Richtung der Rotationsachse R wirkenden und die inneren Arbeitsrollen (11, 12, 13, 14) in Richtung des Profilstegs 25 drängenden Anpresskraft beaufschlagt werden.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Arbeitsrollen (11, 12, 13, 14) im Bereich der sich bei bestimmungsgemäßer Verwendung der Vorrichtung ausbildenden Kontaktfläche zwischen innerer Arbeitsrolle (11, 12, 13,14) und Flanschinnenseite eine nichtzylindrische Außenkontur aufweisen und diese Außenkontur beim an der Flanschinnenseite stattfindenden Umformvorgang auf die Flanschinnenseite übertragen wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mehrstufig ausgeführt wird, indem entweder eine Vorrichtung (10) unter Anpassung der Arbeitsspaltgeometrie und/oder der im Arbeitspalt auf die Flanschinnenseiten wirkenden Kräfte mehrfach durchlaufen wird, oder indem mehrere Vorrichtungen (10) mit jeweils unterschiedlichen Arbeitsspaltabmessungen nacheinander durchlaufen werden.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallprofil (20) zwischen dem ersten Stützkörper (15) und dem zweiten Stützkörper (16) fest verspannt wird und das Arbeitsrollenpaar zwischen dem ersten Flansch (21, 23) und dem zweiten Flansch (22, 24) unter Umformung der Flanschinnenseiten in Profillängsrichtung entlang des Metallprofils (20) und der Stützkörper (15, 16) bewegt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützkörper (15, 16) derart bemessen sind, dass sie bei bestimmungsgemäßer Verwendung der Vorrichtung eine so niedrige Flächenpressung zwischen Flanschaußenseite und Stützkörper (15, 16) verursachen, dass keine plastische Verformung des oberflächennah zur Flanschaußenseite befindlichen Flanschmaterials stattfindet.
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