DE1949179A1 - Structural element formed from steel and process for its manufacture - Google Patents
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Description
Aus Stahl gebildetes Konstruktionselement und Verfahren zu seiner Herstellung Die Erfindung bezieht sich auS ein aus Stahl gebildetes Konstruktionselement dessen Wandung in Form einer von der Kreisform abweichenden Kurve verläuft, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Konstruktionselementes. Structural element made of steel and method for its Manufacture The invention relates to a structural element made of steel whose wall runs in the form of a curve deviating from the circular shape, as well as to a method for producing such a structural element.
Derartige Konstruktionselemente sind in mannigfachen Ausführungsformen bekannt und kommen sowohl im Bauwesen wie auch im Stahl- und Maschinenbau zur Anwendung. So sind z;B.Such construction elements are in manifold embodiments known and are used in construction as well as in steel and mechanical engineering. For example,
Kastenträger bekannt, welche auch Blech hergestellt sind.Known box girders, which are also made of sheet metal.
Das Blech wird nach dem Formschneiden mehrfach abgekantet, derart, daß ein kastenförmiger Träger entsteht. Ferner ist es bei Wärmeaustauschern bekannt, Stahlrohre im lWfarmziehverfahren zu verformen, derart, daß ein Rohr mit im wesentlichen dreieckförmigen Querschnitt entsteht. (DP. 310 592) Auch wurde schon vorgesohlagen (DAS-1 267 647) nahtlose Stahlrohre in ein Profil mit eckiges Querschnitt unter'Anwendung von augen am Rohr anliegenden Walzen, deren Achsen rechtwinklig zur Rohrachse angeordnet sind, umzuformen. Das Profilwalzen der Rohre geschieht hier unter Anwendung von warme, wobei die Rohre -gf. mehrfach der Walzbeh«ndlung unterzogen werden. Alle vorgenannten Arbeitsverfahren zur Herstellung von profilierten Rohren bzw. rcigern sind einerseits arkeits und energieaufwendig und andererseits nur mit verhältnismäßig komplizierten Anlagen sowie von geschulten Personal zu erstellen, Entsprechend aufwendig ist auch die Herstellung von sogen&nnten I - H- und U-Trägern mit massivem suerschnitt, wobei das verhältnismäßig hohe gewicht oft als nachteilig empfunden wird.After the shape cutting, the sheet is folded several times in such a way that that a box-shaped carrier is created. It is also known in heat exchangers To deform steel pipes in the lWfarmziehverfahren, in such a way that a pipe with essentially triangular cross-section is created. (DP. 310 592) It has also been pre-bottomed (DAS-1 267 647) seamless steel tubes in a profile with an angular cross-section under 'application Rollers resting on the pipe from the eye, the axes of which are arranged at right angles to the pipe axis are to reshape. The profile rolling of the pipes is done here using warm, the pipes -gf. repeatedly subjected to the rolling treatment will. All of the above-mentioned working processes for the production of profiled pipes or On the one hand, rcigers are costly and energy-consuming and, on the other hand, only with relative value Complicated systems as well as to create by trained staff, correspondingly time-consuming is also the production of so-called I - H- and U-beams with massive cross-sections, the relatively high weight is often perceived as a disadvantage.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein aus Stahl gebildetes, z0B. I-, H- o oder U-förmiges Konstruktionselement zu schaffen, welches mit einem geringen Aufwand an Material, Energie und Anlagekosten von ungeschultem bzw. angelerntem Personal zu fertigen ist, Ausgehend von einem geschweißten, ansonsten nur durch Kaltverformung hergestellten Stahlrohr, ist das nach der Erfindung gebildete Konstruktionselement dadurch gekennzeichnet, daß seine Wandung in Form einer geschlossenen Kurve verlauft, welche durch eine Schweißnaht verbunden ist, und das Konstruktionselement einen mittleren, aus zwei parallel verl&ufenden Wandungsschichten bestehenden Steg aufweist sowie mindestens einen, aus den ortsetzungen der Wandungsschichten gebildeten Flansch trägt.The invention is based on the object of a made of steel, z0B. To create I-, H- o or U-shaped construction element, which with a low expenditure in terms of material, energy and investment costs for untrained or semi-skilled workers Personnel is to be manufactured, starting from a welded, otherwise only through Steel pipe produced by cold deformation is the structural element formed according to the invention characterized in that its wall runs in the form of a closed curve, which is connected by a weld seam, and the structural element one middle web consisting of two parallel wall layers has as well as at least one, formed from the localities of the wall layers Flange carries.
Das so gebildete Konstruktionselement karln eine einem I-, H- oder U-Träger entsprechende äußere Gestalt besitzen und ist entsprechend solchen Trägern anwendbar. Nach einem zusätzlichen Merkmal der Erfindung ist die Schweißnaht in einer Wandungsschicht des Steges und vorzugsweise in der Mitte der letzteren gelegen, wo die zu erwartenden Spannungen am ringsten sind, nämlich in der '2Neutralen Zone". Im Bereich des Flansches sind die Wandungsschichten derart ausgeführt, daß sie einerseits eine ebene äußere Flanschfläche autueisen und andererseits, im Querschnitt des Flansches gesellen, ein dreieckförmiges Feld umrahmen.The construction element formed in this way karln an I, H or U-girders have a corresponding outer shape and is corresponding to such girders applicable. According to an additional feature of the invention, the weld seam is in a wall layer of the web and preferably located in the middle of the latter, where the tensions to be expected are at their lowest, namely in the '2Neutral Zone ". In the area of the flange, the wall layers are designed in such a way that, on the one hand, they a flat outer flange surface autueisen and on the other hand, in the cross section of the flange journeyman, frame a triangular field.
Gemäß dem erfinderischen Verfahren wird das aus Stahl gebildete Konstruktionselement aus einem geschweißten Stahlrohr nit kreisförmigem Querschnitt im kalten Zustand gewalzt, in dem man es durch aufeinanderfolgende Formwalzen führt und dabei unter seitlichem Druck die Rohrwandung zum Steg mit parallel verlaufenden Wandungsschichten zusammenpreßt, wohingegen die Flansche bzw. Schenkel über und unter dem Steg zu ebenen Flächen gewalzt werden, indem man die obere und untere Fläche des Rohres plan walzt und derart verformt, daß die Flansche oder Schenkel einen nahezu dreieckförmigen Umriß aufweisen. Wesentlich ist hierbei, daß man die geschweißten Stahlrohre derart in die Walzen einführt, daß die Schweißnaht nach vollzogenem Walzen in der lViitte des Steges gelegen ist, Die Herstellung der so gebildeten Konstruktionselemente, seien es -, X- oder U-Träger, geschieht vergleichsweise sehr schnell, wobei die hei-stellungs- aber auch die Anlagekosten wesentlich niedriger als bei einem konventionellen Walzwerk sind. Auch kar die fertigung der Konstruktionselemente bei eingerichteter Anlage nur von eingewiesenen Arbeitern durchgeführt werden. Die so geschaffene ì^onstruktionsform zeigt ein besonders günstiges Festigkeits/Gewichtsverhältnis, welches im wesentlichen auf die hohl gebildeten Flansche basiert.According to the inventive method, that is formed from steel Construction element from a welded steel tube with a circular cross-section when cold rolled, in which it is passed through successive forming rollers and thereby under lateral pressure the pipe wall to the web with parallel wall layers compresses, whereas the flanges or legs above and below the web to Flat surfaces can be rolled by cutting the top and bottom surfaces of the pipe rolls flat and deformed in such a way that the flanges or legs have an almost triangular shape Have outline. It is essential here that the welded steel pipes are in such a way introduces into the rolls that the weld seam is in the middle after rolling of the bridge is located, The production of the construction elements formed in this way, be it -, X- or U-beams, happens comparatively very quickly, whereby the Hot-setting but also the investment costs are significantly lower than with a conventional one Rolling mill are. The production of the construction elements at the furnished Installation can only be carried out by trained workers. The construction form created in this way shows a particularly favorable strength / weight ratio, which is essentially based on the hollow formed flanges.
In den Zeichnungen sind als Beispiel verschiedene Stufen des erfinderischen Verfahrens, sowie konstruktive Einzelheiten hierzu schematisch dargestellt.In the drawings, various stages of the inventive concept are exemplified Process, as well as structural details for this are shown schematically.
idig. 1 bis 3 verschiedene schaubildliche, perspektivische Ansichten eines Trennvorganges, einer Vorformstufe sowie einer Form- und Schweiß-Stufe in einem Herstellerwerk für geschweißte Stahlrohre.idig. 1 to 3 different diagrammatic, perspective views a cutting process, a pre-forming stage and a forming and welding stage in a manufacturing plant for welded steel tubes.
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht der Anordnung der Walzen für- die schrittweise Verformung von geschweißten Stahlrohren zu Konstruktionselementen.Fig. 4 is a perspective view of the arrangement of the rollers for the gradual deformation of welded steel pipes into construction elements.
Fig0 5 eine perspektivische Ansicht einer Schneidvorrichtung für Konstruktionselemente.Fig0 5 is a perspective view of a cutting device for structural elements.
Fig. 6 einen Querschnitt durch ein H-förmiges }4;onstruktionselement.6 shows a cross section through an H-shaped} 4; construction element.
Fig. 7 eine perspektivische' Ansicht des H-Trägerendes gemäß geyLw:fflß Fig. 6.Fig. 7 is a perspective view of the H-beam end according to geyLw: fflß Fig. 6.
Fig 8 ein verschnitt durch ein handelsübliches, geschweißtes Stahlrohr, welches schrittweise in die Konstruktionsformen der Erfindung verwandelt wird.8 shows a cut through a commercially available, welded steel pipe, which is gradually transformed into the construction forms of the invention.
Fig. 9-16 die schrittweise Verformung des Stahlrohres nach Fig. 8 durch Walzen in einen H-Träger gemäß den fig. 6 und 7.Fig. 9-16 the step-by-step deformation of the steel pipe according to Fig. 8 by rolling into an H-beam according to fig. 6 and 7.
Fig. 17u. 18 eine Spannvorrichtung und ein messer zum Schneiden eines Konstruktionselementes gemäß den Fig. 6 und 7.Fig. 17u. 18 a jig and a knife for cutting a Construction element according to FIGS. 6 and 7.
Fig. 19 einen Querschnitt durch ein in Form eines I-Trägers hergestelltes Konstruktionselement.19 shows a cross section through an I-beam produced Construction element.
Fig. 20 einen Querschnitt durch ein in Foria eines U-Trägers hergestelltes Konstruktionselement.20 shows a cross section through a U-beam produced in the form of a U-beam Construction element.
Fig. 21 eine perspektivische Ansicht des Trägerendes gemäß Fig. 20 und Fig. 22 einen Querschnitt durch ein in Form eines T-Trägers hergestelltes onstruktionselement.FIG. 21 shows a perspective view of the carrier end according to FIG. 20 and FIG. 22 shows a cross section through a construction element produced in the form of a T-beam.
Fig. 1 zeigt eine Rolle 30, bestehend aus aufgewickeltem heiß oder kalt gewalztem Stahlblech von 0,5 bis 5 mm Stärke, welches auf einem Halter 31 gelagert ist, Das Bandmaterial 32 wird von der Rolle 3o durch den Schneider 33 gezogen, worauf die so gebildeten Streifen 34 des Bandmaterials mittels eines Wicklers 36 zu Rollen 35 gewunden werden.Fig. 1 shows a roll 30, consisting of coiled hot or cold-rolled sheet steel of 0.5 to 5 mm thickness, which is mounted on a holder 31 The tape material 32 is drawn from the roll 3o through the cutter 33, whereupon the strips 34 of the strip material thus formed are rolled by means of a winder 36 35 to be wound.
Wie in Fig. 2 gezeigt, können die Rollen 35 gemeinsam auf eine große Haspel 37 aufgebracht werden.As shown in Fig. 2, the rollers 35 can work together on a large Reel 37 are applied.
Gesäß Fig. 3 dienen lager 38 zur Abstützung von vertikalen und horizontalen durch jjotore angetriebene Walzenpaare, welche aus behartetem Stahl gebildet sind. Die Walzen (nicht gezeigt) verformen schrittweise den Streifen 34 bis die Finden zusammentreffen. Die Lager 38 der Walzen sind auf einer Bühne 39 oder auf einer ähnlich festen Unterlage verschraubt.Buttocks Fig. 3 serve bearings 38 to support vertical and horizontal by jjotore driven roller pairs, which are made of hardened steel. The rollers (not shown) gradually deform the strip 34 until the ends meet. The bearings 38 of the rollers are on a stage 39 or on one screwed to a similar solid base.
Die Stoßkanten des Streifens 34 werden mittels einer bekannten Schweißvorrichting 40 verschweißt und sodann durch einen Kühlwasserstrahl 41 geführt. Die vorgenannten Anlagen sind bei Röhrenwerken für die Herstellung von geschweißten Rohren, wie in Fig. 8 gezeigt, allgemein bekannt. Die aus den Streifen 34 geformten Rohre 44 besitzen eine gleichmäßige Wandstarke 45, wobei die zusammenstoßenden Kanten 46 und 47 bei 48 verschweißt sind. Die Schweißnaht 48 hat generell die Stärke der Rohrwandung 45, bzw. des Streifens 34.The abutting edges of the strip 34 are welded by means of a known welding device 40 welded and then passed through a jet of cooling water 41. The aforementioned Plants are at pipe mills for the production of welded pipes, as in 8 is generally known. The tubes 44 formed from the strips 34 have a uniform wall thickness 45, with the abutting edges 46 and 47 at 48 are welded. The weld seam 48 generally has the thickness of the pipe wall 45 or the strip 34.
Fig. -4 zeigt Lager 51 bis 58, welche an einer Verlängerung des Tisches 39 befestigt sind. Die lager 51 bis 58 stützen jeweils die vertikel und horizontal montierten Walzenpaare 61 bis 68 und 71 bis 78, die in den Fig0 9 - 16 gezeigten Beim Durchführen der Rohre 44 durch die Walzen 61 bis 68 und 71 bis 78 entsteht ein' H-förmiger Trager wie in Fig0 6 und 7 gezeigt. Der H-Träger 59 besitzt einen i-n der Mitte des Profils gelegene-n Steg 60, welcher aus zwei aneinander liegenden, parallelen Wandungsschichten 69 und 70 gebildet ist. -In der Mitte einer dieser #andungs--schichten 70 ist die Schweißnaht 48 gelegen. Die Flansche 79 des H-Trägers 59 sind vorteilhaft derart geformt, daß sie eine äußere, im wesentlichen eine dreieckförmig-e Gestalt mit ebener Flansche oberflache 80 und mit schräg zum Steg 60 zulaufend-en innenflächen 81 und 82 aufweisen. Zur Vermeidung von Spannungen an den Außenkanten 83 der Flansche 79 snd -die Kanten leicht gerundet, so -daß Spannungsriße vermieden werden.Fig. -4 shows bearings 51 to 58, which on an extension of the table 39 are attached. The bearings 51 to 58 support the vertical and horizontal, respectively mounted roller pairs 61 to 68 and 71 to 78, the ones shown in FIGS. 9-16 When the pipes 44 are passed through the rollers 61 to 68 and 71 to 78 an 'H-shaped bracket as shown in Figs. 6 and 7. The H-beam 59 has a i-n located in the middle of the profile-n web 60, which consists of two adjacent, parallel wall layers 69 and 70 is formed. -In the middle of one of these In addition layers 70, the weld seam 48 is located. The flanges 79 of the H-beam 59 are advantageously shaped such that they have an outer, essentially triangular-e Shape with flat flanges surface 80 and with diagonally tapering to the web 60 have inner surfaces 81 and 82. To avoid tension on the outer edges 83 of the flanges 79 are -the edges are slightly rounded, so -that stress cracks are avoided will.
Bei dei in Stuten verlaufenden Verformung der Rohre 44, z.B.In the case of the deformation of the tubes 44 occurring in mares, e.g.
in einen H-Träger 59, werden unter seitlichem Walzendruck auf die hohrwandung, letztere beidseitig nach innen gebogen und flach gedrückt, bis sich die Wandungsschichten berühren und so den Steg 60 bilden. Die Schweißnaht 48 ist dabei in der Mitte einer Wandungsschicht gelegen. Gleichzeitig werden auch die Flansche 79 geformt. Mindestens einer von je drei Walzenpaaren 61 bis 68 und 71 bis 78, besitzt einen geeigneten - nicht dargestellten - Antrieb. Besonders vorteilhaft ist es, das letzte Walzenpaar 68, gen. £ig. 16, anzutreiben. Dieses Walzenpaar drückt mit hoher last gegen die Wandungsschichten 69 und 70 des Steges 60, so daß dadurch auf das werkstück große Zugkräfte ausgeübt werden.in an H-beam 59 are under lateral roller pressure on the wall, the latter curved inward on both sides and pressed flat until the wall layers touch and thus form the web 60. The weld 48 is located in the middle of a wall layer. At the same time also the flanges 79 shaped. At least one of three pairs of rollers 61 to 68 and 71 to 78 has a suitable drive, not shown. It is particularly advantageous the last pair of rollers 68, called £ ig. 16 to drive. This pair of rollers also presses high load against the wall layers 69 and 70 of the web 60, so that on large tensile forces are exerted on the workpiece.
Es wird darauf hingewiesen, daß die gezeigten Walzenpaare der Formwalzen und ihre Gestaltung lediglich Beispiele von möglichen Typen sind, welche zum Einsatz gelangen können.It should be noted that the roller pairs shown are the forming rollers and their design are just examples of possible types that are used can get.
Fig. 5 zeigt eine Schneidvorrichtung für einen H-Träger gemäß Fig. 7. Aus Fig. 17 ist ein Paar Halteklammern 86 und 87 ersichtlich, welche den Träger 59 bei Betätigung des Schneidmessers 88 (Fig. 18) halten, Diese Haltevorrichtung ermöglicht einen sauberen Schnitt bei einem Mindestmaß eines Verzuge-s am Schnittort, sich. am Ende des Trägers.FIG. 5 shows a cutting device for an H-beam according to FIG. 7. From Fig. 17, a pair of retaining clips 86 and 87 can be seen, which the carrier 59 when the cutting knife 88 (Fig. 18) is operated, hold this holding device enables a clean cut with a minimum of distortion at the cutting site, themselves. at the end of the girder.
.2igo 19 zeigt einen I-Träger 9o, welcher auf kaltem Wege durch stufenweise Verformung von Stahlrohren mit kreisrundem Querschnitt in der für einen H-Träger beschriebenen -Art hergestellt ist. Der I-Trä'ger 9o besitzt eine Sachwei? naht 48 in der Bitte des Steges 93 mit den Wandungsschi nten 91 und 92. Die kleineren Flansche des Trägers 90 besitzen eine im wesentlichen dreieckige Form mit ebenen Flanschflächen welche rechtwinklig zum Steg 93 gerichtet sind, Die Flanken 96 der Flansche verlaufen schräg von der Flanschfläche 95 zum Steg 914 Die Ecken oder Kanten der Flansche 94 sind zur Vermeidung von Spannungen leicht gerundes 0 Die Fig. 20 und 21 zeigen einen U-förmigen Träger 100 der ebenfalls durch stufenweise Kalt-Verformung aus geschweißten Stahlrohren mit Kreisquerschnitt hergestellt werden. Der U-Träger loo besitzt einen in derI.Iitte des Profils gelegenen Steg lol, welcher von den inneren und äußeren sich berührenden Wandungsschichten 102 und 103 gebildet wird0 Die innere Wandungsschioht 1o2 enthält eine Schweißnaht 48, so daß die letztere sich im Bereich der "neutralen Zone" befindet. Die Flansche 105 dieses Tragers besitzen ebenfalls einet nahezu dreieckförmige Gestalt mit einer ebenen, flächigen Schenkelfläche 106..2igo 19 shows an I-beam 9o, which on the cold route through gradual Deformation of steel pipes with a circular cross-section for an H-beam -type is made. The I-carrier 9o has a property certificate seam 48 in the request of the web 93 with the wall strips 91 and 92. The smaller ones Flanges of the beam 90 are generally triangular in shape with planar ones Flange surfaces which are directed at right angles to the web 93, the flanks 96 of the Flanges run obliquely from flange surface 95 to web 914 The corners or edges the flanges 94 are slightly rounded to avoid tension 0 20 and 21 show a U-shaped support 100 which is also stepped through Cold deformation can be made from welded steel tubes with a circular cross-section. The U-beam loo has a web lol located in the middle of the profile, which formed by the inner and outer contacting wall layers 102 and 103 wird0 The inner Wandungsschioht 1o2 contains a weld seam 48, so that the latter is in the area of the "neutral zone". Have the flanges 105 of this carrier also a nearly triangular shape with a flat, flat leg surface 106.
Die Flanken 107 der Flansche bzw. Schenkel 105 sind ebenfalls schräg nach innen zum Steg gerichtet. Die beiden Fortsetzungen 108 der Wandungsschicht 103 des Steges lol bilden eine Seite der dreieckigen Flansche 105.The flanks 107 of the flanges or legs 105 are also inclined directed inwards towards the bridge. The two continuations 108 of the wall layer 103 of the web lol form one side of the triangular flanges 105.
Fig. 22 zeigt einen T-Träger 11o, welcher ebenfalls in der vorstehend beschriebenen Art aus einem geschweißten Stahlrohr 44 durch stufenweise Kalt-Verformung hergestellt worden ist. Der Träger 11o besitzt einen im wesentlichen dreieckförmigen unteren Flansch 111, während der aufrecht stehende Steg 112 am oberen Ende die Schweißnalit 48 aufweist.Fig. 22 shows a T-beam 11o, which is also used in the above described type from a welded steel tube 44 by stepwise cold deformation has been made. The carrier 11o has a substantially triangular shape lower flange 111, while the upright web 112 at the upper end is the weld metal 48 has.
Die nach der Erfindung gebildeten Träger können in beliebiger Weise mit einem Überzug versehen werden. Auch besteht die slöglichkeit, den so geschaffenen Träger aus Aluminium oder anderem Rohrmaterial herzustellen, Anstelle der in den Beispielen gezeigten und bekanntesten Profile sind im Rahmen der Erfindung und der Anspruchsfassung auch andere Ausführungsformen möglich.The carriers formed according to the invention can be used in any desired manner be provided with a coating. There is also the possibility of the so created Manufacture supports from aluminum or other pipe material instead of the Examples shown and well-known profiles are within the scope of the invention and the Other embodiments are also possible.
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