WO2011023167A2 - Verfahren zur herstellung warmgewalzter hohlprofile mit kleinen kantenradien - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for producing hot-rolled hollow sections made of steel according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a hollow profile produced according to this method according to claim 5 and the
- the known as MSH ® profiles hot rolled hollow sections may be from
- a round tube is first produced from a steel strip formed to a slit pipe, generally by means of HFI welding, which after heating to deformation temperature in corresponding
- Profile rolling stands is hot rolled to a hollow profile.
- EN 10210-2 does not specify the outer radii of curvature but the lengths of the rounding areas, referred to below as visible edges.
- Second moment of inertia and a greater flexural and torsional stiffness results in connections in the profile edge region a smaller weld gap and thus a more appealing appearance, which is very important in visual constructions.
- a force can be introduced at least partially rectilinear in a profile wall parallel to the force when the
- Visible edge is smaller than the wall thickness, which is advantageous for the static design.
- the tower elements are made of square or rectangular hollow sections
- z. B the lower chords of the boom of trolley tower cranes to obtain a wider bearing surface for the trolley rollers or generally when loaded on bending profiles, z. B. for the well-known from DE 10 2007 031 142 crane runway support system made of steel for high
- hollow profiles welded together for example, consisting of two L-shaped legs, which have very small visible edge lengths of ⁇ 1.0 ⁇ t and have thus far fallen below the standard specification for hot-finished hollow sections, have been used up to now.
- the object of the invention is therefore to provide a method for producing hot-rolled
- a method is used to solve this problem, in which for a given profile cross-section introduced into the roll mill Vorrohr based on the previously default standard Nennau built manmesser an enlarged diameter, which can be reached from a degree of reduction of the front pipe and to be reached Hollow profile dimensions is determined, wherein the degree of reduction to be achieved in a range of -2.0% to -13% and is determined according to the following formula:
- Vorrohr bemessers can now be realized not only visible edge lengths of ⁇ 1, 5 x t but even visual edge lengths of ⁇ 1.0 x t or ⁇ 0.6 x t.
- Roll stand already experiences no feed before leaving the forming zone and gets stuck in the rolling stand.
- Vorrohr donemesser, so too low a degree of reduction, the caliber filling in the radius areas is not sufficient and it is not enough small visible edge generated.
- the inventive enlargement of the Vorrohr bemessers by maintaining the required degree of reduction are thus set relatively narrow limits, with reduction degrees of -2.2% to -4.0% for submitkanteninn ⁇ 1.0 xt and ⁇ -4.0% for visible edge lengths ⁇ 0.6 xt proved to be advantageous.
- these values can even be achieved without a change in the calibration of the rolls in comparison to the use of a standard pre-pipe diameter.
- the advantage of the method according to the invention is that compared with the hollow profiles welded together from individual profiles, hot-rolled hollow profiles that can now be produced very economically can also be used for applications that could not be used there due to the visible edge lengths that were previously too great.
- the hollow profile 1 of the tower element is designed as a vertically extending tower element corner profile "corner post."
- the visible edges of the hollow profile are denoted by Ci and C 2 .
- the connection with the politicianstockenden tower element is done by means of a centrally through the opposite leg of the hollow section 1 plugged through bolt 2, which connects the Turmisseckprofile the lower with those of the tower element mounted thereon.
- the hollow profile 1 is provided in the region of the bolt connection with reinforcing tabs 4, 4 'and the bolt 2 secured by splints 3, 3' against loosening.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung warmgewalzter Hohlprofile (1) aus Stahl mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt, wobei zunächst ein im Wesentlichen rundes durch Warmwalzen nahtlos hergestelltes oder kaltgefertigtes geschweißtes Vorrohr mit einem definierten Nennaußendurchmesser (D) erzeugt, anschließend bei Umformtemperatur zu einem Hohlprofil (1) mit dem geforderten Querschnitt umgeformt wird und die Sichtkanten (C1 und C2) der Hohlprofile (1) einen Wert von < 1,5 x t (t = Wanddicke) aufweisen. Dabei weist für einen vorgegebenen Profilquerschnitt das in das Profilwalzwerk einzuführende Vorrohr einen Nennaußendurchmesser (D) auf, der aus einem zu erreichenden Reduktionsgrad des Vorrohres und den zu erreichenden Hohlprofilabmessungen ermittelt wird, wobei der Reduktionsgrad in einem Bereich von -2 % bis -13 % liegt und gemäß nachfolgender Formel ermittelt wird: Reduktionsgrad R [%] = [(2 x (H + B)) - π x D] x 100% [2 x (H +B)]; wobei D dem Nennaußendurchmesser des Vorrohres und H5B die Kantenlängen des Hohlprofils (Höhe, Breite) entsprechen.
Description
Verfahren zur Herstellung warmgewalzter Hohlprofile mit kleinen Kantenradien
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung warmgewalzter Hohlprofile aus Stahl gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein nach diesem Verfahren hergestelltes Hohlprofil gemäß Patentanspruch 5 sowie die
Verwendung eines derartigen Hohlprofils gemäß Patentanspruch 6. Insbesondere handelt es sich dabei um von der Kreisform abweichende Hohlprofile, wie beispielsweise
warmgefertigte Hohlprofile gemäß EN 10210-2.
Die als MSH®-Profile bekannten warmgewalzten Hohlprofile können sowohl aus
kaltgefertigten längsnahtgeschweißten wie auch aus warmgefertigten nahtlosen Vorrohren mit im Wesentlichen rundem Ausgangsquerschnitt hergestellt werden.
Beim Einsatz kaltgerfertigter längsnahtgeschweißter Vorrohre wird zunächst aus einem zu einem Schlitzrohr geformten Stahlband, im Regelfall mittels HFI-Schweißens, ein Rundrohr hergestellt, welches nach Erwärmung auf Umformtemperatur in entsprechenden
Profilwalzgerüsten zu einem Hohlprofil warmgewalzt wird.
Bei der Verwendung warmgefertigter nahtloser Vorrohre werden diese entweder in gleicher Hitze oder auf Walztemperatur wiedererwärmt und anschließend mit entsprechenden Walzen zu einem Hohlprofil mit dem geforderten rechteckigen oder quadratischen
Querschnitt umgeformt.
Entsprechend hergestellte Hohlprofile, werden im Wesentlichen als Konstruktionsrohre neben dem klassischen Anwendungsgebiet des Stahlhochbaus zunehmend auch im
Industrie-, Sportstätten-, Brücken- und Maschinenbau, im Baumaschinen-, Spezial-, Nutzfahrzeug- und Landmaschinenbau sowie im Stahl- und Hochbau eingesetzt.
Zunehmende Forderungen nach umweltschonenderen und wirtschaftlicheren Bauweisen führten zur Entwicklung warmgewalzter Hohlprofile, die sich durch ein, bezogen auf das geforderte Flächenträgheits- bzw. Widerstandmoment, geringeres Gewicht bzw. einen größeren Querschnitt bei gleicher Nominalabmessung (Kantenlänge x Nennwanddicke) auszeichnen und im Vergleich zu Hohlprofilen, die z. B. durch Kaltfertigung aus gebogenem Blech hergestellt werden, deutlich kleinere Kantenradien bzw. Sichtkanten aufweisen.
Da die Kantenradien der Hohlprofile in der Praxis ungleichmäßig sind, werden in der
EN 10210-2 nicht die äußeren Rundungsradien sondern die Längen der Rundungsbereiche angegeben, im Folgenden Sichtkanten genannt.
Die Vorteile kleiner Sichtkanten bei Hohlprofilen sind einerseits ein größeres
Flächenträgheitsmoment und eine größere Biege- und Torsionssteif ig keit, zum Anderen ergibt sich bei Anschlüssen im Profilkantenbereich eine kleinere Schweißfuge und somit eine ansprechendere Optik, was bei Sichtkonstruktionen sehr wichtig ist.
Des Weiteren ergibt sich eine breitere Auflagefläche für anzuschließende Querschnitte, wodurch die Tragfähigkeit erhöht wird. Außerdem kann eine Kraft zumindest teilweise gradlinig in eine parallel zur Kraft stehende Profilwand eingeleitet werden, wenn die
Sichtkante kleiner als die Wanddicke ist, was für die statische Bemessung vorteilhaft ist.
Warmgefertigte Hohlprofile mit einer nach EN 10210-2 maximal zulässigen Sichtkantenlänge von < 3,0 x t (t = Wanddicke) sind jedoch nicht mehr für alle Anwendungsbereiche ausreichend.
Hier ist beispielsweise der Anwendungsbereich für kletterfähige Turmdrehkrane für den Hochhausbau zu nennen. Bei diesen Kranen wird durch Einfügen zusätzlicher
Turmelemente die Turmhöhe und damit die Kran- und Hakenhöhe schrittweise erhöht und so dem Baufortschritt angepasst.
Die Turmelemente sind aus quadratischen oder rechteckigen Hohlprofilen
zusammengesetzt, wobei die vertikal verlaufenden Turmelementeckprofile, die sogenannten „Eckstiele", durch mittig im Hohlprofil angeordnete Bolzen miteinander verbunden werden.
Zur Aufstockung der Turmelemente wird ein Führungsgestell entlang der vertikal
verlaufenden Turmelementeckprofile verwendet, bei dem die Führungsrollen aus
Platzgründen wegen der Bolzenverbindung sehr nahe an der Profilkante laufen müssen. Bei
zu großen Sichtkanten würden die Führungsrollen zu weit in der Hohlprofilmitte laufen, so dass die einzelnen Turmelemente nicht mehr durch die Bolzen verbunden werden könnten.
Weitere Anwendungsbereiche für Hohlprofile mit kleineren Sichtkanten sind z. B. die Untergurte der Ausleger von Laufkatz-Turmdrehkranen um eine breitere Auflagefläche für die Laufkatzrollen zu erhalten oder generell bei auf Biegung beanspruchten Profilen, z. B. für das aus der DE 10 2007 031 142 bekannte Kranbahntragsystem aus Stahl für hohe
Beanspruchungen und das aus der DE 10 2006 010 951 bekannte Tragsystem aus Stahl für Dachkonstruktionen.
Der für warmgefertigte Hohlprofile nach EN 10210-2 zulässige maximale Wert für die Sichtkantenlänge Ci und C2 von≤ 3,0 x t ist für die vorgenannten Anwendungsbereiche deutlich zu hoch. Gemäß EN 10210 wird dafür deshalb grundsätzlich ein Wert von 1 ,5 x t als Berechnungsgrundlage angesetzt.
Bislang ist es walztechnisch noch nicht gelungen, die Sichtkantenlängen bei Hohlprofilen aus kaltgefertigten geschweißten oder warmgefertigten nahtlos hergestellten Vorrohren so zu reduzieren, dass diese für die beschriebenen Anwendungsbereiche wirtschaftlich einsetzbar sind. Es wurde deshalb immer nach einem Kompromiss zwischen Walzbarkeit des
Hohlprofils, Verschleiß der Walzen und der Sichtkantenlänge gesucht, was aber noch nicht zum gewünschten Erfolg führte.
Für diese Anwendungen werden deshalb bislang vorrangig beispielsweise aus zwei L-förmigen Schenkeln zusammengeschweißte Hohlprofile verwendet, die mit≤ 1,0 x t sehr kleine Sichtkantenlängen aufweisen und damit deutlich unter der Normvorgabe für warmgefertigte Hohlprofile liegen.
Diese aus Einzelprofilen zusammengeschweißten Hohlprofile haben jedoch bedingt durch die Schweißnaht den Nachteil inhomogener Werkstoffeigenschaften und durch die
Schweißnahteigenspannungen eine erhöhte Verzugsgefahr und sind aufwändig in der Herstellung.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zur Herstellung warmgewalzter
Hohlprofile mit rechteckigem oder quadratischen Querschnitt aus geschweißten oder nahtlos hergestellten Vorrohren anzugeben, mit dem in einfacher und kostengünstiger Weise im Zuge der walztechnischen Herstellung der Hohlprofile auch Sichtkantenlängen mit Ci bzw. C2≤ 1 ,5 x t realisiert werden können.
Diese Aufgabe wird nach dem Oberbegriff in Verbindung mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sowie ein mit diesem Verfahren hergestelltes Hohlprofil sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Nach der Lehre der Erfindung wird zur Lösung dieser Aufgabe ein Verfahren verwendet, bei dem für einen vorgegebenen Profilquerschnitt das in das Profilwalzwerk einzuführende Vorrohr bezogen auf den bislang standardmäßig eingesetzten Nennaußendurchmesser einen vergrößerten Durchmesser aufweist, der aus einem zu erreichenden Reduktionsgrad des Vorrohres und den zu erreichenden Hohlprofilabmessungen ermittelt wird, wobei der zu erreichende Reduktionsgrad in einem Bereich von -2,0% bis -13% liegt und gemäß nachfolgender Formel ermittelt wird:
Reduktionsgrad R [%] = [(2 x (H + B)) - π x D] x 100 % / [2 x (H + B)]
Im Rahmen umfangreicher Versuche wurde überraschend festgestellt, dass bei
vorgegebenem Kaliber der Walzen der Einsatz eines gegenüber einem Standard- Vorrohrdurchmesser vergrößerten Durchmessers des Vorrohres zu einer deutlich verbesserten Kaliberfüllung in den Kantenbereichen führt mit der Folge, dass deutlich kleinere Sichtkanten realisiert werden können.
Durch entsprechende Wahl des Reduktionsgrades des Vorrohres bzw. des
Vorrohrdurchmessers können jetzt nicht nur Sichtkantenlängen von < 1 ,5 x t realisiert werden sondern sogar auch Sichtkantenlängen von < 1,0 x t bzw. < 0,6 x t.
Wie die Versuche gezeigt haben, steigt allerdings bei zu großem Vorrohrdurchmesser, also zu großem Reduktionsgrad im Vergleich zum Standard- Vorrohrdurchmesser, die Gefahr des Walzsteckers, bei dem das durch die Walzen angetriebene umzuformende Rohr im
Walzgerüst bereits vor dem Verlassen der Umformzone keinen Vorschub mehr erfährt und im Walzgerüst stecken bleibt.
Außerdem besteht oberhalb eines gewissen Vorrohrdurchmessers die Gefahr, dass
Werkstoff in den Walzspalt einläuft und so ein Grat oder Wulst entsteht, der im Nachgang aufwändig abgearbeitet werden muss.
Bei einem im Vergleich zum Standard- Vorrohrdurchmesser zu geringen
Vorrohrdurchmesser, also einem zu geringem Reduktionsgrad, ist die Kaliberfüllung in den Radienbereichen nicht ausreichend und es wird keine genügend kleine Sichtkante erzeugt.
Der erfindungsgemäßen Vergrößerung des Vorrohrdurchmessers durch Einhalten des erforderlichen Reduktionsgrades sind damit relativ enge Grenzen gesetzt, wobei sich Reduktionsgrade von -2,2% bis -4,0% für Sichtkantenlängen≤ 1,0 x t und von < -4,0% für Sichtkantenlängen < 0,6 x t als vorteilhaft erwiesen haben.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können diese Werte sogar ohne eine Änderung in der Kalibrierung der Walzen im Vergleich zum Einsatz eines Standard- Vorrohrdurchmessers erreicht werden.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass im Vergleich zu den aus Einzelprofilen zusammengeschweißten Hohlprofilen nunmehr sehr wirtschaftlich herstellbare warmgewalzte Hohlprofile auch für Anwendungsbereiche eingesetzt werden können, die wegen der bislang zu großen Sichtkantenlängen dort nicht einsetzbar waren.
Die folgenden Beispiele verdeutlichen die Wirkungsweise der Erfindung.
Kundenanforderung: C1 bzw. C2≤ 1 ,0 x t nach EN 10210-2
Beispiel 1 :
geforderte Abmessung des Hohlprofils (H x B x t ): 220 x 220 x 16 mm
Umfang des warmen Vorrohres (U): 889,07 mm
errechneter Reduktionsgrad: -1 ,02
gemessene Sichtkantenlänge Ci bzw. C2: 21 mm
ermittelter Faktor Ci/t bzw. C2/t: 21/16 = 1 ,3 (nicht erfüllt)
Beispiel 2:
geforderte Abmessung des Hohlprofils (H x B x t): 220 x 220 x 16 mm
Umfang des warmen Vorrohres (U): 907,92 mm
errechneter Reduktionsgrad: -3,08
gemessene Sichtkantenlänge Ci bzw. C2: 14 mm
ermittelter Faktor Ci/t bzw. C2/t: 14/16 = 0,9 (erfüllt)
Beispiel 3:
geforderte Abmessung des Hohlprofils (H x B x t): 220 x 220 x 16 mm
Umfang des warmen Vorrohres (U): 927,43 mm
Reduktionsgrad: -5,11%
gemessene Sichtkantenlänge Ci bzw. C2: 9 mm
ermittelter Faktor Ci/t bzw. C2/t: 9/16 = 0,6 (erfüllt)
Nachfolgend ist ein Anwendungsbeispiel für den Einsatz eines erfindungsgemäßen
Hohlprofils anhand einer Schnittdarstellung näher beschrieben.
In der einzigen Figur ist ein Ausschnitt eines Turmelementes eines Turmdrehkranes dargestellt, bei dem erfindungsgemäß hergestellte Hohlprofile mit kleinen Sichtkanten als Konstruktionselement zum Einsatz kommen.
Das Hohlprofil 1 des Turmelementes ist als senkrecht verlaufendes Turmelementeckprofil „Eckstiel" ausgebildet. Die Sichtkanten des Hohlprofils sind mit Ci und C2 bezeichnet.
Die Verbindung mit dem aufzustockenden Turmelement geschieht mittels eines mittig durch die gegenüber liegenden Schenkel des Hohlprofils 1 durchgesteckten Bolzens 2, der die Turmelementeckprofile des unteren mit denen des darauf aufgesetzten Turmelementes verbindet.
Das Hohlprofil 1 ist im Bereich der Bolzenverbindung mit Verstärkungslaschen 4, 4' versehen und der Bolzen 2 durch Splinte 3, 3' gegen Lösen gesichert.
Zur Aufstockung der Turmelemente wird ein Führungsgestell 5 entlang der vertikal verlaufenden Turmelementeckprofile verwendet, bei dem Führungsrollen 6, 6' wegen der Bolzenverbindung aus Platzgründen sehr nahe an der Profilkante laufen müssen. Dieses lässt sich nun mit dem erfindungsgemäß hergestellten warmgewalzten Hohlprofil wegen der sehr kleinen Sichtkantenlänge problemlos realisieren.
Bezugszeichenliste
Claims
1. Verfahren zur Herstellung warmgewalzter Hohlprofile aus Stahl mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt, wobei zunächst ein im Wesentlichen rundes durch Warmwalzen nahtlos hergestelltes oder kaltgefertigtes geschweißtes Vorrohr mit einem definierten Nennaußendurchmesser erzeugt, anschließend bei
Umformtemperatur zu einem Hohlprofil mit dem geforderten Querschnitt umgeformt wird und die Sichtkanten Ci und C2 der Hohlprofile einen Wert von≤ 1 ,5 x t (t = Wanddicke) aufweisen
dadurch gekennzeichnet,
dass für einen vorgegebenen Profilquerschnitt das in das Profilwalzwerk
einzuführende Vorrohr einen Nennaußendurchmesser aufweist, der aus einem zu erreichenden Reduktionsgrad des Vorrohres und den zu erreichenden
Hohlprofilabmessungen ermittelt wird, wobei der Reduktionsgrad in einem Bereich von -2% bis -13% liegt und gemäß nachfolgender Formel ermittelt wird:
Reduktionsgrad R [%] = [(2 x (H + B)) - π x D] x 100 % / [2 x (H + B)]
2. Verfahren nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet,
dass für eine Sichtkantenlänge Ci und C2 der Hohlprofile von≤ 1 ,0 x t der
Reduktionsgrad des Vorrohrs < -2,2 bis -4% beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet,
dass für eine Sichtkantenlänge Ci und C2 der Hohlprofile von≤ 0,6 x t der
Reduktionsgrad des Vorrohrs < - 4,0% beträgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3
dadurch gekennzeichnet,
dass das Umformen zu einem Hohlprofil unter Beibehaltung der Kalibrierung der Profilwalzen für den Einsatz eines Vorrohrs mit einem Standard-Vorrohrdurchmesser erfolgt.
5. Hohlprofil, hergestellt mit den Merkmalen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4. Verwendung eines Hohlprofils nach Anspruch 5 als Konstruktionselement für den
Industrie-, Sportstätten-, Brücken-, Maschinen-, Kran-, Baumaschinen-, Spezial- und Nutzfahrzeug-, Landmaschinen- sowie Stahl- und Hochbau.
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