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Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR LEVELING HOT PROFILES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/000495
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for leveling profiles (5). When the hot-rolled profiles are cooled off, they deform considerably. Therefore, the profiles are not leveled while they are hot but are first cooled off. The inventive method for the first time allows leveling hot profiles at a profile temperature of > 70 °C while maintaining their once leveled profile shape when cooled off. For this purpose, the leveling force during leveling is applied directly to the flange (5b, 5c). As a consequence, the original state of stresses in the web (5a) and in the web roots remains unchanged and disadvantageous internal stresses are avoided.

Inventors:
MAAG AXEL (DE)
Application Number:
PCT/EP2004/007037
Publication Date:
January 06, 2005
Filing Date:
June 29, 2004
Export Citation:
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Assignee:
BETR FORSCH INST ANGEW FORSCH (DE)
MAAG AXEL (DE)
International Classes:
B21D3/05; B21B1/08; C21D9/06; (IPC1-7): B21D3/05; C21D9/04
Foreign References:
EP0753360A11997-01-15
US1943153A1934-01-09
DE3501522C11986-04-03
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 0090, no. 55 (M - 362) 9 March 1985 (1985-03-09)
Attorney, Agent or Firm:
König, Reimar (Düsseldorf, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zum Richten eines Profils, das einen Steg und mindestens einen Flansch aufweist, mittels eines Richtwerkzeuges, bei dem die Richtkraft unmittelbar in den Flansch eingeleitet wird, dadurch ge kennzeichnet, daß das Profil im warmen Zustand bei einer Profiltemperatur > 70°C gerichtet wird.
2. Verfahren zum Herstellen eines normgerechten Profils, dadurch ge kennzeichnet, daß durch Warmwalzen die gewünschte Profilform erzeugt wird, daß das Profil bei Profiltemperaturen von >70°C durch ein Richtwerkzeug gerichtet wird, wobei das Richtwerkzeug die Richtkraft unmittelbar in die Schmalseite des Flanschs einleitet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil bei Profiltemperaturen von über 100° C gerichtet wird.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß die Richtkraft über eine Mantelfläche des Richtwerkzeugs ausgeübt wird, die winkelig in bezug auf die Oberfläche des Flansches verläuft, auf die das Richtwerkzeug ein wirkt.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß die Richtkräfte in die Schmalseite des Flansches eingeleitet werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, dass das Profil ohne weitere Erwärmungsschritte nach dem Warmwalzen im warmen Zustand gerichtet wird.
7. Verwendung einer Vorrichtung zum Richten eines Profils, das einen Steg und mindestens einen Flansch aufweist, mit einem Richtwerk zeug, das die Richtkraft unmittelbar in den Flansch des Profils einlei tet, zum Richten von Profilen bei Profiltemperaturen von >70°C.
8. Verwendung nach Anspruch 7, wobei das Richtwerkzeug oberhalb des Richtguts angeordnet ist.
9. Verwendung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekenn zeichnet, daß die wirksame Mantelfläche des Richtwerkzeugs winke lig in bezug auf die Oberfläche des Flanschs verläuft, auf die das Richtwerkzeug einwirkt.
10. Verwendung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungungswinkel p der wirksamen Mantelfläche in der Größenord nung des Reibungswinkels zwischen Richtwerkzeug und Oberfläche des Flanschs liegt, auf die das Richtwerkzeug einwirkt.
Description:
"Verfahren zum Richten von warmen Profilen" Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Richten von Profilen, die einen Steg und mindestens einen Flansch aufweisen, insbesondere von Doppel-T-oder U-Trägern, mit Hilfe von Richtwerkzeugen.

Profilstahl erfährt nach dem Warmwalzen beim Abkühlvorgang häufig Ver- formungen bzw. Verwerfungen. Um hierdurch hervorgerufene Abweichun- gen von der gewünschten Profilform zu beseitigen und dem Träger die ge- wünschte Geradheit zu verleihen, werden die Profile nach dem Warmwalzen und Abkühlen gerichtet. Da die Verformungen bei der Abkühlung auftreten, ist es bislang nicht zufriedenstellend möglich, die Profile noch im warmen Zustand zu richten. Zwar können während des Richtvorganges der warmen Profile normgerechte Ergebnisse erzielt werden, nach dem endgültigen Ab- kühlen federn die Profile jedoch teilweise zurück in eine gekrümmte, nicht normgerechte Form.

Im Stand der Technik wird daher gefordert, daß das Profil auf niedrige Tem- peraturen abgekühlt wird (siehe beispielsweise DE 24 56 782 und US 5,060, 498). Die Profile werden hierzu in Kühlbetten oder Kühlgruben abge- kühlt. Dies führt in nachteiliger Weise zu zeitlichen Verzögerungen, die teil- weise zu einem zeitweiligen Produktionsstittstand führen.

Sofern im Stand der Technik Profile bei höheren Temperaturen gerichtet werden, wird das Profil differenziell abgekühlt oder erwärmt, um im Steg Druckspannungen zu erzeugen (siehe DE 35 01 522 C1 ; DE 36 38 816 C1).

Nach dem Richten gleicht sich die Temperatur des Steges an die der Flan- sche an, wobei die Längszugspannungen abgebaut werden sollen. Diese Verfahren sind jedoch durch die dort vorgesehene Erzeugung von genau einzustellenden Temperaturgradienten in den Profilen zeit-und energieauf- wendig. Des weiteren können Verformungen des Profils durch Schrumpfung des Steges beim endgültigen Abkühlen auftreten, die wiederum dazu füh- ren, daß die auf Raumtemperatur abgekühlten Schienen nicht den Nor- manforderungen entsprechen. Daher sind auch diese Verfahren nicht zu- friedenstellend.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches es ermöglicht, Profite im warmen Zustand zu richten.

Gelöst wird diese Aufgabe durch den Gegenstand der Hauptansprüche.

Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen wiedergege- ben.

Das erfindungsgemäße Richtverfahren baut auf dem Grundgedanken auf, die Profile bei Profiltemperaturen von >70°C zu richten und zwar derart, daß die Richtkraft unmittelbar in den Flansch des Profils eingeleitet wird. Da- durch werden Eigenspannungen im Profil vermieden, die andernfalls beim Abkühlen Verformungen des Profils erzeugen.

Dabei wird die Richtkraft bevorzugt in die Schmalseite des Flansches ein- geleitet, also bei einem Profil mit vertikal ausgerichteten Flansch von oben oder unten. Erfindungsgemäß muß eine Richtkraft jedoch nicht nur in einer Richtung und an einer Stelle eingeleitet werden. Im Rahmen der Erfindung können Richtkräfte, beispielsweise über kammartige Walzen, sowohl in die seitliche"Hauptfläche"des Flansches als auch die Schmalseite des Flan- sches eingeleitet werden, genauso wie sie nur in die seitliche"Hauptfläche" eingeleitet werden können.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die im Stand der Technik beobachtete Formveränderung von warmgerichteten Profilen nach dem Ab- kühlen in dem differentiellen Wärmemengen-Inhalt des noch warmen Profils liegt. Im Übergangsbereich von Steg zu Flansch (Stegwurzel) befindet sich eine hohe Massenkonzentration mit geringer Oberfläche, die im Vergleich zu den angrenzenden Massen langsamer abkühlt. Folglich weist sie eine höhe- re Temperatur als der Rest des Profils auf. Umformende Einwirkungen in den weiteren Abkühlvorgang verändern die Temperatur und können tempe- raturabhängige Spannungsverteilungen erzeugen. Beim konventionellen Richten, bei welchem die Richtscheiben den Steg im Bereich der Stegwur- zeln erfassen, zwingen die Richtscheiben dem Steg die durch die Richt- scheibenanstellung vorgegebenen Wechselbiegungen auf, dessen Hin-und Herbewegungen auf den Flansch übertragen werden und schließlich mit den reduzierten Anstellungsvorgaben in Durchlaufrichtung das erwünschte gera- de Profil erzeugen.

Beim Warmrichten bedingt die höhere Temperatur des Stegwurzelbereichs eine spezifische Fließspannung des Werkstoffs, die durch eine angepaßte Anstellung für den Warmrichtvorgang (mit der konventionellen Richttechnik) berücksichtigt wird. Das konventionelle Richten erzeugt in den Profilen Ei- genspannungsverteilungen, die sich von denen des Ausgangszustandes unterscheiden. Besonders im Stegwurzelbereich treten Eigenspannungs-

spitzen auf mit Werten, die im Bereich der Fließspannung und darüber lie- gen können.

Sofern mit den konventionellen Richtverfahren Profile im warmen Zustand gerichtet werden, werden immer im gewissen Maße Eigenspannungen er- zeugt. Die nachfolgende Abkühlung ändert die Spannungsverteilung und die Spannungswerte, was die im Stand der Technik bekannten und beobachte- ten Verwerfungen des gerichteten Profils zur Folge hat.

Um gerade Profile bei höheren Temperaturen zu erzeugen und dieses ge- rade Profil auch noch nach dem Abkühlen zu erhalten, werden gemäß der Lehre der Erfindung beim Richten in dem Übergangsbereich zwischen Steg und Flansch und im Steg selber durch die Einleitung der Richtkraft in den Flansch keine Eigenspannungen erzeugt, die die nachteilige Beeinflussung der Produkteigenschaften und der Geradheit der Profile zur Folge haben.

Durch die Krafteinleitung in den Flansch wird vielmehr der unproblematische Spannungszustand im Steg und in den Stegwurzeln beibehalten, und der Eigenspannungszustand im Flansch wird nur unwesentlich verändert. Des- halb ist eine nachteilige, abkühlungsbedingte Änderung des Spannungszu- standes im erkalteten Profil nicht zu erwarten.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es in vorteilhafter Weise mög- lich, die Profile noch im warmen Zustand im Anschluß an das Warmwalz- verfahren weiter zu bearbeiten. Dies führt zu einer erheblichen Zeitersparnis und vermeidet Produktionsstillstände. Des weiteren ist die Bearbeitung des noch warmen Stahls mit weniger Kraftaufwand möglich, so dass auch auf diese Weise Energie eingespart werden kann.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Profile mit einem Steg und mindestens einem Flansch gerichtet. Derartige Profile sind insbesondere T- Träger, Doppel-T-Träger, U-Profile und L-förmige Profilschenkel, wobei der

Flansch bei allen Profiltypen vorzugsweise im Winkel von 90° zum Steg steht, obwohl auch andere Ausrichtungen ohne weiteres möglich sind.

Die Profile werden bei Profiltemperaturen von über 70°C gerichtet, beson- ders bevorzugt bei Temperaturen von über 100°C. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht jedoch auch das Richten bei höheren Temperaturen, so beispielsweise auch bei ca. 200°C und mehr. Es gibt unterschiedliche Möglichkeiten zur Ermittlung und Festlegung der Profiltemperatur. Dieser Begriff ist daher weit zu verstehen. Der Begriff Profiltemperatur kann bei- spielsweise die Stegwurzel-Oberflächentemperatur sowie die Temperatur in der Stegwurzel beinhalten. Ferner kann er auch die Oberflächentemperatur des Steges sowie der Trägerkanten bzw. die Temperatur in diesen Profile- lementen umfassen. Ferner kann die Profiltemperatur auch durch Einbezie- hung der Temperatur mehrerer dieser Profilelemente festgelegt werden. So kann die Profiltemperatur beispielsweise durch Messung des Temperatur- verlaufs im gesamten Profil oder durch Messung der Temperatur in einigen der Profilelemente festgelegt werden. Ein häufig eingesetztes Verfahren zur Festlegung der Profiltemperatur ist beispielsweise das Temperatur- Scanning. Dabei wird mittels eines beweglich angeordneten Temperatur- messgerät über die Trägerkante, die Stegwurzel, den Steg und wieder die andere Stegwurzel und andere Trägerkante die Temperatur erfaßt. Aus dem gemessenen Temperaturverlauf wird die Profiltemperatur bestimmt, wobei die Temperaturen in den Stegwurzeln stärker gewichtet werden können. Als Profiltemperatur kann deshalb erfindungsgemäß auch das Ergebnis eines solchen Temperatur-Scannings verstanden werden.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfah- rens werden die Richtkräfte über eine Mantelfläche des Richtwerkzeugs in den Flansch eingeleitet, die winkelig in bezug auf die Obefläche des Flan- sches steht, auf die dieses Richtwerkzeug einwirkt. Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise in der DE 195 25 513 A1 beschrieben, deren vollständige Offenbarungsgehalt für die Beschreibung einer Vorrichtung, auf der das er-

findungsgemäße Verfahren beispielsweise durchgeführt werden kann, und für die Beschreibung der Art, in der Richtkräfte in den Flansch eingeleitet werden können, in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.

Beispielsweise sind die Richtwerkzeuge, insbesondere Richtscheiben, zu- mindest teilweise kegelstumpfförmig ausgebildet und übertragen die Richt- kraft mit ihrer konischen Mantelfläche auf den Flansch. Die Richtwerkzeuge können oberhalb und/oder unterhalb des Richtgutes angeordnet sein.

Der Neigungswinkel der wirksamen Mantelfläche liegt vorzugsweise in der Größenordnung des Reibungswinkels zwischen Mantelfläche und Oberflä- che, auf die das Richtwerkzeug einwirkt ; er ergibt sich dann aus der folgen- den Gleichung : pR-Scheibe/Profil = tan p und gewährt eine Minimierung der Flanschkantenaufstauchung. Bei richtig bemessenem Reibungswinkel der Mantelflügel werden im Flansch Quer- spannungen erzeugt, die den in der Kontaktfläche wirkenden Reibschub- spannung entgegen wirken und so ein Flanschkantenaufstauchen verhin- dern. Der Neigungswinkel beträgt vorzugsweise 5°.

Vorzugsweise liegt der Schnittpunkt der Mantellinien der antriebsfernen Richtscheibe antriebsfern und der Schnittpunkt der antriebsnahen Richt- scheibe antriebsnah.

Um je nach Richtkraft Ausbiegungen des Flansches in der Horizontalen, bezogen auf die Richtposition, zu vermeiden, weisen die Richtscheiben vor- zugsweise flanschstützende Flächen auf, die sich auf der Stegseite und/oder der stegabgewandten Seite des Flansches befinden. Demnach besitzen die als Richtscheiben ausgebildeten Richtwerkzeuge vorzugsweise

einen U-förmigen oder T-förmigen axialen Querschnitt. Die flanschstützen- den Flächen greifen jeweils abwechselnd außen und innen am Flansch an.

Um mit einem Richtrollenpaar gleichzeitig Flansch oder Schenkelprofile un- terschiedlicher Abmessung ohne Richtscheibenwechsel richten zu können, eigenen sich Richtscheiben mit einem kammerartigen axialen Querschnitt.

Eine derartige Richtscheibe besteht dann, vorzugsweise einstückig, aus ein- zelnen Scheiben zwischen denen sich die erfindungsgemäß gegenüber der Horizontalen geneigten wirksamen Mantelflächen befinden und deren seitli- chen Flächen den Flansch oder Steg in der Richtposition ein-oder beidseitig abstützen.

Nicht alle Richtwerkzeuge müssen mit der wirksamen Mantelfläche verse- hen sein. So können nur einlaufseitig Richtwerkzeuge mit winkelig in bezug auf die Richtachse verlaufender wirksamer Mantelfläche angeordnet sein.

Im Extremfall genügt jeweils ein entsprechend ausgestaltetes Richtwerk- zeug bzw. Werkzeugpaar oberhalb und unterhalb des Richtgutes in gegen- seitiger Nachbarschaft. Unterhalb des Richtgutes können auch nur im Aus- laufbereich derartig ausgestaltete Richtwerkzeuge angeordnet sein.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Mantel-bzw.

Schrägflächen erlauben ein Höchstmaß an Richtgenauigkeit beim Richten der warmen Profile. Sie vermeiden insbesondere das Entstehen von Flan- schaufstauchungen und nach außen gerichteter Ausbauchungen im Bereich der Flanschkanten und bewahren den vom Warmwalzen der Profile herrüh- renden günstigen Eigenspannungszustand des ungerichteten Profils.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 die schematische Darstellung einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt eingesetzten Richtvorrichtung mit einem oberen Richtscheibenpaar teilweise in einem axialen Längsschnitt, Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Teils der beiden Richtscheiben, Fig. 3 eine Richtvorrichtung mit außenseitiger Flanschführung, Fig. 4 die vergrößerte Darstellung eines Teils der beiden Richtscheiben, Fig. 5 einen axialen Längsschnitt durch eine Richtrolle zum flanschgestütz- ten Richten bei unterschiedlichen Trägerabmessungen, Fig. 6 einen Teil der Richtrolle nach Fig. 5, Fig. 7 eine Richtbuchse mit zylindrischem Mittelteil in einem axialen Längs- schnitt, Fig. 8 einen Teil der Richtbuchse nach Fig. 7 in vergrößerter Darstellung und Fig. 9 eine zylindrische Richtbuchse.

Die Richtvorrichtung besteht aus einem in seinen Einzelteilen nicht näher dargestellten Antrieb 1, mit dem eine Welle 2 verbunden ist, auf der zwei Richtscheiben 3,4 oberhalb eines Doppel-T-Trägers 5 angeordnet sind. Die- ser weist einen Steg 5a sowie zwei Flansche 5b und 5c auf. Die Richtschei- ben 3,4 besitzen-in axialer Richtung-einen T-förmigen Querschnitt und bestehen aus einem jeweils an der Innenseite der beiden Flansche angrei- fenden, den Steg des Flansches jedoch nicht berührenden kreisscheiben- förmigen Teil 6, der in einen kegelstumpfförmigen Ansatz 7 übergeht. Die kegelstumpfförmigen Ansätze 7 sind mit ihren Kleindurchmesserflächen 8

jeweils nach außen gerichtet und stehen über ihre Mantelflächen in kraft- schlüssiger Verbindung mit den Flanschkanten. Dabei verläuft die Mantel- fläche bzw.-linie 9 unter einem Winkel p in bezug auf die Oberfläche der Schmalseite des Flansches oder auf die Horizontale bzw. die Distanzbuch- sen 10. Die Distanzbuchsen 10 dienen zum Einstellen des Abstandes der Richtscheiben auf die Profilhöhe (Flanschabstand) des zu richtenden Trä- gers. Dementsprechend ergibt sich zwischen der Mantellinie 9 und der Schmalseitenfläche der Flansche der Einschlußwinkel p. Die Höhe Z der kegelstumpfförmigen Ansätze ist so bemessen, dass die Schmalseiten der Flansche über ihre ganze Höhe abgestützt sind.

Die Richtscheiben 11,12 der Fig. 3 und 4 sind in prinzipiell gleicher Weise wie im Falle der Fig. 1,2 angeordnet und aufgebaut ; sie stützen die Flan- sche jedoch außenseitig ab und besitzen konische Ansatzflächen 7, deren Großdurchmesserflächen 13 nach innen weisen bzw. einander zugekehrt sind. Auf diese Weise ergibt sich zwischen den Mantelflächen bzw.-linien 9 und der Horizontalen bzw. den Schmalseiten der Trägerflansche jeweils der gleiche Einschlußwinkel wie bei den Richtscheiben 3,4 der Fig. 1, 2.

Die Richtrollen 15,16 nach den Fig. 5,6 bestehen aus mehreren, vorzugs- weise einstückig miteinander verbundenen flanschstützenden Einzelschei- ben 17,18, 19,20, zwischen denen sich jeweils ein kegelstumpfförmiger Übergang 21,22, 23 befindet. Auf diese Weise ergeben sich zwischen den Scheiben 16 bis 20 Rillen 24,25, 26 zur Aufnahme der Flansche von Trägern mit unterschiedlichen Abmessungen. Die Mantellinien der kegelstumpfför- migen Übergänge 21,22, 23 ergeben mit den ihnen gegenüberliegenden Schmalseiten der Flansche wiederum den bereits erörterten erfindungsge- mäßen Einschlußwinkel p.

Die für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Warm- richten geeignete Richtvorrichtung braucht nicht zur Gänze mit den winkeli- gen Richtwerkzeugen (Richtscheiben oder-buchsen) ausgestattet zu sein ;

vielmehr reicht es aus, wenn diese im Bereich der größten Biegungsampli- tuden, also einlaufseitig, angeordnet sind, die ohne die erfindungsgemäßen Richtwerkzeug auch zu den größten Aufstauchungen bzw. Maßabweichun- gen führen würden. Andererseits können aber auch sämtliche oberen Richtwerkzeuge als Scheiben oder Mehrscheibenrollen ausgebildet sein, wenn beim Richten mit großer Teilung (Abstand zweier benachbarter Richt- achsen) und dementsprechend kleinen Richtkräften unterhalb des Richtgu- tes zylindrische Richtbuchsen 28 angeordnet sein können, die von Flansch zu Flansch reichen.

In den Fig. 7 bis 9 sind weitere Varianten der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbaren Vorrichtungen dargestellt. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet.

Die dargestellten Vorrichtungen erlauben die unmittelbare Krafteinleitung in den Flansch eines Profils, wobei dadurch auch das Richten von warmen Profilen, die eine Temperatur oberhalb von 70° aufweisen, möglich ist.