Geschichte
Vor der Verwendung von Metallen verwendeten unsere Vorfahren über 1,7 Millionen Jahre lang, mehr oder weniger ein paar hunderttausend Jahre lang, Holz und Stein als grundlegende Strukturmaterialien. Gold, Kupfer, Zinn, Blei, Silber, Eisen und Quecksilber waren bis zum 13. Jahrhundert die einzigen sieben bekannten und verwendeten Metalle, und bis zum 17. Jahrhundert wurden nur fünf weitere Metalle entdeckt. Heute wissen wir, dass etwa zwei Drittel aller bekannten Elemente Metalle sind [1].
Die ersten Eisenprodukte wurden vor fast 6000 Jahren hergestellt und aufgrund der Weichheit des Eisens wurde es als Schmuck statt als Werkzeug und Waffe konsumiert. Um 1200 v. Chr. wurde Eisen karbonisiert, um ein haltbareres Material (Stahl) zu erhalten. Diese Entdeckung brachte bedeutende Veränderungen mit sich und läutete den Beginn des Eisenzeitalters ein. Die ältesten Stahlprodukte werden in einer archäologischen Stätte in der Türkei (Kaman, Kalehöyük) gefunden [2][3]. Das Wissen über die Stahlproduktion verbreitete sich durch Handel oder Krieg über ein großes Gebiet mit dem Römischen Reich [4]. Der Übergang vollzog sich langsam, doch schließlich ersetzten Produkte aus Guss- und Schmiedeeisen in den meisten Bereichen die Bronze. Öfen wurden wichtiger und Stahl wurde besser. Die frühen Schmiede stellten Äxte, Meißel, Hacken, Schwerter und andere Werkzeuge von ausgezeichneter Qualität her. Im Jahr 1350 gelang es den Eisenhütten Mitteleuropas, Eisen in primitiven Hochöfen zu schmelzen und zu gießen.
Die Herstellung komplexer Gegenstände, wie z. B. Körperpanzerungen, die aus Hunderten zusammenpassender Stücke gehämmerter Platten und Drähte zusammengesetzt waren, erforderte beträchtliches Können und Erfahrung. Der Prozess war sehr arbeitsintensiv, da das Hämmern stundenlang dauerte. Vom 17. Jahrhundert bis zum Beginn der industriellen Revolution wurde jeder nicht gegossene Gegenstand, von Ziergegenständen bis hin zu Gebrauchsgegenständen, von Hand durch arbeitsintensives Schmieden hergestellt. Nicht viele Menschen konnten sich eigene Metallprodukte leisten [1].
Während der industriellen Revolution im 18. und 19. Jahrhundert wurden viele in der Metallherstellung verwendete Handwerkzeuge nach und nach durch kraftbetriebene Maschinen ersetzt. Eine der bedeutendsten und am wenigsten beachteten Errungenschaften dieser Zeit war der Ersatz der alten Kunst des Hämmerns (Schmiedens) durch Paare rotierender Walzen, um die Form oder Dicke der Metalle zu verändern. Das Rollen bei Raumtemperatur ist keine neue Technologie. Das ursprüngliche Kaltwalzen wurde im 14. Jahrhundert für Gold und Silber eingesetzt. Leonardo da Vinci entwarf 1480 die ersten echten Walzwerke [7].
Das Walzen (Kaltumformen) von Stahl bei Raumtemperatur begann im späten 18. Jahrhundert und wurde im 19. Jahrhundert immer häufiger eingesetzt. Im späten 19. und 20. Jahrhundert wurde eine große Vielfalt an warm- und kaltgewalzten Blechen aus Aluminium, Kupfer, Messing, Blei, Zinn, Titan, Zirkonium und Speziallegierungen im Handel erhältlich. Ohne diese gewalzten Flachprodukte wäre unser heutiger Lebens- und Lebensstandard nicht vorstellbar.
Rollformen
Eine allgemeine Beschreibung des Profilwalzens lässt sich einfach wie folgt formulieren: „Beim Profilwalzenverfahren biegen paarweise hintereinander angeordnete Profilrollen ein sich bewegendes Metallblech quer und formen daraus ein Produkt mit einem bestimmten Querschnittsprofil.“ [5].
Bei der Rollumformung übernimmt eine bestimmte Anzahl gegenüberliegend angeordneter Wellenpaare mit Rollen, die in der Regel bei jedem Umformdurchgang unterschiedlich sind, die Biegung und bestimmt die Form des verformten Blechs [1].
Kaltgeformte Stahlkonstruktionen (CFSS)
In der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts wurden temporäre und schnelle Bauarbeiten für die Arbeiter in abgelegenen Gebieten bevorzugt. Zu diesem Zweck fanden die Menschen Holzrahmen und gebogene dünne Metallbleche, die ihren Bedürfnissen entsprachen. Abdeckbleche werden hauptsächlich aus Eisen hergestellt, das durch kleine Verformungen an der Oberfläche verstärkt wurde, und werden zum Bau von Schuppen für Wohn- oder Arbeitsräume verwendet. Die ältesten Dokumente beziehen sich auf Arbeiter in Nordamerika während des Goldrauschs im Jahr 1849. Für Arbeiter wurden tragbare Eisenhäuser hergestellt [8].
CFSS wurde 1933 auf der Chicago Century of Progress (Weltausstellung) ausgestellt. Diese Art von Struktur wird als „Heimat der Zukunft“ gezeigt. Der bedeutendste Erfolg war jedoch der Start eines Forschungsprojekts des American Iron and Steel Institute (AISI). im Jahr 1939. AISI sponserte die Forscher an der Cornell University, was 1946 zur Veröffentlichung der ersten Ausgabe der AISI-Spezifikation führte. [9]
Die Reise von CFSS begann mit primitiven Unterständen, doch heute können mehrstöckige Gebäude mit kaltgeformten Stahlrahmen gebaut werden. Als am besten geeignete Gebäudetypen können Schulen, Wohnheime, Hotels, Wohngebäude und Modulbauten aufgeführt werden.
Die Konstruktion aus kaltgeformtem Stahl (CFS) ist eine praktische Alternative zu Beton- oder herkömmlichen Stahlkonstruktionen, vor allem aufgrund ihres höheren Festigkeits-/Gewichtsverhältnisses und der schnelleren Konstruktion. Aufgrund ihres geringeren Gewichts werden CFS-Wohn- und Gewerbegebäude im Vergleich zu Beton- und herkömmlichen Stahlgebäuden in Regionen mit Erdbebenrisiko zu effizienteren Alternativen. Wandpaneele aus CFS-Rahmen, die ein- oder beidseitig mit Stahl- oder Holzplatten ummantelt sind, werden häufig als seitliche Lastaufnahmeelemente in kaltgeformten Stahlkonstruktionen verwendet, die insbesondere in Regionen mit geringem und mittlerem Erdbebenrisiko errichtet werden. Der Rahmen dieser Wandpaneele umfasst obere und untere Schienen, die entweder mit Schrauben oder Nieten an vertikalen Pfosten befestigt sind. Die Schienen und Bolzen bestehen üblicherweise aus C-förmigen CFS-Profilen [10].
Verweise
[1] Halmos, G. T. (2006). Roll Forming Handbook, CRC Press, Boca Raton.
[2] Akanuma, H. (2005). “The significance of the composition of excavated iron fragments taken from Stratum III at the site of Kaman-Kalehöyük, Turkey”. Anatolian Archaeological Studies. Tokyo: Japanese Institute of Anatolian Archaeology. 14: 147–158.
[3] “Ironware piece unearthed from Turkey found to be oldest steel”. The Hindu. Chennai, India. 2009-03-26. Archived from the original on 2009-03-29. Retrieved 2022-08-13.
[4] “Noricus ensis”, Horace, Odes, i. 16.9
[5] Kiuchi M., Abe K., Onodera R.; Computerized Numerical Simulation of roll-forming process, Annals of CIRP Vol. 44/1/1995, pp. 239-242.
[6] Dykes, R.J.; Mander, S.J.; D. Bhattacharyya: Roll forming continuous fiber-reinforced thermoplastic sheets: experimental analysis, Composites Part A, 31 (2000), pp. 1395-1407.
[7] Roberts, W. Cold Rolling of Steel. Marcel Dekker, New York, 1978.
[8] Don Allen, P.E., History of Cold Formed Steel, 2006, pp 1-5.
[9] Baran E, Alica C, Behavior of cold-formed steel wall panels under monotonic horizontal loading, Journal of Constructional Steel Research, Vol. 79, 2012, pp 1-8,
[10] “World’s Fairs 1933–1939”. Historic Events for Students: The
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