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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von vergüteten Segmenten aus gewalzten Profilstahl-Abschnitten, insbesondere für den bogenförmigen
Streckenausbau im Grubenbetrieb
Zur Herstellung von vergüteten Segmenten aus Profilstahl-Abschnitten, insbesondere für den bogen- förmigen Streckenausbau im Grubenbetrieb, ist es bekannt, die geraden Profilstahl-Abschnitte durch einen Härteofen zu führen, die auf eine Temperatur oberhalb des Ac3-Punktes des Eisenkohlenstoff-
Diagrammes erwärmten, geraden Walzprofile anschliessend in einer Matrize zu Segmenten zu biegen und die gebogenen Segmente vorzugsweise zugleich mit der Matrize in einem Flüssigkeitsbad abzu- schrecken, woraufhin die Segmente in einem nachgeschalteten Ofen angelassen werden.
Erfindungsgemäss lässt sich das Verfahren zur Herstellung solcher vergüteter Segmente aus Profil- stahl-Abschnitten unter Verwendung von Baustahl, dessen Festigkeit im vergüteten Zustand weniger als etwa 90 kg/mm2 und dessen Dehnung bei einer Kerbzähigkeit von mehr als 6 mkg/cm2 mindestens etwa 180/0 beträgt, dadurch verbessern, dass die geraden Profilstahl-Abschnitte in Längsrichtung durch einen, vorzugsweise als Durchlaufofen ausgebildeten Härteofen hindurchgeführt und nach dem. Verlassen des
Härteofens an das Profil allseitig benetzenden Abschreckdüsen vorbei durch einen nachgeschalteten Anlassofen geleitet -werden, worauf die fertig vergüteten Profilstahl-Abschnitte anschliessend unter Anwendung einer Kaltverformung zu Segmenten gebogen werden.
Durch das Verfahren gemäss der Erfindung ist es nicht nur möglich, die Herstellung solcher vergüteten Segmente im Durchlaufverfahren durchzuführen und dadurch wirtschaftlicher zu gestalten, sondern es wird der weitere Vorteil erreicht, dass die hiezu erforderlichen Anlagen in ihren Abmessungen wesentlich kleiner und daher einfacher und billiger gehalten werden können, wodurch sich gleichzeitig der erforderliche Raumbedarf erheblich vermindert. Ferner ist es durch das Verfahren gemäss der Erfindung möglich, auf das bei den bekannten Verfahren in der Regel erforderliche Nachdoftci, zu verzichten, da die endgültige Formgebung der Segmente nach Beendigung des Vergütungsverfahrens stattfindet und ein Verziehen der Profilstahl-Abschnitte in den vorangegangenen Phasen daher unbedenklich in Kauf genommen werden kann.
Von Vorteil ist ferner, dass bei Anwendung des Verfahrens wechselnde Längen der zu vergütenden Stäbe ohne Einfluss auf den Ausnutzungsgrad der Öfen bleiben und dass es ohne Mehraufwand sogar möglich ist, die übliche Unterteilung von Lieferlängen in Schnittlängen erst nach dem Vergüten vorzunehmen. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens liegt in der vollkommen gleichmässigen Härtung der Profilstahl-Abschnitte, die bei den bekannten Verfahren in der Regel deshalb nicht erzielt werden kann, weil durch die Anlagerung der Matrize an der Profiloberfläche Zonen entstehen, an welchen die Abschreckflüssigkeit nicht unmittelbar zur Wirkung kommen kann, so dass hier entweder gar keine oder nur eine unvollkommene Härtung eintritt.
Bei den bekannten Verfahren wird eine gleichmässige Härtung'demgegenüber auch deshalb erschwert, weil die Matrize die Ableitung von Dampfblasen, die ihrerseits den Zutritt der Abschreckflüssigkeit an die Werkstoffoberfläche beeinträchtigen, behindert. Der wesentliche Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung besteht'ausser der Vermeidung der vorstehenden Nachteile indessen darin, dass es auf diese Weise möglich ist, die Durchsatzleistung unter Verwendung wesentlich einfacherer und nur einen verhältnismässig kleinen Raum einnehmender Anlagen gegenüber den bekannten Verfahren erheblich zu steigern und gleichzeitig eine Materialverbesserung durch die als Folge des Durchlaufverfahrens erzielbare Gleichmässigkeit des Abschreckvorganges über die ganze Länge der Profilstäbe zu erreichen.
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Für die Massenerzeugung von Blechteilen, die einer Warmbehandlung bedürfen, ist es an sich be- kannt, die ganz oder teilweise ausgestanzten, noch nicht verformten Rohteile unmittelbar nach dem Vor- glühen in einem gemeinsamen Arbeitsgang gleichzeitig zu verformen und zu härten. Hiebei handelt es sich jedoch nur um einfache Prägeverformungen ziemlich dünnwandiger Stahlblechteile, die mit den Biei geverformungen hochstegiger Stahlprofile, beispielsweise doppel-T- oder U-förmig ausgebildeter Walz- profile, in bezug auf die Beanspruchungsverhältnisse nicht vergleichbar sind.
Dieses ist im wesentlichen auf die grundsätzlich abweichenden Formänderungsbedingungen zwischen dem Biegen hochstegiger Profile über die Steghöhe und derBiegeverformung dünnwandiger Bleche zurück- zuführen sowie auf die Tatsache, dass die Verwendung im Untertageeinsatz in Verbindung mit der hier gestellten Forderung nach mehrfach wiederholter Kaltrichtbarkeit und Wiederverwendbarkeit ausserordent- lich hohe und auf andern Gebieten der Baustahl-Verwendung nicht vorkommende Anforderungen an das Formänderungsvermögen des Werkstoffes stellt. Bei der Herstellung von Ausbauprofilen handelt es sich um einen Biegevorgang über eine sehr grosse Profilhöhe, z.
B. 120 mm (genormtes Grubenausbauprofil), bei welcher nicht nur grosse Verformungsspannungen auftreten, sondern auch die Unterschiede der Ver- formung zwischen der Zug- und Druckfaser beträchtlich sind. Man hat daher befürchtet, dass die Kalt- verformung bei diesen Profilen zu Versprödungen bzw.
Sprödrissen führt, die speziell bei Verwendung dieser Segmente im Grubenbetrieb unter allen Umständen vermieden werden müssen. Gerade in diesem speziellen Anwendungsfall ist es von grösster Wichtigkeit, dass die Ausbaurahmen ausreichend grosses
Formänderungsvermögen behalten und sich unter der Einwirkung des Gebirgsdruckes in möglichst hohem
Masse unter Vermeidung von Brüchen verformen und diese Beanspruchung mehrfach ertragen können, da ein plötzlicher Bruch solcher Ausbausegmente ausserordentlich schwerwiegende Folgen für die Sicherheit der Leute haben kann
Die vorliegende Erfindung beruht demgegenüber auf der Erkenntnis, dass im Zusammenhang mit der
Kaltverformung zwar eine Änderung der Werkstoffeigenschaften verbunden ist, in der Weise, dass mit wachsendem Verformungsgrad die Streckgrenze steigende,
die Dehnung dagegen fallende Tendenz auf- weisen, dass jedoch-wie umfangreiche Versuche bestätigt haben-die praktisch in Frage kommenden
Verformungsgrade bei der Fertigung von Streckenbögen für den Grubenausbau bei Verwendung der ange- gebenen Werkstoffe praktisch ohne Einfluss auf die Festigkeit, die Einschnürung und die Kerbschlagzähig- keit bleiben, während sich der Einfluss auf Streckgrenze und Dehnung in sehr engen Grenzen hält Der Erfindung liegt hiebei die weitere Erkenntnis zugrunde, dass eine Erhöhung der Streckgrenze im Hinblick auf die speziellen Gebrauchseigenschaften solcher Ausbauprofile durchaus einen Vorteil darstellt, wäh- rend die Verminderung der Dehnung anderseits ohne praktischen Nachteil bleibt, solange die verbleibende
Dehnung nicht unter einen Grenzwert von etwa 18% absinkt,
was indessen-wie Versuche bestätigt haben- tatsächlich nicht eintritt.
Zur Erzielung hoher Festigkeiten von länglichen, im Querschnitt runden oder ähnlichprofilierten
Werkstücken aus Stahl hat man im übrigen bereits vorgeschlagen, die Werkstücke nach dem Härten und
Abschrecken - allerdings unter Verzicht auf ein Anlassen - kalt zu verwinden. Bei diesem Verfahren, das im übrigen nur auf die Verwendung verhältnismässig weicher Stähle, z.
B. solcher mit Kohlenstoffe- halten von etwa 0. 12-0, 151o, beschränkt, d. h. also nicht bei Baustählen mit etwa 0, 300/0 Kohlenstoff, wie im Falle des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung, anwendbar ist, geht man von der an 1 ; Ïch bekannten Tatsache aus, dass durch das Härten nur eine begrenzte Festigkeitssteigerung herbeigeführt werden kann, dass es indessen möglich ist, durch eine anschliessende Kaltverformung noch eine weitere zusätzliche Festigkeitssteigerung zu erzielen. Zwar handelt es sich bei den nach diesem Verfahren her- gestellten, besonders festen Werkstücken um Vollkörper grösseren Durchmessers, z. B. von etwa 40 mm.
Jedoch wird hiebei infolge der Verdrehungsverformung nur ein verhältnismässig kleiner Verformungsgrad (grosse Ganghöhe) angewendet. Da dieses Verfahren an die Verwendung verhältnismässig weicher, niedrig gekohlter Stähle gebunden ist, lassen sich hiedurch nur begrenzte Endfestigkeiten erreichen, die in der
Regel nicht nennenswert über etwa 60 kg/mm2 < hinausgehen. Von diesem Verfahren hat man daher in der
Praxis nur dort Gebrauch gemacht, wo sich aus wirtschaftlichen Gründen nur die Verwendung weniger hochwertiger Stähle lohnt, beispielsweise für die Armierung von Betonformkörpern.
Es hat sich gezeigt, dass Grubenausbausegmente, die nach dem Verfahren gemäss der Erfindung her- gestellt sind, einer sehr hohen Wechsel-Biegebeanspruchung, z. B. einem achtzigmaligen Hin- und Herbiegen, ohne Bruchgefahr unterworfen werden können.
Zur Durchführung des Verfahrens können eine oder mehrere in Durchlaufrichtung hintereinanderge- schaltete Abschreckvorrichtungen verwendet werden, welche aus einem etwa entsprechend der Umriss- form der Walzprofile gebogenen, die Walzprofile im Abstand allseitig umgebenden Hohlkörper gebildet sind, welche auf der dem Profil zugekehrten Innenseite mit in vorzugsweise kurzem Abstand voneinander
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angeordneten, düsenartigen Öffnungen versehen und an ein Abschreckmittel, z. B. Wasser, angeschlossen sind.
In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigen : Fig. 1 eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens im Grundriss und Fig. 2 eine Abschreckvorrichtung in Ansicht, Fig. 3 die Biegevorrichtung.
Gemäss Fig. 1 werden die geraden Walzprofilstäbe 1 kontinuierlich in Längsrichtung durch einen als Durchlaufofen ausgebildeten Härteofen 2 geleitet, in welchem sie auf eine Temperatur oberhalb des Ac3Punktes des Eisenkohlenstoff-Diagramms erwärmt werden, nach dem Verlassen des Härteofens ohne Richtungsänderung durch eine ringartig ausgebildete Abschreckbrause 3 hindurchgeleitet und anschliessend nach dem Durchgang durch einen ebenfalls als Durchlaufofen ausgebildeten Anlassofen 4 in kaltem Zustand mittels einer in der Zeichnung nicht dargestellten Rollenbiegemaschine zu Segmenten gebogen. Das Kaltbiegen der vergüteten Walzprofilstäbe kann jedoch auch in z. B. verstellbaren Matrizen erfolgen.
In Fig. 1 sind Härte- und Anlassofen mit einem Rollgang zum Transport der Profilstäbe ausgerüstet, wobei die Rollen 5 zweckmässig motorisch angetrieben sind. Es ist jedoch möglich, an Stelle der Verwendung von Rollgängen auch andere Transportmittel innerhalb der Öfen zu verwenden.
Gemäss Fig. 2 ist die Abschreckvorrichtung 3 aus einem etwa entsprechend der Umrissform der Profile gebogenen, das Profil im Abstand allseitig umgebenden rohrförmigen Hohlkörper gebildet, wobei dieser auf der dem Profil zugekehrten Innenseite mit in kurzen Abständen angeordneten, düsenartigen Öffnungen versehen ist. Bei 7 ist die Abschreckvorrichtung an ein Abschreckmittel, z. B. Wasser, ange- schlossen.
Durch die Form der Abschreckvorrichtung wird erreicht, dass das Profil allseitig gleichmässig abgeschreckt wird. In Abweichung von der Darstellung können hiebei mehrere Abschreckvorrichtungen im Abstand hintereinandergeschaltet sein. Um eine sichere Führung der Profilstäbe innerhalb der Abschreck- vorrichtung 3 zu erzielen, sind zwischen dem Härteofen 2 und dem Anlass ofen 4 weitere Stützrollen 5a . vorgesehen. Die Walzprofilstäbe werden während des Vergütungsprozesses kontinuierlich in Richtung des
Pfeiles x bewegt.
Ausser dem in Fig. 2 dargestellten Rinnenprofil können selbstverständlich auch andere Profilformen verwendet werden, wobei dann die Abschreckvorrichtung 3 jeweils der Umrissform der Profile angepasst sein muss.
Ausser für die Herstellung von vergüteten Segmenten für den untertägigen Streckenausbau lässt sich das Verfahren mit Vorteil, z. B. auch für die Herstellung von Schiffsspanten oder andern bogenförmigen
Bauteilen, verwenden.
In Fig. 3 ist die dem Härteofen 2 und dem Anlassofen 4 nachgeschaltete Biegevorrichtung 8 darge- stellt. Bei dem dargestellten Beispiel besitzt die Biegevorrichtung zwei motorisch angetriebene Profil- 'rollen 9, 10, von welchen der aus dem Anlassofen kommende Profilstab 1 erfasst und durch die Biege- vorrichtung gezogen wird. Die Profilfollen 9, 10 sind mittels etwa quadratischer Ausnehmungen auf den vierkantigen Enden 9a, 10a der Antriebswellen aufgeschoben und mit diesen in Drehrichtung starr ge- kuppelt. Das Biegen der Profilstäbe 1 erfolgt mittels der in einerFührung 13 längsverschieblich geführten, lose mitlaufenden Biegerolle 11.
Die Welle der Rolle 11 ist in einem zwischen den Führungen 13 glei- tenden Gleitstück 12 gelagert, welches drehbar mit einer Spindel 14 gekuppelt ist, deren rückwärtiges
Ende mit einem Vierkant 16 ausgerüstet ist, mittels welchem die Spindel innerhalb der auf dem Tisch der Biegevorrichtung 8 fest angeordneten Mutter 15 gedreht und dabei in Längsrichtung verstellt werden kann.
Der Biegeradius des Walzprofilstabes 1 kann durch die Verstellung der Biegerolle 11 verändert wer - den.
Selbstverständlich kann das Biegen der Walzprofilstäbe 1 auch mittels anderer an sich bekannter Vorrichtungen durchgeführt werden.
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