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Verfahren und Vorrichtung zur Erhöhung der Streckgrenze und der
Festigkeit von Walzstahlerzeugnissen, insbesondere Betonbewehrungsstählen
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Erhöhung der Streckgrenze und der Festigkeit von
Walzstahlerzeugnissen, insbesondere Betonbewehrungsstählen, wie Baustahldrähten, -stäben u. dgl., fur
Armierungen von Stahlbetonbauwerken u. dgl. durch Recken auf kaltem Wege, das sich besonders durch seine Einfachheit und Wirtschaftlichkeit sowie dadurch auszeichnet, dass stets gleichmässige und ein- wandfreie Endprodukte erhalten werden.
Das Kaltveredeln zum Zwecke der Erhöhung insbesondere der Zugfestigkeit von Baustählen in Form von Drähten, Stäben od. dgl. für die Bewehrung von Stahlbetonbauten wird bisher insbesondere in der Weise durchgeführt, dass das Material entweder durch gelochte Zieheisen. gezogen oder verdreht, d. h. tordiert wird. Das erstgenannte Verfahren wird vorzugsweise von der Baustahlgewebeindustrie, das zweitgenannte bei der Herstellung von sogenanntem Torstahl angewandt.
Das Ziehverfahren hat den wesentlichen Nachteil, dass es verhältnismässig kostspielig ist. Dies beruht nicht zuletzt darauf, dass die Zieheisen relativ teuer sind. Ein weiterer Nachteil des Ziehverfahren liegt darin, dass eine erzwungene Querkontraktion entsteht, wenn das Material durch das Ziehen durch einen verengten Querschnitt unter Anwendung grosser Kräfte gezwängt wird. Diese Methode weicht vom reinen Recken durch Strecken des Materials dadurch ab, dass zusätzlich ein gewaltsames Zusammendruk- ken quer zur Achse des Materials hinzukommt. In bezug auf die Qualität des Materials verursacht dies eine unerwünschte, aber zwangsläufig in Kauf genommene Verringerung der Bruchdehnung.
Dem Ziehen eines Drahtes oder Stabes auf einen geringeren Durchmesser kommt das Kaltwalzverfahren gleich, bei dem die vorgenannten Nachteile ebenso auftreten.
Das bereits erwähnte Verdrehen des kalten Drahtes bzw. Stabes weist den Nachteil auf, dass man das Tordieren bei grossen Materiallängen nur mit entsprechend grossem Aufwand unter nicht unbeträchtlichen Schwierigkeiten durchführen kann, so dass die Wirtschaftlichkeitsfrage eine beträchtliche Rolle spielt.
Fernerhin erweist es sich als nachteilig, dass das Material dabei, ebenso wie beim Zieh- und beim Walzverfahren, über seinen Gesamtquerschnitt nicht gleichmässig gereckt wird, d. h. dass die Veredelung vom Mittelpunkt bis zur Peripherie nicht gleichmässig ist, sondern nach aussen hin zunimmt.
Man hat bereits für Bauzwecke bestimmte Stahlstäbe in einem zwei Stufen umfassenden Verfahren dadurch zu veredeln versucht, dass man den Stab in der ersten Verfahrensstufe ein-oder mehrmalig durch eine Reihe angetriebener Walzen hindurchlaufen liess, die gegeneinander versetzt angeordnet waren, während in der zweiten sich später anschliessenden Verfahrensstufe durch Aufbringen einer reinen Zugkraft ein Recken des Stahls durchgeführt wurde. Dieses bekannte zweistufige Verfahren eignet sich nicht für eine kontinuierliche Arbeitsweise, sondern nur zur Behandlung einzelner, voneinander getrennter Stäbe oder Drahtenden von beschränkter Länge und ermöglicht keine über den ganzen Materialquerschnitt und die ganze Materiallänge gleichmässige Veredelung.
Es ist ferner bekannt, einzelne Stahlstäbe an beiden Enden fest einzuspannen und zwischen den Einspannstellen mit Hilfe eines gewölbten Prägestempels zu verbiegen. Dabei überlagern sich in dem Stab an der von dem Stempel beeinflussten Stelle Zug- und Biegespannungen derart, dass sich an der dem Krümmungsmittelpunkt der Prägestempelwölbung zugewandten Faser Zug- und Druckspannungen etwa
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aufheben, so dass hier in der Regel eine ganz geringe Reckung stattfindet. In einem anschliessenden zwei- ten Verfahrensschritt wurde anschliessend der bearbeitete Stab einer einfachen Geradrichtung unterzogen.
Deshalb konnte auch bei diesem bekannten, intermittierend arbeitenden Verfahren keine gleichmässige
Veredelung des Materials über seinen gesamten Querschnitt und seine gesamte Längs erzielt werden.
Eine kontinuierliche Arbeitsweise war mit diesem bekannten Verfahren nicht möglich.
Den bekannten Verfahren zur Kaltveredelung von Baustahldrähten bzw. -stäben gegenüber weist das- jenige gemäss der Erfindung den Vorteil auf, dass es kontinuierlich bei endlosem Material durchgeführt werden kann, einfach und über den gesamten Materialquerschnitt gleichmässig wirksam ist, und dass man gegebenenfalls auch Materialien von nicht gleichbleibendem Querschnitt, wie z. B. Querrippenstähle, veredeln kann.
Das erfindungsgemässe Verfahren besteht darin, dass man die Erzeugnisse in einem kontinuierlichen
Vorgang durch eine in an sich bekannter Weise von Biegerollen mit wenigstens zwei, in entgegengesetz- ten Richtungen verlaufenden Krümmungen gebildete Führungsbahn mit einer entsprechenden Anzahl von Rollen von entsprechendem Durchmesser mit einer solchen Zugkraft zieht, dass die bei der Überwindung des dem Durchziehen entgegengesetzten Widerstandes entstehende Zugspannung in der Innenfaser der Krümmungen den durch die Biegung dort entstehenden Stauchdruck in bekannter Weise kompensiert, so dass eine über den ganzen Querschnitt gleichmässige Reckung erzielt wird.
Um dies zu erreichen, ist der Krümmungs- bzw. Biegungsradius verhältnismässig klein gehalten.
Dieser entspricht etwa dem 4- bis 10fachen, vorzugsweise etwa dem 5-bis 7fachen, des Drahtdurchmessers. Versuche haben gezeigt, dass diese Werte sehr günstig sind, um zu dem erstrebte Ergebnis zu kommen. Besonders zweckmässig ist es, den Krümmungs- bzw. Biegungsradius so gross bzw. klein zu machen, dass das dem Krümmungs- bzw. Biegungsmittelpunkt zugekehrte Randmaterial des Drahtes bzw.
Stabes nicht oder nur in geringem Masse gereckt wird, so dass die Reckung über den Querschnitt des Materials gleichmässig ansteigt. Bei der nachfolgenden, entgegengesetzten Biegung bzw. Krümmung des Drahtes bzw. Stabes liegen die Verhältnisse umgekehrt, so dass dadurch schliesslich ein über den gesamten Querschnitt völlig gleichmässig gerecktes Material erhalten wird, das sich durch eine gleichmässige, gute Qualität und günstige Festigkeitswerte auszeichnet.
Der Grad der Umschlingung der Kreislinien um die Krümmungs- bzw. Biegungsmittelpunkte durch den Draht u. dgl. sollte möglichst gross sein ; er richtet sich insbesondere nach dem Mass der gewünschten Reckung und beträgt vorzugsweise etwa 15 - 1800. Wird der Draht bzw. Stab nur zweimal in entgegengesetzter Richtung gekrümmt bzw. gebogen, so hat es sich als zweckmässig erwiesen, Umschlingungswinkel von etwa 90 bis 180 zu wählen. Erfolgt die Krümmung bzw. Biegung viermal oder auch sechsmal hintereinander, so ist der Umschlingungswinkel zu verkleinern, u. zw. bis zu etwa 15 , um dennoch die gewünschte Reckung zu erhalten, da der Widerstand bei mehrfachem Biegen mit kleinerem Umschlingungswinkel denselben Wert ergibt wie ein zweimaliges Biegen bei grösseren Umschlingungswinkeln.
Es verdient noch Erwähnung, dass es an und für sich bereits bekannt ist, durch schwaches Hin- und Herbiegen von Drähten bzw. RundstäLlen diese zu entzundern. Üblicherweise wird dies dadurch erreicht, dass man den Draht od. dgl. über zwei Rollen laufen lässt, deren Achsen zueinander um 90 verdreht sind.
Weiterhin ist es bereits bekannt, durch öfteres Hin- und Herbiegen eine Verfestigung des Materials zu erreichen. Bei diesen Massnahmen handelt es sich aber nicht um solche, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind, da bei diesen das sehr wesentliche Recken fehlt. Schliesslich ist zum Stand der Technik das Geraderichten von Drähten und Stäben mit Hilfe der bekannten Rollenrichtapparate zu nennen, da die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens eine entfernte Ähnlichkeit mit den Rollenrichtapparaten aufweist ; bei letzteren findet aber nur ein ganz minimales Hin- und Herbiegen statt, was aber etwas grundsätzlich anderes darstellt, als das Recken des.
Materials in der erfindungsgemässen Weise mit dem Ziel der Veredelung des Materials, um ein absolutes gleichmässiges Ergebnis über die gesamte Länge des Erzeugnisses zu erhalten.
Der Vorgang bei dem erfindungsgemässen Veredelungsverfahren ist wie folgt zu erklären : Der über die erste Rolle gezogene Draht erfährt bereits infolge eines entsprechend grossen Unischlingungsgrades über einen entsprechend grossen Kreisbogen nicht allein eine reine Biegung, weil er einer starken Biegung einen erheblichen Widerstand entgegensetzt, dessen Überwindung Zugkräfte in Längsrichtung erfordern. Bei der zweiten Rolle, über die der Draht bzw. Stab gezogen wird und bei der diese üblicherweise in entgegengesetzter Richtung gebogen werden, tritt diese Erscheinung in noch weit stärkerem Masse auf. Eine weitere'Steigerung ergibt sich bei der dritten und vierten Rolle. Beim Ziehen über die erste Rolle verlagert sich die neutrale Faser von der Mitte gegen den Krümmungs- bzw. Biegungsmittelpunkt hin in
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die inneren Randschichten.
Dementsprechend werden die nach aussen zu liegenden Fasern umso stärker gereckt.
Wird dieser Vorgang in entgegengesetzter Richtung wiederholt, so erfahren die zuvor wenig oder überhaupt nicht gereckten Fasern eine maximale Reckung, insgesamt wird aber ein absolut gleichmässi- ges Recken des Materials über den gesamten Querschnitt und damit eine Verlängerung um einen ge- wünschen Verhältniswert, beispielsweise von 5,10, 20%, erzielt. Bei einer Veredelung von Material mit einer Streckgrenze von zirka 2500 kg/cm2 auf zirka 5000 kg/cm2 beträgt die Zugkraft zirka
2500 kg/cm2 ; sie entspricht also der Grössenordnung der Streckgrenze des Ausgangsmaterials.
Erfahrungsgemäss lässt sich, wie Versuche zeigten, jeder Reckungsgrad innerhalb geringer Toleranz- grenzen erreichen, so dass man praktisch jede gewünschte Vergütung erzielen kann. Dies hängt von der
Anzahl der Rollen ab, über die der Draht gezogen wird, vom Durchmesser der Rollen und von deren Um- schlingungsgrad. Zweckmässigerweise wird so vorgegangen, dass man den Durchmesser der Rollen unver- ändert lässt und zunächst den Umschlingungsgrad ändert und empirisch die zweckentsprechende Einstel- lung der Rollen zueinander bzw. den entsprechenden Umschlingungsgrad ermittelt, bei dem die ge- wünschte Reckung erhalten wird. Dabei ist zu beachten, dass auch die Zusammensetzung des Materials und dessen Stärke eine gewisse Rolle spielt.
Die zur Durchführung des Verfahrens dienende Vorrichtung kann an und für sich beliebiger Art sein.
Voraussetzung ist lediglich, dass der Zweck in der erfindungsgemässen Weise erreicht wird. Als besonders vorteilhaft hat sich jedoch eine Vorrichtung erwiesen, deren besonderes Kennzeichen darin besteht, dass mehrere, jeweils zwei ein Paar bzw. eine Gruppe bildende Umlenkrollen, deren Achsen parallel zuein- ander und senkrecht zur Hauptzugrichtung des Drahtes liegen, hintereinander angeordnet sind und vor- zugsweise senkrecht zur Hauptzugrichtung verstellbar sind, um auf diese Weise den Umschlingungswinkel in gewünschter Weise einstellen zu können. Bei Anordnung von zwei Paaren bzw. Gruppen von Rollen sind die Rollenachsen der zweiten Gruppe zu den Rollenachsen der ersten Gruppe gegebenenfalls um 900 verdreht.
Ein Rollenpaar bzw. eine Rollengruppe ist vorteilhafterweise auf einer drehbaren Scheibe gelagert, die in gewünschter Lage festgestellt werden kann, so dass man durch Drehen der Scheibe um einen bestimmten Winkel gleichfalls den Umschlingungswinkel der Rollen mühelos einstellen kann. Die Rollen der Vorrichtung sind vorteilhafterweise auswechselbar gelagert, um den Durchmesser gegebenenfalls jeweils der Stärke des zu reckenden Materials anpassen zu können.
In der Zeichnung sind zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele einer zur Durchführung des erfindunggemässen Verfahrens dienenden Vorrichtung schematisch dargestellt. Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau an Hand einer einfacheren Vorrichtung mit 2 Umlenkrollen für den zu rechenden Draht ; Fig. 2 eine Vorrichtung mit 2 Rollenpaaren.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, trägt die drehbar gelagerte Scheibe 1 die beiden Rollen 2 und 3, über die der mittels verstellbarer Leitrollen geführte Draht 4 gezogen wird. Am Rande der Scheibe 1 befindet sich eine Gradeinteilung 5 und dieser gegenüber eine Marke 6, um eine genaue Einstellung der Winkellage der Scheibe 1 vornehmen zu können.
Zum Festklemmen der Scheibe 1 können bekannte Mittel dienen, z. B. entweder in entsprechende Rasten am Umfang der Scheibe eingreifende Sperrklinken oder eine axial festgelegte, drehbare Schnekke, die in eine Umfangsverzahnung der Scheibe 1 eingreift, oder andere.
Eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung ist in Fig. 2 dargestellt, bei der zwei Rollenpaare hintereinander angeordnet sind. Der Draht 7 wird über Leitrollen 8 aus den Rollen 9 und 10 des ersten Rollenpaares, das auf einer dreh-und verstellbaren Scheibe 11 gelagert ist, und dann über das zweite Paar Rollen 12 und 13 auf der Scheibe 14 geführt, um anschliessend die Richtrollen 15 zu passieren. Zur Erleichterung der Einstellung der Winkellage der Scheiben 11 und 14 dienen die Skalen 16 bzw. 17 und die entsprechenden zugehörigen Marken 18 und 19. Die beiden Scheiben 11 und 14 liegen hier in der gleichen Ebene.
Bei einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform ist die Scheibe mit dem zweiten Rollenpaar gegenüber der Scheibe mit dem ersten Rollenpaar um 900 verdreht ; zwischen den beiden Scheiben sind dann noch zwei Leitrollen vorgesehen.
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