<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren zur Herstellung von Rollen aus Metallbahnen, wie Gittern, streifenförmigen Bewehrungselementen usw.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Rollen aus Metallbahnen, wie Gittern, strei- fenförmigen Bewehrungselementen usw. Da Gitter u. dgl. in vielen Anwendungsfällen, z. B. als Beweh- rungen, einerseits in möglichst langen Bahnen in den Handel kommen sollen, um auch grosse Baulängen stossfrei überbrücken zu können, anderseits aber beim Transport möglichst wenig Platz einnehmen sollen, besteht das Bedürfnis, solche Metallbahnen in Rollen von möglichst kleinem Durchmesser aufzuwickeln.
Wird nun aber der Aufwickeldurchmesser so klein gewählt, dass die Metallbahn beim Aufwickeln plastisch verformt wird, so bleibt die Metallbahn nach dem Entrollen gekrümmt, was in vielen Anwendungsfällen zu Schwierigkeiten führt. Man war deshalb bisher z. B. gezwungen, zum ebenen Verlegen bestimmte
Gitter entweder doch in relativ kurzen Matten oder in Rollenform mit grossem Durchmesser an den Verlegungsort zu bringen.
Die Erfindung befasst sich nun mit der Aufgabe, ein Verfahren zu schaffen, das es ermöglicht, ebene
Metallbahnen mit relativ kleinem Durchmesser einzurollen, ohne dass diese Bahnen nach dem Entrollen eine Verformung gegenüber dem ursprünglichen, ebenen Zustand zeigen. Sie geht von der Tatsache aus, dass die bei Verformung, insbesondere Biegung, von Bahnen aus Metall nach Erreichen der Elastizität- grenze auftretenden zusätzlichen Dehnungen und Stauchungen bei den meisten Metallen, insbesondere den kaltverformten Metallen, nur teilweise plastische, zum andern Teil aber elastische Formänderungen sind.
Wird also eine Metallbahn so weit gebogen, dass in ihren äusseren Fasern plastische Verformungen auftreten, so ist der sich bei Entlastung, ergebende Rückfederungsweg des Bahnendes in die neue, durch die plastische Verformung veränderte Entlastungsruhelage grösser als der Rúckfederungsweg bei einer Bie- gung, bei der die Randfasern knapp bis an die Elastizitätsgrenze belastet werden.
Die Erfindung fusst nun auf der Überlegung, dass eine dermassen bleibend vorgekrümmte Metallbahn zum Ausgleich ihrer Verkrümmung infolge der im plastischen Verformungsbereich zusätzlich auftretenden elastischen Verformungen gegensinnig zur ersten Biegung weiter durchgobogen werden muss, als der Sum- me der Krümmung bis zum Erreichen der Elastizitätsgrenze und der auszugleichenden plastischen Vor- krümmung entspricht.
Gemäss der Erfindung werden diese Verhältnisse in der Weise ausgenützt, dass die Metallbahn zuerst in Rollrichtung mit bestimmter bleibender Verformung vorgekrümmt und anschliessend im Gegensinn zu einer Rolle mit solchem Durchmesser gewickelt wird, dass die dabei auftretenden plastischen Formände- rungen zumindest angenähert die gleiche Grösse wie die entgegengesetzt gerichteten plastischen Form- änderungen bei der Vorkrümmung haben und so diese zumindest teilweise ausgleichen.
Auf diese Weise ergibt sich eine beim Entrollen in eine praktisch ebene Metallbahn auslaufende Rolle mit einem Aussendurchmesser, der bedeutend kleiner ist als jener einer Rolle, die aus einer ebenen Bahn gleicher Dimensionen ohne plastische Verformungen herstellbar ist.
Es sei darauf hingewiesen, dass es schon bekannt ist, vorgebogene, z. B. zusammengerollte, Metall- bahnen durch Biegen im Gegensinn über eine Rolle od. dgl. wieder geradezurichten. Dabei wird aber nicht das Formänderungsverhalten zur Bildung einer möglichst kleinen, sich aber ohne Hilfsmittel eben entrol- lenden Rolle ausgenützt, sondern bloss die-z. B. nach Entrollen einer Rolle - auftretende Verformung durch eine entsprechende Gegenverformw1g mit Hilfe eines Werkzeuges ausgeglichen.
<Desc/Clms Page number 2>
Besonders vorteilhaft ist die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens auf Bewehrungen, die in Rollrichtung verlaufende Stäbe aus einem kaltgewalzten Stahl aufweisen, der keine ausgeprägte Streckgrenze aufweist. Bei Verformung solcher Stäbe im plastischen Bereich treten nämlich noch erhebliche elastische Formänderungen auf, so dass durch das erfindungsgemässe Verfahren ebenflächig auslaufende Rollen gewickelt werden können, die im Vergleich zu bisher erzielbaren Rollen dieser Art bedeutend kleineren Rollendurchmesser aufweisen.
In den meisten Fällen wird es genügen, wenn bei der Vorkrümmung die in den sich plastisch verformenden Querschnittszonen auftretenden Spannungen die Fliessgrenze nicht erreichen. Es ist auch vorteilhaft, beim Wickeln von Rolfen mit grosser Windungszahl das Ausmass der Vorkrümmung der Metallbahn entsprechend dem grösser werdenden äusseren Rollendurchmesser allmählich oder stufenweise zu vermin-
EMI2.1
viellagigen Wickeln die äusseren Lagen zu wenig eingerollt werden, um die Vorkrümmung ausgleichen zu können, so dass diese beim Ausrollen unerwünscht noch teilweise erhalten ist.
Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung und eines Zahlenbeispieles näher erläutert. Die Zeich- nung stellt das Spannungs-Dehnungs-Diagramm für einen kaltverformten Stahl, wie z. B. kaltgezogenen
Draht dar, wobei die Linie a den Verlauf der Spannung in Abhängigkeit von den Formänderungen beim
Zug-und Druckversuch angibt. Aus dem Verlauf dieser Linie ist zu ersehen, dass die Verformungen eines derartigen Stahls bis zum Erreichen der Elastizitätsgrenze E gemäss dein Hook'schen Gesetz erfolgen und nach Überschreiten dieser Grenze bei weiter zunehmender Spannung stärker als proportional erfolgen, wobei nur die zusätzlich zu den spannungsproportionalen Verformungen auftretenden Formänderungen bleibend sind, weil die Spannungs-Dehnungs-Linie bei Entlastung immer parallel zu ihrem Anfangsteil im elastischen Bereich verläuft.
Der stark ausgezogene Linienzug 0-1-2-3 zeigt mit Hilfe von Richtungpfeilen den Spannungs-Dehnungs-Verlauf einer äusseren Faser einer Metallbahn (an der inneren Faser ergeben sich die gleichen Verhältnisse mit umgekehrten Vorzeichen), wenn sie nach dem erfindungsgemä- ssen Verfahren zu einer Rolle gewickelt wird. Bei der Vorkrümmung im Gegensinn zum anschliessenden Wickeln treten in dieser Faser zunächst (vgl. die Linie 0 - E) bis zum Erreichen der Elastizitätsgrenze E nur elastische Verformungen e (Zusammendrückung) auf. Erfindungsgemäss wird die Vorkrümmung aber über die Elastizitätsgrenze hinaus so weit fortgesetzt (vgl. die Linie E - 1), dass in dieser Faser nach der Entlastung (vgl. die Linie 1 - 2) eine plastische Formänderung (Stauchung) EVp verbleibt.
Dieser Form- änderung entspricht eine bleibende Krümmung der Metallbahn mit bestimmtem Krümmungsradius. Beim Wickeln soll nun die betrachtete Faser in Gegenrichtung so weit verformt werden, dass die von der Vorkrümmung bewirkte plastische Verformung EVp (Stauchung durch Zugbeanspruchung) aufgehoben wird (die Spannungs-Dehnungs-Linie soll also nach Entlastung im Nullpunkt enden).
Um dies zu erreichen, muss der Faser eine die plastische Verformung (Stauchung) ausgleichende Gesamtverformung EW erteilt werden, die betragsgleich, aber gegensinnig zur elastischen und plastischen Gesamtverformung EV bei der Vorkrümmung ist (vgl. die Linie 2 - 3). Aus dem Diagramm ist nun ersichtlich, dass diese notwendige Verformung eW grösser ist als die Summe der auszugleichenden plastischen Verformung yp und einer vom Nullpunkt bis zur Elastizitätsgrenze erfolgenden elastischen Verformung g. Der maximalen elastischen Verformung entspricht ein minimaler Krümmungsradius, der beim Einrollen einer ebenen Metallbahn noch zulässig ist, ohne dass bleibende Verformungen (Krümmungen) auftreten.
Um die erfindungsgemäss durch die Vorkrümmung eingeführten plastischen Verformungen auszugleichen, muss ausser der erwähnten Summe von Verformungen noch eine zusätzliche Verformung E erfolgen ; zur Erzielung dieser Verformung muss die Metallbahn stärker gebogen werden als bei Biegung unter rein elastischer Verformung.
Die Grösse von EZ stellt daher einen Gewinn an zusätzlich zulässiger Verformung dar, so dass sich ein zulässiger Biegeradius ergibt, der nicht dem Wert p, sondern der Summe ES + 67 entspricht. Beim Entrollen der vorgekrümmten und sodann mit einem der Summe E + Ezentsprechenden Radius gegensinnig aufgewickelten Metallbahn (vgl. die Linie 3-0) verschwinden alle plastischen Verformungen und die entrollte Metallbahn ist daher eben.
Das nun folgende Beispiel, das sich auf das Wickeln von Drahtgittern bezieht, zeigt, dass mit Hilfe des erfindungsgemässen Verfahrens bedeutend kleinere Wickeldurchmesser als bisher erzielbar sind.
Bekanntlich entspricht die Längendehnung pro Längeneinheit eines gebogenen Drahtes in der äussersten Faser dem Verhältnis zwischen dem Durchmesser des gebogenen Drahtes und dem Biegedurchmesser :
EMI2.2
<Desc/Clms Page number 3>
Es lässt sich daher bei gegebenem Drahtdurchmesser und bei gewählter maximaler Drahtdehnung in der äussersten Faser der zulässige Biegedurchmesser errechnen :
EMI3.1
Bei den bisher angewendeten Wickelverfahren für Gitter wurde dieses von einer geraden Längserstreckung ausgehend, aufgewickelt ; dabei erhält man aber nur dann eine wieder ebenflächig auslaufende Rolle, wenn der Draht durch die Krümmung bei der Wicklung nicht über seine Elastizitätsgrenze beansprucht wird.
Nimmt man als Beispiel ein Gitter mit in Längsrichtung verlaufenden Stäben aus gewalztem Stahl mit einer Elastizitätsgrenze von 4900 kg/cm bei einer Dehnung E von 2, 3316, so ergibt sich der Wickeldurchmesser mit :
EMI3.2
Erfindungsgemäss erfolgt nun das Wickeln aber erst nach einer bleibendengegensinnigen Vorkrilm- mung des Gitters in bestimmtem Ausmass, indem das Gitter z. B. durch eine in bekannter Weise ausgebildete Biegevorrichtung geführt wird.
Im vorliegenden Beispiel soll der Radius bei der Vorkrümmung so
EMI3.3
Der notwendige Krümmungsradius zur Erreichung dieser Dehnung beträgt daher :
EMI3.4
Da bei kaltverformte Stählen die Streckgrenze definitionsgemäss diejenige Stahlspannung darstellt, welche eine bleibende Dehnung von 2%"bewirkt, ergibt sich, dass nach Aufbringung der Vorkrümmung mit dem Krümmungsdurchmesser D = 192 d, sich die Drähte im entlasteten Zustand unter Vernachlässi-
EMI3.5
EMI3.6
zurückbiegen werden.
Die Wicklung selbst wird nun erfindungsgemäss so vorgenommen. dass diese in den Aussen- bzw. Innenfasern eine entgegengesetzt zur vorhergehenden Verformung gerichtete bleibende Verformung (Dehnung bzw. Stauchung) von ebenfalls 2 alm zur Folge hat, d. h. dass der Stahl in seiner äussersten Faser wieder bis an die Streckgrenze, aber im entgegengesetzten Sinn, beansprucht wird und so die Verformung der Vorkrümmung ausgleicht.
Da die der Streckgrenze zugeordnete Dehnung in den Randfasern 5, 2%" beiträgt und der Draht infolge der Vorkrümmung ohne Berücksichtigung von Verformungen infolge elastischer Kräfte einen der Dehnung yap von 2%oc entsprechenden Krümmungsradius aufweist, darf der Draht mit einem Radius gewickelt werden, der einer Dehnung von 5, 2 minus 2 = 3, 2% w (= E + y) beim Wickeln aus der Geraden entspricht. Daraus ergibt sich der zulässige Wickeldurchmesser bei dem erfindungsge- mässen Verfahren mit
EMI3.7
Der minimale Wickeldurchmesser, bei welchem die Rolle noch eben ausläuft, beträgt also statt 430 d nur noch 313 d.
Es ist somit eine Verkleinerung des kleinsten zulässigen Rollendurchmessers um ungefähr ein Drittel erzielt worden.
Die in dem vorhergehenden Beispiel angeführten Werte sind ausserdem etwas zu ungünstig, weil nicht berücksichtigt ist, dass bei jedem Biegungszustand eine mittlere Zone verbleibt, in der nur elastische Verformungen auftreten und in der rückbiegende, also der Krümmung entgegengesetzt gerichtete Kräfte im Querschnitt auftreten. Es kommt deshalb bei Biegungen mit Beanspruchungen über die Elastizitätsgrenze eine der Dehnung entgegengesetzt gerichtete elastische Spannung zur Auswirkung, welche die Randdeh- nungen vermindert und somit auch die verbleibende Krümmung kleiner macht als die Rechnung ohne Be-
<Desc/Clms Page number 4>
rücksichtigung der elastischen Kräfte ergibt.
Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren pr, ktlsch er- zielbaren Wickeldurchmesser sind daher tatsächlich etwas kleiner als den gemäss dem Beispie errechne- ten entspricht. Genauer betrachtet hängt diese Verminderung sehr wesentlich von der Querschnittsform ab, wie beim beispielsweisen Vergleich von einem Kreisquerschnitt und einem Doppel-T-Querschnitt ver- ständlich wird. Beim Doppel-T-Querschnitt liegt nämlich der Grossteil der Querschnittsfläche nahe den
Aussenfasern, so dass bei Biegung mit plastischer Formänderung diese Teile verformt werden, wogegen der schmale Steg dieses Querschnittes, der zum Teil noch im elastischen Bereich liegt eine geringe Kraft zur Gegenkrummung erzeugen kann.
Beim Kreisquerschnitt ist es dagegen umgekehrt, weil dabei ein Grossteil der Querschnittsfläche nahe der Nullinie im Bereich der elastischen Verformung liegt. Daher ist bei Rundstahl die der bleibenden Formänderung entgegenwirkende Kraft wesentlich grösser als bei Stäben mit Doppel-T-Querschnitt ; deshalb kann auch der Runddraht unter der Bedingung, dass er nachhergerade ablaufen soll, stärker gekrümmt werden als ein Stab mit doppel-T-förmigem Profil.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Rollen aus Metallbahnen, wie Gittern, streifenförmigen Bewehrungselementen usw., dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbahn zuerst in Rollrichtung mit bestimmter bleibender Verformung vorgekrümmt und anschliessend im Gegensinn zu einer Rolle mit solchem Durchmesser gewickelt wird, dass die dabei auftretenden plastischen Formänderungen zumindest angenähert die gleiche Grösse wie die entgegengesetzt gerichteten plastischen Formänderungen bei der Vorkrümmung haben und so diese zumindest teilweise ausgleichen.