Verfahren und Vorrichtung zum Vergüten von Metallstangen. Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbesserung der Festigkeitseigenschaften von runden Metall stangen, z. B. Rundeisen, durch Kaltbearbei tung.
Es ist bekannt, dass durch eine Kaltbear beitung, welche Schubspannungen,oder Nor malspannungen (Zug- oder Druckspannun gen) hervorruft, deren Wert den der Fliess- grenzenspannung übersteigt, die Fliessgrenze und auch die Festigkeit der meisten Metalle erhöht werden. In sämtlichen Fällen, wo die Erhöhung der Festigkeitswerte durch Kalt bearbeitung erfolgt, hat es sich als vorteil haft erwiesen, beide Arten von Spannungen gleichzeitig zu erzeugen. So wurden bei der Verfestigung von Betoneiseneinlagen die Schubspannungen durch Torsion und die Normalspannungen durch Strecken der Stan gen mittels Gewichte oder dergl. erzeugt.
Diese Verfahrensweise war auch deshalb notwendig, weil die Torsion eine Verlänge- rung der Stangen, eine Vergrösserung ihrer ursprünglichen Abweichungen von der Ge raden, und auch andere Unregelmässigkeiten herbeiführen kann.
Wenn Eisenstangen dem genannten Ver- edelungsprozess unterworfen werden, ist die Gleichförmigkeit des Erzeugnisses durchaus nicht gesichert, weil durch diese B.elastungs.- weise, je nach den verschiedenen Festigkeits werten, in den einzelnen Querschnitten des Materials verschiedene Grade der Kaltbear beitung erzielt werden.
Dies ist zum Teil der sogenannten Seigerung, d. h. jener Erschei nung zuzuschreiben, dass während des Wal- zens der Stangen der Kohlenstoff, die Schlacke oder dergl. mehr nach der Stangen mitte hin wandert, so dass das Material an dieser Stelle andere Festigkeitseigenschaften aufweist, wie in den Randschichten der Stange.
Das Verfahren gemäss der Erfindung be zweckt, diese Nachteile zu beheben, und be- steht darin, dass die Stange kalt gebogen und mindestens von einer Seite aus um ihre gekrümmte Längsachse gedreht wird. Da durch wird jeder Querschnitt der Stange um eine Achse rotiert, die annähernd in die Tan gente der gekrümmten Längsachse an der Stelle des betreffenden Querschnittes fällt, wobei die Längsachse im Raume stillstehen oder gegebenenfalls Schwingungsbewegun gen vollführen kann.
Es ist zweckmässig, zunächst die Biegung der Stange zu bewirken und die bereits ge bogene Stange der rotierenden Bewegung zu unterwerfen. Mitunter kann aber auch zweckmässig sein, die Biegung und Drehung der Stange gleichzeitig erfolgen zu lassen.
Die Winkelgeschwindigkeit der rotieren den Stoffteilchen kann längs der Stange kon stant oder auch veränderlich sein; im letzte ren Falle wird selbstverständlich eine Tor sion der Stange hervorgerufen.
Die Biegung der Stange kann mit blei bender Formänderung erfolgen; es ist aber auch möglich, dass sie nur elastische Span nungen hervorruft.
Bei der Ausführung des Verfahrens kann die Kriimmungskurve entweder nahezu in einer Ebene liegen, oder aber eine räumliche Kurve darstellen.
Des weiteren kann die Biegung der Stange durch das Eigengewicht oder durch mechanische Mittel oder durch beide hervor gerufen werden.
Die vorteilhafte Wirkung des Verfahrens kann theoretisch etwa wie folgt erläutert werden; Es ist eine bekannte Tatsache, dass beim Biegen einer Stange in den Fasern, die in oder neben der Momentenebene liegen, Normal spannungen entstehen, welche am Rand der Stange den grössten Wert haben und sich gegen die neutrale Ebene hin bis auf Null vermindern, während in der neutralen Ebene Schubspannungen mit maximalem Wert her vorgerufen werden, die dann gegen den Rand zu verschwinden.
Wird nun eine Stange kalt gebogen und im gebogenen Zustande an beiden Enden in drehbare Spannbacken derart eingespannt; dass die Drehachsen derselben annähernd in die Tangente der Krümmungskurve fallen, und werden dann die Spannbacken in glei chem Sinne mit gleicher Winkelgeschwindig keit gedreht, so bewegt und verhält sich die Stange ähnlich wie eine flexible Welle.
Bei dieser Drehung der gebogenen Stange wer den die Stoffteilchen einer wiederholten Be anspruchung unterworfen, wobei infolge der Drehung die durch diese Beanspruchung her vorgerufenen Spannungen sich an jeder Stelle des Stabes im ganzen Stabquerschnitt gleich mässig verteilen, derart, dass in der Mitte die Schubspannungen und gegen den Rand zu die Normalspannungen entstehen. Durch die wiederholte und alternative Verschiebung und Beanspruchung der Stoffteilchen beim Drehen der gekrümmten Stange wird eine Verfestigung des Materials auch bei verhält nismässig kleinen Formänderungen herbeige führt,
jedoch ist erforderlich, dass bei Bie gung des Stabes die Fliessgrenze überschrit ten wird, d. h. die Biegung mit bleibender Formänderung erfolgt. Die Verbesserung, die in den Festigkeitseigenschaften des Materials herbeigeführt wird, ist sowohl vom Krüm- mungsradiu8 der Krümmungskurve als auch von der Zahl. der aufgewendeten Umdrehun gen abhängig. Die einer Biegung über die Fliessgrenze unterworfenen Stangen können nachträglich gerichtet werden.
Wird jedoch die Stange derart gedreht, dass sich die Winkelgeschwindigkeit längs derselben ändert, die Stange also auch eine bleibende Torsion erleidet, so kann die Bie- gungsbeanspruchung im elastischen Bereich gewählt werden, weil ja eine bleibende Formänderung durch die Torsion herbeige führt wird. In diesem Falle weist das Ver fahren den grossen Vorteil auf; dass' die Not wendigkeit, die Stangen z. B. durch Ge wichtsbelastung zu streeken, entfällt.
Der Umstand, dass die Normalspannungen ab wechselnd als Zug- und Druckspannungen erzeugt werden, führt ein Richten der Stange herbei und die örtlich verschiedenen Eigen schaften des Materials werden ausgeglichen. Die Schwingungsbewegung der geboge nen Stange während der Drehung kann in dem Falle erfolgen, wenn die Stangenachse so gebogen ist, dass die Krümmungskurve In flexionspunkte aufweist, oder wenn eine oder beide Spannbacken periodisch bewegt wer den.
Die Vorrichtung gemäss der Erfindung zur Ausführung des Verfahrens besitzt zwei Geräte zum Erfassen der Stange und zum Biegen derselben, von welchen zumindest das eine drehbar angeordnet ist.
Die genannten Geräte können durch zwei zum Fassen der Stangenenden dienende Spannorgane gebildet werden, die eo ange ordnet sind, dass die Achsen der eingespann ten Stangenenden miteinander einen Winkel einschliessen, und von welchen zumindest das eine mit einem drehbar angeordneten Schaft versehen ist. Dabei kann zumindest eines der Spannorgane schwenkbar und/oder verschieb bar angeordnet sein.
Um den Zeitverlust zu vermeiden, wel- ch-er durch das Einlegen und Ausheben der einzelnen Stangen entsteht, kann die Vor richtung auch für stetigen Betrieb eingerich tet sein. In diesem Falle können -die genann ten Geräte durch zwei zum Fassen, Biegen und zur Förderung der Stange dienende Drehwalzenaggregate gebildet werden, deren Förderrichtungen miteinander einen Winkel einschliessen und von welchen zumindest das eine als Ganzes um die Stange als Drehachse rotiert.
In der Zeichnung sind einige Ausfüh rungsbeispiele der Vorrichtung schematisch dargelegt. Es zeigen: Fig. 1 die Seitenansicht einer Ausfüh rungsform, Fig. 2 einen Schnitt nach Linie II-II der Fig. 1, Fig. 3 eine Abänderung des Spann- organes, Fig. 4 die Seitenansicht und Fig. 5 die Draufsicht einer andern Aus führungsform, Fig. 6 die Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform für stetigen Betrieb.
In der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 sind die Enden der Stange g in zwei Spannbacken 7, 7' mit Schäften 8, 8' einge spannt. Die Schäfte sind in den Lagerbüch sen 9, 9' drehbar angeordnet, wobei ihre Drehachsen miteinander einen Winkel ein schliessen und in der Ebene der gewünschten Krümmungskurve liegen. Die Büchsen 9, 9' sind um je eine zur genannten Ebene senk rechte (in diesem Falle horizontale) Achse schwenkbar angeordnet, derart, dass sie Dreh zapfen 25 besitzen, die in Lagern 10, 10' ge lagert sind. Die letzteren sind an den Grund platten 11, 11' verschiebbar angeordnet.
Bevor die Spannbacken in Drehung ver setzt werden, sind alle verschiebbaren und schwenkbaren Teile in der gewünschten Lage zu befestigen. Man kann eine oder beide Backen antreiben, auch kann nur eine der Backen drehbar ausgebildet sein, während die andere feststehend angeordnet ist. Wird nur eine der Backen angetrieben, während die andere feststeht, so wird eine Torsion der Stange herbeigeführt.
An Stelle der Spannbacken können auch andere Mittel zum Fassen der Stangenenden verwendet werden. Bei der Abänderung nach Fig. 3 ist an beiden Enden der Stange g je ein Haken 12 gebildet, der einen Bolzen 13 umfasst, welcher aus einem am Schaft 8 vor gesehenen Block 14 herausragt. Die Verbin dung :des Hakens 12 mit dem Bolzen 13 ist durch einen Keil 15 gesichert, der in den Bolzen 13 eingelassen ist.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 und 5 wird die Stange g in einer horizon talen Ebene gebogen. Die Spannbacken sind in ähnlicher Weise ausgebildet, wie in Fig. 1, sind aber in einer horizontalen Ebene angeordnet, wobei ihre Achsen einen Winkel miteinander einschliessen, wie die Fig. 5 zeigt. Für die Unterstützung und Führung der Stange g sind Horizontalflächen- 17 vor gesehen, die aus einer Grundplatte 16 her ausragen.
Wird nun die Stange mittels der Spannbacken 7, 7' angetrieben, so wälzt sich die Stange an den Flächen 17 und durch biegt sich, wobei .sich die Ungleichmässigkei- ten der Stange ausrichten und eine Verlänge rung der Stange stattfindet. Die Achsen der Spannbacken können auch in einer Geraden liegen, wobei die Krümmungskurve der ge bogenen Stangenachse zwei Inflexionspunkte aufweist.
In Fig. 6 ist eine Ausführungsform für stetigen Betrieb schematisch dargelegt. Sie besteht aus zwei Drehwalzenaggregaten A und B, von welchen jedes eine Anzahl an getriebene Walzen 19 und 20 enthält und deren Förderrichtungen miteinander einen Winkel. einschliessen. Die Walzen 19 sind in einem Gestell 21 und die Walzen 20 in einem Gestell 24 drehbar gelagert. Das Ag gregat A ist so angeordnet, dass es als Ganzes um die Stange g als Drehachse rotieren kann, während das Aggregat B feststeht.. Zu die sem Zwecke ist das Gestell 21 in zwei Stän dern 22 und 23 drehbar gelagert, während das Gestell 24 ortsfest angeordnet ist.
Die Aggregate arbeiten derart zusammen, dass sie die Stangen in ununterbrochenem Betrieb erfassen, biegen und weiterfördern, wobei die Stangen durch das Aggregat A gleichzeitig gedreht werden.