Verfahren zur Herstellung von Stahldrahtankern und nach diesem Verfahren hergestellter Stahldrahtanlker. Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Stahldraht ankern für Betonarmierungen sowie einen nach diesem Verfahren hergestellten Anker.
Es ist bekannt, stabförmige Stähle durch Aufstauchen mit einem Kopf zu versehen. Aus wirtschaftlichen und technischen Grün den hat die Verwendung von gezogenen Stahl drähten im vorgespannten Beton immer grö ssere Bedeutung erlangt. Versucht man, die Drähte durch Aufstauchung mit einem An kerkopf zu versehen, so stösst man jedoch auf erhebliche Schwierigkeiten. Die Stahldrähte erhalten beim Ziehen ein sorbitisches Kristall gefüge ausgesprochener Längsorientierung. Das Material hat durch die mehrfachen Zug vorgänge an Härte und Festigkeit gewonnen, sein Verformungsvermögen dagegen weitge hend verloren. Die bis zum Bruch möglichen Verformungen eines solchen Stahldrahtes lie gen daher meist weit unterhalb der Hälfte derjenigen eines gewalzten Stahls.
Es ist da her ohne weiteres verständlich, dass gezogene Stahldrähte durch eine Aufstauchung im üib- lichen Sinne, wie sie etwa zur Herstellung von Nagelköpfen erfolgt, nicht verformt wer den können, ohne die hochgetriebenen Festig- keiten zu verlieren. Das Kristallgefüge kann der in kaltem Zustande aufgezwungenen Ver formung nicht mehr folgen, ohne seinen in- nern Zusammenhalt zu verlieren. Kläffende radiale Risse im aufgestauehten Kopf, oft eine völlige Trennung der aufgestauchten Partie vom Drahtschaft zeigen, dass die trag bare Grenze der Kaltverformung überschrit ten worden ist.
Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, wurde vorgeschlagen, den aufzugtauchenden Endteil des Drahtes zu erwärmen. Es hat sich aber gezeigt, dass durch die bei der Erwär mung des Drahtendes einzuhaltenden Be dingungen das Verfahren kompliziert und praktisch unanwendbar wird.
Zum Beispiel wurde vorgeschlagen, den aufzugtauchenden Drahtteil zonenweise einer unterschiedliehen Wärmebehandlung zu unterziehen, derart, dass an der Übergangsstelle zwischen Schaft und Kopf des. Ankers- keine Änderung des Kristall- gefüges eintritt. Gegen das Stirnende hin, wird dabei der Kopf steigenden Temperaturen un terworfen, wobei die Temperatur am Stirn ende des Kopfes selbst die Umwandlungstem- peratur überschreitet.
Bei diesem Verfahren werden die bei der Wärmebehandlung einer höheren 'Temperatur ausgesetzten Zonen auch stärker gestaucht, so dass auf. diese Weise durch ,den gegen die Stirnseite des Kopfes hin zunehmenden Querschnitt die infolge der Wärmeeinwirkung entstehende Festigkeitsein- Busse wettgemacht wird. Es ist nach diesem Verfahren möglich, Auflageflächen, die mehr als 5- bis 6mal grösser als der Drahtquer schnitt sind, zu erzielen. Dieses Verfahren ist aber ebenfalls kompliziert.
Auch beim Stauchen. des Stahldrahtendes im kalten Zustand wird der Draht zufolge der geleisteten Deformationsarbeit erwärmt. Es hat sieh gezeigt, dass eine Erwärmung um 200 Cdie Bruchdehnung des Drahtes um an nähernd das 2,5fache erhöht und die Propor- tionalitäts- und Streckgrenze erheblich herab setzt, während die Zugfestigkeit nur wenig kleiner wird. Erfolgt die Verformung schlag artig, so kann sich die erzeugte Wärme nicht genügend zur Erleichterung der Verformung auswirken, während bei sehr langsamem Auf stauchen (Dauerdes Stauchvorganges 2 und mehr Sekunden) die Wärme abfliesst, ohne den Draht genügend zu erwärmen.
Beim erfindungsgemässen Verfahren, wird nun zur Erzeugung eines oder mehrerer An kerköpfe ein Endteil eines gezogenen Stahl drahtes in kaltem Zustand gestaucht, wobei der Stauchvorgang mindestens 1/s Sekunde und höchstens 1 Sekunde dauert. Zweckmässig dauert der Stuchvorgang 1/4 Sekunde. Es hat sich gezeigt, dass damit die günstigsten Resultate bezüglich Verformung und Festig keit des Ankerkopfes erzielt werden können.
Der ebenfalls Erfindungsgegenstand bil dende, nach dem genannten Verfahren herge stellte Stahldrahtanker ist dadurch gekenn zeichnet, dass der grösste Ankerkopf-Durch- messerdas 1,5- bis fache des Drahtdurchmes sers ist. Zweckmässig beträgt der genannte Kopfdurchmesser das 1,6- bis 1,8fache des Drahtdurchmessers.
Der Stahldrahtankerkann einen oder meh rere mit Abstand aufeinanderfolgende Köpfe aufweisen.
An Hand der beiliegenden Zeichnung soll der Erfindungsgegenstand näher erläutert werden; die Zeichnung zeigt zwei Ausfüh rungsbeispiele eines Stahldrahtankers, wobei Fig. 1 eine Seitenansicht eines Ankers mit einem Ankerkopf, Fug. 2 schaubildlich den Spannungsverlauf im Ankerkopf gemäss Fig. 1 und Fig. 3 in kleinerem Massstab eine Seiten ansicht des zweiten Beispiels mit zwei Anker köpfen darstellt.
Zur Herstellung des in Fig.1 gezeigten Stahldrahtankers wird ein gezogener Stahl draht derart in die Klemmbacken einer nicht gezeichneten Klemmvorrichtung eingespannt, dass ein freies Drahtende um etwa das 11/3- bis 21/3fache des Drahtdurchmessers über die Klemmbacken vorsteht. Auf der Seite des vorstehenden Drahtendes bilden die Klemm backen eine senkrechte, zur Drahtachse lie gende Ringfläche, deren Innenkante abge rundet ist. Die den Draht allseitig umfas senden Klemmbacken der Klemmvorrichtung halten den Draht mit einer Spannung von etwa 5000 kg/cm2 fest (Pfeile a in Fig. 1).
Mittels eines Stempels einer nicht gezeich neten Stauchvorrichtung wird nun auf die Stirnseite des vorstehenden Drahtendes ein Druck ausgeübt, der zwischen Stempel und Drahtende eine Flächenpressung von etwa 15 000 kg/cm2 bewirkt, was annähernd der Stauchgrenze des Drahtes entspricht (Pfeile b, Fig.1). Dies hat ein Stauchen des vorste henden Drahtendes zur Folge,
wodurch der Ankerkopf 1 erzeugt wird. Durch die zwi schen Stempel und Draht erzeugte Reibung wird die Grenzschicht 2 des Topfes gegen radiales Ausweichen festgehalten. Die ge nannte Rundung an der Innenkante der Klemmbacken und -die anschliessende ebene Ringfläche der letzteren bewirken die Bildung einer entsprechenden Rundung 3 am Über gang zwischen Kopf 1 und Schaft 4 des An kers bzw. eine untere, ebene, senkrecht zur Ankerachse liegende Ringfläche ü am Anker kopf 1. Auch hier wird das seitliche Aus quetschen des Kopfmaterials durch die beim Stauchen zwischen der Fläche 5 und der genannten ringförmigen Gegenfläche der Klemmbacken. verhindert.
Es ist bekannt, dass die Festigkeit eines Materials sowie sein Verformungsvermogen erheblich gesteigert werden können, wenn senkrecht zur ,Tlauptspannurngsrichtung eben falls !Spannung-en gleichen Vorzeichens zur Einwirkung gebracht werden (Umschnürung beim Druckversuch). :Solche Spannungen wer den beim beschriebenen Stauchvorgang zu folge der genannten Reibung, die eine Art Umschnürung des zwischen Klemmbacken und Stempel lienenden Drahtendes bewirkt, er zeugt.
Der Ankerkopf 1 erhält dadurch an- nähernd die Form einer abgeflachten Kugel, das heisst die Umfangsfläche des Ankerkopfes ist im Querschnitt annähernd kreisbogenför mig gewölbt. Es wird also kein nagel-, niet- oder keilförmig aufgestauchter Kopf erzeugt, wie dies bei bekannten Verfahren der Fall ist. Die Begrenzungsfläche des Kopfes kann so in idealer Weise Zugspannungen aufnehmen, da sowohl in Meridianrichtung als auch in Umfangsrichtung Zugspannungen vorhanden sind (Pfeile p und q in Fig.2). Es entsteht gewissermassen ein hochzugfester Meniskus, welcher ein Aufplatzen des Ankerkopfes ver hindert.
Es hat sich gezeigt, dass die gün stigsten Resultate dann erzielt werden, wenn der grösste Kopfdurchmesser D zwischen 1,5 und 2,0 d liegt, und zwar am zweckmässigsten zwischen 1,6 und 1,8 d, wobei d der Draht durchmesser ist. Die Höhe h des Ankerkopfes beträgt dabei 0,5 bis 1,0 d und liegt zweck mässig zwischen 0,6 und 0,8 d. Relativ ge ringfügige Abweichungen von dieser Form führen dagegen zur Rissbildung im Kopf. Durch eine übermässige Abflachung oder durch eine zu grosse Höhe des Kopfes wird die Aufnahme der Zugspannungen ohne Riss bildung im Kopf vermindert.
Die wichtigste Voraussetzung zur Erzie lung des gewünschten Ankerkopfes ist aber die, dass der Stauchvorgang mindestens 1/s Sekunde, höchstens aber 1 Sekunde dauert. Zweckmässig beträgt die Stauchzeit 1/4 Se kunde. Dadurch kann sich die beim Stauchen des Drahtendes erzeugte Wärme genügend im Sinne des Erleiehterns der Verformung auswirken. Die Stauchvorrichtung ist zweck mässig so ausgebildet, dass die erzeugte Wärme möglichst auf das gestauchte Drahtende kon zentriert bleibt; zu diesem Zweck kann bei spielsweise der Stempel geheizt werden, so dass Verluste durch Abfliessen von Wärme durch den Stempel vermieden werden.
Der Ankerkopf des beschriebenen Stahl drahtankers wird im armierten Beton auf einer Unterlagsplatte aus hochwertigem Stahl abgestützt, und zwar liegt er mit seiner un tern, dem Schaft 4 benachbarten Begrenzungs fläche gegen die Platte an. Die Unterlags- platte ist mit einer oder mehreren Öffnungen für den Durchtritt des Schaftes eines oder mehrerer Anker versehen. Da der Durch messer D des Ankerkopfes das 1,6- bis 1,8- fache des Drahtdurchmessers ist, beträgt die zur Verfügung stehende Auflagefläche, zu welcher die ebene Ringfläche 5 und die an schliessenden Rundungen gerechnet werden können, 1,5- bis 2,2mal den Drahtquerschnitt.
Wird der Anker im Beton mit 10 000 kg/em2 beansprucht, so ergeben sich Auflagerpressun gen von 4500 bis 6700 kg/cm2, welchen die nur örtlich beanspruchte Auflagerplatte wi derstehen kann, wenn sie aus einem Stahl be steht, dessen Streckgrenze zum Beispiel bei 5200 kg/cm2 liegt; jedenfalls soll sie grösser sein als diejenige von normalgewalztem St 37- Stahl.
In Fig. 3 ist ein mit zwei hintereinander angeordneten Köpfen 1a, 1b versehener Stahl drahtanker -gezeigt. Der Kopf 1b wird dabei gleichzeitig mit dem Kopf 1a erzeugt, indem der Drahtendteil an zwei Stellen eingespannt wird, und zwar so, dass zwischen den beiden Klemmvorrichtungen im urgestauchten Zu stand des Drahtes ebenfalls eine freie Draht länge vom 1i/3- bis 2113fachen des Draht durchmessers verbleibt.
Die zwischen den freien zu stauchenden; Drahtteilen angeord nete Klemmvorrichtung muss axial beweglich sein, und beide Klemmvorrichtungen müssen je den gleichen Klemmdruck (Pfeile a) auf den Draht ausüben, um die gleiche Kopfform zu erzielen. Die Stauchzeit beträgt auch hier zwischen Ils und 1 Sekunde und beträgt zweA- mässig 1/4 'Sekunde.
Wie leicht ersichtlich ist, wird beim Stauchen ein zweiter Ankerkopf 1b erzeugt, dessen Abmessungen gleich denjeni gen des Ankerkopfes 1a sind. Alle beim ersten Beispiel gemachten Angaben bezüglich Kopf form und 'Spannungsverteilung gelten somit sinngemäss auch hier für beide Köpfe. Es versteht sich, dass in der beschriebenen Weise auch mehr als zwei aufeinanderfolgende An kerköpfe erzeugt werden können.
Daraus geht hervör, dass mit dem be schriebenen Verfahren in einfacher Weise ein Stahldrahtanker durch galtaufstauchung eines gezogenen Stahldrahtes geschaffen wer den kann, der auch höheren Ansprüchen ge nügt.