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.
Process for the production of steel wire anchors and steel wire anchors produced according to this process. The present invention relates to a method for producing steel wire anchors for concrete reinforcements and an anchor produced by this method.
It is known to provide rod-shaped steels with a head by upsetting. For economic and technical reasons, the use of drawn steel wire in prestressed concrete has become increasingly important. If one tries to provide the wires with an anchor head by upsetting them, however, one encounters considerable difficulties. When drawn, the steel wires acquire a sorbitic crystal structure with pronounced longitudinal orientation. The material has gained in hardness and strength due to the multiple pulling processes, but largely lost its deformability. The deformations of such a steel wire that are possible up to breakage are therefore usually far below half that of a rolled steel.
It is therefore readily understandable that drawn steel wires cannot be deformed by upsetting in the customary sense, as is done for example in the manufacture of nail heads, without losing the strength that has been driven up. The crystal structure can no longer follow the deformation imposed in the cold state without losing its internal cohesion. Yapping radial cracks in the pent-up head, often a complete separation of the upset part from the wire shaft, show that the acceptable limit of cold deformation has been exceeded.
To avoid these difficulties, it has been proposed to heat the emerging end portion of the wire. However, it has been shown that the conditions to be complied with when heating the wire end make the process complicated and practically inapplicable.
For example, it was proposed to subject the emerging wire part to a different heat treatment zone by zone, in such a way that no change in the crystal structure occurs at the transition point between the shaft and head of the anchor. Towards the forehead end, the head is subjected to rising temperatures, the temperature at the forehead end of the head itself exceeding the transition temperature.
In this process, the zones exposed to a higher temperature during the heat treatment are also more compressed, so that. In this way, the increasing cross-section towards the face of the head compensates for the loss of strength resulting from the action of heat. With this method, it is possible to achieve contact surfaces that are more than 5 to 6 times larger than the wire cross-section. However, this procedure is also complicated.
Even when upsetting. of the steel wire end in the cold state, the wire is heated due to the deformation work performed. It has shown that a temperature increase of 200 C increases the elongation at break of the wire by approximately 2.5 times and reduces the proportionality and yield strength considerably, while the tensile strength is only slightly lower. If the deformation occurs suddenly, the heat generated cannot have a sufficient effect to facilitate the deformation, while in the case of very slow compression (duration of the compression process 2 and more seconds) the heat flows off without heating the wire sufficiently.
In the method according to the invention, an end part of a drawn steel wire is now compressed in the cold state in order to generate one or more anchor heads, the upsetting process lasting at least 1 / s second and at most 1 second. The staking process expediently takes 1/4 second. It has been shown that the most favorable results in terms of deformation and strength of the anchor head can be achieved with it.
The steel wire anchor, which is also the subject of the invention and manufactured according to the method mentioned, is characterized in that the largest anchor head diameter is 1.5 to times the wire diameter. The said head diameter is expediently 1.6 to 1.8 times the wire diameter.
The steel wire anchor can have one or more spaced heads.
The subject matter of the invention is to be explained in more detail using the accompanying drawing; The drawing shows two Ausfüh approximately examples of a steel wire anchor, wherein Fig. 1 is a side view of an anchor with an anchor head, Fug. 2 is a diagram of the stress curve in the anchor head according to FIG. 1 and FIG. 3, on a smaller scale, a side view of the second example with two anchor heads.
To produce the steel wire anchor shown in Figure 1, a drawn steel wire is clamped in the jaws of a clamping device, not shown, that a free wire end protrudes by about 11/3 to 21/3 times the wire diameter over the clamping jaws. On the side of the protruding end of the wire, the clamping jaws form a vertical, lying to the wire axis lying ring surface, the inner edge is rounded abge. The clamping jaws of the clamping device that encompass the wire on all sides hold the wire firmly at a tension of about 5000 kg / cm2 (arrows a in FIG. 1).
By means of a stamp of an upsetting device, not shown, a pressure is now exerted on the face of the protruding wire end, which causes a surface pressure of about 15,000 kg / cm2 between the stamp and the wire end, which corresponds approximately to the compression limit of the wire (arrows b, FIG ). This results in a compression of the protruding wire end,
whereby the anchor head 1 is generated. Due to the friction generated between the punch and wire, the boundary layer 2 of the pot is held against radial evasion. The ge called rounding on the inner edge of the jaws and the subsequent flat ring surface of the latter cause the formation of a corresponding rounding 3 at the transition between head 1 and shaft 4 of the anchor or a lower, flat, perpendicular to the anchor axis ring surface ü am Anchor head 1. Here, too, the lateral squeezing of the head material is caused by the compression between the surface 5 and the said annular counter surface of the jaws. prevented.
It is known that the strength of a material as well as its deformation capacity can be increased considerably if stresses of the same sign are applied perpendicular to the main tension direction (constriction during the compression test). : Such tensions who follow the above-mentioned friction in the upsetting process described, which causes a kind of constriction of the wire end between the clamping jaws and the punch, he testifies.
The anchor head 1 is thereby approximately given the shape of a flattened sphere, that is to say the circumferential surface of the anchor head is curved in the shape of an approximately circular arc in cross section. So there is no nail, rivet or wedge-shaped upset head produced, as is the case with known methods. The boundary surface of the head can thus ideally absorb tensile stresses, since tensile stresses are present both in the meridional direction and in the circumferential direction (arrows p and q in FIG. 2). To a certain extent, a high tensile strength meniscus is created, which prevents the anchor head from bursting open.
It has been shown that the most favorable results are achieved when the largest head diameter D is between 1.5 and 2.0 d, and most suitably between 1.6 and 1.8 d, where d is the wire diameter . The height h of the anchor head is 0.5 to 1.0 d and is conveniently between 0.6 and 0.8 d. Relatively small deviations from this shape, however, lead to cracking in the head. Excessive flattening or too great a height of the head reduces the absorption of tensile stresses without cracking in the head.
The most important prerequisite for achieving the desired anchor head is that the upsetting process lasts at least 1 / s second, but not more than 1 second. The compression time is expediently 1/4 second. As a result, the heat generated when upsetting the end of the wire can have a sufficient effect to facilitate the deformation. The upsetting device is expediently designed so that the heat generated remains as concentrated as possible on the upset wire end; for this purpose, the stamp can be heated, for example, so that losses due to the flow of heat through the stamp are avoided.
The anchor head of the steel wire anchor described is supported in reinforced concrete on a base plate made of high quality steel, and that it is with its un tern, the shaft 4 adjacent boundary surface against the plate. The base plate is provided with one or more openings for the shaft of one or more anchors to pass through. Since the diameter D of the anchor head is 1.6 to 1.8 times the wire diameter, the available support surface, to which the flat ring surface 5 and the subsequent curves can be counted, is 1.5 to 2 , 2 times the wire cross-section.
If the anchor in the concrete is stressed with 10,000 kg / em2, the bearing pressures of 4500 to 6700 kg / cm2 result, which the only locally stressed support plate can withstand if it is made of steel with a yield point of 5200, for example kg / cm2; in any case, it should be greater than that of normally rolled St 37 steel.
In Fig. 3, a steel wire anchor provided with two heads 1a, 1b arranged one behind the other is shown. The head 1b is produced at the same time as the head 1a by clamping the wire end part in two places, in such a way that between the two clamping devices in the originally compressed state of the wire there is also a free wire length from 1i / 3 to 2113 times the wire diameter remains.
Those to be compressed between the free; Wire parts arranged clamping device must be axially movable, and both clamping devices must each exert the same clamping pressure (arrows a) on the wire in order to achieve the same head shape. Here, too, the compression time is between IIs and 1 second and is approximately 1/4 'of a second.
As can be easily seen, a second anchor head 1b is produced during upsetting, the dimensions of which are the same as those of the anchor head 1a. All information given in the first example with regard to the head shape and stress distribution apply accordingly to both heads. It goes without saying that more than two successive anchor heads can also be generated in the manner described.
It can be seen from this that, with the method described, a steel wire anchor can be created in a simple manner by compressing a drawn steel wire, which also meets higher demands.