Verfahren zur Herstellung eines warm aufgestauchten Kopfes an dem Ende eines Stahlstahes Bekanntlich benötigt man insbesondere im Bauwesen, z. B. bei der Herstellung von Spannbeton, des öftern hochwertige Stahl stäbe, die zwecks Verankerung oder axialer Verbindung und Kupplung an einem oder beiden Enden mit einem Kopf versehen sind, welcher sich bei Verwendung des Stabes als Zugglied gegen irgendein entsprechend ge formtes Widerlager abzustützen vermag.
Besonders zweckmässig erwiesen sich hie bei aufgestauchte Ankerköpfe, deren Her stellung bei allen naturharten Stählen unter Erwärmung auf Schmiedehitze erfolgte, wäh rend bei kalt gezogener dünnen Drähten die Herstellung des Kopfes bisher im kalten Zu stand mit entsprechend grossem Kraftauf wand durchgeführt worden ist. Weiter ist es bekannt, bei vorwiegend kalt verwundenen Stäben die Aufstauchung am naturharten Stahl, also noch vor der Kaltverfestigung durchzuführen, so dass durch die nachfol gende Verwindung Stäbe entstehen, die über ihre gesamte Länge gleiche, unverminderte Festigkeitseigenschaften besitzen sollen.
Die bisher allgemein vertretene Ansicht ging nämlich dahin, dass die Erhitzung gehärteter oder kalt verfestigter Stähle auf Schmiede hitze, die doch zum Warmstauchen erforder lich ist, die durch die Vergütung erzielten erhöhten Festigkeitseigenschaften des Stabes im hitzebeeinflussten Bereich zumindest her absetzt, wenn nicht ganz aufhebt.
Die gegenständliche Erfindung betrifft, nun ein Verfahren zur Herstellung eines warm aufgestauchten Kopfes an dem Ende eines durch Härten oder Kaltverfestigung vergüteten Stahlstabes und besteht darin, dass erfindungsgemäss das zu behandelnde Stabende in ein Gesenk eingesetzt und einer Erhitzung und Stauchung unterzogen wird, wobei die Erhitzung so rasch und kurzfristig erfolgt, dass die Tragfähigkeit des vergüteten Stahlstabes ausserhalb des Endbereiches hie durch nicht vermindert wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren beruht im wesentlichen auf der überraschenden Ent deckung, dass durch sehr rasche und kurz fristige Erhitzung des Stabendes auf Schmie dehitze in diesem Bereich ein sehr steiles Temperaturgefälle in Stabachsrichtung mit ausserordentlich kurzer, praktisch vernach- lässigbarer Ausdehnung des Bereiches der Erwärmung im Umwandlungsgebiet ent steht.
Es wurde zwar bei der Herstellung von Spannbetonkörpern mit einer Bewehrung aus hochwertigen Stahldrähten, die mit Verbund im Beton eingebettet liegen, bereits vorge schlagen, die an den Stirnseiten des Beton körpers ausragenden Enden der Drähte zu einem Kopf zu stauchen, um ein. Schlüpfen der Bewehrungsdrähte unter allen Umstän den zu verhindern. Es wurde hiebei auch bereits vorgeschlagen, diese Stauchung unter kurzfristiger Erhitzung des Drahtendes vor zunehmen, um nicht die Zähigkeit des kalt verfestigten Stahldrahtes über einen allzu grossen Bereich ungünstig zu beeinflussen.
Die solcherart im Betonkörper mit Ver bund eingebetteten und zusätzlich durch Stauchung der Enden verankerten Stahl drähte waren aber naturgemäss einzig und allein im eben beschriebenen konstruktiven Zusammenhang verwendbar und für andere Anwendungszwecke ungeeignet. An Stelle eines Gesenkes wurde bei der Stauchung der Betonkörper selbst benutzt. Eine fortlau fende Erzeugung beliebig verwendbarer Stäbe mit Ankerköpfen war gemäss dem älteren Vorschlag nicht möglich.
Hingegen können Stahlstäbe, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren werk stattmässig mit Ankerköpfen versehen wer den, in ausserordentlich zahlreichen und völlig beliebig wählbaren Varianten Ver wendung finden, so z. B. für nachgespannten Beton, wobei an einem solchen Kopf vor teilhaft auch die Zugvorrichtung (Spann vorrichtung) angreifen kann, ferner können beispielsweise zwei mit Köpfen versehene Stabenden mittels eines Kupplungsgliedes axial auf Zug verbunden werden usw.
Selbst verständlich ist auch die Herstellung der Ankerköpfe an einer freiliegenden allseits zugänglichen werkstattmässigen Einrichtung bedeutend einfacher und auch präziser zu bewerkstelligen als an einem Betonkörper an einer Baustelle, wodurch sich insbeson dere im Hinblick auf die Qualität der Ver ankerung weitere Vorteile ergeben.
Folgendes Beispiel möge die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens verdeutlichen 10 mm dicke Stäbe aus einem kalt ver wundenen Betonformstahl mit etwa 100 kg/ mm2 Zugfestigkeit wurden an den Enden mit einer heissen Spitze der Flamme eines Autogen-Schweissbrenners innerhalb von zwei Minuten auf etwa 15 mm Länge auf Schmiedehitze erwärmt. Die Stäbe waren in einer schraubstockähnlichen Vorrichtung ein gespannt und trugen an ihrem zu stauchen den Ende einen schwach konisch ausgedreh- ten Ring, der als Gesenk bestimmt war.
Aus einem über dem Schraubstock angeordneten Behälter rann Leitungswasser in einem nadel dicken Strahl auf den Stab knapp hinter dem Gesenk. Nach dem Erreichen der Schmiede hitze wurde das glühende Ende in das Gesenk zu einem nach aussen etwa linsenförmigen Kopf geschlagen, wie dies in der Zeichnung dargestellt ist. Die fertigen Stäbe sind nach dem vollständigen Erkalten der Enden dem normalen Zerreissversuch unterworfen wor den, wobei der Bruch stets mindestens meh rere Zentimeter hinter dem Kopf, also weit ausserhalb des wärmebeeinflussten Bereiches aufgetreten ist. Die vergleichsweise Prüfung des unbehandelten Stahles bestätigte dieses Ergebnis durch die im Rahmen der Versuchs genauigkeit mögliche Gleichheit der Bruch lasten.
Bei der Erhitzung des Stabendes ist jeden falls darauf zu achten, dass die axiale Aus dehnung b der Erwärmung im Umwandlungs- bereich über die Schmiedezone a hinaus, wenn eine solche überhaupt praktisch in Erschei nung tritt, auf Bruchteile des Stabdurch- messers d beschränkt bleibt.
Das erfindungsgemässe Verfahren hat gegenüber dem bisher üblichen Verfahren des Aufstauchens vor dem Verwinden den grossen Vorteil, dass handelsübliche Stähle verwendet werden können und daher keine Sonderanfertigung im Stahlwerk erforderlich ist. Das erfindungsgemässe Verfahren hat ferner gegenüber der Aufstauchung im kalten Zustand nach der Kaltverformung oder Här tung den Vorteil, dass ein viel geringerer Kraftaufwand erforderlich ist und dadurch sogar mit Handwerkzeugen das Auslangen gefunden werden kann.
Bei dem erfindungsgemässen Verfahren können die Ankerköpfe beliebig geformt und zur raschen Erwärmung können auch andere Mittel, wie z. B. Induktiv- und Hochfrequenz heizung angewendet werden. Geeignet sind vor allem Wärmequellen, deren Wärmeaus strahlung genau gerichtet bzw. scharf um grenzt werden kann, so dass nicht etwa durch Wärmestreuung eine unerwünschte Erwär- mung auch ausserhalb der eigentlichen Er- wärmungs- und Verformungszone a erfolgt, die die Festigkeit des Stabes vermindern könnte.
Process for the production of a hot upset head at the end of a steel steel As is known, it is particularly necessary in construction, e.g. B. in the manufacture of prestressed concrete, often high-quality steel rods that are provided for anchoring or axial connection and coupling at one or both ends with a head, which is able to support itself when using the rod as a tension member against any appropriately shaped abutment.
Compressed anchor heads, which were produced with all naturally hard steels by heating to forging heat, proved to be particularly useful, while cold-drawn thin wires had previously been produced in the cold state with a correspondingly large amount of force. It is also known that, with predominantly cold-twisted bars, upsetting is carried out on the naturally hard steel, i.e. before the work hardening, so that the subsequent twisting creates bars that should have the same, undiminished strength properties over their entire length.
The view generally held up to now was that the heating of hardened or work-hardened steels in the forge, which is necessary for hot upsetting, at least reduces, if not completely eliminates, the increased strength properties of the bar achieved by the tempering in the heat-affected area.
The present invention relates to a method for producing a hot upset head at the end of a steel rod tempered by hardening or work hardening and consists in that, according to the invention, the rod end to be treated is inserted into a die and subjected to heating and upsetting, the heating thus being quickly and at short notice that the load-bearing capacity of the tempered steel bar outside the end area is not reduced by this.
The method according to the invention is essentially based on the surprising discovery that, due to the very rapid and short-term heating of the rod end to forging heat, a very steep temperature gradient in this area in the direction of the rod axis with an extremely short, practically negligible extent of the heating area in the conversion area stands.
Although it was in the production of prestressed concrete bodies with a reinforcement made of high-quality steel wires that are embedded in the concrete with composite, already propose to compress the protruding ends of the wires on the front sides of the concrete body to a head. To prevent the reinforcement wires from slipping under all circumstances. It has also already been suggested that this compression be carried out with brief heating of the wire end in order not to adversely affect the toughness of the cold-hardened steel wire over an excessively large area.
The steel wires embedded in the concrete body with Ver bundle and additionally anchored by upsetting the ends were naturally only usable in the structural context just described and unsuitable for other purposes. Instead of a die, the concrete body itself was used for upsetting. Continuous production of rods with anchor heads that could be used as required was not possible according to the older proposal.
On the other hand, steel rods, which are provided with anchor heads according to the inventive method, can be used in an extraordinarily large number of variants that can be chosen at will. B. for post-tensioned concrete, with such a head before geous also the pulling device (clamping device) can attack, furthermore, for example, two rod ends provided with heads can be connected axially to train by means of a coupling member, etc.
It goes without saying that the manufacture of the anchor heads on an exposed workshop facility that is accessible from all sides is much easier and more precise to accomplish than on a concrete body at a construction site, which results in further advantages, in particular with regard to the quality of the anchoring.
The following example should clarify the application of the inventive method 10 mm thick rods made of a cold-twisted concrete form steel with about 100 kg / mm2 tensile strength were at the ends with a hot tip of the flame of an oxy-fuel welding torch to a length of about 15 mm within two minutes Forging heat heated. The rods were clamped in a vice-like device and had a slightly conical twisted ring at the end to be compressed, which was intended as a die.
From a container placed above the vice, tap water ran in a needle-thick stream onto the rod just behind the die. After reaching the forge heat, the glowing end was hammered into the die to form an outwardly approximately lenticular head, as shown in the drawing. After the ends had cooled down completely, the finished rods were subjected to the normal tear test, with the break always occurring at least several centimeters behind the head, that is, far outside the heat-affected area. The comparative test of the untreated steel confirmed this result through the possible equality of the breaking loads within the scope of the test accuracy.
When heating the end of the rod, care must be taken to ensure that the axial expansion b of the heating in the transformation area beyond the forging zone a, if it appears at all in practice, remains limited to a fraction of the rod diameter d.
The method according to the invention has the great advantage over the hitherto customary method of upsetting before twisting that commercially available steels can be used and therefore no special production is required in the steelworks. The method according to the invention also has the advantage over upsetting in the cold state after cold deformation or hardening that much less effort is required and, as a result, it can even be achieved with hand tools.
In the method according to the invention, the anchor heads can be shaped as desired and other means, such as, for example, can be used for rapid heating. B. Inductive and high frequency heating can be used. Particularly suitable are heat sources whose heat radiation can be precisely directed or sharply delimited so that unwanted heating outside the actual heating and deformation zone a, which could reduce the strength of the rod, does not occur due to heat scattering .