Verfahren zum Verfestigen von Stab- oder drahtförmigen Stählen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verfestigen von stab- oder drahtförmigen Stählen, insbesondere von Bewehrungsstählen für den Stahl betonbau. Mit der Forderung nach höheren zulässigen Spannungen im Stahlbetonbau müssen die Beweh- rungsstäbe einerseits selbst zur Aufnahme höherer Spannungen geeignet sein und anderseits eine Ober fläche aufweisen, die einen zuverlässigen Verband zwischen Stahl und Beton, auch unter erhöhten Span nungen, ergibt.
Es werden deshalb vielfach für Betonstähle Stahl sorten verwendet, denen durch bestimmte Legierungs bestandteile die notwendige Festigkeit verliehen wurde (naturharte Stähle). Auch ist es bereits bekannt, die Festigkeitseigenschaften von -unlegierten Stählen durch bildsame Verformung unterhalb der Rekristal- lisationstemperatur zu verbessern.
Als Kaltverfor- mungsverfahren für diesen Zweck kommen zur An wendung: Recken, Stauchen, Kaltwalzen, Ziehen und Verdrillen, von denen zur Zeit das Ziehen (gezogene Drähte als Ausgangsmaterial für Baustahlgitter, bi Stahl, hochfeste Spannstähle) und das Verdrillen (für die Herstellung von Torstahl), bevorzugt werden.
Das Ziehen ergibt Drähte und Stäbe mit glatter Oberfläche. Um ihnen die notwendigen Verbund eigenschaften zu verleihen, müssen deshalb gezogene Stäbe und Drähte nachträglich einer besonderen Be handlung unterworfen werden, in deren Verlauf ihre Oberflächen mit Vorsprüngen oder Vertiefungen (Rippen, Warzen, Kerben) versehen werden oder in der Stäbe oder Drähte mit glatter Oberfläche zu ver schweissten Matten (sog. Baustahlgewebe) verarbeitet werden.
Alle diese der Verfestigung und Profilierung dienenden Verfahren sind umständlich, setzen zum Teil kostspielige Einrichtungen voraus und verteuern die Bewehrungseinlagen. Die durch Tordieren ver festigten Stähle neigen, vor allem dann, wenn sie mit Oberflächenprofilen versehen .sind, zum Sprödbruch, weil die Zähigkeit des Werkstoffes durch die starke Randverformung zum mindesten am Stabumfang bis unter das zulässige Mass abgebaut wird.
Zweck des Verfahrens nach der Erfindung ist es, Stähle, insbesondere auch solche normaler Handels- üte, in ihren Festigkeitseigenschaften so weit zu ver- g g bessern, dass sie als Bewehrungsstähle im Stahlbeton bau vorteilhaft verwendet werden können, ohne dass es dazu aufwendiger Einrichtung oder umständlicher Verfahrensweisen bedarf und ohne dass der Werkstoff nachteilig beeinflusst wird. Dabei kann ihnen erfor derlichenfalls im gleichen Arbeitsgang die erforder liche Oberflächenstruktur verliehen werden.
Das den Gegenstand der Erfindung bildende Ver fahren zum Verfestigen von stab- oder drahtförmigen Stählen durch bildsame Verformung unterhalb der Kristallisationstemperatur besteht darin, dass die Stäbe oder Drähte an jeder Stelle ihrer gesamten Länge mindestens einmal und wenigstens in einer Ebene gegen ihre Achse abgebogen und wieder ge radegebogen werden.
Durch dieses auf einfachste Weise durchführbare Biegeverfahren werden die Stäbe über ihre gesamte Länge abwechselnd gestaucht und gereckt, wobei der Deformationsgrad und damit auch die Verfestigung von der neutralen Phase nach dem Umfang hin zu nehmen.
Besonders geeignet für erfindungsgemäss zu ver festigende Stäbe und Drähte .sind solche aus alterungs- fähigem Stahl, z. B. einem Thomasstahi mit einem etwa bei 0,01 % liegenden Stickstoffgehalt. Bei sol- chen Stählen ist unmittelbar nach der Biegeverfor mung zwar keine wesentliche Verfestigung feststell bar.
Eine beachtliche Verfestigung tritt dagegen durch mit Hilfe der Biegeverformung eingeleitete Alterung ein und erlangte die für hochbelastbare Betonbeweh- rungseinlagen erforderlichen Werte nach einer von den Eigenschaften des verwendeten Stahles abhän gigen, nach Tagen, Wochen oder Monaten bemes senen Lagerzeit.
Da - wie bekannt - die durch Kaltrecken oder -stauchen ausgelöste Alterung geeigneter Stähle auf deren statische und Dauerschwingeigenschaften prak tisch ohne Einfluss ist, stellt die erfindungsgemässe Verfestigung alterungsfähiger Stähle eine besonders geeignete Massnahme zur Herstellung hochbelastbarer Betoneinlagen dar.
Das Ab- und Wiedergeradebiegen kann ein- oder mehrfach und in einer oder mehreren Ebenen erfol gen. Es kann kontinuierlich, beispielsweise derart durchgeführt werden; dass der zu verfestigende Stahl unter einfachem Abbiegen über eine oder unter mehr fachem Abbiegen in verschiedenen Richtungen über mehrere frei drehbare Walzen, Rollen, Räder oder ähnliche Vorrichtungen, deren Krümmungsradien dem erforderlichen Biegeradius entsprechen, gezogen und damit nacheinander von seiner Achse abgebogen und wieder gerade gebogen wird.
Zur Erzielung einer ausreichenden Verfestigung kann es erforderlich sein, den Biegungsradius kleiner als den sechsfachen Stab- oder Drahtdurchmesser zu wählen; er kann vorzugsweise beim Vierfachen dieses Durchmessers liegen.
Die notwendige Zugkraft kann auf den Draht oder Stab durch ein Treibwalzenpaar oder eine an getriebene Haspeltrommel übertragen werden. Wäh rend des Biegevorganges kann der Draht oder Stab zugleich profiliert werden, indem er vor dem Abbie gen oder nach dem Geradebiegen zwischen Profilwal- zen hindurchgeführt wird. Ein besonders einfaches und wirtschaftliches Verfahren ergibt sich, wenn als Treibwalzenpaar ein Profilwalzwerk Verwendung findet.
Dies ist um so eher möglich, als die durch die Pro filierung erzeugten Höhenunterschiede in der Ober fläche des Stabes oder Drahtes zur Erzielung der nö tigen Haftfähigkeit nur gering zu sein brauchen und anderseits der Druck der Treibwalzen zur Aufbrin gung der Biegearbeit eine gewisse Mindesthöhe haben muss. Der für den Biegevorgang nötige Zug lässt sich zudem mit profilierten Walzen bei geringerem Wal zendruck aufbringen als mit glatten Walzen, so dass auch die Gefahr einer unerwünschten Querschnittver minderung durch zu hohen Druck der Treibwalzen ausgeschaltet ist.
Falls der Zug durch andere Mittel als durch pro filierte Treibwalzen aufgebracht wird, ist es auch möglich, dem Stab oder Draht die gewünschte Profi lierung über die Biegewalzen zu geben, die dazu mit den notwendigen Oberflächenerhöhungen und Ver tiefungen versehen sind.
Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich nicht nur für glatte Stäbe und Drähte, sondern auch zum Ver festigen der im Stahlbetonbau üblichen, durch Warm walzen profilierten Stäbe. Um zu verhindern, dass bei derartigen, z. B. mit Querrippen versehenen Stäben und Drähten die aus der Oberfläche vorstehenden Vorsprünge beschädigt werden oder am Rippenfuss an den jeweils der Biegerolle und den Treibwalzen anliegenden Stabteilen zu hohe Spannungen auftreten, kann dafür gesorgt werden, dass beim Verfestigen durch Biegen die Querrippen nicht unmittelbar oder wenigstens nicht allein mit den Walzen und Rollen zur Anlage kommen.
Dies kann z. B. dadurch erreicht werden, dass die Walzen und Rollen entsprechend der Oberflächen profilierung der zu behandelnden Stäbe und Drähte derart profiliert sind, dass eine möglichst grossflächige Anlage mit der Kernoberfläche des Drahtes zustande kommt.
Es können aber auch auf die mit Querrippen ver- sehenen Bewehrungsstäbe und -drähte zusätzliche Längsrippen in der notwendigen Zahl auf den Stab umfang aufgewalzt werden, die in ihrer Höhe minde stens derjenigen der Querrippen gleich sind. In die sem Falle können glatte Rollen und glatte Treib- walzen Verwendung finden, deren Umfangsflächen die Stäbe und Drähte dann über die Längsrippen an liegen.
Einfacher ist es jedoch, den Stahl nur an einem Teil seines Umfanges, und zwar an zwei gegenüber liegenden Seiten mit einer Oberflächenprofilierung zu versehen, so dass an den Stellen des Stabum- fanges, die mit den Biegerollen und Treibrollen in Berührung kommen, keine über den Kernquerschnitt des Stabes vorstehende Rippen vorhanden sind.
Dadurch wird zugleich erreicht, dass die Stellen grösster Rippenhöhe in der Nähe der neutralen Phase liegen, in der die Zähigkeit des Ausgangswerkstoffes erhalten bleibt.
Eine auf zwei gegenüberliegende Seiten beschränkte Profilierung ergibt sich zwanglos, wenn man von Stäben oder Drähten ovalen oder rechteckigen Quer schnitts ausgeht, die an den Seiten stärkster Krüm mung bzw. an den kürzeren Seiten mit Profilen ver sehen werden.
Durch das Biegeverfahren werden Stäbe runden Querschnitts etwas flachgedrückt, so dass sich in der Anwendung von vornherein eine bestimmte Biege richtung wegen des geringeren Widerstandsmomentes und bei profilierten Stäben gegebenenfalls durch das Fehlen der Profilierung ergibt.
Selbstverständlich können nach dem Verfahren Stähle jeden beliebigen Querschnitts verfestigt werden. Es hat sich gezeigt, dass durch das erfindungs gemässe Verfahren ein Ausgangsmaterial normaler Handelsgüte (z. B. einfacher Thomasstahl) ohne wei teres auf die Qualität eines Betonstahles III mit über 40 kg;mm2 Dehngrenze und über 50 kg/mm2 Festigkeit gesteigert werden kann, ohne dass dabei die notwen dige Biegezähigkeit auch bei entsprechend profilierten Formstählen verlorengeht.
Durch die Wahl des Ausgangsmaterials und den Grad der Kaltverformung werden die Festigkeitseigen schaften des Endproduktes bestimmt. Der Wirkungsgrad dieses Verfestigungsverfahrens ist ausserordentlich hoch, da praktisch die gesamte aufgewendete Energie ohne äussere Wärmeverluste in Verformungsarbeit umgesetzt werden kann. Dadurch lässt sich mit relativ geringeren Antriebskräften eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit erzielen.
Das den Gegenstand der Erfindung bildende Ver- festigungsverfahren kann auch mit anderen bekannten Kaltverformungsverfahren, insbesondere dem Ziehen, in der Weise kombiniert werden, dass ein Teil der ins gesamt angestrebten Verfestigung durch Ziehen oder dergleichen, die restliche Verfestigung durch Ab- und Wiedergeradebiegen bewirkt wird.
Das Verfahren nach der Erfindung wird nach stehend anhand einiger in der beiliegenden Zeich nung dargestellter Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigt: Fig. 1 schematisch die Verfestigung eines Stabes durch einmaliges Abbiegen von seiner Achse und Wiederzurückbiegen in diese, Fig. 2 eine Verfestigung durch mehrmaliges Ab biegen und Zurückbiegen des Stabes in einer Ebene, Fig. 3 das Abbiegen eines mit ringförmigen Quer rippen versehenen Stabes,
Fig. 4 einen mit Quer- und Längsrippen verse- henen Stab im Querschnitt in Anlage mit einer glatten Biegerolle und Fig. 5 einen nur an gegenüberliegenden Seiten mit Querrippen versehenen Stab im Querschnitt, der mit seinem ungerippten Teil einer glatten Biegerolle an liegt.
Gemäss Fig. 1 wird .der Stahl 1 über eine frei drehbar gelagerte Biegerolle 2 geführt, über dieser gegen seine Achse abgebogen und von Antriebswalzen 3 transportiert. Die Antriebswalzen 3 können auf ihrem Mantel mit Profilierung versehen sein, um bei Verwendung von Stäben mit glatter Oberfläche auf dieser kalt eine Profilierung aufzuwalzen.
Gemäss Fig.2 sind achsparallel zueinander drei Biegerollen 4, 5, 6 angeordnet, wobei die mittlere Walze 5 senkrecht oder schräg zur Verbindungslinie der Walzenachsen 4 und 6 beweglich angeordnet ist. Der Stahl 7 wird von der Wickeltrommel 8 durch die Biegerollen hindurchgezogen. Zur Profilierung von Stäben mit glatter Oberfläche kann eine oder meh rere der Rollen 4, 5, 6 mit einer Profilierung versehen sein.
Gemäss Fig. 3 trägt eine Biegerolle 9 an ihrem Mantel Profilierungen 10, die in Abstand, Form und Tiefe den Quer- oder Schrägrippen 11 des Stahles 12 entsprechen. Dadurch wird erreicht, dass die nicht mit Rippen versehenen Oberflächenteile des Stahles 12 unmittelbar mit dem Mantel der Rolle 9 in Berüh rung kommen, nicht aber die Rippen selbst.
Wie aus Fig. 4 ersichtlich, ist der zu verfestigende Stahl 13 mit Schräg- oder Querrippen 14 versehen, die der Höhe nach von Längsrippen 15 überragt wer den. Die Höhe der Längsrippen 15 ist mindestens so gross, dass auch im ungünstigsten Falle sie allein mit dem Mantel der Biegewalze 16 in Berührung kom- men und zwischen den Querrippen 14 und dem Man tel der Walze 16 ein Abstand verbleibt.
Der in Fig. 5 dargestellte Stab 17 hat einen kreis förmigen Kernquerschnitt; aus seiner Oberfläche ste hen nur an zwei gegenüberliegenden Seiten Querrip pen 18 derart vor, dass mit dem Mantel der Biege walze 19 lediglich glatte Oberflächenteile in Berüh rung kommen. Die Biegung des Stabes 17 erfolgt demgemäss ausschliesslich um die in Fig. 5 angedeu tete Achse I-I.