Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kaltverformen von Walzdrähten, insbesondere Betonstahldrähten, unter Verwendung von Walzensätzen zur Verformung des durchlaufenden Walzdrahtes sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens und den damit verformten Draht.
In der deutschen Offenlegungsschrift Nr. 1 912 833 ist im Gegensatz zu einem bekannten Verfahren (österreichisches Patent Nr. 248 368) vorgeschlagen worden, die zu bearbeitenden Drähte während der durch Walzen erfolgenden Verformung keiner Zugbeanspruchung auszusetzen und damit Nachteile. die mit dem Ziehen von Drähten verbunden sein können. auszuschliessen.
Bei dem bekannten Verfahren nach der genannten Offenlegungsschrift ist weiterhin durch die verformenden Walzensätze die Aufbringung von Rippen auf die Drahtoberfläche vorgesehen, die Verformung soll gerade so sein, dass ein nachfolgendes Entspannen bzw. Anlassen des Drahtes nicht mehr notwendig ist.
Es hat sich jedoch als nachteilig herausgestellt, dass das Verfahren nach der genannten Offenlegungsschrift nicht durchführbar ist. d. h. die Materialeigenschaften der hergestellten Drähte entsprechen nicht den Anforderungen und den Normen, die für Betonstähle in Frage kommen, insbesondere ist die erreichbare Verfestigung in vielen Fällen zu gering.
Betonstahldrähte, die nach den bekannten Verfahren hergestellt sind. weisen einen relativ grossen Unterschied zwischen Streckgrenze und Zugfestigkeit auf, so dass die Drähte gering belastbar sind.
Mit dem in der Offenlegungsschrift beschriebenen Verfahren war beabsichtigt, den bisher zur. Herstellung von Betonstahldrähten üblichen Ziehprozess mit anschliessender Kaltrippung durch einen Kaltwalzprozess zu ersetzen. Wie ausgeführte ist dieses Ziel nur zum Teil erreicht worden.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen. bei dem aus Walzdraht in einem Arbeitsgang Betonstahldrähte mit allen geforderten technologischen Eigenschaften (z. B. Festigkeit, Streckgrenze, Dehnung, Masshaltigkeit, bezogene Rippenfläche) in wirtschaftlicher Weise kontinuierlich hergestellt werden können. Dabei soll die Vorrichtung zu diesem Verfahren besonders einfach, störungsunanfällig und betriebssicher sein.
Ferner soll der spezifische Energieverbrauch gering sein.
Neben diesen Vorteilen sollen hohe Arbeitsgeschwindigkeiten erreicht werden können. Ausserdem ist beabsichtigt, Betonstahldrähte herstellen zu können, die für höhere zulässige Spannungen einsetzbar sind.
Die Aufgabe wird durch erfindungsgemässe Verfahren dadurch gelöst, dass der Draht kontinuierlich abgehaspelt wird, in einen oder mehrere Walzensätze eingeführt, dort polygon verformt wird und eine Querschnittreduzierung von mindestens l 5 15% erfährt und anschliessend mehrfach rasch aufeinanderfolgend in wechselnder Richtung unter Erhöhung um bis zu 5067s der während der Verformung abgefallenen Dehnungswerte verformt wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann vorteilhaft entweder so ausgeführt werden, dass der kontinuierlich durchlaufende Draht nach der polygonen Verformung einen oder mehrere weitere Walzensätze durchläuft und zu einem runden Querschnitt verformt wird oder dass bei der Verformung zu einer runden Querschnittsform der polygone Draht im Bereich der Polygonecken gerippt wird. Der Draht kann dabei vorteilhaft durch die den Hauptanteil der Verformung übernehmenden Walzensätze von Kronenstöcken kontinuierlich abgezogen und durch die Walzensätze und Entspannungswalzen hindurchbewegt werden oder aber sowohl durch die Verformungswalzensätze als auch durch die Entspannungswalzen hindurchgezogen werden.
Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens kennzeichnet sich durch schräggestellte Kronenstöcke als Träger der abzuhaspelnden Drahtbündel, zweckmässig sind hydraulisch angetriebene parallel zum Strom der Hydraulikflüssigkeit geschaltete Walzen eines Walzensatzes vorhanden, wobei die Walzen eines Satzes entsprechend der geforderten Rippenanordnung drei im Winkel von 1200 zu einander versetzte Verformungs- und/oder Rippenwalzen sind und auf die im Verfahrensablauf ein Entspannungswalzensatz folgt, der aus nebeneinander liegenden. gegeneinander versetzten Walzenreihen besteht. deren Walzen so ineinander greifen, dass der hindurchlaufende Draht mehrmals rasch aufeinanderfolgend entgegengesetzt gebogen wird.
Vorteilhaft ist der Durchmesser jedes Kronenstocks 0,2 bis 0,9 yorzugsweise 0,5 bis 0,7 mal so gross wie der mittlere Rollendurchmesser der abzuhaspelnden Drahtbündel. Über den Kronenstöcken befindet sich zweckmässig eine den Draht führende Drahtleitrolle, deren Höhe über den Kronenstockenden 0,3 bis 3,0 mal so gross ist wie der mittlere Umfang der abzuhaspelnden Drahtrollen.
Beim Durchgang durch die Entspannungswalzen wird der Draht vorteilhaft aufeinanderfolgend so starken Biegungen ausgesetzt, dass die äussersten Phasen des Drahtes jeweils im plastischen Bereich verformt werden. Der Draht wird vorteilhaft durch die Entspannungswalzen hindurchbewegt, bei der Herstellung von Draht mit gerippter Oberfläche wird diesem zusätzlich eine grössere Anzahl von kleineren einseitigen Biegungen höherer Frequenz gegeben.
Durch die wechselnden Druck- und Zugspannungen kann der durch den vorhergehenden Verformungsvorgang in den Verformungs- und Profilierwalzen erzeugte Spannungszustand, der die beabsichtigte Zugfestigkeitserhöhung zufolge hatte, weitgehend wieder aufgehoben werden. Die Dehnungswerte dagegen steigen dabei an, so dass die zur Verarbeitung anstehenden Drähte oder Matten einem Anlassprozess nicht mehr unterworfen werden müssen.
Das Verfahren und Beispiele von Ausführungsformen der Vorrichtung zur Herstellung von profilierten Betonstählen werden im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 schematisch den Aufbau der Vorrichtung,
Fig. 2 die Kronenstöcke mit der Drahtleitrolle,
Fig. 3 die Anordnung und Schaltung der profilierten Antriebswalzen,
Fig. 4 schematisch den Aufbau der Entspannungseinrichtung,
Fig. 5 ein Stück des profilierten Drahtes.
Der Walzdraht (Durchmesser etwa 5-35 mm) wird in Bündeln 2 angeliefert. Zum Abhaspeln werden die Bündel auf sogenannte Kronenstöcke 1 gehängt, die im vorliegenden Falle zum leichteren Abhaspeln gegenüber der Senkrechten etwa einen Winkel von 10 bis 30 bilden (siehe Fig. 1 und 2). Dadurch liegen die Bündel 2 auf der einen Flanke des Kronenstockes auf und haben auf der gegenüberliegenden Flanke genügend Spiel, um beim Ablauf alle vorkommenden Verdrehungen und Verhakungen des Walzdrahtes ausgleichen zu können.
Die Kronenstöcke 1 sind paarig angeordnet und können jeder für sich in die Horizontale gekippt werden, so dass ein neues Drahtbündel leicht und ohne Stockung aufgelegt werden kann. Bevor das Bündel auf einem Kronenstock 1 aufgebracht ist, wird das Drahtende dieses Bündels mit dem Drahtanfang des Bündels auf dem anderen Kronenstock verschweisst. Dadurch ist es möglich, den Draht ohne Unterbrechung abzuziehen und die gesamte Anlage kontinuierlich zu betreiben.
Der Draht 3 wird aus dem Bündel über Kopf vom Kronenstock 1 abgezogen und in einer Entzunderungsvorrichtung 4 entzundert. Anschliessend gelangt er in einen ersten Walzensatz 6, bestehend aus drei um 1200 versetzte Walzen.
Dort wird der Draht vorgeformt und bekommt eine Form eines an den Spitzen abgeflachten gleichseitigen Dreiecks, des Polygons. Der Durchmesser der Walzen beträgt ca.
60-200 mm.
Nach der ersten Verformung im Walzensatz 6 gelangt der Draht in einen zweiten Walzensatz 7, der mit drei Profilierwalzen 8 bestückt ist. Die Profilierwalzen 8 verformen den Draht, der durch den Walzensatz 6 gelaufen ist. an den drei vorstehenden Bereichen des Polygons und drücken sichelförmig Rippen 9 aus dem Material, die jeweils in einem bestimmten Verhältnis zueinander versetzt stehen. Die Rippen ragen etwa 6% des Durchmessers des Drahtes aus dem Umriss des Drahtes heraus. Die Form der Rippen und ihre Anordnung sind in Fig. 5 dargestellt. Die Rippen sind aus dem Material herausgedrückte Einzelrippen, die in drei Reihen um 1200 versetzt um den Umfang des Drahtes verteilt sind. Eine Reihe enthält Rippen mit gegenläufiger Figuration. Der Drahtquerschnitt wird beim Durchlauf durch diese Verformungswalzensätze um mindestens 15% verringert.
Die stufenlos regelbare Durchlaufgeschwindigkeit des Drahtes beträgt zu 20 m pro sec und kann darüber hinaus gesteigert werden.
Je nach den erforderlichen Materialeigenschaften kann die Verformung bis zu 90% und mehr betragen.
Um zu vermeiden, dass sich die Rippenlage im Laufe der Bearbeitung gegenseitig verschiebt, müssen die Profilierwalzen 8 genau synchron zueinander laufen. Dieses Erfordernis wird erfüllt, indem die Profilierwalzen 8 hydraulisch parallel vom Strom der Hydraulikflüssigkeit angetrieben werden (siehe Fig. 3). Wie an sich bekannt, erfolgt der hydraulische Antrieb über einen unter Druck stehenden Ölstrom, der über eine Kolben-Zylinder-Anordnung das Walzenrad antreibt.
Dadurch, dass die einzelnen Antriebszylinder zum Strom des Drucköls einzeln parallel geschaltet sind, gleichen sich vorhandene Widerstandsunterschiede der einzelnen Walzenräder aus und diese sind über den Draht zum Gleichlauf verbunden. Die Walzen, die mit grosser Kraft auf den Draht drücken, laufen auf diese Weise mit gleicher, sich selbst regulierender Geschwindigkeit, so dass keinerlei Schlupf auftritt und die drei Rippenreihen genau im einmal gewählten, räumlichen Verhältnis über die Länge des Drahtes verlaufen.
Die Walzensätze bei einer Reihe von angetriebenen Walzensätzen und/oder die Walzen der einzelnen Sätze können auch untereinander hydraulisch, mechanisch oder elektromotorisch gekoppelt sein, so dass der Lauf der Walzen untereinander ebenfalls rückgekoppelt ist. Bei Koppelung der Walzensätze wird damit vermieden, dass der Draht zwischen den Walzensätzen gezogen oder gestaucht wird. Die Verwendung hydraulisch angetriebener Walzen hat den weiteren Vorteil, dass die Laufgeschwindigkeit der Walzensätze stufenlos regelbar bei synchronem Lauf der Walzen und/oder Walzensätze geändert werden kann.
Die mittels des vorgeschlagenen Walzverfahrens erhaltenen Drähte haben für den Fachmann überraschende Eigenschaften, insbesondere für das Streckgrenzenverhältnis (Streckgrenze/Festigkeit) und die Dehnungswerte.
Tafel 1 enthält beispielhaft die bei der Kaltverformung eines Walzdrahtes von 7 mm Durchmesser zu einem Betonstahldraht von 6 mm Durchmesser erreichten Werte für die Zugfestigkeit, das Streckgrenzenverhältnis und die Bruchdehnung.
Tafel 2 gibt beispielhaft die Beeinflussung der Bruchdehnungswerte durch die Anstellung der Entspannungswalzensätze wieder.
Es ist daher wesentlicher Bestandteil der Erfindung, den Draht durch einen weiteren Walzensatz 10 hindurchzuleiten, der aus einer Anzahl von in zwei Reihen angeordneten Walzen besteht, die, wie aus der Fig. 1 ersichtlich, so ineinander greifen, dass der Draht auf einer kurzen Strecke mehrfach entgegengesetzt gebogen wird. Durch die wechselnden Druckund Zugspannungen wird der durch den vorhergehenden Walzvorgang in den Profilierwalzen erzeugte Spannungszustand weitgehend wieder aufgehoben, die Dehnungsgrenze steigt an und überschreitet die geforderten 8 % wesentlich. Vor allen Dingen wird damit überflüssig, dass die Drähte oder aus den Drähten hergestellte Matten noch einem thermischen Anlassprozess ausgesetzt werden müssen.
An die Biegewalzensätze schliessen sich Richtwalzensätze an, die im elastischen Bereich arbeiten. Als besonders günstig hat es sich hier herausgestellt, den Draht anschliessend aufzuhaspeln und dabei die Haspel zum Durchzug durch den Entspannungswalzensatz zu benutzen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Walzen des Entspannungswalzensatzes anzutreiben. Anschliessend wird der Draht auf Trommeln gewickelt oder direkt zu Baustahlmatten verarbeitet. Die aus dem Draht hergestellten Matten können jedenfalls unmittelbar der Verwendung zugeführt werden.
Anstelle einer Aufhaspelung kann der Vorrichtung zur Herstellung von Betonstahlstäben eine Schere direkt nachgeschaltet werden.
Die Haspel zum Aufhaspeln des Drahtes wird ebenfalls über eine Kolben-Zylinder-Anordnung von einem Druckölstrom angetrieben. Um eine gleichmässige Abzugskraft zu erreichen, wird der Haspelantrieb durch einen Druckmittelstrom vorgenommen, der einen konstanten Druck unabhängig von der Schluckmenge aufweist. Zum Abbremsen der Haspel kann beim Rücklauf des Druckmittelstromes dieser abgesperrt werden, so dass die Haspel schlagartig und ohne besondere Bremsmittel abgebremst werden kann.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, dass der Draht auch durch die Verformungswalzensätze ebenso wie durch die Entspannungswalzensätze hindurchgezogen wird. Unter diesen Umständen kann ein gesonderter Antrieb für die Verformungswalzensätze entfallen und es kann das erfindungsgemässe Verfahren vorteilhaft bei bestehenden Zieheinrichtungen angewandt werden. Wesen der Erfindung bleibt auch hier, dass anschliessend an eine erhebliche Verformung und Querschnittsverringerung ein Entspannen durch schnelles Biegen innerhalb des plastischen Bereiches erreicht wird.
Bei dem erfindungsgemässen Verfahren hat es sich für den Fachmann besonders überraschend herausgestellt, dass die Streckgrenze und die Zugfestigkeit in einem sehr günstigen Verhältnis zueinander eingestellt werden. Es ist hierbei unwesentlich, ob Drähte mit rundem Querschnitt, mit Profilquerschnitt oder mit gerippter Oberfläche hergestellt werden.
Die technologischen Werte des Betonstahles gemäss der Erfindung erlauben es, die zulässigen Spannungen am Betonstahl zu erhöhen und somit zu einer besseren Materialausnutzung zu kommen.
Bei der Herstellung von Betonstählen mit gerippter Oberfläche tritt beim Durchlauf durch die Entspannungswalzen weiterhin eine einseitige und kleinere Biegung des durchlaufenden Drahtes dadurch auf, dass bei Berührung einer Rippe an einer der Walzen der Draht eine grössere Biegung erfährt als bei Durchlauf einer glatten Stelle. Die zusätzliche überlagernde Biegungsfrequenz verbessert vorteilhaft den erfindungsgemässen Entspannungseffekt.
Um den kontinuierlichen Drahtdurchlauf durch die Verformungs- und Entspannungswalzen zu gewährleisten, sind, wie vorstehend beschrieben, zwei wechselweise zuzustellende Ablaufstellen im Einsatz. Die Kronenstöcke weisen einen Durchmesser auf, der 0,2 bis 0,9, vorzugsweise 0,5 bis 0,7 mal so gross ist wie der mittlere Ringdurchmesser des ver wendeten Drahtringes. der dem Windungsdurchmesser der einzelnen Drahtschleifen entspricht. Die Kronenstöcke, die auch konisch mit nach oben verringertem Durchmesser ausgeführt sein können, müssen dabei einerseits dem abzuziehenden Draht genügend Freiheit geben, um sich losschlagen zu können. anderseits aber genügend bremsen, um das Herausziehen von einzelnen oder einer Mehrzahl von Drahtschlingen aus der Drahtrolle zu verhindern.
Der Draht läuft von den Kronenstöcken in einer Leitrolle, die über den Kronenstöcken in ihrer Mitte angebracht ist.
Der Abstand der Leitrolle von den oberen Enden der Kro nenstöcke beträgt mindestens 0,3 und höchstens drei mal die
Länge des Umfanges einer Drahtschlinge. Bei dickerem
Draht ist ein grösserer Abstand als bei dem Abzug von dün nerem Draht zu verwenden.
Tafel 1
Technologische Werte kaltgewalzter Betonstahldrähte
Ausgangsprodukt ist Walzdraht mit 7,0 mm Durchmesser, kaltgewalzt zu Betonstahldraht mit 6,0 mm Durchmesser.
Probe Zugfestigkeit Steckgrenze Streckgren- Bruchdehnung Nr. aB aS zenverhältnis 10 kg/mm2 kg/mm2 as: oB
1 61.5 59,2 0,96 9,0
2 61,0 57,9 0,95 8,3
3 60,5 58.2 0,96 9,7
4 56.5 54,3 0,96 10,3
5 59,5 56.8 0,95 10,0
6 60,0 57,0 0,95 9,7
7 59,0 56,4 0,96 10,8
8 61.5 59,7 0,97 9,3
9 61,0 59.0 0,97 8,8
10 59,5 57,1 0,96 11,0
11 61,5 60,0 0,98 9,2
12 62,0 59,7 0,96 10,0
13 57,5 55.1 0.96 10,3 14 62.5 60,2 0,96 10,0
15 59.5 58.0 0,97 9,2 16 60.5 59,5 0,98 8,3
17 59,5 58,0 0,97 8,7 18 66.5 65,5 0,98 8,2
19 60.0 58.0 0,97 8,8 20 60,5 59,0 0,98 9,0 21 61,0 59,0 0,97 8,3 22 61.5 60,0 0,98 8,7
Tafel 2
Abhängigkeit der Bruchdehnung 10 von der Anstellung* der
Entspannungswalzen Probe Anstellung* Bruchdehnung Anstieg der Nr. 010 (,10in % Bruchdehnung % 1 0 6,1 0 2 2 7,0 15 3 4
8.2 35 4 6 9,5 56 5 8 9,6 57 6 10 10,2 67 * Von der Nullage (die Walzen berühren den Draht, ohne nennens Werten Druck auszuüben) bis zur Anstellung 10 verstärkt sich die Durchbiegung des Drahtes (siehe auch Skizze 3).