Die Herstellung von Armierungsstäben aus Baustahl ist bekannt. Sie werden im Stahlwerk gewalzt und werden als Stäbe oder bei kleinerem Durchmesser auch gerollt in den Handel gebracht. Erst in einem weiteren Schritt erfolgt die Umformung der Armierungsstäbe zu Zugstäben. Für den Einsatz als Zug- oder Druckstäbe im Stahlbetonbau werden die Armierungsstäbe mit entsprechenden Haken als Verankerung versehen, womit auch eine Verkürzung der Armierung erzielbar ist.
Bei den heute auf dem Markt erhältlichen Zug- oder Druckstäben hat man die Verankerungen in der Form von 90 DEG oder 180 DEG gebogenen Haken geformt. Diese an sich unproblematische Fertigung interessiert hier nicht, sondern nur die Herstellung von gerade verlaufenden Zug- oder Druckstäben, bei der die Verankerungen in der Verlängerung der Armierungsstäbe geformt sind.
Solche Armierungsstäbe, die als Zug- oder Druckstäbe dienen, weisen endseitige Verdickungen oder Druckplatten auf. Deren Herstellung geschieht bis heute immer entweder durch eine Warmverformung oder durch Anschweissung einer entsprechenden, meist separat geformten Verankerung. Dies führt dazu, dass zwei Teile mit unterschiedlichem kristallinem Gefüge verbunden werden und das kristalline Gefüge im Übergangsbereich nochmals verändert wird. Dies hat Einfluss auf die physikalischen Eigenschaften und insbesondere auch auf das Korrosionsverhalten und die Festigkeitswerte.
Teilweise werden die Verankerungsenden auch schmiedetechnisch angeformt, wozu aber der Armierungsstab auch vorher geglüht werden muss, wobei wiederum eine Veränderung des kristallinen Gefüges erfolgt.
Zug- oder Druckstäbe mit rondellenförmigen Verankerungen wurden nur schweisstechnisch angeformt. Neben physikalischen Nachteilen waren solche Zug- oder Druckstäbe auch relativ teuer.
Für die Fertigung von statisch besonders beanspruchten Teilen, zum Beispiel von Unterzügen wurden folglich solche Zug- oder Druckstäbe nicht eingesetzt. Armierungsstäbe, die hakenförmige Endungen aufweisen, lassen sich manchmal wegen der Unsymmetrie und/oder aus Platzgründen nicht verwenden.
Die vorliegende Erfindung hat sich daher zur Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Herstellung eines Zug- oder Druckstabes aus Armierungseisen zu schaffen, das die vorgenannten Nachteile behebt.
Die Erfindung zeigt ferner nach dem erfindungsgemässen Verfahren gefertigte Zug- oder Druckstäbe auf.
In der beiliegenden Zeichnung sind Beispiele der nach dem erfindungsgemässen Verfahren gefertigten Zug- oder Druckstäbe dargestellt und deren Herstellung in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt:
Fig. 1a bis d die verschiedenen Verfahrensschritte zur Herstellung eines Zug- oder Druckstabes mit Verankerung;
Fig. 2a bis c die verschiedenen Verfahrensschritte zur Herstellung eines Zug- oder Druckstabes mit einer Verankerung in der Form einer Verdickung;
Fig. 3 eine Variante eines Zug- oder Druckstabes.
Die Aufweitung eines Stabendes zur Vergrösserung des Durchmessers durch Stauchung ist ein im Maschinenbau an sich bekanntes Verfahren. Dieses Kaltverformungsverfahren erfolgt mittels einer entsprechenden Presse bei einer relativ geringen Geschwindigkeit. Ausgegangen wird hierbei von einem marktüblichen Armierungsstab, wie er in der Fig. 1a dargestellt ist. Ein solcher Armierungsstab 1 weist einen Durchmesser d auf. Vorzugsweise wird hierbei ein Armierungsstab mit glatter Oberfläche verwendet. Prinzipiell ist es jedoch möglich, Armierungsstäbe jeglicher Art, also glatt oder profiliert, aus Baustahl oder rostfreiem Stahl gefertigt, zu verwenden. Die eigentliche Kaltumformung erfolgt als Stauchung. Hierbei erfolgen innerkristalline Verfestigungsvorgänge, jedoch die Art des kristallinen Gefüges bleibt erhalten.
Dabei ist wesentlich, dass das zulässige Stauchverhältnis s = l0/d0 als Grenze gegen Ausknicken nicht überschritten wird. Hierbei gilt für Stahl s < = 2,3. In der obigen Formel bedeutet l0 die freie Länge des zu stauchenden Stabes und d0 der Ausgangsdurchmesser des Armierungsstabes. Wird eine grössere Verformung erwünscht, so kann dies mittels zweistufiger Stauchung erfolgen. Bereits bei zweistufiger Stauchung beträgt das Stauchverhältnis s = 4,5. Der Stauchvorgang ist in der Fig. 1b symbolisch dargestellt. Mit der Bezugszahl 2 sind die Klemmbacken bezeichnet, die das Werkstück, hier den Armierungsstab, halten. Das Anstauchgesenk ist nur symbolisiert durch den Pfeil 3 angedeutet. Die aufzuwendende Kraft P nimmt bekanntlich mit der Verdichtung des Materials zu.
Bereits nach dieser ersten Stufe der Kaltumformung erhält man einen Zug- oder Druckstab 4, wie in der Fig. 1c dargestellt. Dieser Zug- oder Druckstab weist endseitig nun eine Veranke rung 5 in der Form eines verdickten Fusses auf. Für verschiedene Anwendungen ist diese Gestaltungsform bereits genügend.
Um die Verankerungswirkung zu erhöhen, lässt sich beispielsweise in einem zweiten oder weiteren Kaltumformungsschritt die Verankerung 5 formlich so verändern, dass die Verankerung 5 die Gestalt eines Kopfes oder einer rondellenförmigen Verankerung 6 aufweist, wie dies aus der Fig. 1d ersichtlich ist.
Unter Umständen sind auch Verankerungen an Zug- oder Druckstäben erwünscht, die eine grössere Länge aufweisen. Auch solche Zug- oder Druckstäbe 4 lassen sich nach dem gleichen Verfahren herstellen. Dies zeigen die Fig. 2a bis c. In der Fig. 2a ist wiederum der unverformte ursprüngliche Armierungsstab 1 dargestellt. Die Fig. 2b zeigt einen von eventuell mehreren Kaltumformungsschritten, die erforderlich sein können, um einen Zug- oder Druckstab 4 mit einer Verankerung 5 in der Gestalt einer Verdickung 7 wie in der Fig. 2c dargestellt, zu erreichen.
Selbstverständlich ist das Kaltumformungsverfahren wie hier beschrieben in der Technik längstens bekannt. Auch sind Konstruktionselemente, die die äussere Gestalt wie hier dargestellt betreffen, durchaus bekannt. Jedoch sind Kaltumformungsverfahren in der Gestalt von Stauchung relativ teure Umformungsverfahren im Vergleich zu einer einfachen Biegung. Daher hat man bevorzugt im Betonbau Armierungsstäbe durch Biegung in die gewünschte Form umgestaltet. Lediglich in den scheinbar relativ selten vorkommenden Anwendungen, in denen dies aus geometrischen Gründen nicht möglich war, hat man behelfsmässig solche Zug- oder Druckstäbe durch Anschweissen einer Verankerung gefertigt.
Es ist das Verdienst der vorliegenden Erfindung, dass man sich überlegt hat, dass sowohl im Ortsbetonbau wie auch bei der Fertigung von vorgefertigten Betonelementen mit relativ kleinen Dimensionen, insbesondere mit einer kleinen Querschnittsfläche, bei der jedoch relativ hohe Zugspannungen auftreten, es prinzipiell einfacher ist, statt mit gebogenen Zug- oder Druckstäben mit geraden Zug- oder Druckstäben zu arbeiten, wobei dann der Nachteil der Schweissverbindungen für das Anbringen der Verankerungen wegfällt, wenn man die Zug- oder Druckstäbe durch Kaltumformung, insbesondere durch Stauchung, anfertigt. Dabei wird zwar das kristalline Gefüge verformt, jedoch nicht zerstört. Neben einer verbesserten Zugfestigkeit wird hierdurch auch die Gefahr der Korrosion erheblich vermindert.
Versuche haben gezeigt, dass es vorteilhaft ist, die Verdickung auf einen um mindestens 10% grösseren Durchmesser als der ursprüngliche Durchmesser des unverformten Armierungsstabes zu stauchen. Bevorzugterweise erfolgt die Stauchung in einem Arbeitsgang auf weniger als 30% grösseren Durchmesser als der ursprüngliche Durchmesser des Armierungsstabes. Es hat sich ferner als vorteilhaft erwiesen, die Länge der Klemmbacken in Abhängigkeit der Oberflächengestaltung der Armie rungsstäbe zu wählen. Die vorteilhafte Klemmlänge liegt zwischen 30 und 90 cm.
Die Verwendung von solcherart hergestellten Zug- oder Druckstäben ist prinzipiell vielseitig. Besonders bevorzugt werden diese jedoch eingesetzt zusammen mit herkömmlichen Armierungsstäben zur Gestaltung eines Armierungskorbes für Fenster- oder Türunterzüge. In gleicher Art lassen sich selbstverständlich auch vorgefertigte Stützelemente oder Säulen anfertigen, wobei wiederum entweder die erfindungsgemässen Zug- oder Druckstäbe für sich allein oder mit anderen Armierungsstäben kombiniert zu entsprechenden Armierungskörben eingesetzt werden können.
Auch bezüglich der Gestaltung der Verdickung sind verschiedene Ausführungsformen möglich. Die Länge des verdickten Teiles, der die Verankerung darstellt, kann sich über eine Länge von mindestens 0,2-mal dem Stabdurchmesser oder mehr erstrecken. Bevorzugt sind Längen des verdickten Teiles, die etwa 0,5- bis 3-mal dem Stabdurchmesser entsprechen.
Letztlich ist in der Fig. 3 eine weitere Möglichkeit eines Zug- oder Druckstabes dargestellt. Der Stab 2 weist als Verankerung eine relativ geringe Verdickung von lediglich zirka 10% auf. Die Verankerung wird jedoch flächenmässig vergrössert durch eine vom nicht verdickten Ende her aufgeschobene Lochscheibe, die an der Verdickung verkeilt wird und so hält.
The production of reinforcing bars made of structural steel is known. They are rolled in the steel mill and are brought onto the market as bars or, in the case of smaller diameters, also rolled. Only in a further step is the reinforcement bars transformed into tension bars. For use as tension or compression bars in reinforced concrete construction, the reinforcement bars are provided with corresponding hooks as anchoring, which also makes it possible to shorten the reinforcement.
In the tension or compression rods available on the market today, the anchors have been shaped in the form of 90 DEG or 180 DEG curved hooks. This inherently unproblematic production is not of interest here, but only the production of straight tension or compression rods, in which the anchors are formed in the extension of the reinforcing rods.
Such reinforcing bars, which serve as tension or compression bars, have end-side thickenings or pressure plates. To date, they are always manufactured either by hot forming or by welding an appropriate, usually separately shaped anchor. This means that two parts are connected with different crystalline structures and the crystalline structure in the transition area is changed again. This has an impact on the physical properties and especially on the corrosion behavior and strength values.
In some cases, the anchoring ends are also formed by forging, for which purpose the reinforcing rod must also be annealed beforehand, which in turn changes the crystalline structure.
Tension or compression bars with rondelle-shaped anchors were only molded on by welding. In addition to physical disadvantages, such tension or compression rods were also relatively expensive.
Consequently, such tension or compression rods were not used for the production of parts subject to particularly high static loads, for example, beams. Reinforcing bars that have hook-shaped ends can sometimes not be used due to the asymmetry and / or for reasons of space.
The present invention therefore has for its object to provide a method for producing a tension or compression rod from reinforcing iron, which eliminates the aforementioned disadvantages.
The invention also shows tension or compression rods manufactured by the method according to the invention.
The accompanying drawing shows examples of the tension or compression rods produced by the method according to the invention and their manufacture is explained in the description below. It shows:
Figures 1a to d, the various process steps for producing a tension or compression rod with anchoring.
2a to c show the various process steps for producing a tension or compression rod with an anchoring in the form of a thickening;
Fig. 3 shows a variant of a tension or compression rod.
The widening of a rod end to enlarge the diameter by compression is a method known per se in mechanical engineering. This cold forming process is carried out using a corresponding press at a relatively low speed. The starting point here is a standard reinforcing bar, as shown in FIG. 1a. Such a reinforcing bar 1 has a diameter d. A reinforcing bar with a smooth surface is preferably used here. In principle, however, it is possible to use reinforcing bars of any kind, i.e. smooth or profiled, made of structural steel or stainless steel. The actual cold forming takes place as an upset. Inner-crystalline solidification processes take place here, but the type of crystalline structure is retained.
It is essential that the permissible compression ratio s = l0 / d0 is not exceeded as a limit against buckling. The following applies to steel s <= 2.3. In the above formula, l0 means the free length of the bar to be compressed and d0 the initial diameter of the reinforcing bar. If a larger deformation is desired, this can be done by means of two-stage compression. Even with two-stage compression, the compression ratio is s = 4.5. The upsetting process is shown symbolically in FIG. 1b. The reference number 2 denotes the clamping jaws that hold the workpiece, here the reinforcing bar. The upsetting die is only symbolized by the arrow 3. As is known, the force P to be applied increases with the compression of the material.
Already after this first stage of cold forming, a tension or compression rod 4 is obtained, as shown in FIG. 1c. This tension or compression rod now has an anchoring tion 5 in the form of a thickened foot. This design is already sufficient for various applications.
In order to increase the anchoring effect, the anchoring 5 can be changed formally in a second or further cold-forming step such that the anchoring 5 has the shape of a head or a rondelle-shaped anchoring 6, as can be seen from FIG. 1d.
Under certain circumstances, anchorages on tension or compression rods that have a greater length are also desirable. Such tension or compression rods 4 can also be produced using the same method. This is shown in FIGS. 2a to c. In Fig. 2a, the undeformed original reinforcing bar 1 is again shown. FIG. 2b shows one of possibly several cold forming steps which may be necessary to achieve a tension or compression rod 4 with an anchor 5 in the form of a thickening 7 as shown in FIG. 2c.
Of course, the cold forming process as described here has long been known in the art. Construction elements that relate to the outer shape as shown here are also well known. However, cold forming processes in the form of upsetting are relatively expensive forming processes compared to a simple bend. For this reason, reinforcement bars have preferably been converted into the desired shape by bending in concrete construction. Only in the apparently relatively rare applications in which this was not possible due to geometrical reasons, such tensile or compression rods have been made makeshift by welding an anchor.
It is to the merit of the present invention that consideration has been given to the fact that it is in principle easier both in in-situ concrete construction and in the manufacture of prefabricated concrete elements with relatively small dimensions, in particular with a small cross-sectional area, but with relatively high tensile stresses, instead of working with curved tension or compression bars with straight tension or compression bars, the disadvantage of the welded connections for attaching the anchors then being eliminated if the tension or compression bars are produced by cold forming, in particular by compression. The crystalline structure is deformed, but not destroyed. In addition to improved tensile strength, this also significantly reduces the risk of corrosion.
Tests have shown that it is advantageous to compress the thickening to a diameter which is at least 10% larger than the original diameter of the undeformed reinforcing bar. The compression is preferably carried out in one operation to less than 30% larger diameter than the original diameter of the reinforcing bar. It has also proven to be advantageous to choose the length of the jaws depending on the surface design of the reinforcement bars. The advantageous clamping length is between 30 and 90 cm.
In principle, the use of tension or compression rods produced in this way is versatile. However, these are particularly preferably used together with conventional reinforcing bars to design a reinforcing basket for window or door beams. Of course, prefabricated support elements or columns can also be made in the same way, whereby either the tension or compression rods according to the invention can be used on their own or combined with other reinforcement rods to form corresponding reinforcement cages.
Various embodiments are also possible with regard to the design of the thickening. The length of the thickened part which represents the anchorage can extend over a length of at least 0.2 times the rod diameter or more. Lengths of the thickened part which correspond approximately to 0.5 to 3 times the rod diameter are preferred.
Finally, another possibility of a tension or compression rod is shown in FIG. 3. The rod 2 has a relatively small thickening of only about 10% as anchoring. However, the anchoring is enlarged in terms of area by a perforated disc pushed on from the non-thickened end, which is wedged on the thickening and thus holds.