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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von vergüteten Profilstahl-Abschnitten
Zur Herstellung von vergüteten Segmenten aus Profilstahl-Abschnitten, insbesondere
für den bogenförmigen Streckenausbau im Grubenbetrieb, ist es bekannt, die geraden
Profilstahl-Abschnitte durch einen Härteofen zu führen, die auf eine Temperatur
oberhalb des Ac3-Punktes des Eisen-Kohlenstoff-Diagramms erwärmten geraden Walzprofile
anschließend in einer Matrize zu Segmenten zu biegen und die gebogenen Segmente
vorzugsweise zugleich mit der Matrize in einem Flüssigkeitsbad abzuschrecken, woraufhin
die Segmente in einem nachgeschalteten Ofen angelassen werden.
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Erfindungsgemäß läßt sich das Verfahren zur Herstellung solcher vergüteter
Segmente aus Profilstahl-Abschnitten unter Verwendung von Baustahl, dessen Festigkeit
in vergütetem Zustand weniger als etwa 9o kg/mm2 und, dessen Dehnung bei einer Kerbzähigkeit
von mehr als 6 kg/cm2 mindestens etwa 18% beträgt, dadurch verbessern, daß die geraden
Profilstahl-Abschnitte in Längsrichtung durch einen vorzugsweise als Durchlaufofen
ausgebildeten Härteofen hindurchgeführt und nach dem Verlassen des Härteofens an
das Profil allseitig benetzenden Abschreckdüsen voarl>ei durch einen nachgeschalteten
Anlaßofen geleitet werden und daß die vergüteten Profilstahl-Abschnitte anschließend
unter Anwendung einer Kaltverformung zu Segmemte.n gebogen werden. Durch das Verfahren
gemäß der Erfindung ist es nicht nur möglich, die Herstellung solcher vergüteten
Segmente im Durch'laufverfahren. durchzuführen und dadurch Nvirtschafitlicher zu
gestalten, sondern es wird der @veite,re Vorteil erreicht, daß die hierzu erforderlichen
Anlagen in ihren Abmessungen wesentlich kleiner und daher einfacher und billiger
gehalten werden können, wodurch sich gleichzeitig der erforderliche Raumbedarf erheblich
vermindert. Ferner ist es durch das Verfahren gemäß der Erfindung möglich, auf das
bei den bekannten Verfahren in der Regel erforderliche Nachrithten zu verzichten,
da die endgültige Formgebu-ng der Segmente nach Beendigung des Vergütungsverfah!rens
stattfindet und ein Verziehen der Profilstahl-Abschnitte in den voraufgegangenen
Phasen daher unbedenklich in Kauf genommen -,verden kann. Von Vorteil ist ferner,
daß bei Anwendung des Verfahrens wechselnde Längen der zu vergütenden Stäbe ohne
Einfluß auf den Ausnutzungsgrad der Öfen bleiben und daß es ohne Mehraufwand' sogar
möglich ist, die übliche Unterteilung von Lieferlängen in Schnittlängen erst nach
dem Vergüten voT-zunehmen.. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens liegt in der vollkommen
gleichmäßigem Härtung der die bei den bekannten Verfahren in der Regel deshalb nicht
erzielt werden kann, weil durch die Anlagerung der Matrize an der Profiloberfläche
Zonen entstehen, an welchen die Abschreckflüssigkeit nicht unmittelbar zur Wirkung
kommen kann, so daß hier entweder gar keine oder nur eine unvollkommene Härtung
eintritt. Bei den bekannten Verfahren wird eine gleichmäßige Härtung demgegenüber
auch deshalb erschwert, weil die Matrize die Ableitung von Dampfblasen, die ihrerseits
den Zutritt der Abschreckflüssigkei<t an die Werkstoffoberfläche beeinträchtigen,
behindert. Der wesentliche Vorteil des Verfahrens nach der Anmeldung besteht außer
der Vermeidung der vorstehenden Nachteile indessen darin, .dtß es auf diese Weise
möglich ist, die Durchsatzleistung unter Verwendung wesentlich einfacherer und nur
einen verhältnismäßig kleinen Raum einnehmender Anlagen gegenüber den bekannten
Verfahren erheblich zu steigern und gleichzeitig eine Materialverbesserung durch
die als Folge des Du:rchlaufverfahrens erzielbare Gleichmäßigkeit des Abschreckvorganges
über die Länge der Profilstäbe zu erreichen.
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Zur Erzielung hoher Festigkeiten von länglichen, im Querschnitt runden
oder ähnlich profilierten Werkstücken aus Stahl hat man bereits vorgeschlagen, die
Werkstücke nach dem Härten und Abschrecken - allerdings unter Verzicht auf ein Anlassen
- kalt zu verwinden. Bei diesem Verfahren, das im übrigen nur auf die Verwendung
verhältnismäßig weicher Stähle, z. B. solcher mit Kohlenstoffgehalten von etwa o,
1a bis o, 15 %, beschränkt, d!. h. atso nicht bei Baustählen mit etwa 0,30% Kohlenstoff,
wie im Fall des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung anwendbar ist, geht man
von der an sich bekannten Tatsache aus, daß durch das Härten nur eine begrenzte
Festigkeitssteigerung
herbeigeführt werden kann, daß es indessen
möglich ist, durch eine anschließende Kaltverformung noch eine zusätzliche Festigkeitssteigerung
zu erzielen. Zwar handelt -es siech bei, den nach diesem Verfahren hergestellten,
besonders festen GVerkstücken um Vollkörper größeren Durchmessers, z. B. von etwa
40 mm. Jedoch wird hierbei infolge der Verdrehungsverformung nur ein verhältnismäßig
kleiner Verformungsgrad (große Ganghöhe) angewendet. Da dieses Verfahren an die
Verwendung verhältnismäßig weicher, niedrig Bekohlter Stähle gebunden ist, lassen
sich hierdurch im übrigen nur begrenzte Endfestigkeiten, die beispielsweise nicht
wesentlich über 6o kg/mm2 hinausgehen, erreichen.
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Gemäß einem anderen Verfahren gehört es ebenfalls zum Stand der Technik,
zur Herstellung von Bandprofilen aus Stählen mit einer Festigkeit von etwa So bis
iSo kg/mm@ im vergüteten Zustand, diese zur endgültigen Formgebung nach der erfolgten
Vergütung einem Kaltbiegevorgang zu unterwerfen. Dieses Verfahren ist indessen auf
die Verwendung sehr geringer Wandstärken, und zwar solcher zwischen etwa 0,20 und
o,8o mm beschränkt.
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Beide behandelten bekannten Verfahren haben die Praxis in bezug auf
die Herstellung gebogener Ausbauprofile, insbesondere für den Grubenbetrieb, nicht
dazu anzuregen vermocht, von geraden Walzprofil-Abschnitten auszugehen und diese
entsprechend dem Vorschlag gemäß der Erfindung im fertigvergüteten Zustand kalt
zu Segmenten zu biegen.
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Dies ist im wesentlichen auf die .grundsätzlich abweichenden Formänderungsbedingungen
beim Biegen von Grubenausbauprofilen zurückzuführren sowie auf die Tatsache, daß
die Verwendung im Untertageeinsatz und vor allem auch die hier gestellte Forderung
nach mehrfach wiederholter Kaltrich:tbarkeit und Wiederverwendbarkeit außerordentlich
hohe und auf anderen Gebieten der Baustahlverwendurng nicht vorkommende Anforderungen
an das Formänderungsvermögen des Werkstoffes stellt. Bei der Herstellung von Ausbausegmenten
handelt es sich um einen Biegevorgang über eine sehr große- Profilhöhe, z. B. i2o
mm (genormtes Grubenau@sbauprofil), bei welcher nicht nur große Verformungsspannungen
auftreten, sondern auch die Unterschiede der Verformung zwischen der Zug- und Druckfaser
beträchtlich sind. Man hat daher befürchtet, daß die Kaltverformung bei diesen Profilen
zu Versprödungen bzw. Sprödrissen führt, die speziell bei Verwendung dieser Segmente
im Grubenbetrieb unter allen Umständen vermieden werden müssen. Gerade in diesem
speziellen Anwendungsfall ist es von größter Wichtigkeit, .diaß die.4u,sbau,rahm:en
ausreichend großes Formänderungsvermögen besitzen und sich unter der Einwirkung
des Gebirgsdruckes im möglichst hohem Maße unter Vermeidung von Brüchen verformen
und diese Beanspruchung mehrfach ertragen können, da e.i:n plötzlicher Bruch solcher
Ausbauelemente außerordentlich schwerwiegende Folgen haben kann.
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Demgegenüber beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, daß im Zusammenhang
mit der KaltveTformung zwar eine Änderung der Werkstoffeigenschaften verbunden ist
in der Weise, daß mit wachsendem Verform:ungsgrad die Streckgrenze steigende, die
Dehnung fallende Tendenz aufweisen, daß jedoch - wie umfangreiche Versuche bestätigt
haben - die praktisch in Frage kommenden Verformungsgrade bei der Fertigung von
Streckenbögen für dien Grubenausbau bei Verwendung der angegebenen Werkstoffe praktisch
ohne Einfluß auf die Festigkeit, die Einschnürung und die Kerbschlagzähigkeit bleiben,
während sich der E.influß auf Streckgrenze und Dehnung in sehr engen Grenzen hält.
Der Erfindung liegt hierbei. die weitere Erkenntnis zugrunde, daß eine Erhöung der
Streckgrenze im Hinblick auf die speziellen Gebrauchseigenschaften solcher Ausbauprofile
durchaus einen Vorteil darstellt, während die Verminderung der Dehnung andererseits
ohne praktischen Nachteil bleibt, solange die verbleibende Dehnung nicht unter einen
Grenzwert von etwa i 8 % absinkt, was indessen - wie die Versuche bestätigt haben
- tatsächlich nicht eintritt.
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Es hat sich gezeigt, daß Grubenausbausegemente, die nach dem Verfahren
gemäß der Erfindung hergestellt sind, einer sehr hohen Wechselbiegebeanspruchung,
z. B. einem achtzigmaligen Hin- und Herhiegen, ohne Bruchgefahr unterworfen werden
können.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel erläutert.
Es zeigt Fig. i eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens im Grundriß und Fig.
2 eine Abschreckvorrichtung in Ansicht. Gemäß Fig. i werden die geraden Walzprofilstäbe
i kontinuierlich in Längsrichtung durch einen als Durchlau.fofen ausgebildeten Härteofen
2 geleitet, in welchem sie auf eine Temperatur oberhalb des Ac2-Punktes des Eisen-Kohlenstoff-Diagramms
erwärmt werden, nach dem Verlassen des Härteofens ohne Richtungsänderung durch eine
ringartig ausgebildete Abschreckbrause 3 hindurchgeleitet und anschließend nach
dem Durchgang durch einen ebenfalls als Durchlaufofen ausgebildeten Anlaßofen 4.
im kalten Zustand mittels eigner in der Zeichnung nicht dargestellten Rol.lenbiegemaschine
zu Segmenten gebogen werden.
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In Fig. i sind Härte- und Anlaeofen mit einem Rollgang zum Transport
der Profil itäbe ausgerüstet, wobei die Rollen 5 zweckmäßig motorisch angetrieben
werden.. Es ist jedoch möglich, an Steile der Verwendung von Rollgängen auch andere
Transportmittel innerhalb der Öfen zu verwenden.
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Gemäß Fiig. 2 ist diie Abschreckvorrichtu.ng 3 aus einem. etwa entsprechend
der Umrißform der Profile gebogenen, das Profil im Abstand allseitig umgebenden
rohrförmigen Hohlkörper gebildet, wobei dieser auf der dien Profil zugekehrten Innenseite
mit in kurzen Abständen angeordneten, düsenartigen Öffnungen versehen ist. Bei 7
ist die Abschreckvoarrichtung an ein Abschreckmittel, z. B. Wasser, angeschlossen.
Die Verwendung solcher, als Hohlkörper ausgebildeter Abschreckbrausen ist in der
Technik an sich bekannt.
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Durch die Form der Abschreckvorrichitung wird erreicht, daß das Profil
allseitig gleichmäßig abgeschreckt wird:. In Abweichung von der Darstellung können
hierbei mehrere Absch.reckvorrichtungen im Abstand hintereinandergeschaltet sein.
Um eine sichere Führung der Profilstäbe innerhalb der Abschreckvorrichtung 3 zu
erzielen, sind zwischen dem Härteofen 2 und dem Anlaßofen 4 weitere Stützrollen,
5" vorgesehen. Die Walzprofilstäbe werden während des Vergütungsprozesses kontinuierlich
in Richtung des Pfeiles x bewegt.
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Außer dien in Fig.2 dargestellten Ri.nnenprofnl können selbstverständlich
auch andere Profilformen verwendet werden, wobei dann die Vorrichtung 3 jeweils
der Umrißform der Profile in ihrer Ausbildung angepaßt sein muß.
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Außer für die Herstellung von vergüteten Segmenten für den untertägigen
Streckenausbau läßt sich das Verfahren mit Vorteil z. B. auch für die Herstellung
von
Schiffsspannen oder anderen bogenförmigen Bauteilen verwenden.