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Verfahren zur Erhöhung der Streckgrenze und Zugfestigkeit von Metallstäben
Um die Streckgrenze und Zugfestigkeit von Betonbewehrungsstäben zu erhöhen, ist
bekannt, die Stäbe einem Kaltverformungsprozeß durch Recken zu unterwerfen. Beim
Recken wird im allgemeinen in der Weise vorgegangen, daß die zu reckenden Stäbe,
deren Länge im allgemeinen bei 10 bis 20 m liegt, zunächst an den Enden in den Einspannköpfen
der Reckmaschine befestigt werden. Darauf erfolgt die Reckverformung, indem einer
der beiden Einspannköpfe oder beide Einspannköpfe axial zur Stabachse bewegt werden.
Nach Erreichen des gewünschten Reckgrades wird der Antrieb der Reckmaschine abgeschaltet,
der gereckte Stab entlastet, die beiderseitige Einspannung gelöst und der Stab nunmehr
aus der Reckmaschine herausgenommen. Schließlich werden die Einspannköpfe in die
Ausgangsstellung zurückgebracht, worauf sich der gleiche Prozeß für den nächsten
kaltzureckenden Stab wiederholt. Um eine größere Produktionsleistung zu erzielen,
ist bekannt, diese »intermittierende« Arbeitsweise durch eine »kontinuierliche«
zu ersetzen, welche die Ausübung der Reckverformung ohne jeweiliges Ein- und Ausspannen
der Stäbe und ohne ein Hin- und Herbewegen der Einspannköpfe ermöglicht. Erhebliche
Schwierigkeiten bereitet dabei jedoch die Einleitung der Reckkräfte in die zu reckenden
Stäbe, die durch Reibung über rotierende Treibrollen, Raupenbänder od. dgl. erfolgen
muß. Die Reibung ist abhängig vom Druck, der von den Treibrollen oder den Raupenbändern
auf den Stab in radialer Richtung ausgeübt wird, außerdem vom Reibungskoeffizienten
zwischen Staboberfläche und Oberfläche der Treibrollen, d. h. im wesentlichen von
deren Oberflächenbeschaffenheit, und schließlich auch von der Größe der Staboberfläche.
Da das Verhältnis vom Stabumfang zum Stabquerschnitt mit ansteigendem Stabdurchmesser
kleiner wird, die Reckkräfte dagegen quadratisch mit dem Stabdurchmesser ansteigen,
ergeben sich besonders für dicke Stäbe erhebliche Schwierigkeiten bei der Kraftübertragung.
Wegen der verminderten relativen Größe der Oberfläche sind außerordentlich hohe
Querdruckkräfte in radialer Richtung des Stabes erforderlich, die eine unerwünschte
plastische Verformung des Stabes in Querrichtung zur Folge haben. Außerdem ist es
zwecks künstlicher Erhöhung des Reibungskoeffizienten erforderlich, die Oberfläche
der Treibrollen oder Raupenbänder durch Kerben oder Scharrierungen aufzurauhen.
Dadurch entstehen entsprechende Rauhigkeiten auf der Staboberfläche, die infolge
ihrer Kerbwirkung beim Gebrauch des Stabes, z. B. bei Biegebeanspruchungen, leicht
zu Sprödbrüchen führen können und somit den Wert des Produktes erheblich herabsetzen.
Ferner werden wegen der großen Querdruckkräfte erhebliche Anforderungen an die Kraftübertragungselemente,
insbesondere an den Werkstoff der Treibrollen oder Raupenbänder, gestellt.
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Die Erfindung bezweckt, die mit dem kontinuierlichen Recken von Metallstäben,
insbesondere Stahlstäben, die zur Bewehrung im Betonbau dienen können, verbundenen
Schwierigkeiten zu beseitigen.
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Die Erfindung -bezieht sich auf ein Verfahren zur Erhöhung der Streckgrenze
und Zugfestigkeit von Metallstäben, insbesondere Betonbewehrungsstäben, durch kontinuierliche
Kaltverformung und besteht darin, daß die Stäbe in an sich bekannter Weise Treibrollen
oder dergleichen Transportmittel durchlaufen, und daß diese Transportmittel in Transportrichtung
der Stäbe eine derart zunehmende Transportgeschwindigkeit aufweisen, daß sich eine
der Größe einer angestrebten Reckverformung der Stäbe entsprechende, axiale Zugkrafteinwirkung
auf die Stäbe ergibt, sowie dadurch, daß die Stäbe zwischen den Transportmitteln
in ebenfalls an sich bekannter Weise so über Rollen geleitet werden, daß an deren
Berührungsstelle mit den Stäben eine Biegung der Metallstäbe eintritt.
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Wie erwähnt, ist es an sich bekannt, in einem kontinuierlichen Verfahren
die Streckgrenze und Zugfestigkeit von Metallstäben dadurch zu erhöhen, daß die
Stäbe Rollensätze durchlaufen, in denen sie einer Biege- und Rückbiegeverformung
unterworfen werden. Auch ist es bekannt, bei diesem Verfahren die Stäbe zusätzlich
zu verwinden. Bei diesem bekannten Verfahren werden die Stäbe aber nicht gereckt,
und durch die angewandte Biegeverformung und Verwindung wird nicht die Aufgabe gelöst,
die für einen kontinuierlichen Reckvorgang erforderliche Zugkraft herabzusetzen.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielbare erhebliche Herabsetzung der Zugkraft
beim
kontinuierlichen Recken von Metallstäben ist aus folgenden Beispielen erkennbar.
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Für einen Stahlstab von 16 mm Durchmesser wurde bei rein axialer Zugbeanspruchung
eine Reckkraft von 6300 kg benötigt, um einen Reckgrad von 2,3 % zu erzielen. Eine
zweite Probe desselben Stabes wurde einer Reckverformung mit überlagerter Biegeverformung
in der Weise unterworfen, daß sie mit Hilfe einer Zugvorrichtung durch einen Biegerollensatz
hindurchgezogen wurde, der so ausgebildet war, daß der Stab mit etwa 35° Biegewinkel
gebogen und anschließend wieder zur Geraden zurückgebogen wurde. Nach dem Durchziehen
wurde an dem Stab eine bleibende Reckung von 2,3 % festgestellt. Die Zugkraft, die
erforderlich war, um den Stab durch die Biegerollen zu ziehen, betrug 1890 kg, also
nur 30% des vergleichbaren Wertes bei rein axialer Zugbeanspruchung. Eine dritte
Probe desselben Stahlstabes benötigte zur Erzielung eines Reckgrades von 8,3 % bei
rein axialer Zugbeanspruchung eine Reckkraft von 920(? kg. Eine weitere Probe desselben
Stahlstabes wurde mehrmals nacheinander einer Zugbeanspruchung mit überlagerter
Biegeverformung entsprechend der von Probe 2 dieses Stahlstabes unterworfen. Beim
sechsten Durchgang wurde ein Gesamtreckbetrag von 8,3 % erzielt, und die erforderliche
Durchziehkraft betrug 2600 kg, also nur 28,2 % des vergleichbaren Wertes bei rein
axialer Zugbeanspruchung. Eine weitere Verminderung der Reckkraft wird erreicht,
wenn auf den Stab neben der überlagerten Biegeverformung noch eine zusätzliche Verdrehverformung
ausgeübt wird. Die Verdrehverformung kann auch an Stelle der Biegeverformung durchgeführt
werden.
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Einige Ausführungsbeispiele des Verfahrens nach der Erfindung sind
in den F i g. 1 bis 5 schematisch dargestellt.
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Nach F i g. 1 wird der Stab 1 durch die durch Motor angetriebenen
Treibrollenpaare 2, 2' und 3, 3' in die durch den Pfeil 6 angezeigte Richtung
bewegt. Die Treibrollen weisen zweckmäßig Einschnitte auf, die dem Profil des Stabes
1 entsprechen, und können durch Federdruck radial gegen den Stab 1 angedrückt
werden. Die Umfangsgeschwindigkeit des Treibrollenpaares 3, 3' ist gegenüber
der des Treibrollenpaares 2, 2' erhöht, so daß der zwischen den beiden Treibrollenpaaren
jeweils liegende Stabteil einer Reckspannung ausgesetzt ist. Außerdem wird dieser
Stabteil durch die Biegerolle 4 einer Biegeverformung unterworfen. Bei Rolle 5 handelt
es sich um eine Stützrolle. Infolge der überlagerten Biegeverformung wird eine plastische
Reckverformung des Stabes 1 in dem jeweils an der Biegerolle 4 anliegenden
Teil schon bei verhältnismäßig geringer Größe der Reckkraft hervorgerufen. Der Unterschied
in den Umfangsgeschwindigkeiten der beiden Treibrollenpaare 2, 2' und 3, 3' entspricht
dem vorgesehenen Reckbetrag. Eine etwaige, infolge der überlagerten Biegeverformung
zurückbleibende plastische Biegung des Stabes 1 wird durch einen abschließenden
Richtprozeß in einer an sich bekannten Richtmaschine beseitigt.
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Die Ausführungsform nach F i g. 2 unterscheidet sich von der nach
F i g. 1 dadurch, daß auf den Stab 1 neben der zusätzlichen Biegeverformung
noch eine zusätzliche Verdrehverformung ausgeübt wird. Die Umfangsgeschwindigkeit
des Treibrollenpaares 8, 8' ist entsprechend dem vorgesehenen Reckbetrag
gegenüber der des Treibrollenpaares 7, 7' erhöht. Durch die Biegerolle 9 erfolgt
eine zusätzliche Biegeverformung. Dadurch, daß das Treibrollenpaar 8, 8'
noch
eine Rotationsbewegung im Sinne des Pfeiles 11 in einer zur Längsachse des
anliegenden Stabteils senkrechten Ebene ausführt, wird der an Biegerolle 9 anliegende
Stabteil zusätzlich einer Verdrehverformung unterworfen.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 ist wieder die Umfangsgeschwindigkeit
des Treibrollenpaares 13, 13' gegenüber der des Treibrollenpaares 12,12' entsprechend
dem vorgesehenen Reckbetrag erhöht. In dem zwischen den beiden Treibrollenpaaren
liegenden Teil wird der Stab 1 mittels der Biegerollen 13, 15 und 16 einer
zusätzlichen Biege-und Rückbiegeverformung unterworfen. Die Biegerollen
14, 15 und 16 laufen entweder lose mit, oder sie werden angetrieben,
wobei dann die Umfangsgeschwindigkeit der Biegerolle 14 derjenigen des Treibrollenpaares
12, 12' und die Umfangsgeschwindigkeit der Biegerolle 15 der des Treibrollenpaares
13, 13' entspricht. Biegerolle 16 weist eine mittlere Umfangsgeschwindigkeit auf.
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In den Beispielen nach F i g. 1 bis 3 ist der Einfachheit halber auf
jeder Stabseite nur ein Treibrollenpaar vorgesehen worden. Im allgemeinen werden
jedoch auf jeder Seite zwei oder mehrere Treibrollenpaare angeordnet.
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Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 entspricht dem in F i g. 3 dargestellten,
jedoch wird die Funktion der beiden Treibrollenpaare durch zwei Fünfrollensätze
18 bis 22 und 23 bis 27 übernommen. Die Fünfrollensätze sind so ausgebildet, daß
jeweils eine der unteren Rollen etwa in der Mitte zwischen zwei der oberen Rollen
liegt. Die Anstellung der Rollen gegen den Stab erfolgt entweder starr oder über
(nicht dargestellte) Federelemente. In beiden Fällen bleibt der Anstelldruck so
gering, daß der Stab 1zwischen je zwei oberen und einer unteren Rolle sowie zwischen
den beiden unteren und der mittleren oberen Rolle lediglich elastisch durchgebogen
wird. In dem am Fünfrollensatz anliegenden Stabteil findet somit keine Kaltverfestigung
statt. Die Umfangsgeschwindigkeit der Rollen 23 bis 27 ist gegenüber derjenigen
der Rollen 18 bis 22 erhöht. Außer der hierdurch hervorgerufenen Reckspannung
wird der zwischen den beiden Fünfrollensätzen 18 bis 22 und 23 bis 27 liegende Stabteil
mittels der Biegerollen 28, 29 und 30 einer Biege- und Rückbiegeverformung
ausgesetzt.
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Bei dem Beispiel nach F i g. 5 wird der Stab 1
infolge einer
unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeit der beiden Fünfrollensätze 32 bis 36 und
37 bis 41 einer Reckspannung unterworfen. Durch die Biegerollen
42 bis 48 erfolgt zusätzlich eine mehrmalige Biege- und Rückbiegeverformung.
Bei den Biegerollen 42 bis 48 handelt es sich um lose mitlaufende
Rollen oder um solche, die alle oder zum Teil angetrieben werden. Ein etwaiger Antrieb
der Biegerollen erfolgt in der Weise, daß die Umfangsgeschwindigkeit von Biegerolle
zu Biegerolle entsprechend dem jeweils an jeder Biegerolle durch die Reck-Biege-Spannung
hervorgerufenen Reckbetrag erhöht wird.
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Je nach den gewünschten Festigkeitseigenschaften des Stabes werden
die in den verschiedenen Beispielen genannten Kaltverformungen einmal oder mehrmals
ausgeübt. Die wiederholte Verformung erfolgt
entweder in einem
erneuten Durchgang oder bei vollkommen kontinuierlicher Arbeitsweise mit Hilfe mehrerer
hintereinandergestaffelter Verformungsmaschinen. Die Richtung der zusätzlichen Biegebeanspruchung
zu einer gedachten Querschnittsachse des Stabes wird von Durchgang zu Durchgang
geändert.
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Das Verfahren nach der Erfindung ist sowohl bei glatten als auch bei
gerippten oder in anderer Weise mit Erhöhungen oder Vertiefungen versehenen Metallstäben
anwendbar.
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Gleichzeitig mit der Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung
können Eindruckstellen auf den Stäben angebracht werden, die zur Erhöhung der Haftfestigkeit
der Stäbe im Beton dienen und beispielsweise die Form von Quadraten, Rauten, Ellipsen
u. a. aufweisen können. Derartige Eindruckstellen wird man in der Regel nur bei
glatten oder nur mit durchlaufenden Längsrippen versehenen Stäben vorsehen. Das
Aufbringen kann durch Kaltaufwalzen erfolgen, beispielsweise mittels der mit entsprechenden
Gravierungen versehenenTreibrollenpaare, z. B. 2, 2' bzw. 3, 3' in F i g. 1. Selbstverständlich
kann man auch besondere Walzen zur Erzeugung der Eindruckstellen vor oder hinter
den Treib- und Biegerollen vorsehen.