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Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung der Streck- und Kriechgrenze
von Draht Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Verbesserung der Streck- und Kriechgrenze von Draht in Form von Strängen, Seilen
oder Einzeldrähten, wobei der Draht mit gleicher Winkelgeschwindigkeit rotierende
Förderrollen umläuft, deren Durchmesser sich von Rolle zu Rolle so vergrößert, daß
der Draht einer genügend großen Maximalzugspannung unterworfen ist, um eine bleibende
Längung des Drahtes hervorzurufen.
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Zur Vereinfachung sollen in der nachfolgenden Beschreibung unter dem
Ausdruck »Draht« außer einzelnen Drahtlängen auch Drahtstränge und Drahtseile verstanden
werden.
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Durch die Erfindung sollen insbesondere die Entspannungseigenschaften
des Drahtes verbessert werden, was ihn besonders für die Verwendung in vorgespannten
Stahlbetonkonstruktionen geeignet macht.
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Verfahren und Vorrichtung gemäß der Erfindung erlauben es ferner,
Drahtstränge und Drahtseile zu erzeugen, wobei bei Strängen die einzelnen, den Strang
bildenden Drähte und bei Drahtseilen die das Seil bildenden Stränge in besonders
genauer Weise in ihre gewünschte schraubenlinige Form gebracht werden, so daß ein
besonders guter Strang bzw. ein besonders gutes Seil erhalten wird, derart, daß
bei einem Zerteilen desselben das Spleißen der abgeschnittenen Enden vollständig
vermieden wird und der Strang oder das Seil abgeschnitten werden können, ohne daß
es notwendig ist, dasselbe an den Trennstellen zusammenzubinden.
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Der nach der Erfindung hergestellte Draht weist sowohl in einzelnen
Längen als auch in Drahtsträngen oder in Drahtseilen eine besonders geradlinige
Formgebung auf, d. h., er ist frei von leichten Knickstellen oder anderen Abweichungen
von der Geradlinigkeit.
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Diese durch die Erfindung erzielten Verbesserungen bezüglich der Form
des Drahtes, d. h. der vorerwähnten genauen Schraubenlinienform bei Strängen oder
Seilen und der genauen geradlinigenAusrichtung bei einer einzelnen Drahtlänge bzw.
Strängen oder Seilen machen den Draht insbesondere für die Verwendung in vorgespannten
Stahlbetonkonstruktionen geeignet.
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Ein bekanntes Verfahren der eingangs genannten Art bezweckt im wesentlichen
das Strecken von Draht mit dem Ziel, in möglichst wirtschaftlicher und schneller
Weise Drahtstärken zu erhalten, die zwischen den im allgemeinen üblichen Standardgrößen
liegen. Bei diesem Verfahren läuft der zu strekkende Draht von der Speisetrommel
zwei- oder dreimal rings um eine erste Scheibe, dann um eine von der ersten Scheibe
getrennt angeordnete zweite Scheibe und darauf mehrmals um eine dritte Scheibe,
die mit der ersten Scheibe auf der gleichen Welle befestigt ist, aber größer als
diese ist. Nach dem Verlassen der dritten Scheibe läuft der Draht um verschiedene
weitere Scheiben und schließlich zu einem die Zugspannung auslösenden Dorn.
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Das Strecken des Drahtes erfolgt bei dem bekannten Verfahren auf Grund
des Durchmesserunterschiedes zwischen der mit gleicher Winkelgeschwindigkeit umlaufenden
ersten und dritten Scheibe. Hierbei erhöht sich die Spannung des um die erste Scheibe
umlaufenden Drahtes fortschreitend, je mehr sich der Draht der Stelle nähert, an
welcher er diese Scheibe verläßt. Gleichzeitig vergrößert sich die Streckung des
Drahtes, was zur Folge hat, daß der Draht während des letzten Teils seines Vorrückens
um die erste Scheibe einen voreilenden Schlupf erhält. Andererseits verringert sich
die Spannung in dem um die dritte Scheibe umlaufenden Draht fortschreitend, so daß
sich der Draht zusammenzieht und die in einem bestimmten Zeitabschnitt von dieser
Scheibe ablaufende Drahtlänge geringer ist als die zu ihr führende Drahtlänge. Während
des letzten Teils des Drahtumlaufs um die dritte Scheibe weist der Draht daher einen
rückwärts gerichteten Schlupf auf, und infolge
der Kupplung der
beiden Scheiben zieht die dritte Scheibe den Draht auf diese Scheibe.
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Der infolge der zweifachen Umschlingung des Drahtes um die erste Scheibe
auftretende Gesamtschlupf ist daher beträchtlich, was bedeutet, daß ein relativ
großer Reibungsweg zwischen Draht und Drehscheibe vorhanden ist. Dies führt zu einem
relativ großen Abrieb zwischen Draht und Drehglied, was von Nachteil ist, wenn Drahtseile
oder Drahtstränge gestreckt werden- sollen, insbesondere, wenn die Drahtstränge
aus sehr dünnen Einzeldrähten zusammengesetzt sind, wie dies bei Drähten der Fall
ist, die für Vorspannbetonbauten verwendet werden sollen. Eine Beschädigung eines
dünnen Drähtchens kann hierbei das Aufspleißen eines Drahtseiles oder Drahtstranges
einleiten.
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Ein weiterer Nachteil der bekannten Vorrichtung besteht darin, daß
die Drehglieder am Umfang flach ausgebildet sind und lediglich konische Ränder haben.
Hiermit ist es schwierig, ein bestimmtes Spannungsverhältnis zwischen der Spannung
in dem zu einem Drehglied hinführenden Draht und dem dasselbe Drehglied verlassenden
Draht möglich zu machen. Auch bringt die bekannte Ausbildung der Drehscheiben die
Gefahr mit sich, daß der Draht sich seitlich abflacht, d. h. sich der flachen Umfangsform
des Drehgliedes anpaßt, was insbesondere bei aus vielen Einzeldrähten zusammengesetzten
Drahtsträngen und Drahtseilen nachteilig ist.
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Es ist ferner ein Verfahren zum Kaltstrecken von Draht u. dgl. bekanntgeworden,
bei dem aufeinanderfolgende Längen des Drahtes, z. B. eines Stahldrahtes, auf Anlaßtemperatur
erhitzt werden und der erhitzte Draht einer in Längsrichtung wirkenden Zugkraft
von derartiger Größe unterworfen wird, daß eine dauernde Verlängerung des Drahtes
bewirkt wird, ohne daß die Zugkraft eine Zerstörung des Drahtes bewirkt.
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Die den Draht streckende Zugkraft wird durch ein Ziehwerkzeug oder
zwischen Zugwalzen erzielt. Eine Länge des gezogenen Drahtes wird von einer Speisetrommel
zu einer kraftangetriebenen Winde bewegt, wobei die Speisetrommel mit einer Bremse
versehen ist, so daß der Draht bei seinem Lauf von der Speisetrommel zur Winde einer
Zugspannung unterworfen wird, wobei die Drahtlänge, welche der Zugbelastung in dieser
Weise ausgesetzt ist, auf Anlaßtemperatur erhitzt wird.
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Mit jeder der erwähnten Anordnungen ist es schwierig, die aufgebrachte
Zugspannung immer gleich groß zu halten, und es ist daher auch schwierig, die maximale
Zugbeanspruchung im Draht genau zu regeln, woraus folgt, daß auch die gewünschte
Verbesserung der Dehnungseigenschaften des Drahtes schwer genau geregelt werden
kann.
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Die Erfindung vermeidet die Nachteile der zuvor beschriebenen Anordnungen
und dient zur Erzeugung eines Drahtes mit besonders guten Entspannungseigenschaften
und mit einem besonders hohen Grad von Genauigkeit hinsichtlich seiner Geradlinigkeit
und schraubenlinigen Formgebung im Fall von Strängen oder Seilen.
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Die Erfindung kennzeichnet sich durch ein Verfahren, bei dem der Draht
bei erreichter maximaler Zugspannung in an sich bekannter Weise erhitzt und abgekühlt
wird und anschließend ohne Schlupf auf eine Mehrzahl von weiteren Förderrollen mit
in Richtung der Drahtbewegung fortschreitend abnehmenden Durchmessern aufläuft,
wobei die Drahtumschlingung jeder Förderrolle geringer als eine vollständige Umschlingung
ist.
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Da die Drehglieder sich mit derselben Winkelgeschwindigkeit drehen,
ist ersichtlich, daß die in einer vorbestimmten Drahtlänge erzeugte Belastung ausschließlich
von dem Verhältnis zwischen dem kleinsten und größten Durchmesser der verschiedenen
Drehglieder mit in Richtung des Drahtvorrückens fortschreitend ansteigenden Durchmessern
abhängt, und da diese Differenz genau vorherbestimmt werden kann, kann durch die
Erfindung eine genau vorherbestimmte Belastung in dem Draht erzeugt werden. Da auch
die maximale Temperatur des Drahtes ohne jede Schwierigkeit auf jedem gewünschten
vorbestimmten Wert gehalten werden kann, ist es durch die vorliegende Erfindung
möglich, die gewünschte bleibende Verlängerung des Drahtes und damit auch die gewünschte
Verbesserung der Entspannungseigenschaften des Drahtes unter Betriebsbedingungen
genau zu bestimmen.
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Das Erhitzen des Drahtes kann gemäß der Erfindung durch Vorrücken
des Drahtes in Form einer Schleife um ein Drehglied erfolgen, welches einen Teil
eines elektrischen Heizkreises bildet, wobei der Strom durch jede der zwei Längen
der zu dem einen Teil des Heizkreises bildenden Drehglied hin- und wegführenden
Drahtschleife fließt.
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Die Erhitzung kann auch induktiv durch Induzieren eines Heizstromes
in der der größten Zugspannung unterworfenen Drahtlänge erzeugt werden.
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Die Erfindung richtet sich ferner auf eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens, gemäß der Erfindung, welche mit gleicher Winkelgeschwindigkeit rotierenden,
von dem zu behandelnden Draht umlaufenen Drehgliedern versehen ist, von denen eines
einen derart größeren Durchmesser als das vorhergehende Drehglied aufweist, daß
der von dem kleineren Durchmesser aufweisenden zu dem größeren Durchmesser aufweisenden
Drehglied laufende Drabt einer genügend großen Maximalzugspannung unterworfen ist,
um eine bleibende Längung des Drahtes hervorzurufen.
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Die Vorrichtung ist gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Drehgliedern
mit in Richtung der Drahtbewegung fortschreitend ansteigendem Durchmesser, die mit
V-förmigen Umfangsrillen zur Aufnahme des umlaufenden Drahtes versehen sind und
welche vor dem die maximale Zugspannung aufweisenden Drahtbereich angeordnet sind,
in welchem Bereich an sich bekannte Aufheiz- und Abkühlvorrichtungen zur Bewirkung
einer bleibenden Drahtlängung vorgesehen sind und durch eine Mehrzahl von hinter
den Aufheiz- und Abkühlvorrichtungen angeordnete weitere Drehglieder mit in Richtung
der Drahtbewegung fortschreitend abnehmenden Durchmessern, wobei die Anordnung der
einzelnen Drehglieder und die Drahtführung derart getroffen ist, daß die Drahtumschlingung
jedes einzelnen Drehgliedes geringer als eine vollständige Umschlingung ist und
wobei die Durchmesserunterschiede aufeinanderfolgender Drehglieder derart gewählt
sind, daß bei keinem Drehglied ein Schlupf zwischen dem jeweiligen Drehglied und
dem zu diesem führenden Drahtabschnitt auftritt.
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Die Drehglieder können auf getrennten Achsen angeordnet und derart
miteinander getrieblich verbunden sein, daß sie sich mit gleicher Winkelgeschwindigkeit
drehen, jedoch wird vorzugsweise
eine Anzahl von Drehgliedern auf
einer von einer Anzahl beiderseits paralleler Achsen befestigt.
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Unabhängig von der gewählten Anordnung soll der Durchmesser des in
Richtung des vorrückenden Drahtes letzten Drehgliedes größer sein als der Durchmesser
des ersten Drehgliedes, derart, daß die auf Grund des Umlaufes aller Glieder mit
gleicher Winkelgeschwindigkeit eingetretene Verlängerung möglich ist, wobei die
Lineargeschwindigkeit des die Vorrichtung verlassenden Drahtes notwendigerweise
etwas größer ist als die Lineargeschwindigkeit des in die Vorrichtung eintretenden
Drahtes.
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In der nun folgenden Beschreibung wird an verschiedenen Stellen davon
gesprochen, daß zwischen den einzelnen Drehgliedern und den um diese umlaufenden
Draht kein Schlupf auftreten darf bzw. auftritt. Diese Feststellung ist so zu verstehen,
daß, um die Funktion des neuen Verfahrens zu sichern, ein Schlupf zwischen jeder
Scheibe und dem auf die betreffendeScheibe auflaufendenDrahtabschnitt nicht auftreten
darf. Es versteht sich jedoch, daß ein gewisser Schlupf zwischen dem jeweiligen
Drehglied und dem letzten Teil der das jeweilige Drehglied verlassenden Drahtlänge
auftreten muß, der vorwärts oder rückwärts gerichtet ist, je nachdem, ob zwischen
zwei aufeinanderfolgenden Drehgliedern eine Spannungsvergrößerung oder Spannungsverminderung
im Draht stattfindet. Von diesem auf einem begrenzten Teil des Drehgliedes stattfindenden
Schlupf ist der über den ganzen Bereich der Drahtberührung mit dem Drehglied eintretenden
Schlupf zu unterscheiden, der gemäß der Erfindung vermieden wird.
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Ein bestimmtes, bevorzugtes Verfahren gemäß der Erfindung und eine
Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens wird nachfolgend an Hand der Zeichnungen
beispielsweise näher erläutert. Diese zeigen in F i g.1 eine schematische Ansicht,
welche das Prinzip des Verfahrens gemäß der Erfindung wiedergibt, F i g. 2 eine
schematische Seitenansicht einer bevorzugten Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
gemäß der Erfindung, speziell anwendbar auf die Herstellung von Drahtsträngen, F
i g. 3 eine Seitenansicht eines Teiles der Vorrichtung entsprechend F i g. 2, welche
die Anordnung der Drehglieder zur Aufbringung der Zugspannung auf den Draht und
die zugehörigen Drahtaufheizvorrichtungen wiedergibt, F i g. 4 eine Draufsicht auf
den in F i g. 3 wiedergegebenen Teil der Vorrichtung, F i g. 5 eine Detailansicht
im vergrößerten Maßstab in Richtung des Pfeiles 5 der F i g. 3 gesehen, F i g. 6
eine der F i g. 3 ähnliche, aber eine andere Ausführungsform der Vorrichtung gemäß
der Erfindung wiedergegebene Arisicht, F i g. 7 eine graphische Darstellung, welche
die Verbesserung bestimmter Dehnungseigenschaften einer bestimmten Drahtsorte erläutert,
welche mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erzielt werden, F i g. 8 eine weitere
graphische Darstellung, welche die Verbesserung der Entspannungseigenschaften der
gleichen Drahtsorte wiedergibt, nachdem diese dem erfindungsgemäßen Verfahren unterworfen
wurde.
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Die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung weist im wesentlichen eine
Anzahl von Drehgliedern auf, welche in Richtung des Drahtvorrückens aufeinanderfolgend
mit 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 und 18
bezeichnet sind. Die Glieder
10, 12, 16 und 18 werden durch getrennte, im Querschnitt V-förmige Rillen einer
einzigen .ersten Scheibe 19 gebildet, während die Drehglieder 11, 13, 15 und 17
durch getrennte, im Querschnitt V-förmige Rillen einer zweiten einzigen Scheibe
20 gebildet werden. Die Rillen der in F i g. 3 mit 19 und 20 bezeichneten Scheiben
entsprechen den Drehgliedern 10, 12, 16 und 18 sowie 11, 13, 15 und 17.
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Die erste und zweite Scheibe 19 und 20 sind drehbar durch getrennte
Lager 21 abgestützt, welche von einem Stützrahmen 22 getragen werden, so daß sich
die zwei Scheiben frei um mit Abstand voneinander angeordnete parallele Achsen drehen
können.
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Die Drehglieder 10, 11, 12, 13 und 15 haben, wie nachstehend näher
erläutert wird, nacheinander ansteigenden Durchmesser, derart, daß sie belastungsaufbringende
Glieder bilden, während die Drehglieder 16,17 und 18 nacheinander abnehmenden Durchmesser
aufweisen, wobei das Glied 16 einen Durchmesser besitzt, der kleiner ist als das
Glied 15, so daß sie spannungsentlastende Glieder bilden, wie nachstehend näher
erläutert wird.
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Das Glied 14 soll keine vorbestimmte Belastung auf den Draht aufbringen,
sondern dient lediglich dazu, den Draht in einfacher Weise zu einer der vorbestimmten
maximalen Belastung unterworfenen Schleife 23 von relativ großer Länge zu formen,
was die Erhitzung des derart beanspruchten Drahtes auf die gewünschte Temperatur
in bequemer Weise zur Bewirkung einer bleibenden Verlängerung des Drahtes ermöglicht.
Der Durchmesser dieses Gliedes 14 ist dementsprechend unwesentlich. Dieses Glied
14 ist mittels eines weiteren Lagers 21 im Rahmen 22 drehbar um eine Achse befestigt,
die von den Achsen der zwei Scheiben 19 und 20 getrennt ist, und das Glied 14 ist
in ähnlicher Weise als Scheibe, jedoch mit nur einer einzigen Rille ausgebildet.
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Wie in den F i g. 2 bis 5 gezeigt und nachstehend näher erläutert
wird, kann eine Seite eines elektrischen Heizkreises mit dieser Scheibe 14 derart
verbunden werden, daß ein Heizstrom durch die zwei parallelen Drahtlängen der um
diese Scheibe laufenden Schleife 23 geschickt wird. Die Scheibe 14 ist zweckmäßig
gegenüber den Scheiben 19 und 20 elektrisch isoliert, welch letztere mit der Erde
oder einer Rückleitung des elektrischen Heizkreises verbunden sind, so daß die Scheibe
14 stromführend ist.
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In der in den F i g. 2 bis 5 erläuterten bevorzugten Ausführungsform
einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung haben die
wie vorstehend bezifferten, von den Rillen der zwei Scheiben 19 und 20 gebildeten
Drehglieder die in der nachfolgenden Tabelle I angegebenen Durchmesser.
| Tabelle I |
| Bezugszeichen - |
| Durchmesser in mm |
| der Drehglieder |
| 10 914,38 |
| 11 914,63 |
| 12 915,27 |
| 13 916,87 |
| 15 928,60 |
| 16 925,98 |
| 17 924,36 |
| 18 923,69 |
Hieraus ergibt sich, daß die fünf von den Scheibenrillen 10, 11,
12, 13 und 15 gebildeten Drehglieder fortschreitend ansteigenden Durchmesser haben,
während die Rillen 16, 17 und 18 fortschreitend abnehmenden Durchmesser aufweisen.
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Bei seinem Vorrücken läuft der Draht im wesentlichen um eine Hälfte
des Umfanges jeder Scheibenrille, so daß ein Schlupf zwischen dem Draht und jeder
Scheibenrille nicht eintritt, d. h., diese stehen mit dem Draht in Reibungsverbindung,
und der vorrückende Draht dreht dabei die Drehglieder in Richtung des Drahtvorrückens,
wobei der Draht in Richtung seines Vorrückens zuerst um die Scheibenrille 10, dann
um die Scheibenrillen 11, 12, 13, dann um die Scheibe 14 und anschließend um die
Scheibenrillen 15, 16, 17 und 18 läuft. Da die Scheibenrillen 10, 12,
16 und 18 alle auf der einen Scheibe 19 und die Rillen 11, 13, 15 und 17
alle auf der anderen Scheibe 20 derart angeordnet sind, daß der Draht, wie vorstehend
beschrieben ist, von einer Scheibe zur anderen hin- und herläuft, müssen sich die
zwei Scheiben 19 und 20 notwendigerweise mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit
drehen, vorausgesetzt, daß kein Schlupf zwischen dem Draht und den Scheibenrillen
eintritt, wofür die zuvor erwähnten Scheibenrillendurchmesser entsprechend ausgewählt
werden müssen.
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Der Draht, der in kaltem Zustand um jede der vier Scheibenrillen 110,
11, 12 und 13 herum vorwärts bewegt wird, wird infolge mangelnden Schlupfes zwischen
Draht und Scheibenrillen und der fortschreitend ansteigenden Durchmesser dieser
sämtlich mit - gleicher Winkelgeschwindigkeit umlaufenden Scheibenrillen einer fortschreitend
ansteigenden Belastung unterworfen. Derart wird eine fortschreitend ansteigende
Zugspannung auf den Draht bei dessen Umlauf um die fortschreitend ansteigenden Durchmesser
aufweisenden Scheibenrillen aufgebracht.
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Die Scheibenrille 15 hat einen größeren Durchmesser als die Scheibenrille
13, wobei die Durchmesserdifferenz wesentlich größer ist als die Differenz zwischen
den Scheibenrillen 10 und 13, wobei die wesentlich größere Scheibendurchmesserdifferenz
nicht nur dazu dient, eine zusätzliche Belastung auf den Draht bei dessen Umlauf.
von der Scheibenrille 13 zur Scheibenrille 15 aufzubringen, sondern ebenfalls und
hauptsächlich eine bleibende Verlängerung pro Längeneinheit des Drahtes beim Passieren
von der Scheibenrille 13 zu der Scheibenrille 15 infolge der dabei stattfindenden
Erhitzung des Drahtes unter Spannung gestattet.
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Die obenerwähnten, fortschreitend abnehmenden Durchmesser der Scheibenrillen
16, 17 und 18 dienen dazu, die Belastung und die damit verbundene Zugspannung in
dem Draht bei dessen Umlauf von der Scheibenrille 15 um die drei weiteren Scheibenrillen
16, 17 und 18 fortschreitend zu verringern.
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Die Verringerung der Scheibenrillendurchmesser ist deshalb gewählt,
um sicherzustellen, daß die Spannung in der die letzte der verschiedenen Scheibenrillen,
das ist die Scheibenrille 18, verlassenden Drahtlänge nicht wesentlich größer ist
als die Spannung in dem zu der Scheibenrille 10 führenden Draht.
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Gleichzeitig ist die vorstehend erwähnte Durchmesserdifferenz zwischen
den aufeinanderfolgenden Scheibenrillen mit Bezug auf die in der von der Scheibenrille
13 zu der Scheibenrille 15 führenden, beheizten Drahtlänge stattfindende bleibende
Verlängerung so gewählt, daß der Draht gespannt bleibt, wenn er um die verschiedenen
Scheibenrillen umläuft, d. h., bei dessen Umlauf um die verschiedenen Scheibenrillen
tritt jedenfalls kein Schlupf auf.
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Um einen derartigen Schlupf zu vermeiden, ist es praktisch notwendig,
daß während des Umlaufes des Drahtes um Scheiben mit aufeinanderfolgend ansteigendem
Durchmesser das Verhältnis der Spannungen in dem zu einer bestimmten Scheibe hinführenden
und von dieser wegführenden Draht einen bestimmten Wert nicht überschreitet, welcher
in der Praxis ungefähr 2,5 bei Stahldraht beträgt, wobei, wie gezeigt ist, der Umschlingungswinkel
des Drahtes um jede Scheibenrille ungefähr 1.80° und der Rillenwinkel, d. h. der
Winkel zwischen den gegenüberliegenden Seiten jeder Scheibenrille, etwa 60° beträgt,
was bei gerillten Scheiben üblich ist.
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Dieser Wert von 2,5 ist von der bekannten Formel für Spannungsverhältnisse
abgeleitet, welche lautet:
Hierbei ist: e = Exponentialfunktion, ,u = Reibungskoeffizient zwischen Draht und
Scheibenrille; in der Praxis etwa 0,16 zwischen Stahldraht, Stahlseilen oder Stahlsträngen
und einer Stahlscheibe, o = Umsehlingungswinkel entsprechend 180° in der beschriebenen
Anordnung, a = der zuvor erwähnte Scheibenrillenwinkel. Wie vorstehend erwähnt,
ist die Spannung des die Scheibenrille 18 verlassenden Drahtes etwas größer als
die Spannung des zn der Scheibenrille 10 führenden Drahtes, wobei die Spannungsdifferenz
durch die Aufbringung der Energie für die bleibende Dehnung des Drahtes und durch
die für die Drehung der Scheiben 14, 19 und 20 benötigten Reibungskräfte sowie für
die Reibungsverluste zwischen den Drahtflächen und den Scheibenrillen absorbiert
wird. Die absorbierte Kraft ist beim Vorrücken des -Drahtes durch die beschriebene
Vorrichtung außerordentlich gering.
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Die von den fortschreitend abnehmenden Durchmesser besitzenden Scheibenrillen
16, 17 und 18 gebildeten Spannungsverminderungsglieder weisen sämtlich einschließlich
der letzten Scheibenrille einen Durchmesser auf, der größer ist als der Durchmesser
der Scheibenrillen 10, 11, 12 und 13, wobei diese Vergrößerung der Durchmesser wie
bei der Scheibenrille 15 der bleibenden Verlängerung entspricht, welche in der beheizten
Drahtschleife während deren Durchlauf von der Scheibenrille 13 zu der Scheibenrille
15 erzeugt wird.
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Bürstenarme 24, 25 sind zwecks Zuführung von Strom zu den Scheiben
14 und 20 angeordnet, wobei diese Bürstenarme mit dem bei 26 in F i g.,3.< schematisch
angedeuteten Stromkreis verbunden sind, welcher einen veränderbaren Widerstand 27
oder irgendeine andere bekannte Anordnung zur Veränderung der Stromstärke aufweisen
kann.
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Wie in F i g. 5 gezeigt ist, weist der den Strom der Scheibe 14 zuführende
Bürstenarm 24 einen U-förmigen Bürstenträger 29 auf, dessen Seiten 30 einen Teil
der Ränder 31 der Scheibe 14 umgreifen und eine Anzahl von mit geringen Abständen
angeordneten
Bürsten 32 tragen, welche mit gegenüberliegenden Flächen
des Scheibenrandes 31 in Berührung stehen.
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Da die Temperatur, auf welche die Drahtschleife 23 erhitzt wird, relativ
hoch ist, können Mittel vorgesehen sein, welche den Wärmeverlust infolge thermischer
Leitung durch die Scheibe 14 zu ihren Lagern 21 und dem zugehörigen Stützrahmen
22 verringern. Solche Mittel können z. B. darin bestehen, daß zwischen dem Rand
31, der Scheibe 14 und deren Zentrum eine große Zahl von Löchern 33 ringsum eng
nebeneinander angeordnet werden, welche den Querschnitt des Metalls zwischen dem
beheizten Rand 31 und dem mittleren Teil der Scheibe verringern.
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Der zur Zuführung des Stromes zu der Scheibe 20 dienende Bürstenarm
25 ist im wesentlichen üblicher Art und besteht aus einer der hohen Belastung entsprechenden
Reihe von Gleitringen 34 und zugeordneten Bürsten 35.
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Sofern erforderlich, kann jedoch auch ein dem Bürstenarm 24 ähnlicher
Bürstenarm für die Zuführung des Stromes zu der Scheibe 20 verwendet werden.
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Die Vorrichtung weist ferner eine Kühlvorrichtung in Form eines Rohres
36 zur Kühlung des Endteiles der Schleife 23 des Drahtes bei dessen Umlauf von der
Scheibe 1.4 zu der Rille 15 der Scheibe 20 auf. Diese Kühlvorrichtung besitzt,
wie gezeigt ist, ein Rohr, durch welches Wasser in bekannter Weise zirkuliert. Die
Kühlvorrichtung dient dazu, eine unerwünschte Überhitzung der zwei Scheiben 19 und
20 derart zu vermeiden, daß der Draht kalt oder fast kalt ist, bevor er um die Scheiben
19 und 20 läuft. Wenn der Draht bei seinem Umlauf um diese Scheiben noch heiß wäre,
würde er dazu neigen. eine der Bogenform dieser beiden Scheiben entsprechende bleibend
gebogene Form einzunehmen.
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Vorzugsweise zirkuliert das Wasser durch das Rohr 36 in zu der Vorrückrichtung
des erhitzten Drahtes entgegengesetzter Richtung.
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In Fig.2 ist in schematischer Weise die Art und Weise gezeigt, in
welcher der Draht in Form eines Drahtstranges durch die Vorrichtung bewegt wird.
Der Strang wird kontinuierlich in einer nicht zur Erfindung gehörigen bekannten
Strangvorrichtung 37 gebildet und führt von dort zu der ersten Scheibenrille
10 der Scheibe 19, wobei diese Drahtlänge mit W 1 bezeichnet ist.
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Nachdem der Strang um die verschiedenen Rillen der Scheiben
19 und 20 und um die Scheibe 14 wie vorstehend beschrieben
gelaufen ist, rückt dieser als W 2 bezeichnet über eine Führungsrolle 38 vor, umschlingt
dann mit mehreren Umwicklungen eine kraftangetriebene Winde 39, welche dazu dient,
die Spannung auf Draht zum Vorrücken um die Scheiben 20 und 14 aufzubringen, worauf
der Draht schließlich zu einer Wickeltrommel gelangt, auf die er aufgewickelt wird.
Auf diese Weise wird der Draht kontinuierlich durch die ganze Vorrichtung unter
Spannung gehalten.
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Die Winde 39 und die Trommel 40 sind durch Übertragungsvorrichtungen
41 mittels eines Elektromotors 42 oder einer anderen Kraftquelle angetrieben.
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An Stelle des Vorrückens des Drahtstranges um die verschiedenen Scheibenrillen
durch Aufbringung einer Spannung mittels der kraftangetriebenen Winde 39 können
auch die Scheiben 19 und 20 selbst durch einen Kraftantrieb angetrieben werden,
wie dies in gestrichelten Linien bei 43 in F i g. 2 angedeutet ist, wobei der Kraftantrieb
durch die übertragungsvorrichtungen 41 von dem Motor 42 zu der Scheibe
20
erfolgt. Hierbei kann zwecks Verteilung des aufgebrachten Drehmomentes
die Scheibe 20 mit der Scheibe 19 derart verzahnt sein, z. B. durch die in F i g.
2 gestrichelt wiedergegebenen drei gleich großen, miteinander zahnenden Zahnräder
44, daß die von dem Motor 42 übertragene Kraft gleichmäßig auf die beiden Scheiben
19, 20 aufgebracht wird.
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Bei dieser Ausführungsform würde die Drahtlänge W 2 direkt von der
Führungsrolle 38 zu der Vorratstrommel 40 führen.
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Als weitere Ausführungsform könnte das Zahngetriebe 44 zwischen den
zwei Scheiben 19 und 20 auch dann vorgesehen sein, wenn gleichzeitig die Drehung
der Scheiben durch die Spannung in der die Scheiben verlassenden Drahtlänge W2 erfolgt.
Eine derartige Verzahnung der beiden Scheiben 19 und 20
kann bei bestimmten
Arbeitsbedingungen vorteilhaft sein, um einen Schlupf zwischen dem Draht und den
Scheiben 19 und 20 zu vermeiden.
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Die Art und Weise, in welcher das Verfahren zur Erhöhung der Widerstandsfähigkeit
des Drahtes gegen Kriechen durch die zuvorbeschriebene Vorrichtung ausgeführt wird,
ergibt sich im wesentlichen schon aus der vorstehenden Beschreibung dieser Vorrichtung.
Zusammenfassend sei nochmals wiederholt: Eine allgemein mit W bezeichnete Drahtlänge
läuft abwechselnd rund um jede der Scheibenrillen 10, 11, 12, 13 in der in F i g.
1 schematisch angegebenen Weise, wobei der Draht an der Stelle, wo er zu der ersten
dieser Scheibenrillen hinführt, mit W 1 bezeichnet ist, und läuft hierbei im wesentlichen
um eine Hälfte einer jeden Scheibenrille.
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Sodann läuft der Draht in der Form der langen, im wesentlichen seitenparallelen
Schleife 23 von der Scheibenrille 13 um die Scheibe 14 und zurück zu der Scheibenrille
15, welche sich auf der gleichen Scheibe 20 wie die Scheibenrille 13 befindet, so
daß sich zwei gleiche Drahtlängen ergeben, welche gleichzeitig durch den von der
stromführenden Scheibe 14
zu der geerdeten Scheibe 20 gehenden Heizstrom derart
erhitzt werden, daß der Draht in dieser Schleife 23 auf die die gewünschte bleibende
Verlängerung des Drahtes erzielende Temperatur gebracht wird, wobei der Draht fortschreitend
mit im wesentlichen gleichbleibender Stromstärke erhitzt wird, da er mit gleichbleibender
Geschwindigkeit von der Scheibenrille 13 ankommt.
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Nachdem der Draht die Scheibenrille 15 passiert hat, läuft er schließlich
um die fortschreitend abnehmenden Durchmesser aufweisenden Scheibenrillen 16, 17
und 18, welche die Spannung in der zuvor beschriebenen Weise vermindern, wobei die
die Vorrichtung, d. h. die Rille 18 der Scheibe 20 verlassende Drahtlänge mit W
2 bezeichnet ist.
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In den zuvor erwähnten Figuren ist die Bewegungsrichtung des Drahtes
in jeder bestimmten Stellung der Vorrichtung durch Pfeile angedeutet.
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Der Draht erreicht seine maximale Temperatur kurz vor seinem Eintritt
in das Kühlrohr 36. Diese maximale Temperatur kann durch Regelung des Heizstromes
mittels des veränderbaren Widerstandes oder anderen Regelorgans 27 eingestellt werden.
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Diese Maximaltemperatur wird sorgfältig durch entsprechende Regelung
der Stromstärke unter Berücksichtigung
der folgenden Faktoren vorherbestimmt:
a) die Zusammensetzung des den Draht bildenden Materials; b) die Art des Drahtes,
d. h., ob es sich um einen festen einzelnen Draht oder um Draht in Form von Strängen
oder Seilen handelt; c) der Durchmesser des Drahtes; d) die Vorrückgeschwindigkeit
des Drahtes durch die Vorrichtung; eine Vergrößerung dieser Geschwindigkeit würde
bei Konstanthaltung der anderen Faktoren ein Absinken der Maximaltemperatur bewirken
und die gegenteilige Wirkung würde bei einer Abnahme der Vorrückgeschwindigkeit
eintreten; e) die gewünschte Entspannungscharakteristik des Drahtes unter der erforderlichen
Zugbelastung. Bei hochzugfestem Stahl, auf den sich die Erfindung vorzugsweise richtet,
d. h. bei mittel- oder hochgekohlten oder Legierungsstählen, ist die dem Draht mitgeteilte
Temperatur die Anlaßtemperatur des in Rede stehenden Stahls, d. h. die Temperatur,
auf die ein derartiger Stahl zur Verbesserung der Verformbarkeitseigenschaften desselben
wieder erhitzt werden muß, nachdem eine Abschreckung stattgefunden hat.
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Diese Anlaßtemperatur liegt unterhalb derjenigen des untersten Umwandlungspunktes
im Eisen-Kohlenstoff-Zustandsschaubild, wobei bei einem mittel-oder hochgekohlten
Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt innerhalb des Bereiches von 0,35 bis 0,9 % die
Anlaßtemperatur innerhalb des Bereiches von 220 bis 500°C liegt, und zwar vorzugsweise
innerhalb des Bereiches von 250 bis 380°C. Bei bestimunten Stahllegierungen kann
die obere Grenze des erwähnten Temperaturbereiches etwa bei 600° C liegen.
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Als Beispiel für die bei Drahtsträngen durch das Verfahren gemäß der
Erfindung erzielte Verbesserung der Widerstandsfähigkeit gegen Kriechen unter Zugbeanspruchung
wird auf den nachstehend angegebenen Versuch Bezug genommen, der mit einem aus sieben
Einzeldrähten gebildeten Drahtstrang unternommen wurde, wobei der Kohlenstoffstahl
die folgende Zusammensetzung aufwies: C ....................... 0,73% Si ......................
0,169% S ....................... 0,033% P . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 0,028% Mn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,610% Fe und unbedeutende
Verunreinigungen bilden den Rest.
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Die Anordnung und die Durchmesser der den Drahtstrang bildenden Drähte
waren wie folgt: 1 Kerndraht ................. 3,30 mm 6spiralig um den Kerndraht
gewundene Drähte, wobei die Durchmesser dieser sechs Drähte sind . . . . . . . .
. . . . . . . . 3,10 mm Die Gesamtquerschnittssumme der sieben Drähte . . . . .
. . . . . 52,8 mm2 Solldurchmesser dieses Stranges 9,525 mm Eine Länge dieses Drahtes
wurde dann durch die zuvorbeschriebene Vorrichtung geschickt, wobei die verschiedenen
Scheibenrillen die vorstehend angegebenen Durchmesser aufwiesen. Hierbei wurden
die folgenden Messungen vorgenommen: Maximale Spannung in dem Strang in lbs. . .
. . . . . . . . . . 3900 kg Maximale Spannung in Prozenten der Bruchlast
...... 40,5110
Heizstrom . . . . . . . . . . . . . . . . . 900 Ampere
Spannungsdifferenz zwischen stromführender Scheibe und geerdeter Scheibe . . . .
. . . . . 13 Volt Heizleistung . . . . . . . . . . . . .... 11,7 Kilowatt
Lineare Geschwindigkeit des Drahtes durch die Vorrichtung .................... 580
cm/min. Maximale Temperatur des Drahtes ................. 320° C Es wurden zwei
Muster des vorbeschriebenen Drahtes genommen, wobei ein Muster dem Verfahren gemäß
der Erfindung in der zuvor beschriebenen Weise unterworfen wurde, wobei dieses Muster
nachfolgend als »behandelt« bezeichnet wird. Ein zweites Muster, welches dem Verfahren
gemäß der Erfindung nicht unterworfen wurde, wird mit »nicht behandelt« bezeichnet.
Diese zwei Muster wurden anschließend einem Zugversuch unterworfen, bei dem die
Längung in Zentimeter bei einer Meßlänge von 127 cm beobachtet wurde. Die Einzelheiten
dieses Versuches sind in der grafischen Darstellung der F i g. 7 wiedergegeben,
welche ein Belastungsdehnungsdiagramm wiedergibt, wobei die rechte Kurve dem unbehandelten
Muster und die linke Kurve dem behandelten Muster entspricht.
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Hierbei ergaben sich die in der Tabelle II wiedergegebenen Werte:
| Tabelle II |
| Muster Muster |
| »unbehandelt« |
| »behandelt« |
| Maximalbelastung |
| in kg....... 9580 9570 |
| bzw. in kg/mm2 . . 181,4 181,2 |
| Gesamtverlängerung |
| bei 127 cm Meß- |
| länge bis zum |
| Bruch . . . . . . . . . . 0,373 cm 0,716 cm |
| = 2,94% = 5,64% |
| 0,1% Streckgrenze 7100 kg 8850 kg |
| 0,21% Streckgrenze 7780 kg 8900 kg |
| Berechnung des |
| Elastizitätsmoduls |
| Bereich der Bean- |
| spruchung .... 450 bis 450 bis |
| Verlängerung der 5000 kg 5000 kg |
| Meßlänge von |
| 127 cm ....... 0;673 cm 0,609 cm |
| Elastizitätsmodul, |
| kg/cm2 ....... 1605000 1840000 |
Aus diesen Kurven und der vorstehend angegebenen Tabelle 1I ergibt
sich, daß das behandelte Muster durch eine sehr viel größere Elastizitätsgrenze
charakterisiert ist, nämlich knapp unter 8000 kg liegt, verglichen mit der Elastizitätsgrenze
des unbehandelten Musters, welche etwas über 4500 kg liegt.
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Zusätzlich zeigt das behandelte Muster bei einer Belastung bis zu
8800 kg eine bemerkenswerte Verringerung der Dehnung bezüglich der Meßlänge von
127 cm im Vergleich zu dem unbehandelten Muster.
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Aus den Ergebnissen der Tabelle 1I und der graphischen Darstellung
der F i g. 7 ist ersichtlich, daß eine bedeutende Verbesserung der Dehnungseigenschaften
des Drahtes durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erzielt wird.
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In F i g. 8 sind die Entspannungseigenschaften des behandelten und
des unbehandelten Musters miteinander verglichen. Dieser Entspannungsversuch wurde
mit weiteren Mustern desselben Drahtstranges durchgeführt, wie bei der Durchführung
des zuvor beschriebenen Zugversuches mit der Ausnahme, daß bei der Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens die Maximaltemperatur der Aufheizung des Drahtes
etwas höher, nämlich 375°C, war.
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Ein Muster dieses derart behandelten Stranges wurde zusammen mit einem
unbehandelten, aber sonst identischen Muster einer Anfangsspannung von 70 % der
Bruchbelastung des Drahtstranges unterworfen. Das war eine Anfangsspannung von 6400
kg. Die Spannung wurde dann fortschreitend derart verringert, daß der Strang bei
konstanter Länge gehalten wurde, wobei Ablesungen in Intervallen von 5 Minuten bezüglich
der jeweiligen Spannung über einen Zeitraum von 240 Stunden vorgenommen wurden.
Die Temperaturbedingungen wurden während des Versuchszeitraumes gleichgehalten,
nämlich bei 20°C, was als übliche Temperatur für die Betriebsbedingungen vorgespannter
Drähte im Stahlbetonbau angesehen werden kann.
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Die Ergebnisse sind in der graphischen Darstellung der F i g. 9 eingetragen,
wobei die obere Kurve dem behandelten Muster und die untere Kurve dem unbehandelten
Muster entspricht.
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Wie sich aus dieser Figur ergibt, ergaben die Versuche die in der
nachfolgend angegebenen Tabelle III wiedergegebenen Ergebnisse.
| Tabelle III |
| Verringerung |
| der Zugbelastung Prozentsatz |
| von der Anfangs- der Verringerung |
| belastung von der Zugbelastung, |
| Art des Musters 6400 kg nach wobei die Länge |
| 240 Stunden, wobei des Musters |
| die Länge des konstant gehalten |
| Musters konstant wurde |
| gehalten wurde |
| behandelt .... 52 kg 0,890/0 |
| unbehandelt . . |
| 290 kg 4,540/0 |
Hieraus ergibt sich eine wesentliche Differenz zwischen den beiden Mustern, wobei
die prozentuale Differenz nach 240 Stunden nicht weniger als 3,65% Verringerung
der Zugbelastung beträgt.
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Der schnelle und sehr beträchtliche Abfall der Zugfestigkeitseigenschaften
während der ersten 50 Stunden des Versuches bei dem unbehandelten Muster und der
sehr geringe Abfall der Zugfestib keitseigenschaften bei dem behandelten Muster
während des gleichen Zeitabschnittes ist aus der F i g. 8 leicht ablesbar. Zudem
zeigt eine sorgfältige Auswertung der Neigung der zwei Kurven über den Zeitabschnitt
zwischen 150 und 240 Stunden klar, daß bei gleicher konstanter Länge der Muster
das unbehandelte Muster eine Verringerung oder Entspannung seiner Zugfestigkeitseigenschaft
in bemerkenswert größerem Maß erleidet als das behandelte Muster, so daß die Prozentdifferenz
von 3,65-%, welche nach einem Zeitablauf von 240 Stunden gemessen wurde, über einen
längeren Zeitabschnitt fortschreitend anwächst.
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In F i g. 6 ist eine bezüglich der Vorrichtung entsprechend den F
i g. 2 bis 5 abgeänderte Ausführungsform wiedergegeben, bei der der Draht induktiv
auf die gewünschte Temperatur erhitzt wird, anstatt ihn in einen Widerstandsheizkreis
wie bei der zuvor beschriebenen Anordnung einzuschalten.
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Bei dieser abgeänderten Ausführungsform sind zwei Scheiben 19 und
20 angeordnet, die genau den Scheiben 19 und 20 der zuvor beschriebenen Ausführungsform
entsprechen und die mit ähnlichen Scheibenrillen fortschreitend anwachsenden und
abnehmenden Durchmessers versehen sind.
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Der stromführenden Scheibe 14 entspricht eine dritte Scheibe 14a,
um welche der Draht von der Scheibe 20 und zu dieser zurück in der bei der zuvor
beschriebenen Vorrichtung beschriebenen Weise läuft.
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Diese drei Scheiben sind in einfacher Weise an jeder Spitze eines
gleichzeitigen Dreiecks angeordnet und sind in dieser Stellung durch Rahmenglieder
22
abgestützt, welche ebenfalls in gleichseitiger Dreieckform an jeder der
beiden gegenüberliegenden Seiten der Vorrichtung angeordnet sind. Die Rahmenglieder
22 tragen Lager 21 für die mehrfachgerillten Scheiben 19 und 20, die wie vorstehend
bereits beschrieben gebaut sind und ferner ein Lager 21 für die dritte Scheibe 14,
wobei um die Scheibe 14 eine einzelne Schleife 23 des zu erhitzenden Drahtes in
gleicher Weise wie bei der schon beschriebenen Vorrichtung läuft.
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Die drei Scheiben 19, 20 und 14 sind in gleicher Weise wie bei der
vorbeschriebenen Anordnung frei drehbar angebracht, wobei der Draht um die Rillen
der Scheiben 19 und 20 fortschreitend ansteigenden und abnehmenden Durchmessers
in der zuvor bereits beschriebenen Weise läuft.
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Bei dieser in F i g. 6 beschriebenen abgeänderten Ausführungsform
laufen die zwei Drahtlängen der Schleife 23 jede durch einen Transformator üblicher
Art, der schematisch bei 45 angedeutet ist, wobei die Anordnung derart getroffen
ist, daß die zwei um die Scheibe 14 laufenden und der maximalen Zugbelastung ausgesetzten
Drahtlängen der Schleife 23 in bekannter Weise induktiv auf die gewünschte Temperatur
erhitzt werden.
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Bei dieser Induktionserhitzung igt es wesentlich, daß die Schleife
23 geringen Widerstand besitzt, und diese wird daher sehr kurz ausgebildet mit einer
maximalen Gesamtlänge von etwa 90 oder 120 cm, um die Abmessungen des Eisenkerns
des Transformators 45 auf ein Minimum zu reduzieren. Die dieieckförmige Anordnung
der drei Scheiben erleichtert hierbei die Bildung einer Schleife solch relativ kurzer
Länge
mit entsprechend niedrigem elektrischem Widerstand, da diese dreieckige Anordnung
der Scheiben Raum innerhalb des so gebildeten Dreiecks für den Transformator vorsieht.
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Es ist selbstverständlich auch möglich, die Schleife mittels üblicher
Hochfrequenzinduktionserhitzung an Stelle der in F i g. 6 erläuterten Anordnung
zu erhitzen.
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Obschon die vorstehende Erfindung insbesondere für die Bearbeitung
von für vorgespannte Stahlbetonkonstruktionen verwendeten Draht verwertbar ist,
wird bemerkt, daß die Erfindung in gleicher Weise auch für die Bearbeitung von Draht
für andere Zwecke verwendbar ist, z. B. für Drahtseile für Hängebrücken und in den
Fällen, wo ein Draht mit besonders geradliniger Form bzw. ein Drahtstrang oder Drahtseil
besonders perfekter, spiraliger Formgebung erwünscht ist, wie vorstehend schon erläutert
ist.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß
durch die Erfindung ein einfacher Ersatz des bekannten Kaltstreckverfahrens bei
Drahtsträngen oder Drahtseilen möglich wird, um Anfangsstreckungen unter Betriebsbedingungen
zu verhindern. Bis heute wird diese Bearbeitung in immer steigendem Maß auf einem
sehr langen, relativ teuren und unhandlichen Strang- bzw. Seilvorstreckbett ausgeführt,
welches durch die Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung vermieden werden
kann.