DE1583984C3 - Verfahren und Vorrichtung zum gezielten bleibenden Längen und zur Erhöhung der Kriechfestigkeit bei anhaltender Belastung eines biegsamen, langgestreckten Metallelements - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum gezielten bleibenden Längen und zur Erhöhung der Kriechfestigkeit bei anhaltender Belastung eines biegsamen, langgestreckten MetallelementsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum gezielten bleibenden Längen und zur Erhöhung der Kriechfestigkeit
bei anhaltender Belastung eines biegsamen, langgestreckten Metallelements, wie z. B. eines
Drahtes, einer Litze oder eines Seils, dem gemäß das Element um eine Anzahl von mit gleicher Winkelgeschwindigkeit
rotierenden Scheiben herumgeführt wird, die jeweils eine das Element aufnehmende und
im Reibungseingriff haltende Nut aufweisen, deren Durchmesser sich voneinander unterscheiden und in
Zufuhrrichtung des Elements zunehmen, um dadurch das Element in vorbestimmter Weise zu dehnen und
unter Spannung zu setzen, und dem gemäß ferner die von der Nut mit dem größten Durchmesser ablaufenden
Drahtlängen unter Spannung gehalten werden, um das Element im Reibungseingriff mit der
Nut zu halten, wobei die nacheinander dieser Nut zugeführten Drahtlängen bei der maximalen
Spannung auf eine bestimmte Temperatur erwärmt werden.
Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Die Erfindung betrifft insbesondere das gezielte Längen von aus Stahl mit mittlerem und hohem
Kohlenstoffgehalt oder auch aus Stahllegierungen hergestellten, auf verschiedenen Gebieten des Ingenieurwesens,
beispielsweise im Brückenbau oder als Vorspannelemente im Betonbau, verwendeten Stahldrähten od. dgl. Das erfindungsgemäße bleibende
Längen von Metallelementen wird insbesondere bei dem Werkstoff Stahl angewandt, um die Struktur des
Metalls zu ändern, die Elastizitätsgrenze anzuheben und die Kriechfestigkeit oder Ermüdungsfestigkeit,
d. h. den Widerstand gegen eine ständige Verlängerung bei Aufbringen einer langfristigen Zugbeanspruchung,
wie sie bei einem Vorspannelement im Betonbau auftreten kann, zu erhöhen.
Es sind bereits ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens vorgeschlagen
worden, bei dem eine große Zahl, insgesamt acht am Umfang mit V-förmigen Nuten versehene Scheiben
verwendet werden. Bei fünf dieser Scheiben sind die Durchmesser der Nuten in Zuführrichtung des
Metallelements schrittweise größer ausgeführt, um eine bis zu einem vorbestimmten Höchstwert ansteigende
Dehnung und Spannung zu erreichen. Ferner sind drei weitere Scheiben angeordnet, bei
denen die Durchmesser der V-förmigen Umfangsnuten kleiner sind als die der größten der obengenannten
fünf Scheiben. In Vorschubrichtung des Elements werden die Durchmesser dieser Scheiben
immer kleiner, um nacheinander die auf das Element ausgeübte Spannung zu verringern. Die Scheiben sind
in zwei Sätzen angeordnet, die drehbar mit Abstand nebeneinander liegen. Das langgestreckte Metallelement
wird in seiner Vorschubrichtung zwischen den beiden Sätzen hin- und hergeführt. Gemäß
diesem bereits vorgeschlagenen Verfahren ist der Winkel zwischen den beiden Seiten der V-förmigen
Nut jeder Scheibe dem bei Keilriemenscheiben üblichen Winkel angepaßt und beträgt 60°.
Obwohl dieses Verfahren und die zugehörige Vorrichtung in äußerst wirksamer Weise eine genaue
ίο Steuerung der erforderlichen bleibenden Längung
pro Längeneinheit des Metallelements gestatten, so weisen doch das Verfahren und die Vorrichtung
folgende Nachteile auf:
1. Bevor ein Element in der bereits vorgeschlagenen Weise behandelt werden kann, muß
ein ausreichendes Stück der Gesamtlänge des Elements, d. h. das in Zufuhrrichtung vorn
liegende Ende in die Vorrichtung so weit eingeführt werden, daß es sich um die die Spannung
im Element nacheinander wieder herabsetzenden Scheiben herum erstreckt. Dieses Ende kann der erforderten Wärme- und Spannungsbehandlung
nicht ausgesetzt werden. Auch das in Zufuhrrichtung hinten liegende Ende des
Metallelements kann ebenfalls nicht behandelt werden, da es beim Durchlaufen der Vorrichtung
durch die Scheiben mit nacheinander größer werdendem Durchmesser hindurchgeführt
wird.
Daraus folgt, daß sowohl die vorderen als auch die hinteren Abschnitte des Elementes, deren
Länge in der Praxis einem Vielfachen des Umfangs einer Scheibe entspricht, nicht durch Erwärmen
und Spannen behandelt werden können und daher Abfall sind. Da die Scheiben einen
Durchmesser von etwa 1 bis 1,5 m haben können, beträgt der Abfall auf Grund des von dem
Element zwischen den zwei Sätzen von Scheiben zu überwindenden Abstands etwa 35 bis 50 m
und macht daher einen wesentlichen Anteil der Gesamtlänge aus.
2. Auf Grund der verhältnismäßig hohen Zahl der mit V-förmigen Nuten versehenen Scheiben, die
mit einem hohen Grad von Genauigkeit hergestellt sein müssen, und auf Grund der Anordnung
der Scheiben in zwei mit jeweils einer Lagerung versehenen Sätzen ist die Vorrichtung
gemäß dem älteren Vorschlag sehr kostspielig. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugründe,
sowohl ein verbessertes Verfahren als auch eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu
schaffen, mit der bzw. dem die auf eine bestimmte Länge des Metallelements bezogene, aus den vorgenannten
Gründen entstehende Abfallänge beträchtlieh herabgesetzt wird und die Vorrichtungskosten,
bezogen auf den Durchsatz, stark vermindert werden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß jede Drahtlänge unter Spannung einer Nut der höchstens drei Scheiben zugeführt wird, daß das
Element in den Nuten der Scheiben in keilartigen Eingriff gebracht wird und schließlich um die letzte
mit einer Nut versehene Scheibe mit dem größten Durchmesser herumgeführt und von dieser abgezogen
wird.
Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung so ausgebildet, daß eine das der Nut mit
dem kleinsten Durchmesser zugeführte Metallelement spannende Bremsvorrichtung und nicht mehr als drei
mit V-förmigen Umfangsnuten versehene Scheiben vorgesehen sind und daß der Winkel zwischen den
Seiten einer V-förmigen Nut nicht größer als 30°, aber groß genug ist, daß zwischen den beiden Seiten
der V-förmigen Nut und dem Element nur ein keilartiger Eingriff entsteht.
Zwischen dem Element und der Nut tritt dabei nur ein keilartiger Eingriff auf, d. h., der Winkel
zwischen den beiden Seiten der V-förmigen Nut darf nicht so klein ausgeführt sein, daß ein Quetschen
oder eine andere Verformung des Elements innerhalb der Nut erfolgen kann, die zu einer Zerstörung
des Elements führen könnte. Aus diesem Grund darf normalerweise der Winkel nicht kleiner als etwa 8°
sein.
Der Erfindungsgegenstand bringt im Vergleich zu dem älteren Vorschlag folgende Verbesserungen mit
sich:
1. Es tritt eine beträchtliche Verminderung des Abfalls in bezug auf die Gesamtlänge des
bleibend gelängten Metallelements ein. Insbesondere durch den Fortfall der die Spannung
im Element nacheinander herabsetzenden Scheiben wird ein beträchtliches Stück am
vorderen Ende des Elements eingespart. Am hinteren Ende des um die Scheiben mit immer
größer werdendem Durchmesser herumgeführten Elements tritt zwar noch ein gewisser Abfall
auf, der aber beträchtlich verringert ist, da die Zahl der hintereinander angeordneten Scheiben
mit immer größer werdendem Durchmesser herabgesetzt ist.
2. Durch die Verminderung der Gesamtnutenzahl in den Scheiben werden die Baukosten für eine
Vorrichtung mit einem bestimmten Durchsatz bei gleichen Abmessungen und Eigenschaften
des zu behandelnden Elements wesentlich herabgesetzt.
Die genannten Vorteile werden ohne Einbuße in der bereits bei dem älteren Vorschlag erreichten
genauen Steuerung der Maximaldehnung und -spannung und damit der gewünschten Längung erzielt.
Die genannten Vorteile sind insbesondere dann beträchtlich, wenn nur zwei mit V-förmigen Nuten
versehene Scheiben verwendet werden, die miteinander verbunden sind und sich gemeinsam um
eine Achse drehen.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung entsteht kein Abfall dadurch, daß das
Metallelement von einem Satz von Scheiben zum anderen geführt wird, wie das gemäß dem älteren
Vorschlag notwendig war. Auch durch die Zusammenfassung der beiden mit V-förmigen Nuten
versehenen Scheiben in einer Einheit, die um eine gemeinsame Achse drehbar sind, wird eine weitere
Senkung der Baukosten erreicht.
Es wurde gefunden, daß insbesondere dann zufriedenstellend gearbeitet werden kann, wenn der
Winkel zwischen den beiden Seiten der V-förmigen Nuten im Bereich zwischen 12 und 20° liegt. Ist der
Winkel kleiner als 12°, besteht die Gefahr, daß die Oberfläche des Elements eingeklemmt wird. Im allgemeinen
ist diese Gefahr noch nicht groß, wenn der Winkel nicht unter 8° liegt. Bei einem Winkel von
mehr als 20° beginnt sich der Reibungseingriff infolge des keilartigen Zusammenwirkens zwischen
dem Element und der Nut beträchtlich zu vermindern.
Die besten Ergebnisse wurden mit einem Winkel von 15° erzielt. In diesem Fall kommt das Element
zu dem bestmöglichen Reibungseingriff, insbesondere dann, wenn es sich um einen einzelnen Draht von
kreisförmigem Querschnitt handelt. Dabei braucht die V-förmige Nut nicht so tief ausgeführt und damit
nicht so kostspielig in der Herstellung zu sein, daß
ίο der oben unter 2. genannte Vorteil teilweise aufgehoben
würde.
Im folgenden Teil der Beschreibung wird eine bevorzugte Ausführungsform der neuen Vorrichtung
zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Stahldrähten mit einem mittleren und einem
hohen Kohlenstoffgehalt beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 eine Draufsicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2 eine Seitenansicht der Vorrichtung,
so F i g. 3 eine in größerem Maßstab dargestellte
Schnittansicht der beiden mit V-förmigen Nuten versehenen Scheiben der gleichen Ausführungsform,
F i g. 4 eine in größerem Maßstab gezeigte Draufsicht der Vorrichtung, in der einige der Deutlichkeit
halber in den Fig. 1 und 2 fortgelassene Teile zu erkennen sind,
F i g. 5 eine ebenfalls in größerem Maßstab gezeichnete
Seitenansicht,
F i g. 6 eine schematische Ansicht der pneumatischen Einrichtung zur Steuerung der den Draht in
bestimmte Längen schneidenden Schere,
F i g. 7 einen in größerem Maßstab dargestellten Teilschnitt der den Draht durchschneidenden Schere
und
F i g. 8 eine Draufsicht einer Abwandlungsform
der in F i g. 1 dargestellten Vorrichtung.
Die in den F i g. 1 bis 7 gezeigte Vorrichtung weist einen fest auf dem Boden 11 abgestützten Rahmen
10 auf, der eine von einem Elektromotor 14 angetriebene, in Lagern 12 gehaltene senkrechte Welle 13
abstützt. Die Welle 13 trägt an ihrem oberen Ende eine erste und eine damit verbundene zweite Scheibe
15,16. Wie F i g. 3 zeigt, sind die Scheiben 15 und 16 an einem Scheibenkörper 17 angeordnet, dessen
Nabe auf die Welle 13 aufgesetzt ist und sich mit dieser dreht. Die einander gegenüberliegenden Seitenflächen
18 und 19 des Scheibenkörpers 17 sind eben und verlaufen parallel zueinander, wobei der Durchmesser
der Umfangskante 20 der Seitenfläche 18 kleiner ist als der Durchmesser der entsprechenden
Umfangskante 21 der Seitenfläche 19. Auf den beiden Seitenflächen 18 und 19 sind mittels einer Anzahl
von in Umfangsrichtung mit Abstand voneinander angeordneten Bolzen 22, 23 Ringe 24, 25 gehalten,
die im Bereich der Umfangskanten 20 und 21 gegen über den Seitenflächen 18 und 19 abgefaste Flächen
26 und 27 aufweisen.
Die abgefasten Flächen 26 und 27 sind um einen Winkel von 15° gegen die entsprechenden Seitenflächen
18 oder 19 geneigt und bilden V-förmige Nuten 28 und 29. Die abgefaste Fläche 27 ist dabei
in radialer Richtung von der Drehachse des Scheibenkörpers 17 weiter entfernt als die abgefaste Fläche
26. Deshalb ist der Durchmesser der Nut 28 geringer als der Durchmesser der Nut 29. Der wirksame
Durchmesser der Nut 28 ist in bezug auf die Nut 29 durch eine zwischen dem Ring 24 und der Seitenfläche
18 des Scheibenkörpers angeordnete Zwischen-
scheibe 30 weiter herabgesetzt, so daß die V-förmige Nut 28 den Draht näher am Nutengrund oder
Scheitelpunkt der Nut erfaßt als die Nut 29. Durch diese Durchmesserverminderung der Nut 28 in bezug
auf die Nut 29 wird die im Draht erzeugte Spannung erhöht.
Die Bolzen 22 und 23 sind lösbar, so daß die Zwischenscheibe 30 herausgenommen und durch eine
Scheibe mit einer anderen Stärke ersetzt werden kann. Die gleiche oder eine andere Zwischenscheibe
kann dabei in einfacher Weise zwischen den Ring 25 und die Seitenfläche 19 eingesetzt werden. Durch
diese Maßnahmen wird erreicht, daß die Wirksamkeit, beispielsweise der wirksame Durchmesser der
Nuten 28 und 29, in Übereinstimmung mit den gewünschten Spannungen verändert werden kann.
Die Nut 29 mit dem größeren Durchmesser liegt in einer waagerechten Ebene über der Nut 28 und ist
in waagerechter Richtung mit einer mitlaufenden Scheibe 31 ausgerichtet, die an ihrem Umfang eine
V-förmige Nut mit einem üblichen öffnungswinkel von 60° aufweist und um eine senkrechte, in nicht
gezeigten Lagern einer Halterung 32 gelagerte Achse frei drehbar ist. Die Halterung 32 ist auf dem Boden
11 über eine Gelenkverbindung 33 abgestützt, deren Achse senkrecht zu der durch die Drehachsen des
Scheibenkörpers 17 und der mitlaufenden Scheibe 31 gelegten senkrechten Ebene verläuft. Zwischen der
Halterung 32 und dem festen Rahmen 10 erstreckt sich ein Druckrohr oder Druckstück 34, dessen
Längsachse in der Ebene des oberen Endes der Halterung und des Rahmens liegt. Das Druckrohr 34
nimmt die beim Führen des Drahts aus der Nut 28 um die mitlaufende Scheibe 31 in die Nut 29 auf die
Halterung 32 ausgeübten Spannungen auf, wie das noch im einzelnen beschrieben wird. Da das Rohr 34
aus einem elastischen Metall, beispielsweise Stahl, hergestellt ist, gibt es proportional zu den Spannungen
im Draht elastisch nach und biegt sich, wobei die Gelenkverbindung 33 der Halterung 32 eine
solche Biegung zuläßt. Wenn es erforderlich ist, kann die Spannung im Draht durch geeignete bekannte
Einrichtungen gemessen werden.
Der waagerechte Abstand zwischen dem Mittelpunkt der Scheibe 31 und dem Mittelpunkt des
Scheibenkörpers 17 beträgt bei einem Durchmesser des Scheibenkörpers von etwa 3 m und einem
Scheibendurchmesser von etwa 1,7 m etwa 8 m. Dabei ist genügend Raum vorhanden, um zwischen der
Scheibe 31 und dem Scheibenkörper 17 eine Induktionsheizvorrichtung 35 bekannter Bauart unterzubringen,
die aufeinanderfolgende, unter der höchsten vorkommenden Spannung stehende Drahtlängen
auf die für eine bleibende Verformung erforderliche Temperatur erwärmt. Zwischen der Scheibe 31 und
dem Scheibenkörper 17 kann ferner ein Abschreckbad 36 angeordnet sein, in dem der Draht nach der
Erwärmung auf eine hinreichend niedrige Temperatur abgekühlt wird, um sicherzustellen, daß der Draht
beim anschließenden Aufhaspeln nicht eine bleibende spiral artige Form annimmt.
Der bleibend zu längende Draht 37 wird entweder auf der Bahn Pl oder P 2 von den einander entsprechenden
Haspeln 38 und 39 der oben beschriebenen Vorrichtung zugeführt. Die Haspel sind um in waagerechter Richtung miteinander fluchtende
Achsen drehbar und weisen eine übliche Bremsvorrichtung auf, die die auf den Bahnen P1 und P 2
befindlichen Drahtlängen straff hält. Die beschriebene Vorrichtung ermöglicht es, daß, sobald der erste
Haspel, beispielsweise der Haspel 38, leer ist, Draht von dem zweiten Haspel, beispielsweise dem Haspel
39, zugeführt wird, während der erste Haspel durch einen vollen Haspel ersetzt wird.
Der Draht wird von den Haspeln aus um ein in einer mit der unteren V-förmigen Nut 28 mit dem
kleineren Durchmesser der ersten Scheibe 15 in waagerechter Richtung ausgerichtetes Bremsrad 40
herumgelegt. Das Bremsrad weist an seinem Umfang eine mit dem Draht in Eingriff kommende V-förmige
Nut 41 auf, deren zwischen den Seiten gebildeter Winkel kleiner als üblich ausgeführt ist und 30° beträgt,
um durch eine zugeordnete Bremse 42 bekannter Bauart ein beträchtliches Bremsmoment auf
den um das Bremsrad herumgeführten Draht ausüben zu können. Auf diese Weise wird die nahezu
um den gesamten Umfang der V-förmigen Nut 41 des Bremsrades 40 herumgeführte und von da der
ersten angetriebenen, mit der Nut 28 versehenen rotierenden Scheibe zugeführte Drahtlänge gezwungen,
unter einer beträchtlichen Belastung, die etwa 500 kg betragen kann, und einer Geschwindigkeit
von 100 m/min auf die Nut 28 aufzulaufen. Der Draht wird dabei an der Stelle A (Fig. 1), an der er
in die Nut eintritt, mit dieser in engen Eingriff gebracht. An dieser Stelle tritt kein Schlupf zwischen
dem Draht und der Nut 28 auf.
Der Draht 37 wird um etwa 3/4 der Nut 28 mit
dem geringeren Durchmesser um die Scheibe 15 herumgeführt und durch den Drehantrieb des Motors
14 in diese Vorrichtung hineingezogen. Der Draht verläßt dann die Nut 28 bei B und verläuft in Richtung
auf die mitlaufende Scheibe 31, um die er herumgeführt ist. Von der Scheibe 31 aus gelangt
der Draht in die Induktionsheizvorrichtung 35, in der er, wenn es sich um Kohlenstoffstahl handelt,
auf eine Temperatur zwischen etwa 220 und 500° C erwärmt wird. Bei Stahllegierungen liegt die höchste
Temperatur bei etwa 600° C. Die genaue Temperatur, auf die der Draht zu erwärmen ist, hängt von
der jeweiligen Stahlzusammensetzung und von der geforderten bleibenden Längung des Drahts ab, die
in Prozenten der ursprünglichen oder Ausgangslänge gemessen wird. Bei Kohlenstoffstahl mit einem
Kohlenstoffgehalt zwischen 0,6 und 0,85 °/o liegt die Aufwärmtemperatur vorzugsweise zwischen 250 und
380° C, wenn eine bleibende Längung oder Verlängerung von etwa 2 bis 5 °/o gewünscht wird.
Nachdem der Draht in der Induktionsheizvorrichtung 35 auf die obengenannte Temperatur erwärmt
worden ist, wird er durch das Abschreckbad 36 hindurchgeführt, in dem er so weit abgekühlt wird, daß
die auf den Draht ausgeübte Spannung nun unter der Elastizitätsgrenze des Drahtes liegt. Dabei wird als
bekannt vorausgesetzt, daß die Elastizitätsgrenze mit steigender Temperatur fällt. Beim anschließenden
Aufhaspeln nimmt der Draht keine bleibende gebogene oder spiralförmige Form an.
Der Draht wird nun bei C der V-förmigen Nut 29 der angetriebenen zweiten Scheibe 16 zugeführt und
kommt an dieser Stelle in engen Eingriff mit den beiden Flächen 19 und 27 dieser Nut, in der er etwa
um den halben Umfang der Scheibe 16 herumgeführt wird, die er bei D wieder verläßt.
Dadurch, daß der größte Winkel zwischen den beiden Seiten der V-förmigen Nuten 28 und 29 der
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zugehörigen Scheiben 15 und 16 im Gegensatz zu dem bisher üblichen Wert von 60° nicht über 30°
liegt (in der gezeigten Ausführungsform beträgt der Winkel nur 15°), ist es möglich, den Durchmesser
der zweiten Scheibe 16 um so viel größer als den Durchmesser der Scheibe 15 auszuführen, daß bei
einem von der Scheibe 15 der Scheibe 16 zugeführten Stahldraht mit einem mittleren oder hohen Kohlenstoffgehalt
eine bleibende Längung von wenigstens 5 % erreicht wird. Dabei tritt zwischen dem Draht
und den Nuten 28 und 29 an den Stellen A und C, an denen der Draht zunächst mit den Scheiben 15
und 16 in Berührung kommt, kein Schlupf auf. Um Schlupf an den Stellend und C auszuschließen, ist
es ferner notwendig, daß sowohl auf den bei A auf die Scheibe 15 mit dem geringeren Durchmesser auflaufenden
als auch auf den die Scheibe 16 mit dem größeren Durchmesser bei D verlassenden Draht ein
beträchtlicher Zug ausgeübt wird, damit der in der dargestellten Ausführungsform im wesentlichen um
den halben Umfang der Scheibe 16 herumgeführte Draht im Reibungseingriff mit dieser Scheibe gehalten
wird.
Die Vermeidung des Schlupfs an den Stellen A und C und die oben beschriebene bleibende Längung
des Drahtes werden erfindungsgemäß dadurch gewährleistet, daß die Seiten der V-förmigen Nuten um
kleine Winkel von nicht mehr als 30°, vorzugsweise 12 bis 20°, gegeneinander geneigt sind. Auf diese
Weise wird ein besonders hoher Keil- oder Klemmdruck auf die mit den Flächen in Berührung stehende
Oberfläche des Drahts ausgeübt, die den Reibungswiderstand gegen einen Schlupf zwischen dem Draht
und den V-förmigen Nuten an den Stellen A und C beträchtlich erhöht, ohne dabei ein zur Zerstörung
des Drahtes führendes Quetschen oder Verformen zu bewirken, das dann auftreten würde, wenn der
obenerwähnte Winkel zu klein, d. h. kleiner als etwa 8° sein würde.
Vorzugsweise ist der Durchmesser der zweiten Scheibe 16, d. h. der Durchmesser des mit dem Draht
in Berührung kommenden Teils der Nut 29, um so viel größer als der Durchmesser der ersten Scheibe
15, d. h. des mit dem Draht in Eingriff kommenden Teils der Nut 28, ausgeführt, daß eine von der gewählten
Durchmesserdifferenz genau abhängige Längendehnung des von der Scheibe 15 der Scheibe
16 zugeführten Drahts bis zu 5 % beträgt. Die Belastung des Drahtes, die abhängig von dem Drahtdurchmesser
und der Stahlzusammensetzung etwa im Bereich von 2000 bis 4500 kg liegen kann, führt zu
einer bleibenden Längung des Drahts, die fast den gleichen Wert wie die durch die obenerwähnte Durchmesserdifferenz
hervorgerufene Dehnung haben kann. Der Wert für die bleibende Längung ist ein wenig
kleiner als der Wert für die Dehnung, da sich der Draht nach dem Verlassen der Nut 29 ein wenig
elastisch zusammenzieht.
Durch die Erwärmung des Stahldrahts auf die oben beschriebenen . Temperatur- und Spannungswerte
wird die physikalische Struktur des Metalls geändert, wobei nicht nur eine bleibende Längurig
des Drahts, sondern auch eine beträchtliche Efhöhung
der Kriechfestigkeit bei Raumtemperatur und anhaltender Zugbeanspruchung erreicht wird.
Um den Draht in der oben beschriebenen Weise zu dehnen, müssen die beiden mit V-förmigen Nuten
versehenen Scheiben in der oben beschriebenen Weise miteinander verbunden sein, so daß sie sich
mit gleichen Winkelgeschwindigkeiten drehen. Obwohl zwischen dem Draht und den Nuten 28 und 29
an den Stellen A und C kein Schlupf auftritt und obwohl diese Bedingung über einen Teil der Länge
jeder Nut, mit der der Draht hinter den Stellend und C in Reibungsberührung steht, beibehalten wird,
tritt doch ein Kriechen des Drahts in bezug auf die Nuten ein, wenn sich der Draht um die Nuten 28
und 29 herum den Stellen B und D nähert, an denen er die Nuten verläßt. In bezug auf die Nut 28 verläuft
das Kriechen infolge der Dehnung des von der Nut 28 der Nut 29 zugeführten Drahts nach vorwärts,
während das Kriechen in bezug auf die Nut 29 nach rückwärts gerichtet ist, da die Spannung in
dem aus der Nut 29 bei D austretenden Draht sehr viel geringer ist als die an der Stelle C, an der der
Draht in die Nut eintritt.
Nachdem der Draht die Scheibe 16 mit dem gößeren Durchmesser bei D verlassen hat, wird er
zwischen einer Anzahl von angetriebenen Abzugsrollenpaaren 43 hindurchgeführt, die eine ausreichende
Spannung auf den die Nut 29 bei D verlassenden Draht ausüben, um den Eingriff zwischen
dem Draht und der V-förmigen Nut aufrechtzuerhalten, damit kein Schlupf an der Stelle C auftreten
kann.
Jedes Abzugsrollenpaar 43 weist an seinem Umfang pneumatisch aufblasbare Gummireifen 44 auf,
deren Drehachsen voneinander so weit entfernt sind, daß die Laufflächen der beiden Reifen eines Paares
über eine Strecke von einigen Zentimetern in Längsrichtung des zwischen ihnen hindurchgeführten
Drahts in Druckberührung miteinander stehen. Auf diese Weise kann jedes Paar der angetriebenen
Rollen 43 eine beträchtliche Spannung auf den von der Scheibe 16 mit dem größeren Durchmesser ablaufenden
Draht ausüben, die in der Größenordnung von etwa 200 kg an der Stelle C liegen kann.
Wegen der Verbindungsstellen zwischen aufeinanderfolgenden Drahtlängen sind wenigstens zwei
Paare von Abzugsrollen 43 notwendig, die sicherstellen, daß die vorderste Drahtlänge weiterhin in
Richtung auf die Haspelvorrichtung angetrieben wird, wenn eine Verbindungsstelle zweier Drahtlängen
zwischen zwei Paaren von Abzugsrollen 43 liegt.
Um eine ausreichende Spannug in dem von der Scheibe mit dem größeren Durchmesser abgezogenen
Draht zu erhalten, sind vorzugsweise drei Paare von in F i g. 5 dargestellten Abzugsrollen vorgesehen. Alle
Abzugsrollenpaare werden von einem gemeinsamen Antrieb 46 über ein bei 45 schematisch dargestelltes
Getriebe mit gleichen Winkelgeschwindigkeiten angetrieben.
Nachdem der Draht durch die drei Abzugsrollenpaare hindurchgelangt ist, wird er einer mit einer
pneumatisch betätigten Schere üblicher Bauart versehenen Schneidvorrichtung 47 zugeführt, deren Aufbau
in F i g. 4 im allgemeinen und in den F i g. 6 und 7 im einzelnen gezeigt ist.
Wie die Fig. 6 und 7 zeigen, weist die Schere
eine ortsfeste Platte 49 mit zwei im Abstand angeordneten Löchern 50 und 51 auf, durch die aufeinanderfolgende
Drähte hindurchgeführt werden.. Auf der Platte 49 ist eine Schneidplatte 52 gleitend
angeordnet, die eine Durchführung 53 zur Aufnahme und Führung des Drahts aufweist. Die der festen
11 12
Platte 49 benachbarte Innenkante 54 der Durch- Luftleitung 71 mit Druckluft versorgt wird. Die
führung 53 arbeitet mit den Kanten 50 α und 51 α andere der beiden Leitungen 67 und 68 wird gleich-
der beiden Löcher 50 und 51 zusammen und zeitig an eine mit der Atmosphäre verbundene
schneidet den durch die Löcher 50 und 51 hindurch- Niederdruckleitung 72 angeschlossen,
geführten Draht in die für die bekannten, ange- 5 Beim Umstellen des Umsteuerventils 69 in die
triebenen Haspel 55 und 56 erforderlichen Längen. eine oder die andere Stellung wird der betreffende
Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird Zylinder 59, 60 unter den höchstmöglichen Arbeitssichergestellt,
daß der Draht durch die Rückwärts- druck gesetzt. Dabei wird die betreffende Kolbenbewegung
der Schneidplatte 52 abgeschnitten wird, stange durch die Sperrvorrichtung, beispielsweise die
sobald ein Haspel, beispielsweise der Haspel 55, ge- ίο in F i g. 6 gezeigte Kolbenstange des Zylinders 60,
füllt ist, wobei die Durchführung 53 aus der zuvor in der zurückgezogenen Stellung gesperrt. Sobald
mit einem der beiden feststehenden Löcher, beispiels- durch die Verstellung des zugehörigen Betätigungsweise
dem Loch 50, fluchtenden Stellung in eine griffs 65, 66 die Sperrvorrichtung in die in F i g. 6
andere Stellung gebracht wird, in der sie mit dem für den Zylinder 59 gezeigte Freigabestellung bewegt
anderen feststehenden Loch 51 ausgerichtet ist. Bei 15 wird, wird die Kolbenstange vorgeschoben und bringt
dieser Bewegung der Schneidplatte wird der Draht ihren Anschlagkopf 62 durch eine feststehende
abgeschnitten. Öffnung 73 in plötzlichen Eingriff mit der benach-
Das freie Ende der neuen Drahtlänge wird in der barten Seite der beweglichen Schneidplatte 52 und
Durchführung 53 sogleich dem feststehenden Loch bewegt diese in bezug auf die Platte 49 in dem
zugeführt, das dem zur Zeit leeren Haspel, in diesem 20 Bruchteil einer Sekunde sehr schnell von der einen
Fall dem Haspel 56, zugeordnet ist. Dabei kann das Stellung in die andere Stellung. Diese schnelle Bebereits
gewickelte Bund von dem Haspel 55 entfernt wegung der Schneidplatte 52 wird dadurch ermögwerden,
so daß diesem Haspel wieder Draht zu- licht, daß, wenn der eine Zylinder über das Umgeführt
werden kann, sobald der Haspel 56 gefüllt ist. steuerventil 69 unter Druck gesetzt wird, der andere
Zu diesem Zweck ist mit jedem Haspel 55, 56 eine 25 Zylinder über dieses Ventil an die Niederdruck-
rohrförmige Drahtführung 57, 58 verbunden, deren leitung 72 angeschlossen ist und der Bewegung der
eines Ende 57 a, 58 α mit den feststehenden Löchern Schneidplatte 52 keinen Widerstand entgegensetzt.
50, 51 ausgerichtet ist, während das andere Ende Die Platte 49 ist mit einer Dämpfungsauflage 74 aus
57 b, 58 b auf den entsprechenden Haspel 55, 56 ge- Gumi oder einem anderen nachgiebigen Material
richtet ist. 3° versehen. Die Kolben 59 α und 60 α sind mit stoß-
Die bewegliche Schneidplatte 52 wird von zwei dämpfenden Federn 75 ausgestattet, die den durch
pneumatisch betätigten Schubstangen 59 und 60 die oben beschriebene rasche Bewegung der Schneidzwischen
zwei Extremstellungen hin und her bewegt, platte 52 bewirkten Aufschlag oder Aufprall dämpwobei
die Durchführung 53 in der einen Stellung fen. Die oben beschriebene Anordnung erleichtert
vollkommen mit dem Loch 50 und in der anderen 35 beim periodisch erfolgenden Abschneiden des
Stellung mit dem Loch 51 ausgerichtet ist. Die Drahtes durch die Schneidplatte 52 seine Führung
Schneidplatte bewegt sich zwischen diesen beiden durch die Vorrichtung. Bei einem mit einer Ge-Extremstellungen
durch zwei dazwischenliegende schwindigkeit von 100 m/min durch die Vorrichtung Schneidstellungen, von denen eine in F i g. 7 dar- hindurchgeführten Draht kann die Verschiebungsgestellt
ist. 40 geschwindigkeit der beweglichen Schneidplatte 52 in-
Die Kolbenstange 61 der Zylinder 59 und 60 ist folge der oben beschriebenen Aufschlagwirkung so
mit der beweglichen Schneidplatte 52 nicht ver- groß sein, daß der Draht nur um 4 cm vorgeschoben
bunden, trifft aber auf diese Platte auf, nachdem die wird, während sein abgeschnittenes Ende bei der
Kolbenstange um ein Stück verschoben worden ist Überführung durch die Schneidplatte 52 von einem
und eine bestimmte Geschwindigkeit und kinetische 45 der Löcher 50, 51 in das andere dieser Löcher fest-
Energie hat. Zu diesem Zweck ist, wie F i g. 6 zeigt, gehalten wird. Diesem geringen linearen Vorschub
das äußere Ende der Kolbenstange mit einem An- des flexiblen Drahtes wird, wie in Fig. 4 bei 37a
schlagkopf 62 versehen, der normalerweise im Ab- gezeigt ist, durch eine kurzzeitige und geringfügige
stand von der beweglichen Schneidplatte angeordnet Durchbiegung des Drahtes zwischen dem vordersten
ist, aber mit der benachbarten Seite dieser Platte in 50 Paar von Abzugsrollen 43 und der Schere 48 und
Eingriff kommen kann. ebenfalls durch eine gewisse Gleitbewegung zwischen
Den Zylindern 59 und 60 sind zwei Sperrvorrich- dem Draht und dem vordersten Abzugsrollenpaar 43
tungen 63 und 64 zugeordnet, die die Kolbenstange Rechnung getragen, so daß zwischen dem vorderen
in der zurückgezogenen Stellung halten, wie das in und dem mittleren Abzugsrollenpaar 43 eine weitere
F i g. 6 für den Zylinder 60 gezeigt ist. Jede Sperr- 55 geringfügige Durchbiegung 37 b auftreten kann,
vorrichtung weist einen an einem Winkelhebel 63 b, Bei dieser Vorrichtung kann der Draht während
64 b angeordneten Sperrkopf 63 a, 64 α auf, der über des Abschneidens, das in von dem Füllen der beiden
ein Gestänge mit einem Betätigungsgriff 65, 66 ver- Haspel abhängigen Abständen erfolgt, um die beiden
bunden ist. mit V-förmigen Nuten versehenen Scheiben 15 und
Die Zylinder 59 und 60 sind an ihren Kopfenden, 60 16 herumgeführt werden.
d. h. an den von der Kolbenstangendurchführung Das oben beschriebene Abschneiden des Drahtes
entfernten Enden mit Rohrleitungen 67, 68 ver- kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung von
bunden, die zu einem handbetätigten Umsteuerventil Hand von einer Bedienungsperson gesteuert werden,
69 bekannter Bauart führen. Dieses Ventil ist wahl- die zu Beginn des Aufwickeins auf einen der Haspel
weise in eine seiner beiden möglichen Stellungen 65 zunächst das Umsteuerventil 69 betätigt, um den
einstellbar, in der es in bekannter Weise die eine Zylinder unter Druck zu setzen und für eine Ver-
oder die andere der beiden Rohrleitungen 67 und 68 Schiebung der Schneidplatte 52 in eine den Draht
mit einer Druckluftquelle 70 verbindet, die über die dem anderen Haspel zuführende Stellung bereit-
zumachen. Sobald ein Haspel gefüllt ist, verstellt die Bedienungsperson den Betätigungsgriff 65, 66 entsprechend,
um die Kolbenstange des bereits unter Druck gesetzten Zylinders freizugeben.
Die mit den V-förmigen Nuten versehenen Scheiben 15 und 16 müssen nicht unbedingt um die
gleiche Achse drehbar sein, und es können insgesamt bis zu drei solcher Scheiben vorgesehen sein.
Eine derartige Anordnung ist in Fig. 8 gezeigt, bei der drei Scheiben 76, 77 und 78 vorgesehen sind.
Jede dieser Scheiben hat eine oben beschriebene, einen kleinen Winkel aufweisende V-förmige Umfangsnut
76 a, 77 α und 78 a. In der durch die Pfeile bezeichneten Drahtzuführungsrichtung nehmen die
Durchmesser der Nuten zu, und die Scheiben 76 und 78 mit dem kleinsten und dem größten Durchmesser
sind miteinander verbunden und drehen sich mit gleichen Winkelgeschwindigkeiten um eine gemeinsame
Achse in ähnlicher Weise wie die Scheiben 15 und 16 der vorstehend beschriebenen Ausführungsform. Die Scheibe 77 nimmt die Stellung der mitlaufenden
Scheibe 31 der ersten Ausführungsform ein und ist mit den Scheiben 76 und 78 über ein in
bekannter Weise ausgeführtes Getriebe 79 verbunden, das die Scheibe 77 mit einer den Scheiben 76 und 78
gleichen Umfangsgeschwindigkeit dreht, so daß im Draht eine immer stärker werdende Dehnung und
Spannung erzeugt werden. Bei der größten Spannung werden aufeinanderfolgende Drahtlängen in ähnlicher
Weise wie bei der zunächst beschriebenen Ausführungsform erwärmt und bleibend gelängt.
Wie F i g. 5 zeigt, können die oberen Abzugsrollen der Abzugsrollenpaare 43 an einem Arm 80 angeordnet
sein, der bei 81 an einen Stützrahmen 82 drehbar angelenkt ist, so daß die oberen Abzugsrollen eine begrenzte Auf- und Abwärtsbewegung
entgegen einer geeigneten, beispielsweise nachgiebigen Belastung ausführen können und eine kurzzeitige
Aufwärtsbewegung ermöglichen, um Kauschen oder andere verstärkte Verbindungseinrichtungen
zwischen aufeinanderfolgenden Drahtlängen durchzulassen, wenn eine Anzahl von Drahtlängen vor
dem Hindurchführen durch die in den F i g. 1 und 2 gezeigte Vorrichtung miteinander verbunden worden
sind.
Die Wirkungsweise der an Hand der F i g. 1 bis 7 und 8 beschriebenen Ausführungsformen ergibt sich
aus der vorstehenden Beschreibung.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (12)
1. Verfahren zum gezielten bleibenden Längen und zur Erhöhung der Kriechfestigkeit bei anhaltender
Belastung eines biegsamen, langgestreckten Metallelements, wie z. B. eines Drahtes, einer Litze oder eines Seils, dem gemäß
das Element um eine Anzahl von mit gleicher Winkelgeschwindigkeit rotierende Scheiben herumgeführt
wird, die jeweils eine das Element aufnehmende und im Reibungseingriff haltende Nut aufweisen, deren Durchmesser sich voneinander
unterscheiden und in Zuführrichtung des Elements zunehmen, um dadurch das
Element in vorbestimmter Weise zu dehnen und unter Spannung zu setzen, und dem gemäß ferner
die von der Nut mit dem größten Durchmesser ablaufenden Drahtlängen unter Spannung gehalten
werden, um das Element im Reibungseingriff mit der Nut zu halten, wobei die nacheinander
dieser Nut zugeführten Drahtlängen bei der maximalen Spannung auf eine bestimmte
Temperatur erwärmt werden, dadurch gekennzeichnet, daß jede Drahtlänge unter as
Spannung einer Nut der höchsten drei Scheiben zugeführt wird, daß das Element in den Nuten
der Scheiben in keilartigen Eingriff gebracht wird und schließlich um die letzte mit einer Nut versehene
Scheibe mit dem größten Durchmesser herumgeführt und von dieser abgezogen wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit Einrichtungen zur
Zuführung des Metallelements in die Nut mit dem kleinsten Durchmesser, mit das von der Nut
mit dem größten Durchmesser ablaufenden Metallelement unter Spannung setzenden, das
Element mit der Nut im Eingriff haltenden Abzugseinrichtungen und mit der Nut mit dem
größten Durchmesser vorgeschalteten Heizvorrichtungen, die das Element auf eine bestimmte
Temperatur aufheizen, bei der eine bleibende Längung und erhöhte Kriechfestigkeit
erzielt werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine das der Nut (29) mit dem kleinsten Durchmesser
zugeführte Metallelement (37) spannende Bremsvorrichtung (40, 41, 42) und nicht mehr als drei
mit V-förmigen Umfangsnuten (28, 29; 76 α, 77 α, 78 α) versehene Scheiben (15,16; 76, 77, 78) vorgesehen
sind und daß der Winkel zwischen den Seiten einer V-förmigen Nut nicht größer als 30°,
aber groß genug ist, daß zwischen den beiden Seiten der V-förmigen Nut und dem Element nur
ein keilartiger Eingriff entsteht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nur zwei mit Umfangsnuten
(28, 29) versehene, miteinander verbundene Scheiben (15,16) vorgesehen sind, die sich mit
gleichen Winkelgeschwindigkeiten um eine Achse drehen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen
den beiden Seiten der V-förmigen Nuten (28, 29; 76 α, 77 α, 78 α) im Bereich von 12 bis 20° liegt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel
zwischen den beiden Seiten der V-förmigen Nuten (28, 29; 76 a, 77 a, 78 a) 1.5° beträgt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5 mit einer das bleibend gelängte Element
aufnehmenden Haspelvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Haspel (55, 56) und eine
Schneidvorrichtung (47) vorgesehen sind, die das Element (37) während seiner kontinuierlichen
Vorwärtsbewegung abschneidet, sobald ein Haspel gefüllt ist, und das Ende des Elements
über die Schneidstellung hinaus zur Gewährleistung einer kontinuierlichen Vorwärtsbewegung
des Elements einem leeren Haspel zuführt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidvorrichtung (47)
eine mit zwei zu je einem Haspel (55, 56) führenden Löchern (50, 51) versehene, feststehende
Platte (49) und eine über dieser Platte zwischen zwei Extremstellungen hin und her bewegliche,
mit einer Durchführung (53) versehene Schneidplatte (52) aufweist, wobei die Durchführung in
den Extremstellungen der Schneidplatte (52) jeweils mit einem Loch (50, 51) der Platte (49)
fluchtet und die der Platte benachbarte Innenkante (54) der Durchführung (53) mit den benachbarten
Kanten der Löcher (50, 51) der Platte (49) zusammenarbeitet, so daß bei der Bewegung
der Schneidplatte (52) von einer Extremstellung in die andere das Element (37) durchgeschnitten
wird.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (59, 60, 61, 62)
zur schlagartigen Verschiebung der Schneidplatte (52) vorgesehen sind.
.9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidplatte (52) durch
zwei in entgegengesetzten Richtungen wirkende druckbetätigte Zylinder (59, 60) hin und her beweglich
sind, die jeweils eine Kolbenstange (61) mit einer Geschwindigkeit auf das benachbarte
Ende der Schneidplatte (52) auftreffen lassen, daß die andere Kolbenstange (61) in der zurückgezogenen,
nicht mit der Schneidplatte im Eingriff stehenden Stellung haltende Einrichtungen
(63, 64, 65, 66) vorgesehen sind und daß ein der zurückgezogenen Kolbenstange (61) Druckmedium
zuführendes Umsteuerventil (69) vorgesehen ist, um die zurückgezogene Kolbenstange
(61) nach ihrer Freigabe vorzuschieben.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die eine ausreichende
Spannung auf das die Nut (29) mit dem größten Durchmesser verlassende Element (37) ausübenden Abzugseinrichtungen eine Anzahl
von angetriebenen Abzugsrollen (43,44) aufweisen, die mit dem Element im Reibungseingriff
stehen und in bezug auf die Schneidvorrichtung (47) so angeordnet sind, daß das beim Ab-
' schneiden an der Schneidstelle kurzzeitig angehaltene Element (37) eine Bogenform annehmen
kann, während die mit den V-förmigen Umfangsnuten (28, 29; 76 a, 77 a, 78 a) versehenen
Scheiben das Element kontinuierlich weiter zuführen.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Abzugsrollenpaar (43)
an seinem Umfang durch Aufblasen in Reibungseingriff kommende Reifen (44) aufweist, wobei
die Reifen eines Paares in Druckberührung miteinander stehen und das Element (37) beim Hin-
durchführen zwischen zwei Rollen eines Paares auf einer bestimmten Länge erfassen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Abzugsrollen (43)
eines Paares um mit Abstand voneinander angeordnete waagerechte Achsen drehbar sind, von
denen die obere entgegen der Wirkung von Belastungseinrichtungen eine begrenzte Bewegung
in senkrechter Richtung ausführen kann.
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