DE2214941B2 - Verfahren zur herstellung eines kaltverformten betonbewehrungsstabes und rippwalzen zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

1.4

Die Frluulung betrilli ein Verlahren /ur Herstellung <« eines kiiltvcHornileii Betonbeu ein ungsstabes. bei dem der durch W armwül/en erzeugte Stahlstab mit rundem Querschnitt in einem ersten Kaltverformungsschritt (Vorstich) mit drei auf seinem Umfang verteilt liegenden achsparallelen Bereichen mit bombierten Seiten \erse- <>s hen wird, deren Krümmungsradien größer als diejenigen des Ausgangsquerschnitts sind und dann an den zwischen diesen Bereichen liegenden Umfangsbereichen der so verformte Stab durch Kaltverformen mit schräggestellten Rippen versehen wird (Rippstich), welche zwischen den bombierten Seiten über die gesamte Länge des im Vorstich verformten Stabes angreifen, wobei Anfang und Ende der Rippen in der Mantelfläche des Stabes flach auslaufen, so daß die Projektion der Umhüllenden in Achsrichtung des Stabes nahezu kreisförmig ist.

Verfahren dieser Art sind durch die DT-OS 17 77 052 bekanntgeworden. Bei ihnen wird durch einen Vorstich ein glatter Rundstab in eine dreieckähnliche Querschnittsform gebracht, wobei eine gleichmäßige Verdichtung des Materials angestrebt ist, und dann werden durch einen Rippstich an den Ecken des Querschnitts Rippenreihen eingewalzt. Wird nach dem dort beschrie benen Verfahren im Vorstich ein glatter Rundstab in eine dreieckähnliche Querschnittsform übergeführt, so hat dieses einerseits eine relativ starke Verfestigung des Materials zur Folge, so daß sich als Eirtsatzmaierial nur Stahlsorten niedriger Festigkeit eignen, und andererseits wird der Rippenreihenabstand im Rippstich verhältnismäßig groß. Durch die starke Verfestigung im Vorstich ist das Formänderungsvermögen bei weiteren Verformungen vermindert und damit die erzielbare Rippenhöhe stark begrenzt. In Verbindung mit dem großen Rippenreihenabstand ist es oft schwierig, die erforderliche bezogene Rippenfläche zu erzielen.

Durch die DT-AS 16 09 605 ist es bekanntgeworden, einen kalibrierten Rundstab an drei Seiten in einer Breite von etwa 10% bis 30% des Stabdurchmessers anzuflachen. bevor die Rippen zwischen diesen Bereichen eingewalzt werden. Mit diesem Verfahren läßt sich /war ein Rippenstahlstab herstellen, dessen Rippenreihenabstand ausreichend klein ist. doch genügt auch hier die durch die matcrialbcdingte zulässige Verformung im Rippstich erzielbare Rippenhöhe nicht allen Ansprüchen.

Durch die FR-PS 20 32 869 ist ein Verfahren der einleitend genannten Art bekanntgeworden, bei dem ein StahlsiäD an mindestens drei Stellen des Umfangs mit konvexen Bögen versehen wird, deren Krümmungsradius größer als der des runden Ausgangsquerschnitts ist. Der Krümmungsradius soll zwischen dem Zweifachen und Vierfachen des Krümmungsradius des runden Atisgangsquerschnitts liegen. Erstrecken sich die Abschnitte mit konvexen Bögen nur über begrenzte Bereiche, wie bei dem erwähnten Verfahren nach der D Γ-AS 16 09 605, dann kann im Rippstich nur eine nicht allen Ansprüchen genügende Rippenhöhe erzielt werden: würden die konvexen Bögen den gesamten Umfang einnehmen, dann würde ähnlich wie bei dem oben beschriebenen Verfahren nach der DT-OS 17 77 052 das Material im Vorstich örtlich zu stark verfestigt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, es zu ermöglichen, bei im Vergleich zu den bekannten Verfahren gleicher Quersehnittsabnahme im Rippstich eine größere Rippenhöhe oder bei einer vergleichsweise kleineren Qiierschniiisabnahme eine gleich große Rippenhöhe /ti erzielen, so daß als I insai/niaterialien auch Stahlsorten höherer Festigkeit verwendbar sind Hierbei soll der Rippenreihcnabstand klein gehallen werden können, so daß eine bezogene Rippenfläche entstellt.

Das ei lindungsgeinäße Verfahren isi dadurch gekennzeichnet, daß dem Stab durch die heim Vorstich ausgebildeten bombierten Seiten eine dreieckähnliche Ouerschnittsform gegeben wird, bei der this Vernal

ties Krümmungsradius /γ? der bombierten Seiten zum Radius λ ι des dem dreieckähnlichen Stabquerschnitt einbeschriebenen Kreises 1,6 bis 2.0 gewählt ist und der Radius /Yi dieses einbeschriebenen Kreises höchstens gleich dem Abstand k_R des Querschnittsmittelpunktes vom Rand des Rippstiches zwischen den Rollenöffnungen der Kaltprofilwalzen ist, wobei der Rippstich an den Ecken des dreieckähnlichen Stabquerschmus angreifend erfolgt.

Eine vorte'ihafte Ausgestaltung des Verfahrens ist Patentanspruch 2 zu entnehmen, und eine vorteilhafte Ausgestaltung der Rippwalzen zur Durchführung des Verfahrens dem Patentanspruch 3.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß entgegen der in der DT-AS 16 09 605 geäußerten Auffassung das Material beim Einwalzen der Rippen nich' in die Ausnehmungen der Walzen einfließt, sondern daß es an der Stelle, an der die Rippe entsteht, allenfalls sieben bleibt, in der Rege) jedoch m Richtung auf die Stabniittelachse zu fließt. Ausgehend von dieser Erkenntnis haben die Erfinder nach einer Quersehnittsform des Vorstiches gesuch· die bei einer bestimmten prozentualen Verformung im Rippstich eine maximale theoretische Rippenhöhe und abhängig hiervon auch eine maximale tatsachliche Rippenhöhe ergibt. Die gefundene Form ermöglicht es. mittels eines kleineren Verl'ormungsgradcs gleich hohe Rippen wie bei den bekannten Verfahren herzustellen, und erschließt hierdurch den Einsatz von Stahlsorten höherer Fes'igkeit als Vormaterial. Außerdem hat sich gezeigt, daß die spezielle Querschnittsform auch hinsichtlich der Abmessungen des Ausgangsmaterials einen größeren ToIe ranzbereich zulaßt, so daß in der Regel ein Egalisierstich überflüssig ist.

Die Erfindung wird durch ein Ausführungsbeispiel an Hand vim zwei Fijuircn näher erläutert. Es zeigt Γ i g. 1 den Vorstich und

I i g. 2 den Rippstich eines Betonrippcnstahls.

In Fig. I stellt die schraffierte Fläche den Vorstich eines Stahlstabes dar. Das Ausgangsmaterial halte dem mittels einer gestrichelten Linie 1 angedeuteten Querschnitt. Es wurde mittels dreier um 120 gegeneinander versetzter Walzen 2 bis 4 in die schraffiert dargestellte Querschnittsl'orm eines Dreiecks mit bombierten Seiten 5 bis 7 gebracht. Das Verhältnis des Krümmungsradius /Yj der bombierten Seiten des Dreiecks und damit des Kalibereinschnitts des Vorstiches zum Radius /Yi des einbeschriebenen Kreises dieses Dreiecks beträgt im vorliegenden Fall 1.66. Mit dem Bezugszeichen /V ist die Öffnung der Walzen bezeichnet, mit dem Bezugszeichen \_v die Sehne des Kalibers für den Vorstich. Durch die Walzcnöffnung /Ί ist zugleich die Größe der Sehne s\ bestimmt.

Unter Verwendung des Vorstichs nach Fig. 1 wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der in Fig. 2 dargestellte Rippstich hergestellt. Zu diesem Zweck greifen drei gegenüber dem Vorstich um 60" versetzte Rippwalzen an den Ecken des Querschnitts des Vorsiichcs an. der in F i g. 2 strichpunktiert eingezeichnet ist. Der Abstand des Querschnittsmittclpunktes Λ/ des Rippstichs vom Rand des Rippstiches zwischen der Walzcnöffnung ist mit A«. der Radius des den Kernquersehnitt des gerippten Stahlstabcs bestimmenden K a I ibe ic i η schnitt s der kippwalzen mit r«?, der Radius des cinbeschriebenen Kreises des Rippsliches mit I'm, die Projektion des Radius der Ausnehmungen für die Rippen im Kaliber auf eine Ebene senkrecht zur Stabachse mit η,·ι. der Abstand der Rippwalzcn mit /« und die Länge der Kalibersehne mil s« bezeichnet.

Neben den durch gestrichelte Linien 11 bis 13

f
angedeuteten Rippen ist noch eine Fläche —j- durch

Schraffur kenntlich gemacht, die zur Erleichterung der weiter unten erläuterten Berechnung eingeführt wird. Besonders hervorzuheben ist von den genannten Größen der Abstand k_K, der bei der Bemessung des Vorstiches zu berücksichtigen ist. Damit im Rippstich

ίο Überfüllungen vermieden werden, darf der Radius /γ, des einbeschriebenen Kreises des in Fig. 2 strichpunktiert angedeuteten Vorstichs nicht größer als der Abstand λ« sein.

Bekanntlich stehen warmgewalzte Rundstäbe nur in

is einer begrenzten Anzahl verschiedener Abmessungen zur Verfügung. Es kann deshalb erforderlich sein, für die Herstellung von gerippten Stahlstäben mit stark von dem verfügbaren Durchmesser des Ausgangsmaterials abweichenden Durchmesser zunächst den Durchmesser

:o des Ausgangsmaterials zu reduzieren. Dieses geschieht vorzugsweise mittels eines Egalisierstichs bzw. Egalisierzuges ebenfalls in Form eines Dreiecks mit bombierten Seiten. Nach Durchführung des Egalisierstichs bzw. Egalisierzuges erfolgt der Vorslich in der

:s beschriebenen Weise, wobei die Kalibrierwalzen des Vorstichs an den Ecken des durch den Egalisier/ug hergestellten Dreieckquerschnitts angreifen.

Es wird nun noch an Hand eines konkreten Ausführungsbeispiels gezeigt, wie die Kalibrierung für

Vi einen Betonrippenstahl eines bestimmten Nenndurchmessers zu berechnen ist. Dem Beispiel wird ein Nenndurchmesser von 8 nun zugrunde gelegt. Die Berechnung wird ausgehend vom gewünschten Endprodukt entgegengesetzt zu den Verfahrensschritten der

;s Herstellung durchgelühn. d. h. es werden zunächst die Kaliber und Abmessungen für den Rippstich und dann die für den Vorstich bestimmt. Hieraus berechnet sich der erforderliche Durchmesser ties Ausgangsmatcrials. und falls der Sprung zum nächst größeren .ils Handelsware vorliegenden warmgewalzten Rundstahlstab /11 groß ist, können danach die Angaben fur einen etwaigen Egalisierzug ermittelt w erden.

1. Kaliorierungdcr Keniquerschnitte
für die Rippsliche

Bei der Ausbildung der Kernquerschnitte der Rippsliche wurde ein Gewichtsanteil der Rippen \ 011 7"/(i berücksichtigt. Dieser Wen ergab sich Jurch no Abfeilen sowie durch theoretische Bei echnungen von gut ausgeprägten Rippen an Stäben der Abmessung 8 mm Durchmesser. Die Querschnittsfläche ties Kerns entspricht also der Nennquerschnitisfläche vermindert um 7°.,·.

ss Für die Gestaltung dcv Keniquerschnitte wurden folgende geometrische He/iehmgen abgeleitet:

a) Die Kernflächc. d.h. die Fläche des Nennqucrschnitts abzüglich 7%. setzt sich aus der Fläche I'm des einbeschriebenen Kreises mit dem Radius o,··

do und aus der Fläche /'«_■ der drei schratliei'icn

Abschnitte "² zusammen. Dabei isi das Verhältnis

'■

Diese Angaben dienen zur Berechnung des Radin¹ /•«i des einbeschriebenen Kreises.

b) Das Verhältnis des Radius o<: des Kalibereuischnitles /u dem Radius des einbesehriebenen Kreises r_Ki betrügt

1.44

Hieraus ermittelt sich der Radius /«_> des Kalibereinschnittcs.

c) Das Verhältnis des Radius des einbesehriebenen Kreises rm /u der Rollenöl'l'nung /«wurde

gewählt. Hieraus wurde /«gewonnen,
d) Die Länge der Kalibersehne sr läßt sich aus den obigen Angaben bestimmen.

2. Kalibrierung der Rippen

Die Rippenabstände müssen so gewählt werden, daß sie den Angaben in den Vorschriften in etwa entsprechen und zusammen mit der Ausbildung der Rippenhöhe hinreichende bezogene Rippenflächen ergeben.

Mehrere Messungen an gerippten Stäben der Nennabmessung 8 mm Durchmesser ergaben, daß bei einer 24%igen Querschnittsabnahme im Rippstich der mittlere Rippenabstand im Stab ungefähr l,09mal so groß wie der Abstand der in die Walzen eingeschnittenen Rippen ist. Als Grund dafür ist ein Fließen des Materials in Längsrichtung in Nahe des Walzspaltausgangs anzusehen. Der Strecklaktor von 1,09 wurde bei der Wahl des Abstandes der in die Walzen eingeschnittenen Rippenformen berücksichtigt.

Der Neigungswinkel \ der Rippen zur Stabachse soll nach den Vorschriften zwischen 45 und 60 liegen, er wurde mit 50 angesetzt.

Dcv riankcnwinkel ρ soli nach den Vorschriften £43 betragen. Da ebenso Vorschriften für die mittlere Kopl'hreite b der Rippen bestehen, kann der Flankenwinkel ,1 nicht zu flach gewählt werden (etwa 45"). da sonst entweder die Höhe Λ der Rippenformen /u niedrig wird. d. h.. die Rippen erhalten beim Walzen Druck auf den Kopf und werden so in der Ausbildung ihrer maximalen Höhe behindert, oder die Rippen zu breit weiden, d. h.. die mittlere Kopfbreite b wird wesentlich breiter als die Vorschriften und das Rippengewicht zu grüß. Da die Rippen nur zum Teil mittragen, bedeutet ein zu großes Rippengewicht verschenktes Material.

Zudem ist mit größeren Flankenwinkeln eine größere Rippenhöhe zu erwarten. Zu große Flankenwinkel jedoch erhöhen die Kerbwirkung der Rippen, so daß Biegeeigenschaften und Dauerschwingfestigkeit zurückgehen. Als gute Kompromißlösung bot sich ein Flankenwinkel von 55° an.

Die in den behördlichen Vorschriften vorgesehenen Maße für die Rippen und ihre Anordnung sind nicht stetig. Beispielsweise beträgt die minimale Rippenhöhe je nach Abmessung 5.6 bis 7.5% vom Nenndurchmesser. Das ist dadurch bedingt, daß die minimalen Rinoenab-S:.-i:':-~C ; — ί Oi JppC-: r€i>l:::CÜC lie! ΐ_*ϋΓ-, Λ: ■ :v.'SS-.. Γ giCiCfi bleiben.

Deshalb wurde bei der vorliegenden Kalibrierung die Tiefe der in das Kaliber eingeschnittenen Rippenformen so gewählt, daß bei maximaler theoretischer Rippenhöhe a,h die Rippen ohne Druck auf den Kopf entstehen, d. h.. die Tiefe der Rippenformen entspricht der theoretischen Rippenhölle ;/,/, vermehrt tun einen Sicherheitszuschlag von 5¹Vo.

Die Kopibreite der eingeschniltei en Rippenlormen wurde wie folgt gewählt:

I) Nennabmessiing 4,0 bis 6,5 mm 0: 0,1 5 mm
II) Nennabmessung 7.0 bis I 2 mm 0: 0,20 mm.

Somit können mit zwei Werkzeugformen die Rippen für alle Abmessungen geschnitten werden.

3. Kalibrierung der Vorstiche
(Dreieck mit bombierten Seiten)

Die Querschniusflächen der Vorstiche ergeben sich aus den Flächen der Nennabmessungen der gerippten Stäbe (7% Rippenante 1 enthaltend) vermehrt um die geforderte 24%igc Quersehnittsabnahme im Rippstich.

Der Radius des einbesehriebenen Kreises r\. muß so gewählt werden, daß er etwa gleich oder kleiner als die Strecke kn im Rippstich ist. Wenn er größer kn wird treten beim Rippstich Überfüllungen auf. Für die vorliegende Kalibrierung wurde folgende Bezieht!i verwendet:

Al = kn.

Für den Vorstich sollte das Verhältnis des Radius des Kalibereinschnittes n? zu dem Radius des einbesehriebenen Kreises /Yi möglichst groß sein, damit auch Walzdraht mit größeren Toleranzabweichungen ohne Überfüllungcn verformt werden kann. Denn hier ist wieder die Bedingung zu erfüllen, daß der größte Radius des Walzdrahtes etwa gleich oder kleiner als die Streckt. Ai im Vorstich ist. Für den Vorslich wurde folgende*· Verhältnis gewählt:

Daraus läßt sich n? berechnen.

Die Walzenöffnung /V kann wieder in Abhängigkei' \om Radius des einbeschriebenen Kreises r·, ι festgeleg¹ werden zu

i - ^Γ' '
' - 4.15 ■

Die Kalibersehne sj läßt aus den obigen Angabei ermitteln. '

4. Kgalisieren und Süchfolgcn

Die Kalibrierung wird so ausgelegt, daß möglichst au ein Egalisieren des Walzdrahtes verzichtet werder kann. Die normale Stichfolge sieht wie folgt aus:

1) Walzdraht— Vorstich— Rippstich.

Vorstich und Rippstich müssen in direkt aufeinander folgenden Arbeitsgängen vorgenommen werden.

Die Walzdrahtabmessungen wurden so gewählt, dal.

sich zum gerippten Draht eine Gesamtquerschnittsab nähme von etwa 30% ergibt. Bei einigen Abmessungei stimmen tpdc.cl, wir> Her.™;*- er"lhr;!, '^^;e D'jrch:y"iss?!

eic: vVai/urame und der kaitgerippte; Drante nicht in geforderten Verhältnis überein, so daß ein Egalisieret notwendig oder bedingt notwendig wird. Meist dien

hs das Egalisieren nur dazu, eventuelle Plustoleranzen de:

Walzdrahtes zu beseitigen.

Für das Egalisieren kann ein Ziehstein verwende w erden. Dann soll der Radius des Zichsteins der Streckt

k\ des Vorstiches einsprechen. Die Siiehfolge würde w ic folgt aussehen:

Ha) Walzdraht — Egalisierung — Vorstich

— Rippstich.

Es wären zwei Ziehtrommel)! erforderlich, einmal nach dem Egalisierzug und einmal nach Vorstich und Rippstich. Für die Abmessungen, bei denen ein Egalisieren nur bedingt erforderlich ist. genügt auch eine Ziehtrommel nach dem Rippstich. κ

Grundsätzlich empfiehlt es sich aber, an Stelle des IZgalisierz.uges Egalisierstichc mit zum Vorstich um 60
versetzten Dreiwalzensländern vorzunehmen. Dank der Wahl des bombierten Dreiecks als Vorstich genügt bei der erfindungsgemäßen Kalibrierung ein einziger i-Dreiwalzenständer als Kalibrierstich. Kalibrierungen, die mit einem angeflachten Rund als Vorstich arbeiten, benötigen dagegen zum Egalisieren zwei Stiche, da das anzuflachendc Rund nur über ein Zwischendreieck hergestellt werden kann, z. B.: :c

Walzdraht — Dreieckstich-- Rundstich

— Anflaehstich-> Rippstich.

Bei der erfindungsgemäßen Kalibrierung wird auch als Egalisierstieh ein Dreieck mit bombierten Seilen gewählt. Der Radius des einbeschriebenen Kreises des Kalibrierstriches muß wieder der Strecke kv des Vorstiches entsprechen. Die Stichfolge sieht dann wie folgt aus:

Ub) Walzdraht— Egalisierstieh— Rippstich.

Es wurde versucht, Abmessungsgruppen zusammen zufassen, die mit denselben Egalisierrollen durcl Anstellen verarbeitet werden können. Dabei uurdi berücksichtigt, daß das Verhältnis des Radius r_r; des ii die Egalisierwalz.cn eingeschnittenen Kalibers zu den Radius ο 1 des einbeschnebenen Kreises des Egalisier Stichs etwa zwischen 1.7 und 2.0 liegt. Die Kalibersehni .s/ entspricht dem Radius r/?. Die Walzenöffnung wurdi auf die kleinste Abmessung der Reihe ausgerichtet. Sii wird mit größer werdenden Abmessungen größei Folgende fünf Gruppen wurden zusammengefaßt:

Gruppe 1: BeionsiahlabmesMingen 4.0 bis 4.b O. Gruppe 2: Betonstahkibniessungen 5.0 bis b,0 O, Gruppe 3: Betonsiahlabmessungen 6.5 bis 7.5 O. Gruppe 4: Betonstahlabmessungen 8.0 bis 9.5 0. Gruppe 5: Betonstahlabmessungen 10.0 bis 12.0 O.

Wichtig für die Kalibrierung ist. daß die drei Stich direkt hintereinander vorgenommen werden. Es sin eine Ziehtrommel nach dem Rippstich oder angetriebt ne Walzen im Rippstich erforderlich.

Hierzu 2 Blatt Zeichnuncen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines kaltverformten Betonbewehrungsstabes, bei dem der durch Warmwalzen erzeugte Stahlstab mit rundem Querschnitt in einem ersten Kaltverformungsschritt (Vorstich) mit drei auf seinem Umfang verteilt liegenden achsparallelen Bereichen mit bombierten Seiten versehen wird, deren Krümmungsradien größer als diejenigen des Ausgangsquerschnitts sind und dann an den zwischen diesen Bereichen liegenden Umfangsbereichen der so verformte Stab durch Kaltverformen mit schräggestellten Rippen versehen wird (Rippstich), welche zwischen den bombierten Seiten über die gesamte Länge des im Vorstich verformten Stabes angreifen, wobei Anfang und Ende der Rippen in der Mantelfläche des Stabes flach auslaufen, so daß die Projektion der Umhüllenden in Achsrichtung des Stabes nahezu kreisförmig ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Stab durch die beim Vorstich ausgebildeten bombierten -Seiten eine dreieckähnliche Querschnitts- fonn gegeben wird, bei der das Verhältnis des Krümmungsradius (r\i) der bombierten Seilen zum Radius (r\-\) des dem dreieckähnlichen Stabquerschnitt einbeschriebenen Kreises 1.6 bis 2.0 gewählt ist und der Radius (rv\) dieses einbeschriebenen Kreises höchstens gleich dem Abstand (kn) des Querschnittsmittelpunktes vom Rand des Rippstiches zwischen den Rollenöffnungcn der Kaltprofilwalzen ist, wobei der Rippstich an den Ecken des dreieckähnlichen Siabquerschnius imgreifend erfolgt.

2. Verlahren nach Anspruch 1. dadurch gekenn-/(.-ichnct. daß bei einem für die Herstellung des gewünschten Bctonrippenstahles zu großen Durchmessers vor dem Vorstich ein Egalisierstich bzw. Egalisier/ug ebenfalls in Form eines !Dreiecks mit bombierten Seiten durchgeführt wird und der sieh unmittelbar anschließende Vorstich an den Ecken des durch den Egalisierstich bzw. Egalisierzug hergestellten dreieckähnlichen Querschnitts angreifen.

3. Rippwalzen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Radius /«2 des Kalibereinschnitts der Rippwalzen zu dem Radius (i'm) des einbeschriebenen Kreises des Rippsiiches