DE2214941C3

DE2214941C3 - Verfahren zur Herstellung eines kaltverformten Betonbewehrungsstabes

Info

Publication number: DE2214941C3
Application number: DE2214941A
Authority: DE
Inventors: Heinz-Peter 7640 Kehl Discher; Dieter Dr.-Ing. 7641 Leutesheim Ksinsik
Original assignee: Korf Industrie und Handel GmbH and Co KG
Current assignee: Korf Industrie und Handel GmbH and Co KG
Priority date: 1972-03-27
Filing date: 1972-03-27
Publication date: 1982-09-16
Also published as: SE380988B; ES412992A1; GB1405067A; BE797390A; DE2214941B2; LU67297A1; FR2177986A1; FR2177986B1; DE2214941A1; CH563814A5; AT335395B; IT980020B; NL7303989A; IL41889A; IL41889A0

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Ein Verfahren dieser Ar₁ ist durch die DE-OS 18 13 177 bekannt. Es werden hier in einem ersten Kaltverformungsschritt (Vorstich) Abflachungen erzeugt, die gerade oder konkav sind, die aber auch konvex sein können. In einem zweiten Kaltverformungsschritt (Rippstich) werden zwischen den im Vorstich erzeugten Abflachungen die Rippen ausgeformt. Für die Abflachungen gleich ob gerade, konkav oder konvex ist Voraussetzung, daß deren Abstand zu-n Profilmittelpunkt höchstens gleich dem geringsten Radius der Außenkontur des Fertigerzeugnisses ist. Bei dieser Bemessung steht der Gedanke einer bestimmten Verformunmg im Vorstich im Vordergrund mit dem Ziel eine ausreichende Verfestigung des Werkstoffs nach dem Rippstich zu erhalten.

Eine Auswahl der Form der Abflachungen mit dem Ziel, nach dem Rippstich neben der Materialverfestigung eine ausreichende Rippenhöhe und eine große, bezogene Rippenfläche die für die Verankerung des Bewehriingsstabes im Beton von Bedeutung sind, erfolgt hierbei nicht.

Es i<.t weiter bekannt, vgl. die DE-OS 17 77 052. durch einen Vorstich einen glatten Rundstab in eine dreieckähnliche Querschnittsform ?u bringen, wobei eine gleichmäßige Verdichtung des Materials angestrebt ist. und dann durch einen Rippstich an den F.cken des Querschnitts Rippenreihen einzuwalzen. Wird nach dem dort beschriebenen Verfahren im Vorstich ein glattei" Rundstab in eine dreieckähnliche Querschnittsform übergeführt, so hat dieses einerseits eine relativ starke Verfestigung des Materials zur Folge, so daß sich als Einsatzmaterial nur Stahlsorten niedriger Festigkeit eignen, und andererseits wird der Rippenfeihenäbstünd im Rippstich verhältnismäßig groß. Durch die starke Verfestigung im Vorstrich ist das Formänderungsvermögen bei weiteren Verformungen vermindert und damit die erzielbare Rippenhöhe stark begrenzt. In Verbindung mit dem großen Rippenreihenabstand ist es 5 oft schwierig, die erforderliche bezogene Rippenfläche zu erzielen.

Durch die DE-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 zwar ein Rippenstahlstab herstellen, dessen Rippenreihenabstand ausreichend klein ist, doch genügt auch hier die durch die materialbedingte zulässige Verformung im Rippstich erzielbare Rippenhöhe nicht allen Ansprüchen.

Durch die FR-PS 20 32 869 ist ein Verfahren bekanntgeworden, bei dem ein Stahlstab an mindestens drei Stellen des Umfangs mit konvexen Bögei, versehen wird, deren Krümmungsradius größer als der des runden Ausgangsquerschnitts ist. Der Krümmungsradius soll zwischen dem Zweifachen und Vierfachen de? Krümmungsradius des runden Ausgangsquerschnitts liegen. Erstrecken sich die Abschnitte mit konvexen Bögen nur über begrenzte Bereiche, wie bei dem erwähnten Verfahren nach der DE-AS 16 09 605, dann kann im Rippstich nur eine nicht a'Ien Ansprüchen genügende Rippet.iiöhe erzielt werden; v/ürden die konvexen Bögen den gesamten Umfang einnehmen, dann würde ähnlich wie bei dem oben beschriebenen Verfahren nach der DE-OS 17 77 052 das Material im Vorstich örtlich zu stark verfestigt werden.

Ferner sind durch die Zeitschrift »Der Kalibreur« Heft 15. Oktober 71, Kalibrierungen zum Warmwalzen von Draht bekannt, bei denen ein rundes Ausgangsmaterial über die Kaliberfolge Flach - Dreieck mit bombierten Seiten - Rund-Rund in einen glatten Runddraht kleineren Querschnitts übergeführ· wird. Nach dem Kaliber - Dreieck mit bombierten Seiten weist der Draht eine Quers-hnitti.O^rm auf, bei der das Verhältnis des Krümmungsradius der bombierten Seiten zum Radius des dem draieckähnlichen Drahtquerschnitt einbeschriebenen Kreises etwa bei 1.7-1,8 liegt. Es handelt sich jedoch in diesem Falle um Zwischenformen beim Warmwalzen runder Drähte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, es zu ermöglichen, bei im Vergleich zu den bekannten Verfahren gleicher Querschnittsabnahme im Rippstich eine größere Rippenhöhe oder bei einer vergleichsweise kleineren Querschnittsabnahme eine gleich große Rippenhöhe ?u erzielen, so daß als Einsatzmaterialien auch Stahlsorten höherer Festigkeit verwendbar sind. Hierbei soll der Rippenreihenabstand klein gehalten werden können, so daß eine hohe bezogene Rippenfläehe entsteht.

Die Aufgabe ist durch die im Patentanspruch gekennzeichnete Erfindung gelöst.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß entgegen der in der DE-A? 16 09 605 geäußerten Auffassung das Material beim Einwalzen der Rippen nicht in die Ausnehmungen der Walzen einfließ·. sondern daß es an der Stelle, an der die Rippe entsteht, allenfalls stehen bleibt, in der Regel jedoch in Richtung auf die Stabrnittelachse zu fließt. Ausgehend von dieser Erkenntnis haben die Erfinder nach einer Querschnittsform des Vorstiches gesucht, die bei einer bestimmten prozentualen Verformung im Rippstich eine maximale theoretische Rippenhöhe Und abhängig hiervon auch

eine maximale tatsächliche Rippenhöhe ergibt Die gefundene Form ermöglicht es, mittels eines kleineren Verformungsgrades gleich hohe Rippen wie bei den bekannten Verfahren herzustellen, und erschließt hierdurch den Einsatz von Stahlsorten höherer Festigkeit als Vormaterial. Außerdem hat sich gezeigt daß die spezielle Querschnittsform auch hinsichtlich der Abmessungen des Ausgangsmaterials einen größeren Toleranzbereich zuläßt so daß in der Regel ein Egalisierstich überflüssig ist

Die Erfindung wird durch ein Ausführungsbeispiel an Hand von zwei Figuren näher erläutert Es zeigt

F i g. \ den Vorstich und

F i g. 2 den Rippstich eines Betonrippenstahls.

In Fig. 1 stellt die schraffierte Fläche den Vorstich eines Stahlstabes dar. Das Ausgangsmateria! hatte dem mittels einer gestrichelten Lime I angedeuteten Querschnitt Es wurde mittels dreier um 120° gegeneinander versetzter Walzen 2 bis 4 in die schraffiert dargestellte Querschnittsform eines Dreiecks mit bombierten Seiten 5 bis 7 gebracht Das Verhältnis des Krümmungsradius /V₂ der bombierten Seiten de'. Dreiecks und damit des Kalibereinschnitts de.. Vorstiches zum Radius r_v 1 des einbeschriebenen Kreises dieses Dreiecks beträgt im vorliegenden Fall 1.66. Mit dem Bezugszeichen i_v ist die öffnung der Walzen bezeichnet, mit dem Bezugszeichen sv die Sehne des Kalibers für den Vorstich. Durch die Walzenoftnung /\ ist zugleich die Größe der Sehne Sv bestimmt.

Unter Verwendung des Vorstichs nach F i g I wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der in F i g. 2 dargestellte Rippstich hergestellt. Zu diesem Zweck greifen drei gegenüber dem Vorstich um 60" : ersetzte Rippwalzen an den Ecken des Querschnitts des Vorstichs an, der in F1 g. 2 strichpunktiert eingezeichnet ist. Der Abstand des Querschnittsmittelpunkts M des Rippstichs vom Rand des Rippstichs zwischen der Walzenöffnung ist mit k_R, der Radius des den Kernquerschnitt des gerippten Stahlstabes bestimmenden Kalibereinschnitts der Rippwalzen mit /7? 2. der Radius des enibeschriebenen Kreises des Rippstiches mit r_R i, die Projektion des Radius der Ausnehmungen für die Rippen im Kaliber auf eine Ebene senkrecht zur Stabachse mit r» j, der Abstand der Rippwalzen mit ir und die Länge der Kalibersehne mit Sr bezeichnet. Neben den durch gestrichelte Linien 11 bis 13

angedeuteten Rippen ist noch eine Fläche —— durch

Schraffur kenntlich gemacht, die zur Erleichterung der weiter unten erläuterten Berechnung eingeführt wird. Besonders hervorzuheben ist von den genannten Größen der Abstand k_R, der bei der Bemessung des Vorstiches zu berücksichtigen ist. Damit im Rippstich Überfüllungen vermieden werden, darf der Radius ri ·, des einbeschriebenen Kreises des in Fig. 2 strichpunktiert angedeuteten Vorstichs nicht größer als de Abstand k_R sein

Bekanntlich stehen warmgewalzte Rundstäbe nur in einer begrenzten Anzahl verschiedener Abmessungen zur Verfügung. Es kann deshalb erforderlich sein, für die Herstellung von gerippten Stahlstäben mit itark. von dem verfügbaren Durchmesser des Aüsgangsmäteriäls abweichenden Durchmesser zunächst de'ri DürchriTeSser des Ausgangsfnaterials zu reduzieren. Dieses geschieht vorzugsweise mittels eines Egalisierstichs b£w. Egalislerzuges ebenfalls in Form eines Dreiecks mit bombierten Seiten. Närih Durchführung des Egalisierstichs bzw. Egaiisierzuges erfolgt der Vorstich in der beschriebenen Weise, wobei die Kalibrierwalzen des Vorstichs an den Ecken des durch den Egalisierzug hergestellten Dreieckquerschnitts angreifen.

Es wird nun noch an Hand eines konkreten Ausführungsbeispiels gezeigt wie die Kalibrierung für einen Betonrippensiahl eines bestimmten Nenndurchmessers zu berechnen ist Dem Beispiel wird ein Nenndurchmesser von 8 mm zugrunde gelegt. Die Berechnung wird ausgehend vom gewünschten Endprodukt entgegengesetzt zu den Verfahrensschritten der Herstellung durchgeführt, 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 des Ausgangsmaterials, und falls der Sprung zum nächst größeren als Handelsware vorliegenden warmgewalzten Rundstahlstab zu groß ist können danach die Angaben für einen etwaigen Egalisierzug ermittelt werdm

1. Kalibrierung der Kernquerschnitte
für die Rippstiche

Bei der Ausbildung der Kernquerschnitte der Rippstiche wurde ein Gewichtsanteil der Rippen von 7% berücksichtigt. Dieser Wert ergab sich durch Abfeilen sowie durch theoretische Berechnungen von gut ausgeprägten Rippen an Stäben der Abmessung 8 mm Durchmesser. Die Querschnittsfläche des Kerns entspricht also der Nennquerschnittsfläche vermindert um 70/0.

Für die Gestaltung der Kernquerschnitte wurden folgende geometrische Beziehungen abgeleitet:
a) Die Kernflächu, d. h. die Fläche des Nennquerschnitts abzüglich 7%, setzt sich aus der Fläche Fr 1 des einbeschriebenen Kreises mit dem Radius Vr 1 und aus der Fläche Fr 2 der drei schraffierten

Abschnitte -^l zusammen. Dabei ist das Verhältnis ³

Diese Angaben dienen zur Berechnung des Radius r« 1 des einbeschriebenen Kreises.

b) Das Verhältnis des Radius r« 2 des Kalibereinschnittes zu dem Radius des einbescnriebenen Kreises r« 1 beträgt

te = 1,44 .

Hieraus ermittelt sich der Radius /ν?2 des Kalibereinschnittes.

c) Oa\ Verhältnis des Radius des einbeschriebenen Kreises r* 1 zu der Rollenöffnung /r wurde

te = 4.Ο8

gewählt. Hie^raus wurde 1« 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 Nähe des Walzspallausgangs anzusehen. Der Streckfaktor von 1,09 wurde bei der Wahl des Äbstandes der in die Walzen eingeschnittenen Rippenformen berücksichtigt.

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

Der Flankenwinkel β soll nach den Vorschriften > 45° betragen. Da ebenso Vorschriften für die mittlere Kopfbreite b der Rippen bestehen, kann der Flankenwinkel /"nicht zu flach gewählt werden (etwa 45°), da sonst entweder die Höhe Λ der Rippenformen zu niedrig wird, d. h, die Rippen erhalten beim Walzen Druck auf d?n Kopf und werden so in der Ausbildung ihrer maximalen Höhe behindert, oder die Rippen zu breit werden, d. h, die mittlere Kopfbreite b wird wesentlich breiter als die Vorschriften und das Rippengewicht zu groß. 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 Rippenabstände für Gruppen verschiedener Durchmesser gleich 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 Rippenhöhe a_th vermehrt um einen Sicherheitszuschlag von 5%.

Die Kopfbreite der eingeschnittenen Rippenformen wurde wie folgt gewählt:

I) Nennabmessung 4.0 bis 6.5 mm 0 : 0.15 mm

II) Nennabmessung 7.0 bis 12 mm 0 :0.20 mm.

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

3. Kalibrierung der Vorstiche
(Dreieck mit bombierten Seiten)

Die Querschnittsflächen der Vorstiche ergeben sich aus den Flächen der Nennabmessungen der gerippten Stäbe (7% Rippenanteil enthaltend) vermehrt um die geforderte 24%ige Querschnittsabnahme im Rippstich.

Der Radius des einbeschriebenen Kreises rv\ muß so gewählt werden, daß er etwa gleich oder kleiner als die Strecke kg im Rippstich ist Wenn er größer kg wird, treten beim Rippsiich Uberiünungen auf. Für die vorliegende Kalibrierung wurde folgende Beziehung

verwendet:

/Vi

Für den Vorslieh sollte das Verhältnis des Radius des Kalibereinschnitls rvi zu dem Radius des einbeschriebenen Kreises /Vi möglichst groß sein, damit auch Walzdraht mit größeren Toleranzabweichungen ohne Überfüllungen verformt werden kann. Denn hier ist wieder die Bedingung zu erfüllen, daß der größte Radius des Walzdrahtes etwa gleich-oder kleiner als die Strecke kv im Vorstich ist. Für den Vorstich wurde folgendes Verhältnis gewählt

111.

1,66.

Daraus läßt sich rvi berechnen.

Die Walzenöffnung /V kann wieder in Abhängigkeit vom Radius des einbeschriebenen Kreises rv ι festgelegt werden zu

η =

4,15

Die Kalibersehne Sv läßt aus den obigen Angaben ermitteln.

4. Egalisieren und Stichfolgen

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

I) Walzdrahi: —► Vorstich —■ Rippstich.

Vorstich und Rippstich müssen in direkt aufeinanderfolgenden Arbeitsgängen vorgenommen werden.

Die Walzdrahtabmessungen wurden so gewählt, daß sich zum gerippten Draht eine Gesamtquerschnittsabhahme von etwa 30°/o ergibt. Bei einigen Abmessungen stimmen jedoch, wie bereits erwähnt, die Durchmesser der Walzdrähte und der kaltgerippten Drähte nicht im geforderten Verhältnis überein, so daß ein Egalisieren notwendig oder bedingt notwendig wird. Meist dient das Egalisieren nur dazu, eventuelle Plustoleranzen des Walzdrahtes zu beseitigen.

Für das Egalisieren kann ein Ziehstein verwendet werden. Dann soll der Radius des Ziehsteins der Strecke Jtvdes Vorstiches entsprechen. Die Stichfolge würde wie folgt aussehen:

II a) Walzdraht —► Egalisierung —♦ Vorstich

Es wären zwei Ziehtrommeln 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.

Bei der erfindungsgemäßeii Kalibrierung wird auch als Egalisierstich ein Dreieck mit bombierten Seiten gewählt. Der Radius des einbeschriebenen Kreises des Kalibrierstiches muß wieder der Strecke kv des Vorstiches entsprechen. Die Stichfolge sieht dann wie folgt aus:

II b) Walzdraht —>- Egalisiefstich -+ Rippstich.

Es wurde versucht, Abmessungsgruppen zusammenzufassen, die mit denselben Egalisierrollen durch Anstellen verarbeitet werden können. Dabei wurde berücksichtigt, daß das Verhältnis des Radius fej des in die Egalisierwalzen eingeschnittenen Kalibers zu dem Radius Γε\ des einbeschriebenen Kreises des Egalisierstichs etwa zwischen 1,7 und 2,0 liegt. Die Kalibefsehne ie entspricht dem Radius ό?₂. Die Walzenöffnung wurde auf die kleinste Abmessung der Reihe ausgerichtet. Sie wird mit größer werdenden Abmessungen größer, Folgende fünf Gruppen wurden zusammengefaßt:

Gruppe 1: Betonstahlabmessungen 4,0 bis 4,6 0, Gruppe 2: Betonstahlabmessungen 5,0 bis 6,0 0, Gruppe 3: Betonsfahlabmessungen 6,5 bis 7,5 0, Gruppe 4: Betonstahlabmessungen 8,0 bis 9,5 0, Gruppe 5: Betonstahlabmessungen 10,0 bis 12,0 0,

Wichtig für die Kalibrierung ist, daß die drei Stiche direkt hintereinander vorgenommen Werden. Es sind eine Ziehtrommel nach dem Rippslich oder angetnebene Walzen im Rippstich erforderlich.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

1B237/M9

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung eines kaltverformten Betonbewehrungsstabes, bei dem der durch Warmwalzen erzeugte Stahlstab mit rundem Querschnitt in einem ersten Kaltverformungsschritt (Vorstich) in eine dreieckähnliche Querschnittsform mit bombierten Seiten gebracht 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 Ober die Länge des im Vorstich verformten Stabes angreifen, wobei Anfang und Ende der Rippen in der Mantelfläche des Stabes flach auslaufen und die Projektion der Umhüllenden in Achsrichtung des Stabes nahezu kreisförmig ist und daß der Radius des einbeschriebenen Kreises des durch vj<m Vorstich erzeugten dieieckähnlichen Querschnitts hochhiens gleich dem geringsten Abstand des Querschnittsmittelpunkts vom Rand des Rippstiches ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Krümmungsradius (rv 2) der bombierten Seiten zum Radius (r_v 1) des dem dreieckähnlichen Stabquerschnitt einbeschriebenen Kreises zwischen 1.6 bis 2,0 liegt.