DE2735646C2 - Biegen eines endlosen Metallbandes unter plastischer Verformung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Anbringen eines Spannungsgradienten in Dickenrichtung eines endlosen Metallbandes, wobei das Band mit solchem Radius gebogen wird, daß im Metall plastische Verformung auftritt.

Abhängig von der Herstellungsweise eines endlosen Metallbandes kann in Dickenrichtung des Bandes eine gewisse Spannungsverteilung vorhanden sein. Wenn das Band auf einen flachen Untergrund gelegt wird, wird das Band in der Regel eine Kreisform annehmen. Ist das Band z. B. durch Verschweißung der Enden eines geraden Metallstreifens oder durch eine Walzbearbeitung eines endlosen Metallstreifens hergestellt, so wird das kreisförmige Band eine solche Spannungsverteilung haben, daß das Band über die ganze Länge die Neigung hat sich in einer geraden Form zu strecken. In jedem radialen Längsschnitt kann dabei eine neutrale (kreisförmige) Linie angegeben werden, innerhalb welcher im kreisförmigen Band Druckspannungen, und außerhalb welcher im Band Zugspannungen vorhanden sind. Von der neutralen Linie aus werden die Druck- und die Zugspannungen im allgemeinen proportional dem Abstand zur neutralen Linie zunehmen.

Wenn das endlose Metallband in einer Kreisform unter plastischer Verformung gedehnt ist oder in dieser Form spannungsfrei geglüht ist, werden im allgemeinen im kreisförmigen Band keine Zug- oder Druckspannungen vorhanden sein.

Bei der Anwendung eines endlosen Metallbandes als Treibriemen oder als Teil desselben, wie z. B. in den US Patentschriften 36 04 283 und 37 20 113 wiedergegeben, ist es von großer Bedeutung, daß das Band eine sehr große Biegewechselfestigkeit hat, namentlich wenn das Band als endloses Übertragungsorgan oder Treibriemen einer stufenlos variablen Riemenscheibenübertragung, oder aber als Teil derselben, verwendet wird, wobei der Laufdurchmesser des Treibriemens über die Riemenscheibe stark variiert. Der Laufdurchmesser über die Riemenscheibe, insbesondere der kleinste, der angewendet wird, ist ein Bruchteil des Durchmessers des Bandes im kreisförmigen Zustand.

Das Band wird jedoch in der Lage sein müssen, sowohl im geraden Trum als auch mit dem kleinst angewendeten Radius gebogen unter der gewünschten Zugkraft die Biegewechselbeanspruchung zu vertragen. Die Größe dieser Zugkraft erlegt der zulässigen Biegewechselbeanspruchung und folglich dem kleinst anwendbaren Radius eine Beschränkung auf. Um diesem Mangel entgegenzukommen, kann das Band vorgebogen werden, d. h. bei der Herstellung des Bandes kann dieses mit solchem Radius gebogen werden, daß plastische Verformung in den Außenzonen des Bandes auftritt. Ein solches Verfahren ist aus der britischen Patentschrift 9 31 161 bekannt.
Durch diese Bearbeitung werden im Band, wenn dieses eine kreisförmige Lage einnimmt, zusätzliche Zug- und Druckspannungen vorhanden sein, und zwar derart, daß das Band die Neigung hat, sich stärker zu krümmen als der Radius, der in der kreisförmigen Lage vorhanden ist. Infolge der Druckspannung in der Zone außerhalb der neutralen Linie wird das dort vorhandene Material eine größere Biegewechselspannung vertragen können, da die durchschnittliche Zugspannung hier durch die vorhandene Druckspannung verringert ist. In der Zone innerhalb der neutralen Linie wird die vorhandene Zugspannung die durchschnittliche Zugspannung, die hier im allgemeinen kleiner ist als außerhalb der neutralen Linie, vergrößern. Diese innerhalb der neutralen Linie vorhandene Zugspannung erlegt dem Maß, in dem plastisch verformt werden darf, und folglich der zu erreichenden Verbesserung in der Biegewechselbeanspruchung des Bandes eine Beschränkung auf.

Die Erfindung bezweckt, ein Verfahren zur Herstellung eines endlosen Metallbandes zu schaffen, bei dem die Bandfestigkeit bei Anwendung als Treibriemen oder als Teil desselben gegenüber einem Band, das mit einer üblichen Technik vorgebogen ist, erheblich vergrößert wird.
Dazu wird das Band erfindungsgemäß zuerst unter

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eine Zugspannung gebracht, welche Spannung während einer Walzenbearbeitung oder durch Verschweißen der

des Biegevorgangs aufrechterhalten wird. Enden eines geraden Metallstreifens miteinander erhal-

Entsprechend einer Vorzugsausführungsform des er- ten.

findungsgemäßen Verfahrens ist die Zugkraft während In den F i g. 1 und 2 sind die Spannungsverteilungen des Biegevorgangs so groß, daß an der radialen Innen- 5 über eine Linie A-B wiedergegeben, welche Linie A-B

seite des Bandes gar keine plastische Verformung auf- eine linie durch das Metall ist, senkrecht zur Material-

tritL oberfläche. Die Punkte A und B liegen auf der radialen

Die Spannungsverteilung im Band infolge der Durch- Außen- bzw. Innenfläche des Bandes,

führung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in der In jeder der Fi g. 1 und 2 sind fünf Kurven 1—5 wie-Figurenbeschreibung näher erläutert werden. io dergegeben, wobei der Abstand zwischen einem Punkt

Um das Rand unter Zugkraft zu biegen, kann das einer Kurve und der Linie A-B die Spannungsgröße

Metallband erfindungsgemäß um mindestens zwei angibt. Zugspannungen sind von der Linie A-B nach

Spannrollen mit verhältnismäßig großem Durchmesser rechts und Druckspannungen nach links aufgetragen,

gelegt werden, worauf die Rollen voneinander wegge- Das Band, dessen Spannungsverteilung wiedergegeben

schoben werden und kann anschließend eine Biegerolle 15 ist, steht unter einer Zugkraft und läuft über zwei Schei-

mit verhältnismäßig kleinem Durchmesser derart gegen ben, so daß das Band abwechselnd gerade und gebogen

einen anfänglich geraden Trum des Bandes verschoben ist

werden, daß das Band über einen genügend großen Die Kurven 1 und 2 (beide dünn gezogen) geben die

Winkel über die Biegerolle läuft, um im Band plastische Spannungsverteilungen in einem nicht, unter plastischer

Verformung zu bewirken, wobei wenigstens eine der 20 Verformung, vorgebogenen Band, wenn dieses unter

Rollen angetrieben wird. Auf diese Weise wird eine Zugkraft geradegezogen (im geraden Trum) bzw. gebo-

Zugkraft im Band erzeugt, bevor in dem mit der Biege- gen (auf der Riemenscheibe) wird,

rolle zusammenwirkenden Teil des Bandes plastische Die Kurven 3 und 4 (beide dick gezogen) zeigen die

Verformung auftritt. Spannungsverteilungen in einem unter plastischer Ver-

Das Maß der plastischen Verformung kann durch die 25 formung vorgebogenen Band, wenn dieses unter Zug-Wahl der Biegerolle und die zu erzeugende Zugspan- kraft geradegezogen (im geraden Trum) bzw. gebogen nung im Band beherrscht werden. In einer Vorzugsaus- (auf der Riemenscheibe) wird. Die Strich-Punkt-Linie 5 führungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wer- zeigt die durchschnittliche Spannung, die, namentlich an den jedoch durch die Verschiebung der Biegerolle die der Materialoberfläche, so niedrig wie möglich sein zwei Spannrollen bis zu einem vorbestimmten, festen 30 muß, um die Biegewechselfestigkeit des Bandes zu ver-Relativabstand zueinander hin bewegt, worauf die Bie- großem.

gcrolle weiter in eine vorbestimmte Stellung bewegt Das Band, dessen Spannungsverteilungen in F i g. 1

wird, so daß während des Biegevorgangs das Band bis (Kurven 3, 4) wiedergegeben sind, ist derart vorgebo-

zu einer vorbestimmten Länge elastisch gedehnt wird. gen, daß sowohl an der radialen Außenfläche (Punkt A)

Die Erfindung bezieht sich weiter auf eine Vorrich- 35 als auch an der radialen Innenfläche (Punkt B) plastische

tung zum Anbringen eines Spannungsgradienten in Dik- Verformung aufgetreten ist. Dadurch werden bei Ver-

kenrichtung eines endlosen Metallbandes, versehen mit wendung des Bandes die Spannungen an der radialen

einer Biegerolle, über die das Band unter plastischer Außenfläche (bei ^verkleinert, jedoch auch werden die

Verformung geführt werden kann, welche Vorrichtung Spannungen an der radialen Innenfläche (bei B) vergrö-

erfindungsgemäß durch mindestens zwei in einer Ebene 40 ßert (vgl. Kurven 3 und 4 mit Kurven 1 und 2). Die

liegende Spannrollen mit verhältnismäßig großem Biegewechselfestigkeit des Bandes nimmt an der radia-

Durchmesser und durch Mittel, die Spannrollen ausein- len Außenfläche zu, jedoch an der Innenfläche dement-

anderzuschieben, gekennzeichnet wird und weiter da- sprechend ab. Die Festgikeit des Bandes erreicht sein

durch, daß die Biegerolle in derselben Ebene radial ver- Optimum, wenn innen- und Außenfläche eine gleiche

schiebbar ist. 45 Biegewechselfestigkeit haben oder, da die Amplitude

Weiter können erfindungsgemäß Anschläge vorgese- für beide Oberflächen gleich ist, wenn die durchschnittli-

hen sein, den Mindestabstand zwischen den Spannrollen ehe Spannung an Innen- und Außenfläche gleich ist.

zu begrenzen und kann die Verschiebbarkeit der Biege- Das Band, dessen Spannungsverteilungen in F i g. 2

rolle auf eine vorbestimmte Stellung beschränkt wer- wiedergegeben sind, ist erfindungsgemäß unter Zug-

den, so daß während des Biegevorgangs die Bandlänge 50 kraft vorgebogen, und zwar derart, daß an der radialen

konstant gehalten wird. Innenfläche (Punkt B) keine plastische Verformung auf-

Zur Klarstellung der Erfindung werden unter Hinweis getreten ist. Die Kurven 3 und 4 zeigen, ebenso wie in

auf die Zeichnung die Spannungsverteilung in einem Fig. 1, die Spannungsverteilungen im geraden Trum

Metallband und ein Ausführungsbeispiel der Vorrich- bzw. auf der Riemenscheibe. Aus F i g. 2 geht klar her-

tung zum Anbringen eines Spannungsgradienten näher 55 vor, daß bei dem erfindungsgemäß vorgebogenen Band

erläutert. Es zeigen die durchschnittliche Spannung (Kurve 5) an der Ober-

F i g. 1 und 2 schematische V/iedergaben der Span- fläche des Bandes (Punkte A und B) erheblich niedriger

nungsverteilung in Dickenrichtung eines Metallbandes, sein kann, da die Erhöhung der durchschnittlichen Span-

und nung an der Innenfläche nur ein Bruchteil der Erniedri-

F i g. 3,4 und 5 schematische Ansichten einer Vorrich- 60 gung an der Außenfläche ist. Deshalb ist eine viel größe-

tung zum Anbringen eines Spannungsgradienten. re Erniedrigung der durchschnittlichen Spannung an der

Fig. 1 zeigt Spannungsverteilungen in einem Band, Außenfläche möglich, bevor Innen- und Außenfläche das ohne Zugkraft vorgebogen ist und F i g. 2 zeigt eine gleiche durchschnittliche Spannung haben, so daß Spannungsverteilungen in einem Band, das erfindungs- die Biegewechselfestigkeit des Bandes beträchtlich ergemäß mit Zugkraft vorgebogen ist. In beiden Fällen 65 höht ist.

wird von einem endlosen Band ausgegangen, von dem Die für einen bestimmten Zweck gewünschte Span-

jeder Teil, der sich in geradem Zustand befindet, span- nungsverteilung im Band kann durch Wahl der Zugkraft

nungsfrei ist. Ein solches Band wird beispielsweise nach während des Biegevorgangs und des Durchmessers der

Biegerolle erreicht werden. Diese Wahl ist u. a. abhängig von dem verwendeten Material, dem gewünschten Ermüdungswiderstand, der Dicke des Bandes, den Durchmessern dir Riemenscheiben, über die das Band laufen muß und von der etwaigen Variation dieser Durchmesser bei einer stufenlos variablen Riemenscheibenübertrajj;ung.

Die F i g. 3 bis 5 zeigen je schematisch dieselbe Ansicht einer Vorrichtung zum Herbeiführen einer Spannungsverteilung in einem endlosen Metallband. Entsprechende Teile sind in den drei Figuren mit gleichen Bezugszeichen angegeben.

Die Vorrichtung nach den F i g. 3 bis 5 ist mit einem Gestell 10 versehen, auf dem eine drehbare Spannrolle 11 angeordnet ist. Die Spannrolle 11 ist fest auf einer Achse 12 angeordnet, weiche Achse 12 in dem Gestell 10 gelagert ist und z. B. durch einen nicht wiedergegebenen Elektromotor angetrieben werden kann. Eine zweite Spannrolle 13 kann frei um die Achse 14 rotieren, welche Achse 14 an einem im Gestell 10 verschiebbaren Gleitblock 45 befestigt ist, der an einer axial verschiebbaren Stange 15 befestigt ist. Durch Verschiebung der Stange 15 in ihrer Längsrichtung kann die Spannrolle 13, die in derselben Ebene liegt wie die Spannrolle 11, in radialer Richtung nach und von der Spannrolle 11 verschoben werden. Die Stange 15 befindet sich in einer Ausnehmung 16 des Gestells 10 und kann durch einen Hebel 17, der z. B. von Hand betätigbar ist, verschoben werden. Der Hebel 17 ist drehbar um eine am Gestell 10 befestigte Achse 18 und mit einem Schlitz 19 zur Aufnähme des Stiftes 20 der Stange 15 versehen. Um die Stange 15 ist eine vorgespannte Feder 21 angebracht, die an einem Ende gegen den erweiterten Teil 22 der Stange 15 ruht und an dem anderen Ende gegen einen an dem Gestell 10 angeschweißten Führungsblock 23 für die Stange 15 ruht. Die maximale Länge der Feder 21 wird durch den Anschlag 24 begrenzt, der an dem Gestell 10 befestigt ist und gegen den der erweiterte Teil 22 der Stange 15 ruhen kann. Dabei befindet sich die Stange 15 in der äußersten Stellung nach rechts (in den Figuren). Die andere äußerste Stellung der Stange 15, wiedergegeben in F i g. 5, wobei der minimale Abstand zwischen den Spannrollen 11 und 13 vorhanden ist, wird erreicht, wenn das Ende 25 der Stange 15 gegen das Ende 26 der Ausnehmung 16 ruht. Mittels des Hebels 17 kann die Spannrolle 13 entgegen dem Federdruck der Feder 21 nach der Spannrolle 11 verschoben werden.

In dem Gesteil 10 ist weiter eine Stange 27 mittels des Hebels 28 verschiebbar. Der Hebel 28 kann beispielsweise von Hand betätigt werden und ist um den Stift 29, der an dem Gestein 10 befestigt ist, drehbar. Der Hebel ist mit einem Schütz 30 versehen, in den der Stift 31 der Stange 27 hineinragt, so daß bei Betätigung des Hebels 28 die Stange 27 in ihrer Längsrichtung verschoben wird, welche Stange 27 mittels an dem Gestell 10 befestigter Führungsbacke 32 und 33 geführt wird. Die Stange 27 ist mit einer senkrecht darauf stehenden Achse 34 versehen, um die eine Biegerolle 35 frei drehen kann. Die Biegerolle 35 befindet sich in derselben Ebene wie die Spannrollen 11 und 13 und ist durch Verschie- ω bung der Stange 27 in dieser Ebene verschiebbar. Um die Stange 27 ist eine Druckfeder 36 angeordnet Die Feder 36 ruht mit einem Ende gegen den Führungsblock und mit dem anderen Ende gegen einen erweiterten Teil 37 der Stange 27. Die Feder 36 hat Kraft genug, um den erweiterten Teil 37 gegen den Führungsblock 33 zu schieben, wenn der Hebel 28 nicht betätigt wird. In dieser Situation befindet die Biegerolle 35 sich zwischen den Spannrollen 11 und 13 (wiedergegeben in Fig.3). Die Stange 27 ist auch mit einem verschiebbar auf der Stange 27 angeordneten ringförmigen Anschlag 38 versehen, der an der gewünschten Stelle an der Stange 27 befestigt werden kann, z. B. durch Anziehen des Bolzens 39. In der obersten Stellung (wiedergegeben in Fig. 5) der Stange 27 ruht der Anschlag 39 gegen den Führungsblock 33.

Die Wirkung der Vorrichtung ist wie folgt. Mittels des Hebels 17 wird die Spannrolle 13 entgegen dem Druck der Feder 21 nach der Spannrolle 11 verschoben, worauf um die Spannrollen 11 und 13 ein endloses Metallband 40 gelegt wird. Diese Situation ist in F i g. 3 wiedergegeben. Die Stange 27 wird dabei durch die Feder 36 nach unten (in der Figur) gedrückt.

Nachdem das Band 40 um die Spannrollen 11 und 13 gelegt worden ist, wird der Hebel 27 losgelassen, worauf das Band 40 durch die Druckkraft der Feder 21 straffgespannt wird, und zwar mit solcher Kraft, daß bei Berührung des Bandes 40 mit der Biegerolle 35 plastische Verformung auf der radialen Innenseite des Bandes 40 beschränkt oder gar vermieden wird. Diese Situation ist in F i g. 4 wiedergegeben. Anschließend wird z. B. mittels eines nicht wiedergegebenen Elektromotors die Spannrolle 11 angetrieben, so daß die Zugkraft gleichmäßig über die Länge des Bandes 40 verteilt wird.

Während der Rotation der Spannrollen 11 und 13 wird der Hebel 28 derart betätigt, daß die Rolle 35 gegen das Band 40 gedrückt wird und anschließend wieder verschoben wird, bis der Anschlag 38 gegen den Führungsblock 33 ruht. Danach drückt das Band 40 die Spannrolle 13 entgegen der Wirkung der Feder 21 nach der Spannrolle 11. Bevor der Anschlag 38 den Führungsblock 33 berührt, wird das Ende 25 der Stange 15 gegen die Oberfläche 26 ruhen, sodann wird das Band 40 bis zu einem vorbestimmten Wert elastisch gedehnt, wenn der Anschlag 38 den Führungsblock 33 berührt und die gewünschte Zugspannung im Band 40 vorhanden ist, so daß in der in F i g. 5 wiedergegebenen Situation alle Rollen eine vorbestimmte Stellung eingenommen haben, wobei das Band 40 unter plastischer Verformung, die erfolgt, wenn das Band 40 über die Biegerolle 35 läuft, gebogen wird.

Wenn Bänder mit verschiedener Länge behandelt werden sollen, kann dies dadurch geschehen, daß der Anschlag 38 in bezug auf die Stange 27 verschoben wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Anbringen eines Spannungsgradienten in Dickenrichtung eines endlosen Metallbandes, wobei das Band mit solchem Radius gebogen wird, daß im Metall plastische Verformung auftritt, dadurch gekennzeichnet, daß das Band zuerst unter eine Zugspannung gebracht wird, welche Spannung während des Biegevorgangs aufrechterhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugkraft derart ist, daß auf der radialen Innenseite des Bandes keine plastische Verformung auftritt

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallband um mindestens zwei Spannrollen mit verhältnismäßig großem Durchmesser gelegt wird, worauf die Rollen voneinander weggeschoben werden und daß anschließend eine Biegerolle mit verhältnismäßig kleinem Durchmesser derart gegen einen anfänglich geraden Trum des Bandes verschoben wird, daß das Band über einen genügend großen Winkel über die Biegerolle läuft, um im Band plastische Verformung zu bewirken, wobei wenigstens eine der Rollen angetrieben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Verschiebung der Biegerolle die zwei Spannrollen sich bis zu einem vorbestimmten, festen Relativabstand zueinander bewegen, worauf die Biegerolle weiter verschoben wird in eine vorbestimmte Stellung, so daß während des Biegevorgangs das Band bis zu einer vorbestimmten Länge elastisch gedehnt wird.

5. Vorrichtung zum Anbringen eines Spannungsgradienten in Dickenrichtung eines endlosen Metallbandes, versehen mit einer Biegerolle, über die das Band unter plastischer Verformung geführt werden kann, gekennzeichnet durch mindestens zwei in einer Ebene liegende Spannrollen mit verhältnismäßig großem Durchmesser und durch Mittel, die Spannrollen auseinanderzuschieben und dadurch, daß die Biegerolle in derselben Ebene radial verschiebbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Anschläge, den minimalen Abstand zwischen den Spannrollen zu begrenzen und durch die Verschiebbarkeit der Biegerolle in eine vorbestimmte Stellung.

7. Endloses Metallband, hergestellt unter Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4.