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Verfahren, auf hohe Festigkeit, z. B. Dauerfestigkeit, beanspruchte
Werkstücke aus Metall oder Metallegierungen durch Kaltverwindung von Stäben, Drähten
o. dgl. in sich herzustellen Im Interesse einer höchsten Beanspruchung einer Konstruktion
ist man bestrebt, Werkstoffe mit einer möglichst hohen Schwingungsfestigkeit bzw.
Dauerfestigkeit und sonstigen günstigen Eigenschaften zu verwenden.
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Durch eine Wärmebehandlung werden sowohl die Schwingungsfestigkeit
(Dauerfestigkeit) als auch die übrigen Qualitätseigenschaften gehoben, doch ist
die Behandlung bei längeren Stäben teuer und nicht in allen Fällen anwendbar.
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Viele Werkstoffe sind durch Wärmebehandhing nicht vergütbar, auch
läßt sich bei weichen Kohlenstoff stählendurchVexgütungkeinewesentliche Steigerung
der Qualitätswerte erzielen.
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Es ist eine bekannte Tatsache, daß durch Kaltziehen, Kaltwalzen usw.
eine Steigerung der Qualitätswerte in der Nähe der Oberfläche erzielt werden kann,
welche durch eine Verdichtung des Oberflächengefüges erklärlich ist, daß ferner
durch entsprechende Kaltverwindung des Materiales eine fast durch den ganzen Querschnitt
gehende Verdichtung des Gefüges und eine Steigerung der Schwingungsfestigkeit und
der. sonstigen Qualitätswerte erreicht wird.
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Die große Schwierigkeit bei der Kaltverwindung von Stäben, Drähten
usw., insbesondere von Werkstücken von größerer Länge, liegt darin, bei der Verwindung
gleichmäßige Festigkeitseigenschaften in allen Teilen des Werkstückes zu erreichen.
Wird bei der Kaltverwindung von runden bzw. annähernd runden Stäben, Drähten o.
dgl., die sich bei der Verwindung verlängern, so vorgegangen, daß die Konstruktionsteile,
welche das in sich zu verwindende Material an den Enden festhalten, dieser Verlängerung
nicht folgen können, so bildet das Material Schleifen, Buckel u. dgl., was abgesehen
von der dadurch entstehenden unverwendbaren Form noch den Nachteil hat, daß die
durch die Verwindung beabsichtigte
Festigkeitssteigerung in den
Schleifen, Buckeln usw. geringer ist als in den geraden Teilen. Die durchgehend
gerade Form kann bei solchen Stangen, Stäben usw. wohl nachträglich noch durch Ausrichten
erreicht «-erden, der Nachteil der verschiedenen Festigkeitseigenschaften an ihren
verschiedenen Stellen ist aber nicht auszumerzen.
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Zur Vermeidung dieser Nachteile wurde bereits vorgeschlagen, bei Metallstäben
die Verwindung in mehreren Längenabschnitten derart vorzunehmen, daß sich die einzelnen
nacheinander verdrehten Abschnitte überlappen. Da aber jeder Stabteil während seiner
Verwindung an seinen beiden Enden in festem Abstand zueinander festgehalten wird,
entstehen infolge der bei der Verwindung auftretenden Verlängerung in den Stabteilen
Materialstauchungen, welche eine gleichmäßige Verfestigung, das gesteckte Ziel,
unmöglich machen. Auch ist dieses Verfahren außerordentlich umwirtschaftlich, da
bei großen Werkstücklängen bis zu hundert und mehr Arbeitsstufen nötig sind. Man
hat weiter vorgeschlagen, Stangen oder Profile aus Eisen oder Stahl unter gleichzeitiger
Anwendung einer axialen Zugbelastung kalt zu verwinden. Bei den bekannten Verfahren
wurde jedoch die axiale Zugbelastung derart gewählt, daß sie über der Fließgrenze
liegt, wodurch, wie durch Versuche einwandfrei nachgewiesen wurde, die Eigenschaft
des Materiales gegenüber einer unter der Fließgrenze liegenden Zugbelastung nicht
verbessert, sondern viehmehr v erschlechtert,.vird. Bei einer über der Fließgrenze
liegenden Zugbelastung des Stabmateriales treten vollkommen unkontrollierbare Verhältnisse
ein, die eine Sicherheit hinsichtlich der Vergütung bzw. der erzielten Bruchdehnung
nicht mehr gewährleisten. -Den angeführten Nachteilen wird erfindungsgemäß dadurch
begegnet, daß der einzelne Stab beim Verwinden einer axialen, unter der Fließgrenze
liegenden Zugbelastung ausgesetzt wird.
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Versuche, die mit 6 mm Rundeisen bei einer axialen Zugbelastung von
rund r0 kg/mm= durchgeführt wurden, ergaben sehr hochliegende Werte fürFließgrenze,
Bruchgrenze undDehnung. Bei Erhöhung der axialen Vorspannung über die Zufließgrenze
brach der Stab bereits vor Erreichen der notwendigen Bruchverwindungszahl. Es waren
also die guten Eigenschaften des Stabes, welche bei normaler Verwindung erreicht
werden, wieder zunichte gemacht, da der Stab bereits vor Erreichen der notwendigen
Z'envindungszalil zu Bruch ging.
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Die Verwindung bei einer über der Fließgrenze liegenden Zugbelastung
bringt aber noch weitere 2#achteile mit sich. Bei der normalen Verwindung mit unter
der Fließgrenze liegender Zugbelastung betrug die Fließgrenze bei einem Versuche
87°/Q der Bruchfestigkeit; bei der Verwindung mit hoher Zugbelastung stieg die Fließgrenze
auf 98,q.0/, der Festigkeit. Da schon bei einer geringen Überschreitung der Fließgrenze
auch die Bruchgrenze überschritten wird, so kann plötzlich ein Bruch auftreten,
ohne daß sich diese Überlastung durch eine vorhergehende Durchbiegung der betreffenden
Baustelle angezeigt hätte.
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Ein wiederholt betonter Vorzug, der Verwindung mit unter der Fließgrenze
liegender axialer Zugbelastung liegt noch darin, daß dadurch auch die Festigkeitsunterschiede,
welche jede Stange durch z. B. ungleiches Abkühleni aufweist, ausgeglichen werden
und die Streuungen der Fließgrenze nur rund 20;1Q betragen. Bei hoher axialer Zugbelastung
wird gerade das Gegenteil erreicht.
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Anwendungsmöglichkeiten für das erfindungsgemäß verwundene Material
sind insbesönderei Schrauben und Nieten oder auch Bohrmeißel, Bohrstähle usw.; Versuche
haben gezeigt, daß Schraubenverbindungen aus Schraubeneisen eine sehr niedrige Wechselfestigkeit
haben. Verwendet man höher wertige Stähle, so nimmt die Schwingungsfestigkeit der
Schrauben nur so unbedeutend zu, daß die dadurch verursachten höheren Kosten kaum
gerechtfertigt erscheinen. Durch".eine Kaltverwindung des Schraubeneisens kann man
aber ohne wesentliche Steigerung der 'Materialkosten Schrauben von bedeutend höherer
Leistungsfähigkeit erzielen. zielen.
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Die Qualitätsverbesserung, die durch die Kaltverwindung erreicht wird,
tritt neben Gegenständen aus Eisen auch bei Nichteisen- a metallen und deren Legierungen
ein, was z. B. für den Flugzeugbau (Nieten und sonstige Verbindungselemente), für
Freileitungsdrähte, Kabel, Ketten, Rohre ustv. von größtem Vorteil ist. `-"
Zur Herstellung von Betoneiseneinlagen werden zweckmäßig die an sich bekannten,
etwa kreisrunden, mit Längsrippen versehenen Profilstäbe verwendet, wobei erfindungsgemäß
der einzelne eine oder mehrere durchgehende oder unterbrochene Rippen aufweisende
Profilstab; derart in sich verwunden wird, daß ein oder mehrere möglichst flache
Schraubengänge entstehen und gleichzeitig sowohl die Haftfestig-, keit als auch
die Streckgrenze erhöht werden.' Ein solcher Erfolg kann mit einem Vierkant-oder
Dreikanteisen nicht erreicht werden, denn bei der Verwendung dieser kaltverwundenen
Profile treten, abgesehen von der Neigung zur Rißbildung in den Kanten, Sprengwirkungen
auf. Zweckmäßig ist eine Ausführungsform eines runden Querschnittes mit zwei diametral
gegenüberliegenden Rippen.
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Das erfindungsgemäß hergestellteArinierungs-! material ist daher mit
Eigenschaften ausgestattet,
die bisher durch kein anderes Verfahren
erzielt wurden. Es ist dadurch im Eisenbetonbau die Möglichkeit gegeben, trotz Verwendung
des billigsten Armierungsmateriales bei einer Konstruktion von gleicher Tragfähigkeit
eine bedeutende Gewichts- und Kostenersparnis zu erzielen. Dem gegenständlichen
Verfahren können Metalle jeder Art, bei welchen eine Steigerung der Streck- und
Stauchgrenze, gegebenenfalls auch derHaftfestigkeiterwünscht .ist, unterzogen werden.
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Als vorteilhaft hat sich erwiesen, zwei oder mehrere dieser in sich
kalt verwundenen Stäbe in bekannter Weise miteinander zu verdrillen bzw. zu verdrillen
und zu strecken, wodurch sich eine Steigerung der Fließgrenze noch über das bisher
bekannte Ausmaß verdrillter Stäbe ergibt.
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Die zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung
kann auf verschiedenste Art ausgebildet sein. So können beispielsweise der eirie
oder beide Einspannköpfe .verdrehbar und -gleichzeitig auch axial verschiebbar sein.
Es kann aber auch die Verdrehung des Einspannkopfes unabhängig von der Einwirkungseiner
Zugvorrichtung erfolgen, indem die konstante Zugbelastung direkt am Stabe und nicht
am Einspannkopf angreift und dem Stabe dabei die Möglichkeit gegeben ist, während
der verdrehenden Einwirkung des Einspannkopfes auf ihn wirkende Zugbelastung nachzugeben.