Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von diskontinuierlich gerecktem
Draht mit zwei beabstandeten Klemmvorrichtungen, wovon zumindest eine um eine
Recklänge verfahrbar ist. Weiter wird eine Anlage mit einer solchen, vorgelagerten
Vorrichtung beansprucht. Zusätzlich betrifft die Erfindung Verfahren zum industriellen
Herstellen von diskontinuierlich gerecktem Draht.
Stand der Technik
Hauptsächlich wird für Baustahlmatten - sogenannte Bewehrungsnetze - kaltgewalzter
Stahldraht (KR) verwendet, welcher im glühenden Zustand im Stahlwerk gewalzt und
anschliessend auf einer Kaltwalzanlage in zwei Stufen auf das gewünschte Nennmass
kaltverformt und gerippt wird. Zur Ausprägung der Rippen wird der Draht um 15% bis 25%
verformt. Kaltverformte Drähte weisen eine erhöhte Festigkeit gegenüber einem Walzdraht
auf, gleichzeitig wird das Material jedoch spröder und die Dehnfähigkeit sinkt.
Die wichtigsten Kenngrössen für Baustahl und insbesondere für Drähte in Baustahlmatten
werden beispielsweise durch die deutsche DIN-Norm 488 vorgegeben. Die heutigen
Stahlqualitäten für Baustahl bestehen zu 100% aus Schrott, vornehmlich aus Schrott von
Kraftfahrzeugen, und enthalten z.T. hohe Legierungsanteile diverser Fremdmetalle.
Dadurch werden die in den Normen geforderten Minimalwerte für die Streckgrenze (Re)
und die Zugfestigkeit (Rm) ohne besonderen Aufwand erreicht. Die Kaltverformung zur
Ausbildung der Rippen wird nicht mehr zur Erreichung der vorgeschriebenen Festigkeiten
benötigt. Es wird jedoch immer schwieriger, die Anforderungen an das
Streckgrenzverhältnis (Rm/Re) und die Dehneigenschaften zu erhalten.
Warmgewalzter und gerippter Stahldraht (WR) wird im glühenden Zustand auf das
Nennmass gewalzt. Im letzten Walzgerüst wird eine Rippung auf den Walzdraht
aufgebracht. Damit die Streckgrenze (Re) einen höheren Wert erreicht, als er bei einem WR
normalerweise gegeben ist, kann der WR in einem zusätzlichen Arbeitsschritt kaltverformt
werden. Beispielsweise wird der WR durch Recken kaltverformt.
Derzeit werden drei prinzipielle Arten des Reckens in der Praxis angewendet, welche sich
in zwei Hauptgruppen einteilen lassen. Die erste Hauptgruppe bildet das kontinuierliche
Recken, wobei dabei auf den Draht eine mehrachsige oder einachsige Spannung ausgeübt
wird. Das kontinuierliche Recken mit einer mehrachsigen Spannung ist das am häufigsten
angewandte Verfahren zur Herstellung von gerecktem Draht. Der Draht wird durch oben
und unten liegende Rollen gezogen, welche in ihrer axialen Ausrichtung derart zueinander
verschoben sind, dass der Draht Schlangenlinien-förmig durch diese Rollen gezogen wird.
Oft werden dazu Kombinationsanlagen verwendet, welche den Vorgang des Kaltwalzens
und des Reckens kombinieren. Bei dem anderen Verfahren des kontinuierlichen Reckens
wird eine einachsige Spannung auf den Draht aufgebracht. Der Draht wird um eine erste
Rolle in Gegenrichtung und über eine zweite Rolle, welche gegenüber der ersten Rolle in
Gegenrichtung der Zugkraft angeordnet ist, wieder in Zugrichtung geführt. In der Ansicht
der Rollen ist der Draht in Form einer liegenden 8 geführt. Dieses Verfahren zur
Herstellung gereckten Drahtes wird heutzutage auf Grund des hohen maschinellen
Aufwandes und der fehlenden Flexibilität kaum noch angewendet.
Eine weitere Möglichkeit des diskontinuierlichen Reckens mit einer einachsigen Spannung
ist der zweiten Hauptgruppe zugeordnet. in diesem Verfahren wird der Draht kombiniert
gereckt, gerichtet und geschnitten. Durch den sogenannten Start-Stop-Betrieb ist dieses
Verfahren wesentlich langsamer als kontinuierliche Verfahren.
Darstellung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und das zugehörige Verfahren zu schaffen,
welches ein diskontinuierliches Recken von Draht mit hohen Geschwindigkeiten und hoher
Produktionssicherheit ermöglicht.
Die Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert. Gemäss der
Erfindung hat eine Vorrichtung zum industriellen Herstellen von diskontinuierlich
gerecktem Draht zwei beabstandete Klemmvorrichtungen, wovon zumindest eine um einen
Rückhub verfahrbar ist und zumindest eine davon mit einem Sensor zum Ermitteln der
Drahtspannung ausgerüstet ist.
Unter einer industriellen Herstellung wird eine Herstellung in Mengen verstanden. Dies im
Unterschied zu Versuchsanordnungen, in denen einzelne Drähte zur Ermittlung von
Versuchsergebnissen bearbeitet und verarbeitet werden, beispielsweise in einem
Zerstörungsversuch zur Überprüfung der maximalen Zugfestigkeit.
Der Draht wird als Walzdrahtbund im Coil angeliefert. Durch die eine um die Recklänge
verfahrbare Klemmvorrichtung wird der Draht beim Recken auf Grund der plastischen
Verformung gleichzeitig gerichtet. Es sind keine zusätzlichen Einstellarbeiten wie bei
Richtflügeln oder Rollenrichtwerken erforderlich. Weiter wird mit dem Sensor fortlaufend
die Drahtspannung erfasst. Die erfassten Werte können einem Drahtabschnitt zugeordnet
abgespeichert werden. Nachfolgend hergestellte Drahtabschnitte werden nur noch
hinsichtlich ihrer Endwerte überprüft. Das Recken kann auf Grund von statistischen
Auswertungen der gemessenen Werte laufend automatisch angepasst werden. Zusätzlich
kann ein Spannungsschwellwert vorgegeben werden, bei welchem der zu reckende
Drahtabschnitt absolut gerade ausgerichtet ist.
Somit kann der Reckgrad stufenlos programmiert werden. Damit entfallen Anpassungen an
der Vorrichtung, wenn unterschiedliche Produktionslängen produziert werden sollen.
Weiter muss die Vorrichtung bei einem Durchmesserwechsel des Drahtes nicht umgebaut
werden.
Durch die vom Sensor erfassten und abgespeicherten Werte wird jeder Drahtabschnitt
fortlaufend kontrolliert. Materialfestigkeitsschwankungen werden während der Produktion
erkannt und die Vorrichtung kann entsprechend der erfassten Werte fortlaufend an das zu
verarbeitende Material angepasst werden. Gleichzeitig werden durch die Vorrichtung
allfällige Materialfehler bzw. Ausschuss während der Herstellung erkannt und qualitativ
minderwertige Drähte können ausgesondert bzw. dem weiteren Herstellungsprozess von
Fertigprodukten entnommen werden. Somit wird verhindert, dass keine qualitativ
minderwertigen Drahtabschnitte mit den Normen entsprechenden Drahtabschnitten zu
Baustahlmatten verschweisst werden. Beim allfällig vorhandenen Ausschuss handelt es
sich nur um einzelne Drahtabschnitte und nicht um ganze Baustahlmatten. Dies führt nicht
nur zu einer Materialersparnis, sondern auch zu einer wesentlichen Zeitersparnis bei der
Produktion von Baustahlmatten.
Vorzugsweise sind Mittel zum Einführen bzw. Vorschieben des Drahtes in
Drahtlängsrichtung vorgesehen. Typisch für die industrielle Herstellung wird der Walzdraht
direkt vom Walzdrahtbund in die erfindungsgemässe Vorrichtung eingeführt. Dabei kann
der Walzdraht in die Vorrichtung eingeschossen werden. Mit dem Mittel zum Einführen
bzw. Vorschieben des Drahtes ist die Zuführung während der Produktion auch bei einem
Wechsel des Walzdrahtbunds gewährleistet.
In einer Variante dazu können abgelängte und vorzugsweise vorgerichtete Drahtabschnitte
bevorzugt aus einem Magazin bzw. Speichereinheit der erfindungsgemässen Vorrichtung
quer zur Reckrichtung zugeführt werden. Die auf diese Weise zugeführten Drahtabschnitte
werden in der Vorrichtung gereckt und anschliessend weiterverarbeitet.
Eingangsseitig ist die Vorrichtung vorzugsweise mit einem Rollenrichtwerk versehen.
Dieses richtet den Draht soweit vor, dass er durch die Vorrichtung erleichtert
durchgeschoben werden kann. Vorzugsweise sind die Rollen des Rollenrichtwerks
verschieblich gelagert, damit sich der Abstand der oben und unten angeordneten Rollen,
bevorzugt automatisch gesteuert, an den Durchmesser des Drahtes anpasst. Für eine
automatische Steuerung der Rollen des Rollenrichtwerks können beispielsweise die in
Einschubrichtung ersten, gegenüberliegenden Rollen frei beweglich gelagert sein. Wird der
Draht eingeführt, verschieben sich die Rollen aus ihrer Nullposition entsprechend des
Durchmessers des Drahtes nach oben bzw. nach unten. Mit einem separaten Sensor kann
der Abstand der beiden ersten Rollen erfasst und die nachfolgenden Rollen entsprechend
diesem Abstand mechanisch gesteuert positioniert werden. Weiter kann auf die
verschieblichen Rollen eine Federkraft wirken, welche auf den Draht eine genügend grosse
Anpresskraft ausübt für die einwandfreie Führung des Drahtes.
Anstatt eines Rollenrichtwerks kann der Draht z. B. unter Richtpressen geradegebogen
werden. Eine andere Möglichkeit den Draht vorzurichten, ist ein Richtrotor mit
Richtsteinen. Weiter kann der erfindungsgemässen Vorrichtung eine Streckrichtmaschine
vorgeschaltet werden, welche den Draht vor dem Recken gerade ausrichtet. Weiter kann
das Rollenrichtwerk im Wesentlichen durch jede Vorrichtung ersetzt werden, welche
beispielsweise den Draht durch Walzen, Ziehen oder Pressen zumindest vorrichtet.
Bevorzugt sind bei der Vorrichtung in Vorschubrichtung des Drahtes nach dem
Rollenrichtwerk eine erste Rollenvorschubeinheit, eine erste Klemmvorrichtung, eine
Richtstrecke und eine zweite Klemmvorrichtung angeordnet. Der annähernd vorgerichtete
Draht wird mit der ersten Rollenvorschubeinheit aus dem Rollenrichtwerk durch die erste
Klemmvorrichtung, die Richtstrecke und die zweite Klemmvorrichtung hindurchgeführt.
Nachdem die beiden Klemmvorrichtungen den Draht festhalten, wird durch die zumindest
eine verfahrbare Klemmvorrichtung, vorzugsweise die erste Klemmvorrichtung, der Draht
gereckt. Mit der Rollenvorschubeinheit wird der Draht weitertransportiert, damit der
Vorgang für den nächsten Drahtabschnitt wiederholt werden kann.
In einer Variante dazu kann die erste Rollenvorschubeinheit in Vorschubrichtung des
Drahtes nach der ersten Klemmvorrichtung angeordnet sein, wobei die
Rollenvorschubeinheit innerhalb der Richtstrecke zu liegen kommt. Weiter kann nur die
zweite Klemmvorrichtung verfahrbar sein. Weiter können beide, die erste und die zweite,
Klemmvorrichtungen verfahrbar ausgebildet werden.
Vorzugsweise ist die Richtstrecke in ihrer Länge anpassbar. Dazu werden beispielsweise
das Rollenrichtwerk, die erste Rollenvorschubeinheit und die erste Klemmvorrichtung zu
einer Einheit der Vorrichtung zusammengefasst und die zweite Klemmvorrichtung als eine
weitere zur ersten Einheit verschiebliche Einheit der Vorrichtung ausgebildet.
Beispielsweise mit einem Schneckenantrieb kann die zweite Einheit von einer
vorbestimmten maximalen Länge der Richtstrecke auf jedes beliebige Mass verkürzt
werden. Die maximale Länge der Richtstrecke steht in wechselseitiger Beziehung mit der
Länge des Wegs der verfahrbaren Klemmvorrichtung, welcher sich durch den Reckgrad
ergibt.
Um den Drahttransport bei der gesamten Produktion zu vereinfachen, kann zwischen der
Richtstrecke und der zweiten Klemmvorrichtung eine zweite Rollenvorschubeinheit vor der
zweiten Klemmvorrichtung angeordnet werden, welche den Drahttransport unterstützt.
Besonders bei hohen Taktzahlen der Vorrichtung kann die Anordnung der zweiten
Rollenvorschubeinheit von Vorteil sein. Bei der Anordnung zweier Rollenvorschubeinheiten
werden diese vorzugsweise synchron betrieben. in einer Variante wird beispielsweise nur
eine der Rollenvorschubeinheiten aktiv betrieben und die andere Rollenvorschubeinheit
läuft passiv mit. Mit der zweiten Rollenvorschubeinheit kann der Draht unter Vorspannung
gehalten werden.
Die erste, eingangsseitig angeordnete Klemmvorrichtung, welche um die Recklänge
verfahrbar ist, ist bevorzugt auf einem linearen hydraulischen Kraftverstärker angeordnet,
welcher frei programmierbare Wege fahren kann. Ein Walzdraht wird vorzugsweise um 3%
bis 5% in der erfindungsgemässen Vorrichtung gereckt. Somit beträgt der erforderliche
Hub bzw. der verfahrbare Weg der ersten Klemmvorrichtung etwas mehr als 5% der Länge
der maximalen Richtstrecke. Anstelle der verfahrbaren Klemmvorrichtung auf einem
hydraulischen Kraftverstärker kann auch eine andere Spanneinrichtung vorgesehen sein.
Alternativ dazu kann die zweite Klemmvorrichtung auf einem linearen hydraulischen
Kraftverstärker angeordnet sein, wobei die erste, eingangsseitig angeordnete
Klemmvorrichtung in dieser Variante ortsfest angeordnet ist. Weiter können beide
Klemmvorrichtungen auf linearen hydraulischen Kraftverstärkern angeordnet werden. Die
Klemmvorrichtungen werden in einer solchen Anordnung bevorzugt gleichzeitig
voneinander weg oder abwechselnd in gegensätzlicher Richtung verfahren, bis der
Walzdraht um das gewünschte Reckmass verlängert wurde.
Bevorzugt ist als Sensor eine Druckdose auf der ortsfesten Klemmvorrichtung angeordnet.
Mit der Druckmessdose wird die Spannung im Draht während dem gesamten Vorgang des
Reckens und insbesondere der Endwert für jeden gereckten Drahtabschnitt erfasst. Die
Druckmessdose kann beispielsweise auf der Basis einer Feder (Federprinzip) oder auf der
Basis eines hydraulischen Drucks (hydraulisches Prinzip) arbeiten. Die Daten der
Druckmessdose werden in einer Steuereinheit abgespeichert und für die weitere
Produktion von gerecktem Draht zur Verfügung gestellt. Mit den gemessenen und
abgespeicherten Werten wird ein diskontinuierliches Recken mit gleichzeitiger (Online-)
Qualitätskontrolle ermöglicht.
Die abgespeicherten Endwerte können weiter für eine statistische Auswertung für die
einzelnen gereckten Drahtabschnitte verwendet werden. Es kann auch ein
Spannungsschwellenwert definiert werden, der sicherlich auf der elastischen Gerade des
Spannungs-Dehnungs-Diagramms des Walzdrahts liegt, damit sichergestellt wird, dass der
Draht absolut gerade ausgerichtet ist und dass das Recken begonnen hat.
Weiter hat die Vorrichtung vorzugsweise eine ausgangsseitig angeordnete Schneideinheit,
um den gereckten Draht abzulängen. Bevorzugt wird der gereckte Draht mit einer
Schneidvorrichtung z. B. einer Scherenanordnung entsprechend der gewünschten Länge
abgelängt. Als Variante dazu kann der gereckte Draht auch mit einem Schneidbrenner
abgelängt werden.
Zur Aufnahme der abgelängten Drähte ist vorzugsweise am Ausgang der
erfindungsgemässen Vorrichtung eine Aufnahme angeordnet, welche ein zu Boden fallen
der abgelängten Drähte verhindert und die Drähte für die weitere Verarbeitung zur
Verfügung stellt. Wird die Vorrichtung einer Gitterschweissmaschine vorgeschaltet, dient
die Aufnahme als Materialdepot bzw. Speicherbereich, aus welchem die benötigten Drähte
von einer Zuführvorrichtung der Gitterschweissmaschine entnommen werden.
Bevorzugt umfasst die Vorrichtung eine Steuereinrichtung, welche die Recklänge auf der
Basis der mit dem Sensor gemessenen Drahtspannung einstellt. Beträgt die Gesamtlänge
des zu reckenden Drahtabschnitts mehr als die Länge der Richtstrecke, welche durch den
Abstand der ersten und zweiten Klemmvorrichtung gegeben ist, wird in einem ersten
Schritt der Drahtabschnitt um den die maximal mögliche Recklänge verlängert, welche im
prozentualen Verhältnis zur Richtstrecke steht. Anschliessend wird der Draht um den
fehlenden Betrag der gewünschten Gesamtlänge vorgeschoben und nochmals um einen
Betrag im gleichen prozentualen Verhältnis gereckt, der sich durch den Betrag des
Vorschubs ergibt. Vorzugsweise wird durch die Steuerung die Recklänge automatisch der
Länge der Richtstrecke bzw. des Vorschubs angepasst.
Die Steuerung ist typischerweise als Modul ausgebildet und nicht fest in der Vorrichtung
eingebaut. Dadurch kann die Steuerung entsprechend den Bedürfnissen des Benutzers
beziehungsweise den örtlichen Gegebenheiten angepasst verwendet werden.
Vorteilhaft ist einer Anlage mit einer Gitterschweissmaschine eine erfindungsgemässe
Vorrichtung zum Herstellen von diskontinuierlich gerecktem Draht vorgeschaltet. Somit
werden die gereckten und abgelängten Drahtabschnitte direkt der Gitterschweissmaschine
zur Weiterverarbeitung zur Verfügung gestellt und können von einer
Drahtzuführvorrichtung der Gitterschweissmaschine übernommen werden.
Dabei können beispielsweise zwei erfindungsgemässe Vorrichtungen zum Herstellen von
diskontinuierlich gerecktem Draht einer Anlage mit einer Gitterschweissmaschine
vorgeschaltet sein. Eine der erfindungsgemässen Vorrichtungen produziert die Querdrähte
und die andere Vorrichtung produziert die Längsdrähte. Aus den entsprechenden
Zwischenlagern wird beispielsweise mit zwei Zuführvorrichtungen der
Gitterschweissmaschine die benötigten, gereckten Drähte entnommen und zur weiteren
Verarbeitung positioniert. Mit einer solchen Anordnung werden die Produktionszeiten und
die Produktionskosten massgeblich gesenkt, da die Bestandteile der beiden Vorrichtungen
und die Recklänge auf die maximalen Abmessungen der gewünschten Quer- und
Längsdrähte abgestimmt werden können, bei gleichzeitiger Gewährleistung von hoher
Qualität der gereckten Quer- und Längsdrähte.
Im Verfahren zum industriellen Herstellen von diskontinuierlich gerecktem Draht wird ein
zu bearbeitender Drahtabschnitt mit zwei Klemmvorrichtungen erfasst und gereckt. Mit
einem Sensor zum Messen der Drahtspannung und einem Wegsensor wird eine
Spannungs-Dehnungsabhängigkeit aufgenommen. Diese wird für die weitere Verarbeitung
dem Drahtabschnitt zugeordnet abgespeichert. In einem ersten Schritt wird ein neuer
Draht in einem sogenannten Start-Stop-Betrieb gereckt und die Spannungs-Dehnungsabhängigkeit
für diesen spezifischen Drahtabschnitt aufgenommen.
Anschliessend beginnt das Recken der weiteren Drahtabschnitte bei voller Leistung der
Vorrichtung und es werden nur noch die Endwerte jedes einzelnen Drahtabschnitts
überprüft. Liegt ein gemessener Endwert eines gereckten Drahtabschnittes ausserhalb
eines vordefinierten Toleranzbereichs, kann die Vorrichtung entsprechend angepasst
werden oder der Drahtabschnitt mit den ausserhalb der Toleranz liegenden Werten wird
ausgesondert. Durch diese Online-Qualitätskontrolle ist während der gesamten Produktion
der Drahtabschnitte die Produktionssicherheit gewährleistet und gegenüber den
bekannten Verfahren für ein diskontinuierliches Recken von Drahtabschnitten verbessert
sowie die Menge an Ausschuss reduziert. Es werden keine qualitativ minderwertigen
Drahtabschnitte mit den Normen entsprechenden Drahtabschnitten zu Baustahlmatten
verschweisst, womit verhindert wird, dass ganze Baustahlmatten weggeworfen werden
müssen. Dies führt nicht nur zu einer Materialersparnis, sondern auch zu einer
wesentlichen Zeitersparnis bei der Produktion von Baustahlmatten.
Das Verfahren hat den Vorteil, dass mit hohen Taktzahlen gearbeitet werden kann und die
Produktionssicherheit gegenüber bisherigen Verfahren verbessert ist. Wird das Recken
über die Zugkraft geregelt, ist nur ein Recken mit wenigen Taktzahlen möglich, da sich die
Kraft vom Reckbeginn bis zur gewünschten Recklänge unstetig ändert. Gleichzeitig können
für jeden Walzdrahtbund bzw. auch für jeden Drahtabschnitt die gespeicherten Werte
ausgedruckt werden. Dieser Ausdruck kann als Qualitätsnachweis für das Material von
Baustahlmatten dienen. Werden die Drähte als Halbfabrikate weiterverkauft, kann die
ausgedruckte Liste oder eine Kopie davon dem Drahtbündel als Qualitätsbeleg beigelegt
werden. Es wird eine Qualitätskontrolle geschaffen, welche jedem ISO-Standard genügt
und eine verlässliche Aussage über die Stabproduktion erlaubt.
In einem weiteren Verfahren zum industriellen Herstellen von diskontinuierlich gerecktem
Draht wird die Recklänge für einen Drahtabschnitt auf Grund von statistischen
Auswertungen der Spannungs-Dehnungsabhängigkeit laufend automatisch angepasst. Die
automatische Anpassung erfolgt z. B. über den Weg und/oder die Kraft. Ändert sich die
Stahlqualität oder wird ein neuer Walzdraht in die Vorrichtung eingeführt, passt sich die
Maschine selber an. Mit diesem Verfahren kann von der Produktion der Drahtabschnitte
eine Betriebsdokumentation erstellt werden, welche einerseits für die
Betriebsdatenerfassung und andererseits für die Qualitätssicherung verwendet werden
kann.
in einem anderen Verfahren zum industriellen Herstellen von diskontinuierlich gerecktem
Draht wird die Recklänge für einen Drahtabschnitt auf einen Spannungsschwellwert
bezogen, der den Abschluss einer Vorstreckphase definiert. Bezogen auf das Spannungs-Dehnungs-Diagramm
des Walzdrahtes wird ein Wert als Kontrollpunkt auf der elastischen
Gerade definiert, welcher sicherstellt, dass der Drahtabschnitt absolut gerade ist. Zuerst
wird der Draht gestreckt. Mit dem Spannungsschwellwert kann das Ende der
"Grädungsphase" bestimmt werden. Ein als Bund gelieferter Walzdraht muss zuerst
absolut gerade ausgerichtet sein, damit das Recken in der geforderten Grösse und Qualität
ausgeführt wird. Sobald mit dem Sensor erkannt wird, dass bereits bei einem tieferen Wert
der Draht absolut gerade ist, kann für die nachfolgenden Drahtabschnitte gegebenenfalls
der Spannungsschwellwert herabgesetzt werden.
Vorzugsweise wird der Spannungsschwellwert für jeden Drahtabschnitt individuell
ermittelt. Mit dem Sensor wird erkannt, wenn der Draht sich in einer absolut geraden
Position befindet und die aufgebrachte Kraft einzig zum Recken verwendet wird und nicht
mehr den Draht gerade richtet.
Typischerweise wird bei allen Verfahren der Draht in Drahtlängsrichtung automatisch
eingeführt und nach dem Recken automatisch abgelängt.
Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche
ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der
Erfindung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels verwendeten Zeichnungen zeigen:
- Fig. 1
- ein Spannungs-Dehnungs-Diagramm für einen warmgewalzten und
gerippten Draht (WR) im Walz- und gereckten Zustand; und
- Fig. 2
- eine beispielhafte Anordnung für eine erfindungsgemässe Reckmaschine.
Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Wege zur Ausführung der Erfindung
In Figur 1 ist ein Spannungs-Dehnungs-Diagramm für einen warmgewalzten und gerippten
Draht (WR) im Walz- und gereckten Zustand dargestellt. An der Abszissenachse 2 des
Diagramms 1 ist die Dehnung ε und an der Ordinatenachse 3 die Spannung σ aufgetragen.
Die Kurve 4 stellt die charakteristische Kurve eines naturharten Stahls - hier einem
Walzdraht - im Spannungs-Dehnungs-Diagramm dar. Der Draht wird gezogen und erreicht
seine Streckgrenze Re. Bis zu diesem Punkt befindet sich der Stahl in seinem elastischen
Bereich und würde seine ursprüngliche Länge wieder erlangen, wenn die Zugkraft entfernt
würde. Ab der Streckgrenze Re beginnt der Stahl bei einer weiteren Krafteinwirkung zu
fliessen (das sogenannte Fliessplateau). Am Ende des Fliessplateaus 5 steigt die Spannung
im Stahl vom Ende des Fliessplateaus 5 bis zur maximalen Zugfestigkeit Rm (hier auch als
Punkt 6 bezeichnet) weiter an. Der Bereich 7 vom Nullpunkt bis zum Punkt der
Streckgrenze Re wird als elastische Dehnung bezeichnet. Der Bereich 8 vom Punkt der
Streckgrenze Re bis zur Zugfestigkeit Rm (Punkt 6) wird als plastische Dehnung bezeichnet.
Wird auf den Stahl nach Erreichen der Zugfestigkeit Rm weiter eine Zugkraft ausgeübt, sinkt
die Spannung σ ab und der Stahl beginnt sich an seiner schwächsten Stelle einzuschnüren
bis er reisst. Durch das Recken wird der Draht bis in den Bereich der plastischen Dehnung
verlängert (z. B. bis zum Punkt 9). Die Dehnung ε des Drahtes liegt dabei üblicherweise im
Bereich von 3% bis 5%. Der Draht wurde durch das Recken kaltverformt.
Sobald der gereckte Drahtabschnitt entspannt wird, verkürzt sich der Drahtabschnitt
minimal, was mit dem Punkt 10 dargestellt ist. Wird der gereckte Draht nochmals belastet,
verhält sich der Stahl im Wesentlichen wie ein kaltverformter Draht, an welchem die
Rippen sowie die Durchmesserreduktion durch Längsdehnung durch eine Kaltverformung
ausgebildet wurden. Im Gegensatz dazu weist der gereckte WR jedoch die besseren
Dehnungseigenschaften als ein gerippter KR auf. Durch das Recken weist der WR eine
neue Streckgrenze Rer auf, die bezüglich des Wertes der Spannung σ (um den Unterschied
zwischen der Streckgrenze Re und der Streckgrenze Rer) näher bei der Zugfestigkeit Rm
liegt, als er bei einem ungereckten Draht gegeben ist. Der Draht verhält sich im Bereich 11
wieder elastisch und im Bereich 12 plastisch. Mit dem Recken wird ein bevorzugtes
Streckgrenzverhältnis erreicht, wobei die besseren Dehneigenschaften des Walzdrahtes im
Wesentlichen erhalten bleiben.
Auf der erfindungsgemässen Vorrichtung wird hauptsächlich Draht von Walzdrahtbündeln
in Coils verwendet. Der in die Vorrichtung eingeführte Draht ist nicht absolut gerade
ausgerichtet. Deshalb ergibt sich zu Beginn der Spannungsaufbringung nicht das
charakteristische Bild, wie es die Kurve 4 darstellt. Bis der Draht nicht absolut gerade
ausgerichtet ist, ergibt sich eine unstetige Kurve 13. Ab dem Schnittpunkt 14 der Kurve 13
mit der elastischen Gerade 15 der Kurve 4 beginnt das eigentliche Recken des Drahtes. Es
kann somit ein Spannungsschwellwert 16 definiert werden, welcher entweder für jeden zu
reckenden Drahtabschnitt individuell bestimmt wird oder als fixer Wert bestimmt ist.
Sobald beispielsweise eine Druckmessdose den Spannungsschwellwert misst, besteht die
Sicherheit, dass die Vorstreckphase abgeschlossen ist und das eigentliche Recken
beginnt. Der Spannungsschwellwert 16 beträgt beispielsweise 200 N/mm2, was in etwa
einem Drittel der Streckgrenze Re des Drahtmaterials entspricht. Dieser
Spannungsschwellwert 16 kann bei stark gekrümmtem Drahtmaterial auch höher
angesetzt werden, wobei der Wert des Spannungsschwellwertes 16 vorzugsweise deutlich
unterhalb des Wertes der Streckgrenze Re (< 500 N/mm2) liegen soll.
Mit den Sensoren können sämtliche Werte aufgezeichnet werden und stehen der
Steuerung einerseits zur Erstellung einer Spannungs-Dehnungsabhängigkeit zur Verfügung,
welche für die weitere Verarbeitung dem Drahtabschnitt zugeordnet abgespeichert wird.
Andererseits können die gemessenen Werte für eine laufend automatische Anpassung der
Recklänge auf Grund der statistischen Auswertung der Spannungs-Dehnungsabhängigkeit
verwendet werden. Weiter können die abgespeicherten Werte ausgedruckt und für die
Betriebs- und/oder Qualitätsdokumentation verwendet werden. Weiter lassen sich mit den
abgespeicherten Werten die diversen Phasen aus der charakteristischen Kurve 4
rechnerisch ermitteln.
Eine beispielhafte Anordnung für eine erfindungsgemässe Reckmaschine ist in Figur 2
gezeigt. Die Reckmaschine 21 umfasst eingangsseitig (bezogen auf die Zeichnung, links)
ein Rollenrichtwerk 22, an welchem eine erste Rollenvorschubeinheit 23 anschliesst.
Anschliessend folgt eine erste Klemmvorrichtung 24, welche auf einem hydraulischen
Linearverstärker 25 angeordnet ist, auf welchem die erste Klemmvorrichtung 24 horizontal
gesteuert verfahrbar ist. Diese Bestandteile bilden einen ersten Teil 26 der Reckmaschine
21. Ein zweiter Teil 27 wird durch eine zweite Klemmvorrichtung 28 gebildet, welche eine
Schneidvorrichtung 29 umfasst. Der zweite Teil 27 kann weiter eine zweite
Rollenvorschubeinheit umfassen. Mit der zweiten Rollenvorschubeinheit kann
beispielsweise der Draht 31 unter Vorspannung gehalten werden oder sie dient der
Unterstützung der ersten Rollenvorschubeinheit 23 beim Vorschub des Drahtes 31.
Durch die Aufteilung der Reckmaschine 21 in einen ersten Teil 26 und einen zweiten Teil
27, die mit einer separaten Vorrichtung (hier nicht dargestellt) zueinander verfahrbar sind,
kann die Länge der Richtstrecke 32 bei Bedarf variiert werden. Um die beiden Teile
zueinander zu verfahren, kann beispielsweise der erste Teil 26 fix auf einem Gestell
montiert und der zweite Teil 27 z. B. auf einem Schneckengetriebe fixiert sein, welches mit
einem Motor betrieben wird. Damit kann die Länge der Richtstrecke 32 den Erfordernissen
an die Produktion angepasst werden. Die Richtstrecke 32 wird beispielsweise durch einen
stabilen Stahlträger (z.B. ein U-Profil, wie ein UNP oder UAP) gebildet. Damit die
Richtstrecke 32 in ihrer Länge angepasst werden kann, werden beispielsweise zwei
ineinanderschiebbare U-Profile angeordnet, welche sich entsprechend der eingestellten
Länge überlappen. In einer Variante kann der zweite Teil 27 mit einer Ausnehmung
versehen sein oder derart konstruiert sein, dass der Stahlträger der Richtstrecke 32 diesen
durchdringt, wenn die Länge der Richtstrecke 32 durch Verfahren des zweiten Teils 27
verkürzt wird.
Die Richtstrecke 32 beginnt bei der ersten Klemmvorrichtung 24 und endet bei der
zweiten Klemmvorrichtung 28. Die maximale Richtstrecke 32 kann entsprechend den
Wünschen bzw. Anforderungen des Benutzers ausgelegt sein, wobei der maximale Hub des
hydraulischen Linearverstärkers 25 zu berücksichtigen ist. Wenn beispielsweise die Länge
der Richtstrecke 4'000 mm beträgt und der übliche Reckgrad von 3% bis 5% vorgenommen
werden soll, muss der Hub der verfahrbaren ersten Klemmvorrichtung 24 mindestens
200 mm betragen. Wird die Richtstrecke 32 z. B. auf 8'000 mm vergrössert, müsste
demzufolge der Hub der verfahrbaren ersten Klemmvorrichtung 24 entsprechend der
Länge der Richtstrecke 32 mindestens 400 mm betragen. Mit den heutzutage zur
Verfügung stehenden Mitteln ist aus konstruktiven Gründen und im Hinblick auf die
Produktionskosten sowie auf Grund der Gebrauchstauglichkeit der Reckmaschine 21
sinnvollerweise die Länge der Richtstrecke 32 auf unter 5'000 mm zu begrenzen.
Soll beispielsweise auf einer Reckmaschine 21 mit einer maximalen Richtstrecke 32 von
4'000 mm ein Drahtabschnitt z. B. mit einer Länge von 6'000 mm produziert werden, wird
wie folgt vorgegangen: Der Draht wird auf die Länge von 4'000 mm vorgeschoben und, bei
einem Reckgrad von 5%, um 200 mm gereckt. Anschliessend wird der Draht nochmals um
2'000 mm nachgeschoben und nochmals um 100 mm gereckt. Somit wurde ein 6'000 mm
langer Drahtabschnitt produziert, welcher um 5% gereckt wurde.
Nachfolgend wird anhand der Reckmaschine 21 das Verfahren zur Herstellung eines
diskontinuierlich gereckten Drahtes beschrieben. Die Walzdrahtbündel 33.1 und 33.2 sind
auf einem doppelten, horizontalen Ablauf 34 zur Bearbeitung in der Reckmaschine 21
bereitgestellt. Mit der Verwendung eines doppelten, horizontalen Ablaufs 34 kann
beispielsweise das Ende des Walzdrahtbündels 33.1 mit dem Anfang des
Walzdrahtbündels 33.2 verschweisst werden, damit unterbrechungslos gearbeitet werden
kann. Nachdem das gesamte Walzdrahtbündel 33.1 verarbeitet wurde, wird ein neuer
Walzdrahtbündel auf dem Ablauf positioniert und dessen Anfang gegebenenfalls an das
Ende des Walzdrahtbündels 33.2 angeschweisst. Somit können fortlaufend und ohne
Unterbrechung Drahtabschnitte in grosser Menge produziert werden.
Der Anfang beispielsweise des Walzdrahtbündels 33.1 wird in die Reckmaschine 21
eingeführt bzw. eingeschossen und im Rollenrichtwerk 22 derart vorgerichtet, dass das
Durchschieben des Drahtes 31 erleichtert wird. Der Draht 31 wird nachfolgend von der
ersten Rollenvorschubeinheit 23 erfasst, welche an das Rollenrichtwerk 22 anschliesst.
Die erste Rollenvorschubeinheit 23 besteht aus zwei gegeneinander gerichteten Rollen
35.1 und 35.2, zwischen welchen der Draht 31 vorgeschoben wird, und zwei Antrieben
36.1 und 36.2, welche die Rollen 35.1 und 35.2 gesteuert antreiben und vorzugsweise
aufeinander abgestimmt sind. Anstelle von zwei separaten Antrieben 36.1 und 36.2 kann
auch nur ein Antrieb beide Rollen 35.1 und 35.2 z.B. über ein Getriebe antreiben. Damit
unterschiedliche Drahtdurchmesser ohne besonderen Aufwand in einer Reckmaschine 21
verarbeitet werden können, sind zumindest die unteren oder oberen Rollen des
Rollenrichtwerks 22 und der ersten Rollenvorschubeinheit 23 in einer Richtung
verschieblich gelagert, z.B. in vertikaler. Die Nullstellung der Rollen entspricht dem
kleinsten zu verarbeitenden Drahtdurchmesser (z. B. 4 mm) und der minimale
Bewegungsspielraum der verschieblichen Rollen muss dem grössten zu verarbeitenden
Drahtdurchmesser (z.B. 12mm) entsprechen. Die Einstellung des Zwischenraums
zwischen den Rollen kann passiv auf Grund des Durchmessers des eingeschobenen
Drahtes 31 oder aktiv mechanisch gesteuert erfolgen. In einer Variante dazu können die
Abrollflächen der Rollen mit einem verformbaren Material beschichtet sein, welche die
Bearbeitung des gesamten Durchmesserbereichs (z. B. 4 mm bis 12 mm) ermöglicht, ohne
dass sich die Rollen in eine Richtung verschieben müssen.
Mit der Rollenvorschubeinheit 23 wird der Draht 31 bis zur zweiten Klemmvorrichtung 28
vorgeschoben. Die erste Klemmvorrichtung 24 und die zweite Klemmvorrichtung 28 sind
im Wesentlichen gleich aufgebaut. Sie weisen zumindest zwei Klemmbacken 37.1 und
37.2 bzw. 38.1 und 38.2 auf, welche zueinander verfahrbar sind und den
dazwischenliegenden Draht 31 festklemmen. Die Klemmbacken 37.1 und 37.2 bzw. 38.1
und 38.2 werden gesteuert mechanisch oder hydraulisch verfahren.
Die erste Klemmvorrichtung 24 ist auf einem hydraulischen Linearverstärker 25
angeordnet, welcher frei programmierbare Wege fahren kann. Die durch den
Linearverstärker 25 erzeugte Reckkraft beträgt in diesem Ausführungsbeispiel etwa 70 kN
und ermöglicht einen Draht mit einem Durchmesser von 12 mm bis zu seiner maximalen
Streckgrenze von etwa 630 N/mm2 zu recken. Der zu reckende Draht 31 wird von der
ersten Klemmvorrichtung 24 und der zweiten Klemmvorrichtung 28 gehalten.
Anschliessend wird die erste Klemmvorrichtung im klemmenden Zustand um den
gewünschten Reckgrad gegen die Einschubrichtung verfahren. Das vordere Rollenpaar
35.1 und 35.2 muss gegen die Einschubrichtung des Drahtes 31 drehen, damit der
Reckweg ausgeglichen wird. Der erste gereckte Drahtabschnitt wird in einer Start-Stop-Funktion
(Stop-and-Go) hergestellt. Sobald die Werte für diesen Walzdrahtbund erfasst und
abgespeichert wurden, erfolgt die Produktion der gereckten Drähte. Werden Differenzen in
den gemessenen Endwerten während der Produktion festgestellt, welche ausserhalb des
definierten Toleranzbereichs liegen, wird die Kraft bzw. der Reckgrad angepasst.
Gleichzeitig können gereckte Drähte, welche nicht den gewünschten Anforderungen
entsprechen oder Materialfehler aufweisen, aussortiert werden und dem weiteren
Herstellungsprozess entzogen werden, beispielsweise bei der Herstellung von
Baustahlmatten.
Im nächsten Arbeitsschritt wird der gereckte Draht mit der ersten Rollenvorschubeinheit
23 weitertransportiert. Wenn zwei Rollenvorschubeinheiten in einer Reckmaschine
angeordnet sind, werden diese vorzugsweise aufeinander abgestimmt (d. h. synchron),
beziehungsweise in Abhängigkeit der Position des Drahtes 31 aktiv bzw. passiv betrieben.
An der zweiten Klemmvorrichtung 28 ist eine Schneidvorrichtung 29 angeordnet, welche
den gereckten Draht 31 beispielsweise mit einer Scherenvorrichtung auf das gewünschte
Mass ablängt.
In einem weiteren Verfahren zum industriellen Herstellen von diskontinuierlich gerecktem
Draht wird die Recklänge für einen Drahtabschnitt auf Grund von statistischen
Auswertungen der Spannungs-Dehnungsabhängigkeit laufend automatisch angepasst. Die
statistische Auswertung beruht auf einem Mittelwert, welcher auf Grund einer
vordefinierten Anzahl, z. B von fünfzig Drahtabschnitten, von gemessenen und
abgespeicherten Werten erstellt wird. Die automatische Anpassung der Recklänge kann
dabei z. B. über den Weg und/oder die Kraft erfolgen. Ändert sich die Stahlqualität oder
wird ein neuer Walzdraht in die Vorrichtung eingeführt, passt sich die Maschine selber an.
Mit diesem Verfahren kann von der Produktion der Drahtabschnitte eine
Betriebsdokumentation erstellt werden, welche beispielsweise für die
Betriebsdatenerfassung oder für die Qualitätssicherung verwendet werden kann.
In einem anderen Verfahren zum industriellen Herstellen von diskontinuierlich gerecktem
Draht wird die Recklänge für einen Drahtabschnitt auf einen Spannungsschwellwert
bezogen, der den Abschluss einer Vorstreckphase definiert. Bezogen auf das Spannungs-Dehnungs-Diagramm
des Walzdrahtes wird ein Wert als Kontrollpunkt auf der elastischen
Gerade definiert, welcher sicherstellt, dass der Drahtabschnitt absolut gerade ist. Ein
solcher Spannungsschwellwert liegt bei Drahtmaterial, welches zur Herstellung von
Baustahlmatten verwendet wird und den massgeblichen Normen entspricht, im Bereich
von 200 N/mm2 und 500 N/mm2. Zuerst wird der Draht gestreckt. Mit Erreichen des
Spannungsschwellwerts ist das Ende der "Grädungsphase" bestimmt. Ein als Bund
gelieferter Walzdraht muss zuerst absolut gerade ausgerichtet sein, damit das Recken in
der geforderten Grösse und Qualität ausgeführt wird. Sobald mit dem Sensor erkannt wird,
dass bereits bei einem tieferen Wert der Draht absolut gerade ist, kann für die
nachfolgenden Drahtabschnitte gegebenenfalls der Spannungsschwellwert herabgesetzt
werden. Dies hat den Vorteil, dass sich die Taktzahl der Vorrichtung und somit die
produzierte Menge an gerecktem Draht erhöht. Wird der Spannungsschwellwert erreicht,
kann das Recken des Drahtabschnitts bis zum Erreichen des gewünschten Endwerts
beginnen.
Die Taktzahl der erfindungsgemässen Vorrichtung basiert auf der Zykluszeit zur
Herstellung eines Drahtabschnitts, welcher sich aus dem Vorschub des Drahtabschnitts,
dem Klemmen beider Klemmvorrichtungen, dem Reckhub und dem Öffnen der Klemmen
sowie der Summe der Zwischenzeiten zusammensetzt. Durch die erfindungsgemässen
Verfahren werden diskontinuierliche Recken ermöglicht, welche beispielsweise für eine
Drahtabschnittlänge von 2'000 mm eine Taktzahl von 110 Stück/min (= 3.66 m/s)
ermöglichen.
Für einen Durchmesserwechsel wird der Draht 31 komplett zurückgezogen und der neue
Draht wird in die Reckmaschine 21 eingeschoben bzw. eingeschossen. Durch die
beschriebenen anpassbaren Bestandteile der einzelnen Vorrichtungen kann auf manuelle
Anpassungen der einzelnen Vorrichtungen der Reckmaschine verzichtet werden, was die
Produktivität der Reckmaschine gegenüber dem Stand der Technik wesentlich erhöht. Der
Durchmesserwechsel ist mit einfachen Mitteln automatisierbar.
Eine weitere Möglichkeit, die Produktivität zu steigern, ist die Anordnung zweier Einheiten,
welche parallel geschaltet werden. Die beiden Einheiten können mit nur einem
Hydraulikaggregat betrieben werden.
Die Reckmaschine 21 kann sowohl als stand-alone-Lösung wie auch als Integration in einer
Anlage zur Herstellung von Baustahlmatten eingesetzt werden, wobei die Reckmaschine
der eigentlichen Anlage vorzugsweise vorgeschaltet wird. D.h., dass die in der
Reckmaschine gereckten Drähte direkt der Anlage zur Herstellung von Baustahlmatten zur
Verfügung gestellt und von dieser zur Weiterverarbeitung übernommen werden.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass eine Vorrichtung und zugehörige Verfahren
geschaffen wurden, welche den Reck- und Richtvorgang kombiniert und ein
diskontinuierliches Recken in einer industriell akzeptablen Taktzahl bei gleichzeitiger
Qualitätskontrolle ermöglicht.