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Dokumentenidentifikation DE60213388T2 23.08.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001373654
Titel VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON KORROSIONSBESTÄNDIGEN METALLKÖRPERN
Anmelder Stelax International Ltd., Briton Ferry, Neath, Wales, GB
Erfinder CACACE, Giorgio, Antonino, Swansea, West Glamorgan SA 33BU, GB
Vertreter Willich, W., Dipl.-Phys., Pat.-Anw., 80538 München
DE-Aktenzeichen 60213388
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE, TR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 22.03.2002
EP-Aktenzeichen 027183052
WO-Anmeldetag 22.03.2002
PCT-Aktenzeichen PCT/GB02/01402
WO-Veröffentlichungsnummer 2002077386
WO-Veröffentlichungsdatum 03.10.2002
EP-Offenlegungsdatum 02.01.2004
EP date of grant 26.07.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 23.08.2007
IPC-Hauptklasse E04C 5/01(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]
GEBIET DER ERFINDUNG

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für die Herstellung von korrosionsbeständigen Metallerzeugnissen und auf Erzeugnisse, die aus dem Verfahren erzeugt worden sind. Die Erfindung hat insbesondere, aber nicht notwendiger Weise ausschließlich, Anwendung auf Erzeugnisse, die einen Kern, der aus Normalstahl gebildet wurde und eine Umhüllung aus rostfreien Stahl hat, aufweisen. Der Terminus „Umhüllte Erzeugnisse" wird hier benutzt, um auf solche Erzeugnisse Bezug zu nehmen. Die vorliegende Erfindung wurde entwickelt im Laufe der Herstellung solcher Erzeugnisse, in denen der Kern aus wiedergewonnenem Normalstahl-Feilicht gebildet ist, aber ist nicht notwendigerweise darauf beschränkt. Zum Beispiel kann die Erfindung auch auf Erzeugnisse anwendbar sein, die einen Kern, der aus festen Stahl, pulversiertem Eisenerz oder sogar aus anderen Metallen und Metallerzen, in denen die Probleme, die hier angesprochen werden, angetroffen werden, gebildet ist.

Beispiele solcher Erzeugnisse und Verfahren um sie zu erzeugen, sind in der Patentanmeldung #PCT/GB00/02894 des Anmelders und den verschiedenen früheren Patenten, auf die dort Bezug genommen wird, beschrieben, all deren Offenbarungen hierhinein durch Bezugnahme eingeschlossen sind. Es wird deswegen nicht als notwendig erachtet, diese Erzeugnisse und Verfahren im Einzelnen hier zu beschreiben.

Der Terminus „Maschinenbaustahl" soll jene niedriglegierten Stähle beschreiben, die normalerweise Maschinenbearbeitungen unterworfen werden, einschließlich Normalstahl (ein Terminus der selbst Kohlenstoffstahl einschließt), Schmiedestahl und Achsen- oder Wellenstahl, von denen alle beträchtliche Mengen von Kohlenstoff enthalten.

Zur Kürze und wo praktisch „wird auf rostfreien Stahl" hier als „rS" Bezug genommen.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Der Hintergrund der vorliegenden Erfindung wird im Einzelnen in der Beschreibung der Internationalen Patentanmeldung #PCT/GB94/0091 dargelegt. In dem Verfahren, das in jener Anmeldung beschrieben wird, wird ein Barren, der aus einer rS-Ummantelung, die mit Formlingen aus Normalstahl-Feilicht oder -Spänen gefüllt sind, erhitzt und in ein fertiges Erzeugnis bearbeitet, das die wünschenswerten Eigenschaften und geringen Kosten von Normalstahl hat, das aber eine rS-Umhüllung für eine wesentlich erhöhte Korrosionsbeständigkeit hat.

Grundsätzlich ist das Verfahren für viele herkömmliche lange Erzeugnisse, die durch herkömmliche Stahlwalztechniken hergestellt wurden, einschließlich glatter und gerippter Bewehrungsstäbe „Betonstahl" für Betonkonstruktionen, runde Stäbe, flache Stäbe, Winkelstäbe und U-Profilstäbe, geeignet.

Es gibt einen Markt für Betonstahl mit einer 75-100 Jahre-Lebensdauer unter stark korrosiven Bedingungen. Jedoch liegt der Kern eines rS-umhüllten Betonstabs frei, wenn er geschnitten wird. Untersuchungen haben gezeigt daß, wenn Sie freigelegt gelassen werden, diese geschnittenen Enden das Leben des Betonaufbaus vermindern könnten.

Die Techniken, die bis heute benutzt werden, um die Stangenenden abzudichten, schließen ein das Bogenschweißen der Enden mit rS-Draht (Beispiel durch das MIG- oder WIG-Verfahren) und das Schweißen von rS-Endkappen oder Scheiben auf die Stangenenden. Ein größerer Nachteil sind die Kosten und die Verfügbarkeit ausgebildeten Personals, insbesondere wenn Vor-Ort-Schweißen der geschnittenen Enden durchgeführt werden muß. Ein Doppel-rS-Schweißschicht-Vorgang ist erforderlich. Normalerweise wird ein einzelnes Ende in 5-10 Minuten geschweißt. Bei Schweißerkosten von £ 10/h und den Kosten des rS-Schweißdrahtes bei £ 0,75/Ende sind die Gesamtkosten/Ende £ 2,00.

Die Enden könnten robotgeschweißt werden. Jedoch sind die Kosten eines Robotschweißgerätes in der Größenordnung von £ 100.000 und die des Schweißdrahtes würden £ 0,75/Ende bleiben.

Aufgrund der Länge typischer Betonstähle werden die Schweißungen gewöhnlich in der waagerechten Lage durchgeführt. Im Zusammenwirken mit der dünnen rS-Umhüllung, macht dies es schwierig, eine vollkommene Schweißung zu bewirken. Gegenwärtig müssen 30 % aller Enden erneut geschweißt werden aufgrund von Pinholes. Diese sind klar ersichtlich sobald eine Stange gebeizt worden ist.

Bei einer anderen Abdichttechnik werden Hitzeschrumpf-Kunststoffkappen auf den Enden aufgebracht. Solche Kappen bilden keine wasserdichte Dichtung und sie neigen dazu, in einer Bauplatzumgebung beschädigt oder verschoben zu werden. Eine Untersuchung wurde an einer 12 Jahre alten Beton-Autostraße in New Jersey (USA), die mit rS-Betonstählen mit hitzegeschrumpften Kunststoffkappen an den Enden gebaut war, durchgeführt. Die einzige Korrosion, die bei dem Betonstahl sichtbar war, war innerhalb der Endkappen, wo der Kohlenstoffstahlkern korrodiert war.

Eine solche Technik ist durch EP-A-059 070 bekannt, wobei das Ende einer Verstärkungsstange zuerst mit einem Harz abgedichtet wird.

Der Anmelder hat versucht, die Stangenenden durch Metallspritzen abzudichten. Metallspritzen neigt dazu, porös zu sein und hat eine spröde Oberflächenanhaftung. Porosität würde zu Korrosion durch die Poren führen und daher unwirksam sein. Darüber hinaus wären metallbesprühte Enden empfänglich für Schäden durch Handhabung und vor Ort.

Normalstahl-Betonstähle wurden gewöhnlich mit einem Klebemittel so wie Epoxidharz beschichtet. Die Hauptschwäche solcher Stangen, die durch den Markt wahrgenommen wird, ist, daß die Epoxidharzbeschichtung dazu neigt, während der Handhabung beschädigt zu werden. Offensichtlich wären die Enden von rS-umhüllten Betonstählen ebenfalls anfällig für solche Beschädigung, und dies würde daher von potentiellen Verwendern als eine Schwäche wahrgenommen.

ZUSAMMENFASSUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG

Gemäß einem Gesichtpunkt der Erfindung wird ein Verfahren des Dichtens eines abgeschnittenen Endes eines länglichen Erzeugnisses, das einen Kern aus korrosionsanfälligem Metall und eine Umhüllung aus korrosionsbeständigem Metall, die an einer sich axial erstreckende äußere Fläche des Kern befestigt ist, geschaffen, wobei das Verfahren durch den angehängten Anspruch 1 bestimmt wird.

Es wird dem Fachmann klar sein, daß, in dieser Beschreibung und den Ansprüchen, der Terminus „korrosionsanfälliges Metall" ein Metall meint, das zur Korrosion neigt unter den Einsatzbedingungen, in denen das Erzeugnis benutzt werden soll, und mit einer Umhüllung aus Metall umhüllt ist, das weniger empfänglich für Korrosion unter jenen Einsatzbedingungen als das Metall, aus dem der Kern zusammengesetzt ist, ist. Gleichweise wird es klar sein, daß der Terminus „korrosionsbeständiges Metall" die entgegengesetzte Bedeutung hat.

Vorteilhafterweise wird, gemäß der Erfindung, jeglicher Raum zwischen dem geschnittenem Ende und dem Abdeckkappenelement durch Dichtmittel gefüllt.

In einer Form der Erfindung wird flüssiges Dichtmittel in das Abdeckkappenelement eingefüllt bevor das Abdeckkappenelement über dem abgeschnittenen Ende des Erzeugnisses angebracht wird. Diese Form des Dichtmittels nimmt vorteilhaft die Form eines geeigneten Harzes an, so wie Polyurethan. Das Volumen des flüssigen Dichtmittels, das so bereitgestellt ist, überschreitet vorteilhaft das Volumen des Raumes zwischen dem abgeschnittenen Ende und dem Abdeckkappenelement nachdem das Abdeckkappenelement über dem abgeschnittenen Ende angebracht worden ist, so daß, gemäß der Erfindung, das abgeschnittene Ende des Erzeugnisses einiges von dem flüssigen Dichtmittel aus dem Abdeckkappenelement verdrängt wenn das Abdeckkappenelement über dem abgeschnittenen Ende angebracht wird.

Ein Vorteil der Benutzung eines Harz-Dichtmittels ist, daß das Dichtmittel erhärtet und somit nichtflüssig wird. Ein weiterer Vorteil ist, daß viele solche Dichtmittel in der Lage sind, eine stabile Verbindung sowohl zur Umhüllung als auch zum Abdeckkappen-Element zu bilden.

In einer Form der Erfindung wird das Abdeckkappen-Element, nachdem es über dem abgeschnittenen Ende des Erzeugnisses angebracht ist, verformt, um zu veranlassen, daß das Volumen jeglichen Raumes, der durch das Abdeckkappenelement eingeschlossen wird, vermindert wird. Dies hilft, Leerräume zu beseitigen in dem Raum zwischen dem abgeschnittenen Ende und der Kappe.

Wieder in einer anderen Form der Erfindung ist in dem Abdeckkappenelement ein Dichtmittel in nichtflüssigem Zustand vorhanden, wenn das Abdeckkappenelement über dem abgeschnittenen Ende des Erzeugnisses angebracht wird, wobei die Dichtung durch Schritte geschaffen wird, die einschließen, das Dichtmittel zu veranlassen, flüssig zu werden, so daß es zwischen den Rand und den sich axial erstreckenden Bereich der Umhüllung fließt.

In einer Form der Erfindung wird das Dichtmittel flüssig gemacht, durch Schritte, die das Anlegen von Hitze einschließen, um das Dichtmittel zu veranlassen zu schmelzen, so daß es zwischen den Rand und den sich axial erstreckenden Bereich der Umhüllung fließt, und nachfolgend dem Dichtmittel zu erlauben, sich wieder zu verfestigen.

Vorteilhafterweise ist das Dichtmittel gemäß der Erfindung metallisch. Eine geeignete Löt- oder Hartlötlegierung kann für ein solches Dichtmittel benutzt werden.

In einer Form der Erfindung wird die Hitze durch ein Induktionsheizgerät angewandt.

In einer alternativen Form der Erfindung wird der Rand veranlaßt, in dichtender Berührung mit der Umhüllung zu sein durch mindestens ein Verfahren, das aus der Gruppe, die Crimpen, Stauchen, Schmieden oder Schweißen enthält, ausgewählt ist.

In einer Form der Erfindung ist das Kappenabdeckelement aus korrosionsbeständigem Metall, vorteilhafterweise rostfreiem Stahl.

Der Bereich der Erfindung erstreckt sich auf Erzeugnisse, die durch die hier beanspruchten Verfahren gebildet wurden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erörtert, in denen:

1 eine Seitenansicht, teilweise geschnitten, eines mit Rippen versehenen Baustahles ist, wobei die Abdeckkappenelemente in der Nähe seiner Enden angeordnet sind;

2 eine ähnliche Ansicht des Baustahls ist, wobei die Abdeckkappenelemente über seinen Enden angeordnet sind;

3 eine schematische Ansicht ist, die die Anordnung eines Satzes von Crimp-Formen, die in einer offenen Stellung um ein Abdeckkappenelement angeordnet sind, zeigt;

4 eine ähnliche Ansicht der Crimp-Formen in einer geschlossenen Stellung ist;

5 eine Seitenansicht einer rS-umhüllten runden Stange oder flachen Stange mit Abdeckkappenelementen, die auf ihrem Ende angebracht sind, ist;

6 eine schematische Ansicht eines Gerätes, das benutzt wird, Endkappen, die metallisches Dichtmittel enthalten, an den Enden von Betonstahl anzubringen, ist.

INS EINZELNE GEHENDE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG

Unter Bezugnahme 1 weist ein gerippter Betonstahl 10 einen Kern 12 auf, an dem eine rS-Umhüllung 14 (kleb-)verbunden ist. Die Rippen sind bei 16 gezeigt. Der Kern ist aus Normalstahl oder jeglichem anderen Grad von Maschinenbaustahl. Die Umhüllung ist aus ASTM A316, A304 oder jeglichem anderen geeigneten Grad von rostfreiem Stahl. Im vorliegendem Falle wird der Betonstahl durch das Verfahren erzeugt, das in Patentanmeldung #PCT/GB00/02894 und den früheren Patenten, auf die dort Bezug genommen wird, beschrieben ist. Jedoch sind dieses keine notwendigen Bedingungen und grundsätzlich kann die Erfindung auf Betonstahl und jegliches andere Erzeugnis der Art, auf die hier Bezug genommen wird, erzeugt durch jegliches andere Verfahren und eine Umhüllung aus korrosionsbeständigen Metall aufweist, das mit einem Kern aus korrosionsanfälligem Metall verbunden ist, angewandt werden.

Zum Zwecke der Erläuterung ist der Betonstahl 10 wie er gezeigt ist verkürzt. In der Praxis wird der Baustahl viel länger sein und wird auf seine bestimmte Länge von einem Vorrat wesentlich größerer Länge abgeschnitten. An dem abgeschnittenen Ende 13 liegt ein Bereich 18 des Kernes 12 an jeder Endfläche frei. RS-umhüllte Stäbe dieser Art werden am besten durch einen abschleifenden Schneider oder andere Einrichtungen, die Endflächen, die zur Längsachse der Stange senkrecht sind, erzeugen, zugeschnitten. Die abgeschnittenen Ende sind wünschenswerter Weise frei von Graten und Resten (flashings). Jedoch sind diese Ziele schwierig wirtschaftlich oder praktisch zu erreichen, insbesondere wenn der Schnitt vor Ort gemacht wird. Das Verfahren der Erfindung ist jedoch wohl geeignet, die abgeschnittenen Enden umhüllter Erzeugnisse unter solchen Umständen abzudichten.

Abdeckkappenelemente 20 (hiernach einfach als Kappen bezeichnet) werden über jedem abgeschnittenen Stangenende zu diesem Zweck angebracht. Jede Kappe ist tassenförmig, mit einer kreisförmigen Grundfläche 22, die integral mit einem zylindrischen Rand 24 verbunden ist. In einer Ausführungsform wird die Kappe vorteilhafterweise durch Tiefziehen einer Scheibe, die aus einem Blech rostfreien Stahls der gleichen Qualität wie die Umhüllung ausgestanzt ist, erzeugt. Die Kappe kann alternativ aus anderem geeigneten korrosionsbeständigem Metall sein, einschließlich anderer Qualitäten rostfreien Stahls, die mit dem jeweiligen Material aus denen die Umhüllung zusammengesetzt ist, verträglich sind, insbesondere im Hinblick auf das Vermeiden von galvanischer Korrosion zwischen den zwei Metallen, wenn der Betonstahl in Benutzung ist.

In dem in 1 und 2 gezeigten Beispiel wird eine vorbestimmte Menge eines flüssigen Harz-Dichtmittels, schematisch bei 26 angezeigt, in die Kappe eingesetzt, bevor man die Kappe auf dem Stangenende anbringt. Genug Dichtmittel sollte eingesetzt werden, um sicherzustellen, daß, wenn die Kappe über dem Stangenende angebracht wird, der gesamte Raum, der durch die Kappe eingeschlossen und nicht von dem Stangenende eingenommen wird, durch Dichtmittel besetzt sein sollte. Zu diesem Zweck wird es notwendig sein, einen Überschuß an Dichtmittel einzufügen, so daß davon etwas durch das Stangenende herausgequetscht wird, sobald es völlig in den Rand eingesetzt ist. Eine Menge an Dichtmittel, die ungefähr 25 % des Volumens des Inneren der Kappe entspricht, sollte ausreichend sein, wo die Stangenenden vernünftig senkrecht sind. Mehr Dichtmittel, vielleicht bis zu 50% des gleichen Volumens, können erforderlich sein, wenn die Enden unter einem Winkel abgeschnitten oder zerklüftet sind.

Es ist notwendig, daß der Rand 24 die Umhüllung völlig überlagern muß, wenn das Stangenende vollständig in die Kappe eingeführt ist, wie am linken Ende der 1 gezeigt. Die Tiefe des Randes muß dementsprechend gewählt werden. In dieser Stellung wird der Rand 24 gekrimpt oder gesickt/gestaucht gegen die Umhüllung, wie in 2 gezeigt, was die beiden gegeneinander verschließt und eine Dichtung bildet, die das Dichtmittel, wenn es noch flüssig ist, daran hindert, unter der Schwerkraft aus der Kappe zu fließen.

Der Terminus „Krimpen" bezieht sich auf ein Verfahren, in dem der Rand fest gegen die Umhüllung gedrückt wird, ohne die Umhüllung wesentlich zu deformieren. Andererseits reicht in einem „Sicken-" oder „Stauch-"-Verfahren die angewandte Kraft aus, um die Umhüllung zu verformen und vielleicht die Kappe sicherer auf der Stange zu befestigen. Der Terminus „Sicken" oder „Stauchen" (swaging) wird hiernach benutzt, um beides abzudecken. Bei dem „Stauchen"-Vorgang wird der Rand 24 nach innen verformt. Dies neigt auch dazu, einiges des flüssigen Dichtmittels zu veranlassen, herausgedrückt zu werden. Jedoch kann in dem gleichen Vorgang der Boden (Grundfläche) 22 gewölbt werden, wie bei 22' in 2 gezeigt. Dies kann einen Leerraum, der schematisch als 30 angezeigt ist, zwischen der Kappe und dem Stangenende erzeugen. Wenn er nicht entfernt wird, kann der Leerraum zu Korrosion des freiliegenden Bereiches 18 des Kerns oder einer Spaltkorrosion des rostfreien Stahles führen. Leerräume können durch Verformen des gewölbten Bereiches 22' des Bodens nach innen, während das Dichtmittel noch flüssig ist, entfernt werden. Dies kann einfach durch Schlagen des gewölbten Bereiches mit dem abgerundeten Kopf eines Hammer erreicht werden. Dies ist eine wichtige Erwägung, wenn, wie es oft geschieht, der Betonstahl vor Ort geschnitten worden ist. Der gewölbte Bereich wird somit, zumindest teilweise abgeflacht wie schematisch bei 22'' gezeigt, oder sogar nach innen gewölbt unter Beseitigung des Leerraumes.

Nach entsprechender Zeit härtet das Dichtmittel aus und klebt an den Oberflächen der Kappe und der Stange an, mit denen es in Berührung ist und wird bei dem Vorgang nichtflüssig. Das Dichtmittel verhindert die Korrosion des freiliegenden Bereiches 18 des Kernes und die Kappe dient dazu, das Dichtmittel zu schützen und sein Leben sehr wirksam zu verlängern.

Das Dichtmittel kann im Hinblick auf seine Geeignetheit in der Umgebung, in der das Enderzeugnis benutzt wird, gewählt werden. Im vorliegenden Falle, wo das Enderzeugnis ein Betonstahl zur Verwendung in einem Betonbau ist, ist das Dichtmittel nützlicherweise ein Polyurethan hoher Qualität, das gute Hafteigenschaften und ein langes Leben hat. Geeignete Eigenerzeugnisse, die zum Abdichten von Dächern benutzt werden, sind unter den Handelsnamen „Nurethane" und „Nuflex" erhältlich und haben eine garantierte Lebenszeit von 30 Jahren, wenn sie für diesen Zweck benutzt werden. Andere organische Materialien einschließlich gewisser biegsamer Epoxidharze, können auch geeignet sein. Das Dichtmittel muß gegen basische Angriffe widerstandsfähig sein, da frisch gegossener Beton einen hohen pH hat; es muß auch gegen hohe Chloridangriffe aus hinzugefügten Salzen während des Lebens des Aufbaus widerstandsfähig sein; und es muß im Zeitverlauf auch nicht verfallen oder sich ablösen, da dies den Eintritt von korrosiven Flüssigkeiten um den Kern anzugreifen erlauben würde. Verfall der Klebung war ein Problem bei den Epoxidharzbeschichtungen, die in der Vergangenheit an schwarzem Betonstahl angebracht worden sind.

Wie schon bemerkt, wird es, aufgrund der typischen Länge von Betonstählen, meistens notwendig sein, die Kappen an den Stangenenden anzubringen, wenn der Betonstahl waagerecht ist und die Kappe daher seitwärts gedreht ist, in die Stellung, die in den Zeichnungen gezeigt ist. Vorteilhaft sollte das Dichtmittel, wenn es sich noch im flüssigen Zustand befindet, hinreichend viskos sein, um sicherzustellen, daß es unter diesen Umständen nicht unter der Schwerkraft aus der Kappe fließt. Die Viskosität sollte auch derart sein, daß, wenn die Kappe gestaucht und der Boden abgeflacht wird, das Dichtmittel veranlaßt wird um das Stangenende zu fließen anstatt an dem Zwischenraum zwischen dem Rand und der Umhüllung vorbei zu entkommen, so daß jegliche Leerräume beseitigt werden.

Im vorliegenden Falle ist die Nennwandstärke der Kappe gleich 0,5 mm. Jedoch kann die Dicke gewählt werden, um zur Dicke der Verkleidung (die kann auch variieren) zu passen sowie aus Kostenerwägungen. Beispielsweise ist die Dicke der Umhüllung normalerweise ungefähr 0,5 mm für einen 13 mm bis 32 mm-Durchmesser Betonstahl. Für solche Betonstähle sollte eine Kappe mit zwischen 0,5 mm bis 1,0 mm Wanddicke für die meisten Zwecke geeignet sein.

Die Tiefe und der Durchmesser der Kappe hängen mehr vom Durchmesser des Betonstahls ab. Die Kappe paßt vorteilhaft locker über den Betonstahl, so daß sie leicht über das Stabende paßt. Die freie Kante des Randes kann aufgebördelt sein, wie bei 28 erläutert. Ferner sollte eine Zugabe für Grate und Überstände an den Stangenenden gegeben werden. Jedoch, für Betonstahl bis zu mindestens 32 mm Durchmesser neigt der Rand dazu sich nicht-gleichförmig zu verformen, wenn er gestaucht wird, wenn der Durchmesser des Randes mehr als ein gewisser Betrag größer als der des Betonstahls ist. Die Kappe kann somit nicht fest auf dem Stangenende verriegelt werden oder kann eine unvollkommene Dichtung bilden. Es gibt somit eine praktische Obergrenze für den Durchmesser des Randes. Die folgende Tabelle gibt die Größen (in mm) von Kappen, die für Stangen mit dem gezeigten Durchmesser passend gefunden wurden:

Klarerweise können geeignete Kappengrößen für Stangen jeglicher Größe gewählt werden.

Kappen der beschriebenen Art können auf den Stangenenden durch im Handel erhältliche hydraulisch betätigte Maschinen gestaucht werden, die gemeinhin zum Stauchen von Endanschlüssen an hydraulischen Schläuchen benutzt werden. Eine geeignete solche Maschine wird unter der „Hydralok"-Marke verkauft. 3 zeigt schematisch acht Stauchstempel 38 wie sie in einer Stauchmaschine dieser Art um den Rand 24 einer Kappe 20, die an der Mittenachse 40 der Anordnungen vorhanden ist, angeordnet sind.

Wie in 4 gezeigt, veranlaßt die Maschine die Stempel, sich radial nach innen zur Achse zu bewegen, wobei sie den Rand gleichförmig nach innen verformen und ihn gegen die äußere Fläche der Umhüllung des Betonstahls drängen. Sich in Längsrichtung erstreckende Rippen 42 werden bei dem Vorgang im Rand gebildet. Überschüssiges Dichtmittel kann durch diese Rippen austreten. Die Maschinen sind typischerweise in der Lage, bis zu 1,47 × 108N (50 Tonnen Kraft) anzulegen. Dies reicht aus, um eine Vertiefung in der Umhüllung zu bilden, die dazu dient, die Kappe sicher auf dem Stangenende zu verriegeln.

Maschinen dieser Art sind billig. Ein wichtiger zusätzlicher Vorteil ist, daß sie schon nicht nur in Werkstätten, sondern auch auf Baustellen benutzt werden um Betonstahl zu verbinden. Dies wird erreicht vermittels einer Stahlhülse, in die die Stabenden Ende an Ende eingesetzt werden, wobei die Maschine benutzt wird, um die Hülse an jedes Stangenende zu stauchen. In Werkstätten ist der Stauchvorgang häufig automatisiert. Jedoch auf Baustellen ist es gewöhnlicher, handbetätigte Stauchmaschinen zu finden.

Das Dichten von Betonstahlenden durch dieses Verfahren ist wirtschaftlich und schnell. Zur gegenwärtigen Zeit, zum Anbringen von Endkappen an eine Menge von 120 geschnittenen Enden von 16 mm Durchmesser Betonstahl mit Hand, sind typische Gesamtkosten pro Ende von der Größenordung £ 0,078, was sich zusammensetzt aus £ 0,013 für die rS-Endkappe, £ 0,019 für die Kosten des Dichtmittels und £ 0,046 Arbeitskosten bei £ 5,50/h. Die Arbeitskosten werden stark vermindert, wenn der Vorgang automatisiert wird. Bei einer durchschnittlichen Stangenlänge von 4 m wären die Kosten des Abdichtens der Enden einer Tonne von 16 mm Betonstahl ungefähr £ 25.

Prüfungen wurden ausgeführt an den Enden von rS-umhüllten Betonstählen die mit Endkappen wie oben beschrieben abgedichtet waren. In diesen Prüfungen wurden die mit Kappen versehen Enden in eine Säurelösung, die für rostfreien Stahl geeignet ist, für 1-2 Stunden eingetaucht. Diese Lösung wies 2,5% Flußsäure und 12% Salpetersäure auf. Die mit Kappen versehenen Enden wurden dann zyklisch in eine 8% Salzlösung eingetaucht und dann über eine Zeitspanne von 15 Tagen getrocknet. Die Prüfung sollten die Herstellungsbedingungen nachahmen, gefolgt von den erwarteten Einsatzbedingungen. Die mit Kappen versehenen Enden wurden dann geschnitten, um zu beobachten, ob der Kern durch entweder die Säure oder die Salzlösung angegriffen wurde.

In manchen Fällen wurden die gewölbten Enden der Kappen nicht abgeflacht. Obwohl Leerräume in einigen von diesen gefunden wurden, wurde kein Angriff oder Rost in irgendeinem der mit Kappen versehenen Enden, die bis heute geprüft wurden, beobachtet.

In einem alternativen Verfahren wird ein schmelzbares Metalldichtmittel verwendet statt des oben beschriebenen organischen Dichtmittels. Verschieden metallische Dichtmittel sind geeignet, darunter:

  • – bei niedriger Temperatur schmelzende Lote, die normalerweise bei 200-300°C schmelzen. Ein Beispiel eines geeigneten korrosionsbeständigen Lotes ist P40, erhältlich von Johnson Matthey. Dies ist aus 96% Sn und 4% Ag zusammengesetzt.
  • – Silberhartlötlegierungen, die bei 600-800°C schmelzen. Ein Beispiel ist Argobraze 56 oder Argobraze 49H, erhältlich von Johnson Matthey. Die Schmelztemperatur von Argobraze 56 ist 600-711°C und die Zusammensetzung ist 56% Ag, 27% Cu, 14,5% In, 2,5% Ni. Argobraze 56 ist besonders geeignet für Anwendungen rostfreien Stahls in feuchter Umgebung.
  • – Hochtemperatur Hartlötlegierungen, die bei 800-1050°C schmelzen. Ein Beispiel einer solchen hoch korrosionsbeständigen Legierung ist HTN2, ebenfalls von Johnson Matthey erhältlich, und aufweisend 82,4% Ni, 7% Cr, 3,0% Fe, 3,1% Bo, 4% Si.

Das metallische Dichtmittel kann in einer kalten Form (einschließlich Pulver-, Pellet-, Draht- oder Scheibenform) geliefert werden, die geeignet ist zum Einfügen in Kappen 50, die identisch zu den Kappen 20 sein können. Ein Betonstahl 56 mit einer darauf angebrachten Kappe 50 ist am rechten Ende der 5 erläutert, wobei das metallische Dichtmittel bei 52 gezeigt ist.

Wenn metallisches Dichtmittel benutzt wird, ist der gesamte Kappenaufsetz- und Dicht-Vorgang vorteilhafterweise mindestens teilweise automatisiert. Zu diesem Zwecke wird eine Vorrichtung, die schematisch bei 54 in 6 gezeigt ist, benutzt. In dieser Vorrichtung wird eine Stange 56 von Hand oder automatisch in eine vorbestimmte Stellung zwischen einem Paar hydraulisch betätigter Backen 60, die in einem Förderwagen 62 angebracht sind, bewegt, wobei das Stangenende gegen einen Ausrichtanschlag 64 liegt. Dies stellt sicher, daß das Stangenende im korrekten axialem Abstand von, und in axialer Ausrichtung zu, einem Stauchkopf 66, der mit einem Satz von Stauchstempeln ähnlich denen die in 3 und 4 gezeigt sind, ausgerüstet ist, angeordnet ist. Die Backen 60 werden dann betätigt um die Stange zu ergreifen und der Anschlag wird seitlich zurückgezogen und erlaubt dadurch Zugang zu dem Stangenende. Ein geeignetes Flußmittel wird an dem Stangenende angebracht, bevor eine Kappe 50, wobei die richtige Menge kalten metallischen Dichtmittels eingefügt ist, von Hand über das Stangenende angebracht wird. Der Transportwagen wird dann betätigt, um die Stange in der axialen Richtung vorzurücken, so daß das Stangenende, das die Kappe 50 trägt, in den Stauchkopf 66 eintritt. Die Stauchstempel werden betätigt, um den Rand der Kappe an die Umhüllung der Stange zu stauchen.

Der Transportkopf wird nun wiederum betätigt um die Stange 56 weiter vorzurücken, diesmal in eine Stellung, in der das Stangenende, das die gestauchte Kappe trägt, in die Spule 72 eines herkömmlichen Induktionsheizgerätes eintritt. Dies ermöglicht, daß das Dichtmittel bis zum Schmelzpunkt in Sekundenschnelle erhitzt wird. Das geschmolzene Dichtmittel ist flüssig und wandert zu der Trennfläche zwischen dem Rand und der Umhüllung. Zur gleichen Zeit wird ein gewölbter Kopf 74 axial zum Stangenende vorbewegt. Der Kopf 74 wirkt auf den gewölbten Boden der Kappe und flacht ihn ab, um Leerräume 76 in dem Raum zwischen dem Stangenende und der Kappe zu entfernen.

Eine Dichtung wird an der Trennfläche gebildet, wenn das Dichtmittel abkühlt und sich verfestigt. Der Transportkopf zieht den Betonstahl zurück und gibt ihn frei und ermöglicht dadurch, daß der Betonstahl von Hand aus dem Gerät 54 entfernt werden kann. Weil die Kappe fest auf dem Betonstahl verriegelt ist, ist es nicht notwendig zu warten, bis das Dichtmittel sich verfestigt.

Viele Eigenflußmittel sind erhältlich. Beispiele sind Tenacity 5 und Mattiflux 100, die von Johnson Matthey erhältlich sind. Alternativ kann Ammoniumchlorid entweder allein oder mit Aluminium gemischt, beide in Pulverform, als Flußmittel verwendet werden. Ein Vorteil des letzteren ist eine verminderte Möglichkeit des Auftretens von Einschlüssen, die durch das Flußmittel erzeugt werden, wenn es schmilzt.

Das Verwenden eines Metalldichtmittels ist wahrscheinlich teurer und schwieriger vor Ort anzuwenden als ein organisches Dichtmittel.

Nur in Pulverform ist das rohe metallische Dichtmittel bis zu einem gewissen Ausmaß fließfähig, bevor es erhitzt wird. Selbst in Pulverform fließt das kalte Dichtmittel nicht so bereitwillig wie ein flüssiges Dichtmittel. Folglich müssen Leerräume 76 erwartet werden, nachdem der Rand gestaucht wurde. Jedoch, vorausgesetzt, daß die Endfläche der Stange hinreichend senkrecht ist, werden solche Leerräume entfernt, wenn das gewölbte Ende der Kappe abgeflacht wird, wie oben beschrieben und erläutert am linken Ende des Betonstahls in 5. Wenn die Endfläche zackig oder nicht hinreichend senkrecht ist, kann es nötig sein, die Menge an rohem Dichtmittel, die in die Kappe eingesetzt wird zu erhöhen und, als Folge, eine Kappe mit erhöhter Tiefe vorzusehen.

Wenn eine Kappe mit metallischem Dichtmittel auf das abgeschnittene Ende eines Betonstahls vor Ort angewendet wird, kann die Kappe durch eine handbetätigte Maschine wie oben beschrieben gestaucht werden, und das Dichtmittel zum Schmelzpunkt durch eine Sauerstoffazetylen oder andere geeignete Gasheizausrüstung erhitzt werden. Solche Ausrüstung ist leicht erhältlich und wird jedenfalls auf beinahe allen Bauplätzen benutzt. Wie vorher kann das gewölbte Ende der Kappe abgeflacht werden, in dem man es mit einem Hammer schlägt.

Bevor die Kappe angepaßt wird, ist die metallische Kappe eine lockere Passung über dem Ende des Betonstahls.

Die Verfahren des Abdichtens der Stangenenden haben verschiedene Vorteile zusätzlich zu den schon erwähnten:

  • – Sie sind billig. Einige Pence Kosten pro Stangenenden werden zu beträchtlichen Kosten pro Tonne und könnten die Kosten eines eingehüllten Betonstahls denen eines massiven rS-Betonstahls annähern. Typischerweise für 4m Länge eines 16 mm Betonstahls gibt es 320 Enden pro Tonne.
  • – Die Kappen sind schnell und einfach anzubringen. Bei einem Herstellungsprozeß ist der Vorgang leicht zu automatisieren. Vor Ort kann der Vorgang durch ungelerntes Personal ausgeführt werden.
  • – Die Kappen können nicht leicht beschädigt oder entfernt werden. Dies ist so ob aufgrund der Handhabung während des Transportes oder vor Ort, während des Anpassens und des Einsetzens in den Aufbau; oder während des Gießens und des Rüttelns des Betons.
  • – Es wird erwartet, daß die Endabdichtungen die gleiche Nutzlebensdauer wie rS-umhüllter Betonstahl haben.


Anspruch[de]
Ein Verfahren des Abdichtens eines abgeschnittenen Endes (13) eines länglichen Erzeugnisses (10, 56), das einen Kern (12) korrosionsanfälligen Metalls und eine Umhüllung (14) aus korrosionsbeständigen Metalls verbunden mit einer sich axial erstreckenden äußeren Fläche des Kerns aufweist, wobei das Verfahren DADURCH GEKENNZEICHNET ist, daß es die Schritte aufweist des Lieferns eines Abdeckkappenelementes (20, 50), das aus korrosionsbeständigem Metall ist und das so geformt ist, daß das Abdeckkappenelement an dem abgeschnittenen Ende des Erzeugnisses angebracht werden kann, wobei ein freiliegender Bereich (18) des Kerns durch das abdeckende Element eingeschlossen wird und ein Rand (24) des Abdeckkappenelementes einen Bereich der Umhüllung benachbart dem freiliegendem Bereich des Kerns überlagert, und Veranlassen, daß eine Dichtung zwischen dem Rand und der Umhüllung vorhanden ist, durch Schritte, die aufweisen das Einsetzen eines Dichtmittels (26, 52) in dem abdeckenden Element und Crimpen oder Stauchen des Randes so, daß er in dichtender Berührung mit der Umhüllung ist, wobei jeglicher Raum zwischen dem abgeschnittenen Ende und dem Abdeckkappenelement und zwischen dem Rand und der Umhüllung durch Dichtmittel gefüllt ist. Ein Verfahren nach Anspruch 1, DADURCH GEKENNZEICHNET, DASS das Abdeckkappenelement verformt (22'') wird, nachdem es über dem geschnittenen Ende angebracht ist, um zu veranlassen, daß das Volumen jeglichen Raumes, der durch das Abdeckkappenelement umschlossen wird, vermindert wird. Ein Verfahren nach Anspruch 1, DADURCH GEKENNZEICHNET, DASS Dichtmittel (52) in einem nichtflüssigen Zustand in dem Abdeckkappenelement vorhanden ist, wenn das Abdeckkappenelement (50) über dem abgeschnittenen Ende angebracht wird, wobei die Dichtung durch Schritte erzeugt wird, die aufweisen, das Dichtmittel zu veranlassen flüssig zu werden, so daß es zwischen den Rand und die Umhüllung fließt. Ein Verfahren nach Anspruch 3, DADURCH GEKENNZEICHNET, daß es die Schritte des Anwendens von Hitze, um das Dichtmittel zu veranlassen zu schmelzen, so daß es zwischen den Rand und die Umhüllung fließt, und nachfolgend dem Dichtmittel zu erlauben sich wieder zu verfestigen, aufweist. Ein Verfahren nach Anspruch 4, DADURCH GEKENNZEICHNET, DASS das Dichtmittel metallisch ist. Ein Verfahren nach Anspruch 5, DADURCH GEKENNZEICHNET, DASS die Hitze durch eine Induktionsheizvorrichtung (72) angelegt wird. Ein Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1-6, in dem der Kern aus Maschinenbaustahl und die Umhüllung aus rostfreiem Stahl ist. Ein Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1-7, in dem das Abdeckkappenelement aus korrosionsbeständigem Material ist. Ein Verfahren nach Anspruch 8, in dem das Abdeckkappenelement aus rostfreiem Stahl ist.






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