DE19627347A1

DE19627347A1 - Stahlfaser und Verfahren zur Herstellung von Stahlfasern

Info

Publication number: DE19627347A1
Application number: DE19627347A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Kaemerett; Ferdinand Dietz
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1995-12-08
Filing date: 1996-07-01
Publication date: 1997-06-12

Description

Die Erfindung betrifft eine Stahlfaser zur Verstärkung gießbarer aushärtender Werkstoffe gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung solcher Stahlfasern.

Zur Erhöhung der Festigkeitseigenschaften gießbarer aushärtender Werkstoffe wie etwa Beton oder Kunstharze werden vielfach Armierungen aus anderen Werkstoffen in den aushärtenden Werkstoff eingebracht. Im Regelfall soll insbesondere die Zugfestigkeit des auf diese Weise gebildeten Verbundwerkstoffs erhöht werden. Allgemein üblich bei der Verarbeitung von Beton ist die Einbringung von draht- oder stabförmigem Moniereisen. Für bestimmte Anwendungsfälle (z. B. Herstellung von Böden von Produktionshallen oder Auskleidung eines Tunnels mit Spritzbeton) wird der Armierungswerkstoff auch in Form relativ kleinteiliger Fasern zugegeben. Diese Fasern haben beispielsweise eine Länge im Bereich von 20 bis 60 mm und eine Dicke in der Größenordnung von 0,5 bis 2 mm. Als Werkstoffe für die Fasern werden üblicherweise Stahlwerkstoffe eingesetzt. Es ist aber auch bekannt, beispielsweise Kunststoffasern zu verwenden. Wesentlich für die Qualität des gebildeten Verbundwerkstoffs ist eine wirksame Verklammerung des Fasermaterials in der Matrix des Grundwerkstoffs. Da die Zugfestigkeit des Verbundwerkstoffs erhöht werden soll, ist es entscheidend, daß der Widerstand gegen ein Herausziehen der Fasern aus dem Matrixwerkstoff möglichst hoch ist. Hierzu ist es bekannt, beispielsweise Stahlfasern mit einer möglichst günstigen äußeren Form zu gestalten, d. h. ihnen eine von der glattzylindrischen oder prismatischen Form abweichende Gestalt zu verleihen.

Aus der EP 0 098 825 B1 sind verschiedene Formen von Stahlfasern bekannt, die jeweils aus drahtförmigem Einsatzmaterial hergestellt werden können. Vorzugsweise wird solchen Fasern an ihren Enden eine von der glattzylindrischen Form abweichende Form durch Abknicken oder Anstauchen der Enden gegeben. Diese Verformungen können auch über die gesamte Länge der Stahlfasern ausgeführt werden. Aus dieser Schrift ist auch eine etwa sinusförmig gewellte Form einer Stahlfaser bekannt.

In der EP 0 130 191 B1 wird eine derartig regelmäßig gewellte Stahlfaser, die offensichtlich aus einem runden Draht hergestellt wird, im einzelnen näher beschrieben. Das verwendete Material soll eine Bruchspannung innerhalb des Bereichs von 1079 bis 1472 N/mm² haben. Der Faserdurchmesser soll maximal 1,2 mm betragen. In Abhängigkeit dieses Faserdurchmessers d ist festgelegt, daß die Amplitude der Wellung der Faserlängsachse 1 bis 1,5 d, die Wellenlänge mindestens 7 d und höchstens 10 d beträgt bei einer Faserlänge im Bereich von 45 bis 65 d.

Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine neuartige Stahlfaser mit gewellter Außenform entsprechend dem Gattungsbegriff vorzuschlagen, die einen besonders hohen Widerstand gegen ein Ausziehen aus dem Matrixwerkstoff gewährleistet.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Faser sind durch die Merkmale der Unteransprüche 2 bis 15 näher gekennzeichnet. Ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Fasern weist die Merkmale des Patentanspruchs 15 auf und ist durch die Merkmale der Unteransprüche 16 bis 28 in vorteilhafterweise ausgestaltbar.

Im Unterschied zu den bekannten Stahlfasern mit gewellter Form sind die Längskantenbereiche bei der erfindungsgemäßen Faser nicht sinusförmig oder als etwa kreisbogenförmige Wellen ausgebildet, sondern sind im wesentlichen als Polygonzug zusammengesetzt. Die Stahlfasern sind nicht aus einem drahtförmigen Vormaterial gebildet, sondern sind aus einem Blechmaterial geschnitten, wobei die beiden Längskanten der Stahlfasern jeweils eine gewellte, zueinander kongruente Form aufweisen. Wesentliches Kennzeichen ist es, daß zwischen den beiden wellenförmigen Schnittkanten (Längskanten), die zueinander um die Breite b parallel verschoben sind, über die gesamte Faserlänge l ein durchgehender Materialstreifen der Breite d besteht. Insofern kann die Form der Stahlfaser auch als in der Grundform rechteckig beschrieben werden, wobei an den Längskanten jeweils Materialausbuchtungen vorgesehen sind. In Richtung der Längsachse sind die Materialausbuchtungen der einen Längskante jeweils gegenüber derjenigen der anderen Längskante versetzt angeordnet, so daß sich nach außen ein insgesamt wellenförmiges Erscheinungsbild ergibt. Vorzugsweise sind die Materialausbuchtungen dreieckförmig (insbesondere als gleichschenklige Dreiecke ausgebildet); sie können aber beispielsweise auch trapezförmig, rechteckig oder in anderer Weise polygonförmig gestaltet sein. Vorzugsweise sind die Materialausbuchtungen in regelmäßigen Abständen angeordnet und von gleicher Größe. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich.

Als weiteres besonders bevorzugtes Kennzeichen ist hervorzuheben, daß die gewellte Form sich nicht über die gesamte Faserlänge erstreckt, sondern auf einen Mittelteil beschränkt ist, während die beiden Enden geradlinig, also ohne Wellung auslaufen.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Stahlfaser zusätzlich zu der in der Blechebene des Vormaterials liegenden wellenartigen Form auch eine Welligkeit quer zur Blechebene auf. Hierdurch ergibt sich eine besonders gute Verankerung der Stahlfaser in der Betonmatrix.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren, die sich auf Beispiele für erfindungsgemäße Stahlfasern und mögliche Ausführungen von Anlagen zur Herstellung der Fasern beziehen, näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Stahlfaser,

Fig. 2 mögliche Ausführungsformen erfindungsgemäßer Stahlfasern mit Dreieckwellenform in realer Größe,

Fig. 3 schematische Darstellungen von Stahlfasern mit trapez- bzw. rechteckförmiger Wellung,

Fig. 4 eine Stahlfaser mit zusätzlicher Welligkeit quer zur Blechebene in verschiedenen schematischen Ansichten,

Fig. 5 eine Seitenansicht einer Gesamtanlage zur Herstellung erfindungsgemäßer Fasern,

Fig. 6 eine Seitenansicht einer Zerkleinerungseinrichtung,

Fig. 7 eine Draufsicht auf einen Vormaterialblechstreifen und ein erfindungsgemäß ausgebildetes Scherwerkzeug,

Fig. 8 eine Draufsicht auf einen Vormaterialblechstreifen und ein erfindungsgemäß ausgebildetes Scherwerkzeug in verdrehter Stellung zueinander,

Fig. 9 eine Draufsicht auf einen breiten Vormaterialblechstreifen und ein Mehrfach-Scherwerkzeug,

Fig. 10 zwei Seitenansichten eines als Planscheibe ausgebildeten Mehrfach-Scherwerkzeugs,

Fig. 11 zwei Seitenansichten eines als Messerwalze ausgebildeten Mehrfach-Scherwerkzeugs,

Fig. 12 zwei Seitenansichten eines umlaufenden Mehrfach-Scherwerkzeugs,

Fig. 13 eine Seitenansicht einer Zerkleinerungseinrichtung mit Blechstapelhubtisch zur Materialzuführung und

Fig. 14 eine Zerkleinerungseinrichtung mit Blechtafelzufuhr von oben.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Stahlfaser weist im wesentlichen eine gewellte Form auf, die aus gleichschenkligen Dreiecken zusammengesetzt ist. Lediglich die beiden Endbereiche w der Stahlfaser sind gerade ausgeführt. Die beiden Längskanten der Stahlfaser sind zueinander kongruent und sind im geometrischen Sinn durch Parallelverschiebung um die Breite b auseinander hervorgegangen. Die Dreieckwellenform der Längskanten ist im Verhältnis zur Breite b der Parallelverschiebung der Längskanten so flach ausgebildet, daß entlang der Längsachse der Stahlfaser ein durchgehender rechteckiger Materialstreifen der Breite d besteht, der für die Zugbelastbarkeit der Stahlfaser in Längsrichtung bestimmend ist. An diesem Materialstreifen sind entlang der Längsachse die dreieckförmigen Materialausbuchtungen angeordnet, die der Stahlfaser insgesamt ein dreieckwellenförmiges Aussehen geben.

Die beiden zweckmäßig parallel, insbesondere koaxial zur Längsachse auslaufenden geraden Enden w der Stahlfaser sollten eine Länge aufweisen, die im Bereich von 3 bis 20%, vorzugsweise 8 bis 15% und besonders bevorzugt bei etwa 10% der Faserlänge l liegt, wie dies in Fig. 1 angedeutet ist. Damit ist sichergestellt, daß der überwiegende Teil der Faserlänge l eine gewellte Form aufweist. Es empfiehlt sich, die geraden Enden der Faser parallel, insbesondere koaxial zur Längsachse der Faser verlaufen zu lassen. Dies bringt Vorteile bei der Dosierung und Zumischung der Stahlfasern zum jeweils eingesetzten Matrixwerkstoff und im Hinblick auf die Vermeidung von Spannungsspitzen beim Schrumpfen des Matrixwerkstoffs mit sich. Die Breite b zwischen den beiden kongruenten parallelverschobenen gewellten Längskanten liegt zweckmäßig im Bereich von 0,3 bis 2,5 mm. Die Wellenlänge λ der Wellung beträgt vorteilhaft etwa das 2 bis 10-Fache der Breite b. Damit ein schmaler durchgehender rechteckiger Materialstreifen zwischen den gewellten Längskanten bestehen bleibt, muß die Amplitude a der Wellung (gemessen von der Faserlängsachse) kleiner sein als die Breite b der Parallelverschiebung der beiden Längskanten. Vorzugsweise liegt die Amplitude a im Bereich des 0,6- bis 0,9-Fachen, insbesondere des 0,7- bis 0,8-fachen der Breite b. Zweckmäßigerweise wird die Breite b der Parallelverschiebung zwischen den Längskanten im Verhältnis zur Amplitude a so gewählt, daß die Breite d des verbleibenden durchgehenden Materialstreifens der Stahlfaser in einer Größenordnung bis zur Dicke D des zur Herstellung eingesetzten Blechstreifens liegt. Die Faserlänge l liegt zweckmäßig im Bereich des 25- bis 65- Fachen der Breite d des durchgehenden Materialstreifens. Im Falle der Dreieckwellenform, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, sollte der Spitzenwinkel α der Dreieckwelle zwischen 90° und 150°, insbesondere zwischen 110° und 135° betragen. Im Bereich der Wellenberge (Dreieckspitzen) und Wellentäler können die Wellen mit gerundeten Ecken ausgeführt sein. Hierdurch läßt sich das Entstehen von Spannungsspitzen im Matrixwerkstoff beim Einsatz der erfindungsgemäßen Stahlfasern vermindern. Zu diesem Zweck empfiehlt es sich darüber hinaus auch, die schmalen Endkanten der geraden Enden w schräg zur Längskante abzuschneiden.

In Fig. 2 sind in realistischer Größe Beispiele für drei verschieden große Stahlfasern dargestellt, die jeweils durch ihre Dreieckwellenform gekennzeichnet sind. Hiervon unterscheiden sich die beiden in Fig. 3 schematisch wiedergegebenen Stahlfasern dadurch, daß ihre Wellen nicht dreieckförmig sondern trapez- bzw. rechteckförmig ausgebildet sind. Im Prinzip führt dies aber gleichfalls zu einer Faser, die einen im Bereich ihrer Längsachse verlaufenden durchgehenden rechteckigen Materialstreifen aufweist, der an den Längskanten mit Materialausbuchtungen versehen ist, die entsprechend der Wellenform als Dreiecke, Trapeze bzw. Rechtecke ausgebildet sind und eine sichere Verankerung im Matrixwerkstoff (z. B. Beton) gegen ein Herausziehen der Stahlfasern gewährleisten.

Eine Stahlfaser, die eine besonders gute Verankerung im Beton gewährleistet, ist in Fig. 4 in drei verschiedenen Ansichten dargestellt. Fig. 4a zeigt die Stahlfaser, die in ihrem Mittelteil dreieckwellenförmig ausgebildet ist, in einer Draufsicht (auf die Blechebene des Vormaterials). In Fig. 4b ist dieselbe Stahlfaser in einer um 90° gedrehten Ansicht dargestellt, also mit Blickrichtung in die schmale Stirnseite des Blechvormaterials. Man erkennt deutlich die zusätzliche Welligkeit quer zur Blechebene. Fig. 4c zeigt dieselbe Stahlfaser in einer perspektivischen Ansicht.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Stahlfaser erfolgt durch Ausstanzen oder allgemeiner gesagt durch Abscheren entsprechender gewellter Materialstreifen aus einem blechförmigen Vormaterial.

Ein wesentlicher Vorteil dieser Art der Herstellung ist darin zu sehen, daß es durch die eintretenden Materialverformungen zu einer deutlichen Kaltverfestigung kommt, die die Zugfestigkeit des eingesetzten Vormaterials um mindestens etwa 10% erhöht.

Für die Herstellung der Stahlfasern durch Abscheren lassen sich eine Vielzahl unterschiedlicher Verfahrensvarianten anwenden, von denen nachfolgend anhand entsprechender Vorrichtungszeichnungen einige erläutert werden sollen. Gemeinsam ist all diesen Verfahren, daß die Stahlfasern jeweils durch Abscheren unter Verwendung von zwei zusammenwirkenden Scherwerkzeugen aus einem blechförmigen Vormaterial erzeugt werden. Dabei weisen die Schneidkanten der beiden Werkzeuge in ihrem Mittelteil eine Kontur in Dreieckwellenform auf, wie sie der Darstellung in Fig. 1 entspricht. Die gewünschte Faserdicke wird dabei zum einen durch die Dicke des jeweils eingesetzten Blechs und zum anderen durch die Wahl des zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schervorgängen eingestellten Blechvorschubs bestimmt (Breite b der Parallelverschiebung).

Um Stahlfasern herzustellen, die zusätzlich zu der in der Blechebene des Vormaterials liegenden Welligkeit auch eine Welligkeit quer zur Blechebene aufweisen, werden zusammenwirkende Schneidwerkzeuge eingesetzt, von denen mindestens eines eine Schneidkante besitzt, die in Schneidrichtung, also quer zur Blechebene eine entsprechende wellige Form aufweist.

In Fig. 5 ist in einer Seitenansicht eine Gesamtanlage zur Herstellung von Stahlfasern dargestellt. Kern der Anlage ist eine Zerkleinerungseinrichtung 1, die eine mit Scherwerkzeugen ausgerüstete Exzenterstanze 3 aufweist. Als Vormaterial wird hierbei ein Stahlband 7 eingesetzt, das über eine Haspel 4 von einem entsprechenden Coil abgewickelt und über eine Zuführeinrichtung 2, die als Treibrollenpaar ausgebildet ist, der Exzenterstanze 3 zugeführt wird. Bei Bedarf kann an dieser Stelle auch ein Richtapparat angeordnet sein, der die Ebenheit des einlaufenden Vormaterials herstellt. Die erzeugten Stahlfasern fallen unten aus der Exzenterstanze 3 heraus und gelangen über eine Rutsche 5 zur Verpackung in einen Sack 6. In Fig. 6 ist eine solche Exzenterstanze 3 in vergrößerter Form näher dargestellt. Anstelle eines bandförmigen Blechs wird dort als Vormaterial eine Blechtafel 8 eingesetzt. Die Zuführung erfolgt wiederum durch ein Treibrollenpaar 2. In der Darstellung ist erkennbar, daß die Erzeugung der Stahlfasern nicht mit einem Einzelwerkzeug, sondern über zwei hintereinander geschaltete Scherwerkzeuge 9 vorgenommen wird, die im Sinne von Patrizen mit einem entsprechenden Paar matrizenförmiger Scherwerkzeuge 10 zusammenwirken. Zum Abpacken der erzeugten Stahlfasern ist hier ein Container 11 vorgesehen.

Das Einwirken der Scherwerkzeuge 9 auf das blechförmige Vormaterial 7 läßt sich in den Fig. 7 bis 9 in unterschiedlicher Form sehr gut erkennen. In Fig. 7 kommt ein Stahlblechstreifen 7 zum Einsatz, dessen Breite genau mit der zu erzeugenden Länge der Stahlfaser übereinstimmt. Durch den eingezeichneten Pfeil ist die Vorschubrichtung angedeutet. Aus darstellerischen Gründen ist in Fig. 7 der Blechstreifen 7 in einer von der Schneidkante des Scherwerkzeugs 9 entgegen der Vorschubrichtung zurückgezogenen Position dargestellt worden. Das Abscheren der einzelnen Stahlfasern erfolgt in an sich bekannter Weise dadurch, daß der Blechstreifen 7 um die Breite des gewünschten Vorschubs (Breite der Parallelverschiebung b) über die Schneidkante des feststehenden Scherwerkzeugs hinausgeschoben wird und dann das in einem reversierenden Hubbetrieb bewegte Scherwerkzeug 9 durch die Blechebene nach unten an der Schneidkante des feststehenden Scherwerkzeugs vorbei hindurchgedrückt wird, so daß ein schmaler gewellter Blechstreifen nach unten aus der Maschine herausfällt. Anstelle einer geradlinigen Hubbewegung lassen sich für den Schervorgang auch andere Bewegungsformen einsetzen, wie nachfolgend noch erläutert wird.

In Fig. 8 ist eine gegenüber Fig. 7 leicht abgewandelte Form der Faserherstellung angedeutet. Diese unterscheidet sich lediglich dadurch, daß die Längsachse des Scherwerkzeugs 9 nicht senkrecht, sondern in einem schrägen Winkel zur Vorschubrichtung eingestellt ist. Bei dieser Vorgehensweise ergeben sich mehrere Vorteile. Zum einen kann die der Länge des Werkzeugs 9 entsprechende Stahlfaser auch aus Stahlbändern oder Stahlstreifen hergestellt werden, deren Breite kleiner ist als die gewünschte Faserlänge. Durch entsprechend starke Schrägstellung läßt sich eine gewünschte Faserlänge aus nahezu beliebig schmalen Streifen erzeugen. Zum anderen ergibt sich bei dieser Vorgehensweise automatisch eine Abschrägung an den Stirnseiten der geraden Enden, die dem Schrägstellungswinkel entspricht. Dies hat, wie bereits erwähnt, Vorteile im Hinblick auf die Vermeidung von Spannungsspitzen im Matrixwerkstoff.

In Fig. 9 ist die Anwendung eines Mehrfachwerkzeugs dargestellt, wobei in einem Halteblock 12 eine Vielzahl von einzelnen Scherwerkzeugen 9 befestigt sind. Dadurch können bei einem einzigen Arbeitshub der entsprechenden Maschine eine Vielzahl von Stahlfasern gleichzeitig erzeugt werden. Im dargestellten Fall sind insgesamt zwei Reihen von Scherwerkzeugen 9 hintereinander vorgesehen, wobei die Scherwerkzeuge entsprechend der Faserlänge zueinander versetzt angeordnet sind. Durch die Schrägstellung der einzelnen Scherwerkzeuge 9 ergeben sich wiederum Stahlfasern mit abgeschrägten Enden. Die Summe der Längen der mit einem Schervorgang nebeneinander erzeugten Stahlfasern ist dabei größer als die Breite des als Vormaterial zugeführten Blechs.

In Fig. 10 ist eine andere Form eines Mehrfachwerkzeugs in zwei Ansichten dargestellt. Werkzeugträger ist hierbei eine Planscheibe 13, die mit einer Vielzahl von Scherwerkzeugen 9 bestückt ist, deren Schneidkante jeweils radial ausgerichtet ist. Im dargestellten Beispiel sind über den Umfang verteilt auf zwei verschiedenen Radien zwei "Reihen" von Scherwerkzeugen 9 auf der Planscheibe 13 befestigt. In ihrer Winkelstellung sind die beiden Werkzeugreihen gegeneinander versetzt. Grundsätzlich wäre es auch möglich, auf eine solche versetzte Winkelanordnung zu verzichten. Im Hinblick auf eine gleichmäßige Ausnutzung der Antriebsleistung der Maschine empfiehlt sich jedoch die dargestellte Ausführungsform. Die Drehachse der Planscheibe steht senkrecht zur Schneidkante der jeweiligen Scherwerkzeuge, die in ihrer Schneidbewegung auf einer kreisförmigen Bahn geführt werden. Die Schneidwerkzeuge 9 wirken gegen ein nicht dargestelltes feststehendes zweites Scherwerkzeug, das als Messerbalken ausgebildet ist und in seiner Länge sich über die Breite von etwa zwei Scherwerkzeugen 9 erstreckt.

Ein solcher Messerbalken als feststehendes Scherwerkzeug kommt auch in der Ausführungsform der Fig. 11 zum Einsatz, bei der die einzelnen Scherwerkzeuge 9 ebenfalls kreisförmige Bewegungen ausführen. In diesem Fall sind die Scherwerkzeuge 9 jedoch nicht auf einer Planscheibe, sondern an der Mantelfläche eines scheibenförmigen oder walzenförmigen Trägers angeordnet, der als Messerwalze 14 zu bezeichnen ist. Die Drehachse der kreisförmig bewegten Scherwerkzeuge 9 steht hierbei also parallel zur Längsachse der abzuscherenden Stahlfasern also zur Längsrichtung der Schneidkanten. Ebenso wie in Fig. 10 kann auch bei der Ausführungsform der Fig. 11 eine schräge Zuführung des Vormaterials erfolgen.

Eine weitere Version für die Herstellung der erfindungsgemäßen Stahlfasern ist in Fig. 12 dargestellt. Hierbei wird wiederum eine Vielzahl von reihenförmig nebeneinander und hintereinander angeordneten Schneidwerkzeugen 9 eingesetzt, die eine umlaufende Bewegung ausführen. Träger der Scherwerkzeuge ist hierbei jedoch ein im wesentlichen bandförmig ausgebildetes Bauteil, beispielsweise eine umlaufende Kette oder ein Zahnriemen 15, der über die beiden Riemenscheiben 17 umgelenkt wird. Auch hierbei kommt wiederum ein feststehendes zweites Scherwerkzeug zum Einsatz, das als Messerbalken 16 angedeutet ist. Dieser Messerbalken sollte zweckmäßigerweise in Höhe der Drehachse einer der beiden Riemenscheiben 17 angeordnet werden, um ein Ausweichen des jeweils zum Eingriff kommenden Scherwerkzeugs 9 beim Schervorgang zu vermeiden.

In den beiden Fig. 13 und 14 sind weitere Varianten für eine Anlage zur Erzeugung der erfindungsgemäßen Stahlfasern als Prinzipbilder dargestellt. Der Abschervorgang wird jeweils durch eine Exzenterstanze vorgenommen, wie sie in Fig. 6 bzw. 5 bereits dargestellt wurde. Die Blechzuführung, die in beiden Fällen vollautomatisch von einem Blechstapel aus erfolgt, wird in Fig. 13 durch eine z. B. pneumatisch oder hydraulisch angetriebene Blechtafelzuführeinrichtung 19 vorgenommen. Die jeweils oberste Blechtafel 8 wird über einen Blechstapelhubtisch 18, der z. B. hydraulisch oder mittels eines elektromotorisch angetriebenen Spindeltriebs bewegt werden kann, in die Zuführposition gebracht. Im Unterschied hierzu erfolgt die Blechtafelzuführung im Beispiel der Fig. 14 von oben. Das Einschieben der einzelnen Blechtafeln 8 in die Zerkleinerungseinrichtung 1 wird hierbei durch einen Mitnehmer der Blechstapelzuführeinrichtung 20 bewirkt, die durch eine elektromotorisch angetriebene Zugspindel 21 in Vorschubrichtung verfahrbar ist und auch den Vorschub zwischen den Abscherhüben der Exzenterstanze 3 ausführt. In den Fällen der Fig. 5, 6 und 13 kann der Vorschub durch den entsprechend intermittierenden Antrieb des Treibrollenpaars der Zuführeinrichtung 2 bewirkt werden. Um das Vereinzeln der Blechtafeln 8 zu gewährleisten kann beispielsweise vorgesehen sein, daß der Blechstapel auf in Vorschubrichtung ausgerichteten Längsträgern ruht und die Höhe des Mitnehmers der Blechtafelzuführeinrichtung 20 so eingestellt ist, daß nur die rechte Kante der untersten Blechtafel 8 erfaßt wird. Die darüberliegenden Blechtafeln können durch eine an der linken Seite des Blechstapels angeordnete Rückhalteleiste zurückgehalten werden, so daß nur ein Nachrutschen der darüberliegenden Blechtafeln nach dem Ausschieben der untersten Blechtafel 8 erfolgen kann. Selbstverständlich sind auch andere Arten der Blechzuführung, wie etwa die Zuführung von Hand, möglich. Im Hinblick auf die Durchführung des Schervorgangs zur Erzeugung der einzelnen Stahlfasern ist noch darauf hinzuweisen, daß hierfür grundsätzlich auch eine Einrichtung verwendet werden kann, bei der die beiden zusammenwirkenden Scherwerkzeuge jeweils zahnradähnlich ausgebildet sind und während des Schervorgangs miteinander kämmen. Diese Variante ist bildlich nicht dargestellt. Hierbei ist die Faserdicke d unmittelbar durch die Zahngeometrie des Scherwerkzeugs festgelegt. Bei allen anderen Varianten kann die Faserdicke d durch die entsprechende Einstellung des Vorschubs bei der Blechzuführung unmittelbar beeinflußt werden; lediglich die Faserlänge ist durch das jeweilige Scherwerkzeug vorgegeben.

Mit der vorliegenden Erfindung wird eine neuartig geformte Stahlfaser zur Verfügung gestellt, die im Hinblick auf ihr Ausziehverhalten aus dem Matrixwerkstoff sehr gute Ergebnisse zeigt und die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in einer leistungsfähigen und kostengünstigen Weise herstellbar ist. Das Ausziehverhalten läßt sich in besonderer Weise noch durch Maßnahmen verbessern, die zu einer rauhen, haftungsverbessernden Oberfläche der Stahlfasern führen. Diese Maßnahmen, die z. B. als Beizen, Phosphatieren oder Sand- oder Stahlstrahlen ausgeführt werden, können entweder am Vormaterial oder an den abgescherten Stahlfasern erfolgen.

Claims

1. Stahlfaser zur Verstärkung gießbarer aushärtender Werkstoffe, insbesondere Beton, die sich im wesentlichen entlang einer Längsachse erstreckt und Längskanten aufweist, die von der geradlinigen Form abweichen, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlfaser aus einem schmalen gleichmäßig dicken Blechstreifen (Blechdicke D) gebildet ist, dessen Längskanten als Schnittkanten in der Blechebene gesehen jeweils eine kongruente, parallel zueinander verschobene wellenartige Form aufweisen, die im wesentlichen als Polygonzug zusammengesetzt ist, wobei die Breite der Parallelverschiebung b so groß ist, daß in der Blechebene zwischen den wellenartigen Längskanten über die gesamte Faserlänge l ein durchgehender rechteckiger Materialstreifen (Breite d) besteht.

2. Stahlfaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Enden der Stahlfaser geradlinig auslaufen.

3. Stahlfaser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge w der geraden Enden im Bereich von 3 bis 20%, vorzugsweise 8 bis 15% und besonders bevorzugt bei 10% der Faserlänge liegt.

4. Stahlfaser nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die geraden Enden parallel, insbesondere koaxial zur Längsachse verlaufen.

5. Stahlfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundform der Wellen jeweils einem Dreieck, insbesondere einem gleichschenkligen Dreieck entspricht.

6. Stahlfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundform der Wellen jeweils trapezförmig ist.

7. Stahlfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundform der Wellen jeweils rechteckig ist.

8. Stahlfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite d des durchgehenden Materialstreifens kleiner oder gleich groß ist wie die Dicke D des Blechstreifens.

9. Stahlfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge l der Stahlfaser im Bereich des 25- bis 65-Fachen der Breite d des durchgehenden Materialstreifens liegt.

10. Stahlfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge λ im Bereich des 2- bis 10-Fachen der Breite b liegt.

11. Stahlfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite b im Bereich von 0,3 bis 2,5 mm liegt.

12. Stahlfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude a der Wellen im Bereich des 0,6- bis 0,9-Fachen der Breite der Parallelverschiebung b liegt, insbesondere etwa das 0,7 bis 0,8-Fache der Breite b beträgt.

13. Stahlfaser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzenwinkel α der Wellen im Bereich von 90 bis 150°, insbesondere im Bereich von 110 bis 135° liegt.

14. Stahlfaser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen im Bereich der Dreieckspitzen abgerundet ausgeführt sind.

15. Stahlfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlfaser zusätzlich zu der in der Blechebene liegenden wellenartigen Form auch eine Welligkeit quer zur Blechebene aufweist.

16. Verfahren zur Herstellung von Stahlfasern mit entlang ihrer Längsachse überwiegend wellenartig ausgebildeter Form gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlfasern durch Abscheren aus einem blechförmigen Vormaterial erzeugt werden unter Verwendung eines ersten Scherwerkzeugs, dessen Schneidkante in ihrem Mittelteil eine im wesentlichen in der Blechebene liegende wellenförmige Kontur aufweist und an ihren beiden Enden geradlinig in Richtung der Mittelachse der Wellen ausläuft, und eines zweiten Scherwerkzeugs erzeugt werden, dessen Schneidkantenform mit der des ersten Schneidwerkzeugs korrespondiert, wobei die gewünschte Faserdicke (Breite der Parallelverschiebung b) durch die Wahl des Blechvorschubs eingestellt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Scherwerkzeug geradlinig gegen das zweite Scherwerkzeug bewegt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Scherwerkzeug in einer reversierenden Hubbewegung bewegt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Scherwerkzeug in einer umlaufenden Bewegung bewegt wird.

20. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Scherwerkzeug auf einer Kreisbahn gegen das ortsfest bleibende zweite Scherwerkzeug bewegt wird, wobei die Drehachse der Kreisbahn parallel zur Längsachse der abzuscherenden Stahlfaser liegt.

21. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Scherwerkzeug auf einer Kreisbahn gegen das ortsfest bleibende zweite Scherwerkzeug bewegt wird, wobei die Drehachse der Kreisbahn senkrecht zur Längsachse der abzuscherenden Stahlfaser liegt.

22. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Scherwerkzeuge zahnradähnlich ausgebildet sind und während des Schervorgangs miteinander kämmen, wobei das eingestellte Zahnflankenspiel der gewünschten Faserdicke entspricht.

23. Verfahren nach Anspruch 18 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils mehrere erste und zweite Scherwerkzeuge nebeneinander angeordnet sind zur gleichzeitigen Erzeugung mehrerer Stahlfasern während einer Scherbewegung.

24. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von ersten Scherwerkzeugen, die mit dem zweiten Scherwerkzeug zusammenwirken, hintereinander angeordnet sind.

25. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß beim Abscheren jeweils mehrere Reihen erster und zweiter Scherwerkzeuge hintereinander angeordnet sind, wobei die Scherwerkzeuge von Reihe zu Reihe zueinander versetzt sind.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21 oder 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubrichtung des Vormaterials in einem schrägen Winkel (< 90°) zur Längsachse der zu erzeugenden Stahlfasern eingestellt wird.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer quer zur Blechebene des Vormaterials ausgeprägten Welligkeit der Stahlfaser Scherwerkzeuge eingesetzt werden, von denen mindestens eines eine Schneidkante besitzt, die in Schneidrichtung eine Welligkeit aufweist.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer rauhen, haftungsverbessernden Oberfläche der Stahlfasern das Vormaterial oder die abgescherten Stahlfasern einer Oberflächenbehandlung durch Beizen, Phosphatieren oder durch Sand- oder Stahlstrahlen unterzogen werden.