DE2723382A1

DE2723382A1 - Verfahren zur herstellung von stahlfasern fuer stahlbeton

Info

Publication number: DE2723382A1
Application number: DE19772723382
Authority: DE
Inventors: Takeo Nakagawa
Original assignee: AIDA KEINOSUKE
Current assignee: AIDA KEINOSUKE
Priority date: 1976-05-24
Filing date: 1977-05-24
Publication date: 1977-12-08
Also published as: US4298660A; DE2723382B2; SU1429946A3; JPS5341247B2; JPS52144424A; DE2723382C3

Description

10120 So/Ri

Jap.Anm. 59190/76 -^ */<.v>,juä

filed 24.5.1976

Takeo Nakagawa

No. 2578-1, Noborito, Tama-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa-ken, Japan

Keinosuke Aida

No. 2-15, Oyama-cho, Sagamihara-shi, Kanagawa-ken, Japan

Verfahren zur Herstellung von Stahlfasern für Stahlbeton

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Stahlfasern für Stahlbeton.

In letzter Zeit wurden verschiedene Verfahren entwickelt, bei welchen Stahlfasern als Verstarkungsmaterial für stahlfaserverstärkten Beton mit hoher Festigkeit verwendet werden. Ein derartiger Beton ist in seinen verschiedenen Eigenschaften, wie Zugfestigkeit, Bruchfestigkeit,Scherfestigkeit, Streckvermögen, Zähigkeit, dynamische Festigkeit, Ermüdungsfestigkeit etc., überragend und man wendet ihn in großem Umfang als Neben-

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produkt für das Bauwesen oder den Straßenbau an. Ferner wurde es heutzutage geplant, Autobahnen, Flugplätze, Öllager oder elektrische Versorgungsstationen am Meeresboden oder auf der Meeresoberfläche zu bauen. Da diese Meeresbauwerke in besonderem Maße eine hohe Erdbebensicherheit erfordern, wird stark erwartet, daß der stahlfaserverstärkte Beton als geeignetes Baumaterial verwendet werden kann.

Somit ist es vorteilhaft, wenn die Stahlfasern sowohl hart und fest sind als auch nicht beim Vermischen mit dem Beton oder Zuschlagstoff gebrochen werden.Die Stahlfasern, welche zu kurz oder zu dick in ihrer Größe sind, sind unzureichend in ihrem Verstärkungsvermögen, und die Stahlfasern, welche zu lang oder zu dünn sind, neigen zur Bildung von kugelförmigen Zementklumpen.

Allgemein wird eine Stahlfaser-Querschnittsfläche von 0,1 bis

ρ
0,4· mm und eine Stahlfaser-Länge von 20 bis 50 mm empfohlen.

Jedoch ist außer den oben genannten Festigkeits- oder Größeneigenschaften die billige Herstellung eine absolute Bedingung, da die Stahlfasern gewöhnlich in einem Volumenverhältnis von

etwa 2.% und einem Gewichtsverhältnis von etwa 160 kg/m verwendet werden.

Die bekannten Verfahren zur Herstellung von Stahlfasern zur Verstärkung von Beton sind folgende: (1) Schneiden aus Draht (vgl. Fig. 1), (2) Abscheren von einem dünnen Blech (vgl. Fig. 2) und (3) Herausnehmen aus geschmolzenem Stahl (vgl. Fig. 3). Diese bekannten Verfahren haben verschiedene Nachteile hinsichtlich der Qualität oder der Herstellkosten, und sie konnten daher nicht immer den oben genannten Erfordernissen zufriedenstellend entsprechen. Insbesondere bei dem Verfahren (1) des Schneidens von einem Draht hat die Faser zwar eine gute Festigkeit, sie hat jedoch ein schlechtes Vermögen beim Erfassen des Betons* zumal sie nur durch Schneiden des runden oder nadelartigen Stahldrahts hergestellt ist, und es ist erforderlich, die Stahlfaser an ihren Enden oder in der Mitte in der Länge zu knicken oder zu biegen vor oder nach dem Schneiden des Drahts. Darüber hinaus ist es schwierig, viele Stahldrähte gleichzeitigmLt den rotie-

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renden Schneidkanten zu schneiden sowie die Drähte mit großer Geschwindigkeit zuzuführen. Infolgedessen ist der Wirkungsgrad bei der Herstellung in nachteiliger Weise herabgesetzt, und die Produktionskosten sind insgesamt sehr hoch, zumal das Drahtmaterial teuer ist. Dies ist ein besonders wesentlicher Nachteil des Verfahrens (1).

Das Verfahren (2), bei welchem ein dünnes Stahlblech mittels eines Abscherwerkzeugs abgeschert wird, ist besser als das Verfahren (3)» bei welchem die Stahlfasern aus geschmolzenem Metall extrahiert werden, da die nach dem Verfahren (2) abgescherte Stahlfaser besser in ihrer Festigkeit ist als die nach dem Verfahren (3) hergestellte. Jedoch ist die Produktivität des Verfahrens (2) niedrig im Hinblick auf die Erfordernisse des Preßformens und des Knickens oder Biegens zum Erfassen des Betons wie bei dem Verfahren (1) erwähnt, und da das dünne Stahlblech einen hohen Aufwand bei der Herstellung erfordert und ferner das Stahlblech in seiner Breite laufend gespalten werden muß, um der Länge der gewünschten Pasern zu entsprechen, ergeben sich auch bei dem Verfahren (2) in unzureichender Weise hohe Produktionskosten ähnlich wie bei dem Verfahren (1).

Bei dem Verfahren (3) wird geschmolzener Stahl bei hohen Temperaturen mittels einer rotierenden Scheibe extrahiert und durch die Zentrifugalkraft verspritzt, wobei die Tropfen des geschmolzenen Metalls sofort erstarren. Durch dieses Verfahren werden die Stahlfasern direkt aus dem Stahlschmelzbad erzeugt und die Produktionskosten sind niedriger als bei den Verfahren (1) und (2), jedoch ergeben sich bei diesem Verfahren verschiedene Schwierigkeiten daraus, daß Materialien für den Ofen noch nicht entwickelt sind, welche geeignet sind, den geschmolzenen Stahl bei hohen Temperaturen für eine lange Zeitdauer abzustützen, und es ist schwierig, die Oberflächenhöhe des geschmolzenen Stahls und die Temperatur genau zu steuern. Weitere Schwierigkeiten ergeben sich daraus, daß die Querschnitte der Stahlfasern unterschiedlich sind und die Faserfestigkeit am geringsten ist.

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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Verfahren zur Herstellung von Stahlfasern zum Verstärken von Beton zu beseitigen. Es ist daher ein primäres Ziel der Erfindung, ein neues wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung von Stahlfasern zur Verstärkung von Beton zu schaffen. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Herstellung vieler Stahlfasern zur gleichen Zeit bei hoher Produktivität. Ein anderes Ziel ist die einfache Herstellung von Stahlfasern, welche in besonders gutem Maße den Beton erfassen können oder welche in ihrer Gestalt oder Querschnittsgröße unterschiedlich sind. Ein weiteres Ziel ist es, die Lebensdauer eines entsprechenden Herstellwerkzeugs zu verlängern. Schließlich ist es noch ein Ziel der Erfindung, die vorstehend genannten Vorteile mit Hilfe von einfachen Einrichtungen zu' erreichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kennzeichenmerkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Erfindungsmerkmale ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen.

Demnach wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein mit einer Mehrzahl von Schneidkanten versehenes Fräswerkzeug auf einer dicken Stahlplatte oder einem Stahlblock angeordnet, und bei Drehung des Fräswerkzeugs wird die Stahlplatte oder der Stahlblock relativ zu diesem in horizontaler Richtung bewegt, wobei die Oberfläche der Stahlplatte oder des Stahlblocks durch die rotierenden Schneidkanten bearbeitet wird, um Stahlfasern von annähernd dreieckigem Querschnitt abzutragen. Erfindungsgemäß wird ein dünnes Bruchstück von Dreiecksquerschnitt in Form der Paser abgehackt durch jede der Schneidkanten und gleichzeitig wird die Stahlfaser einer starken Scherdeformation unterworfen, während die einzelne Schneidkante mit der Stahlplatte oder dem Stahlblock in Kontakt kommt und diese verläßt. Die Stahlfaser erhält Wellungen oder Furchen an einer Seite, welche nicht mit der Schneidkante im Kontakt ist, so daß die Stahlfaser eine große Oberfläche aufweist und in ihrer axialen Richtung verwunden wird aufgrund dessen, daß die Schneidkante einen Stei-

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gungswinkel hat. Ferner erhält die Stahlfaser eine hohe Festigkeit durch die Verfestigung, welche durch eine große plastische Deformation herbeigeführt wird. Es ist daher möglich, insgesamt wesentlich bessere Festigkeitseigenschaften bei der erfindungsgemäßen Stahlfaser zu erreichen als bei deu nach den bekannten Verfahren (2) und (3) hergestellten Stahlfasern. Eine erfindungsgemäß verwendete Vorrichtung besteht im wesentlichen aus dem Fräswerkzeug, einer Antriebseinrichtung für dieses und einer Einrichtung zur Erzeugung der horizontalen Bewegung des Fräswerkzeugs oder des Stahlblocks, wobei die Kosten der Vorrichtung gering sind, was sich in einer Erniedrigung der Herstellkosten für die erfindungsgemäßen Stahlfasern günstig auswirkt. Ferner wird erfindungsgemäß eine dicke Stahlplatte oder ein Stahlblock als Rohmaterial für die herzustellenden Stahlfasern verwendet, wobei dieses Rohmaterial einfach herstellbar ist und somit die Rohmaterialkosten niedrig sind. Da das Rohmaterial bei hoher Rotationsgeschwindigkeit der Fräsvorrichtung in Stahlfasern verarbeitet wird, ergibt sich eine hohe Produktionsgeschwindigkeit, und die Produkte brauchen keinen weiteren Bearbeitungsprozeß mehr zur Erhöhung des Herausziehwiderstandes oder zum Vorsehen von Wellungen zur Vergrößerung der Oberfläche unterworfen zu werden. Insgesamt ist es somit möglich, bei Herstellung von Stahlfasern von besonders guter Qualität die Produktionskosten um 20 bis 50# gegenüber dem herkömmlichen Drahtschneid-Verfahren oder dem Blechscherverfahren zu reduzieren.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen im Vergleich zum Stand der Technik näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des bekannten Herstellverfahrens (1),

Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des bekannten Herstellverfahrens (2),

Fig. 3 eine schematische Darstellung zuer Erläuterung des bekannten Herstellverfahrens (3)»

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- fr-

Fig. 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens,

Fig. 5 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens ,

Fig. 6 eine Draufsicht einer Ausführungsform der Erfindung für eine Massenproduktion,

Fig. 7 eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung für eine Massenproduktion,

Fig. 8 eine Draufsicht der Ausführungsform gemäß Fig. 7»

Fig. 9 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäß hergestellten Stahlfaser,

Fig. 1OA bis 100

Querschnitte von erfindungsgemäßen Stahlfasern, hergestellt bei unterschiedlichen Neigungswinkeln der Schneidkante,

Fig. 11A bis 13A

erfindungsgemäß verwendbare Schneidkanten und Figuren 11B bis 13B die mit diesen Schneidkanten jeweils hergestellten Stahlfasern,

Fig. 14 eine graphische Darstellung eines Vergleichs der Biegefestigkeit eines erfindungsgemäß verstärkten Betons mit einem Beton, welcher mit Stahlfasern verstärkt ist, die nach dem bekannten Verfahren (2) hergestellt sind,

Fig. 15 ein Diagramm zur Darstellung der Wirkung des Neigungswinkels auf die Stahlfaserfestigkeit, wobei der Neigungs-

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winkel verändert wird bei konstanter Bedingung der Schneidkante und Bearbeitungsbedingung,

Fig. 16 ein Diagramm zur Darstellung der Wirkung der Schneidbedingung auf die Querschnittsfläche und die Zugfestigkeit der Stahlfaser, wobei der Vorschub pro Schneidkante und die Schnitt-Tiefe verändert werden bei konstant gehaltener Bedingung der Schneidkante und der Bearbeitung,

Fig. 17 ein Diagramm zur Darstellung der Wirkung der Schneidbedingung auf die Querschnittsfläche und die Zugfestigkeit der Stahlfaser, wobei der Vorschub pro Schneidkante verändert wird bei konstant gehaltener Bedingung der Schneidkante und der Bearbeitung, und

Fig. 18 ein Diagramm zur Darstellung der Wirkung der Schneidbedingung auf die Querschnittsfläche und Zugfestigkeit der Stahlfaser, wobei die Schnitt-Tiefe verändert wird bei konstant gehaltener Bedingung der Schneidkante und der Bearbeitung.

Die nachfolgende Beschreibung der Erfindung erfolgt anhand der Zeichnungsfiguren 4- bis 18. Die Figuren 4- und 5 zeigen grundlegende Ausführungsformen der Herstellung von Stahlfasern für einen verstärkten Beton. Mit 1 ist eine Fräsvorrichtung bezeichnet, welche die Form einer Scheibe oder eines Zylinders hat, an deren äußerem Umfang eine Mehrzahl von Schneidkanten 2 angeordnet ist. Die Fräsvorrichtung 1 wird durch eine (nicht dargestellte) Antriebsvorrichtung gedreht. Es ist vorteilhaft, für die Schneidkanten 2 im Hinblick auf ihre Lebensdauer ein Plättchen aus aufgekohltem Karbid zu verwenden. Mit 3 ist eine dicke Stahlplatte oder ein Stahlblock als Rohmaterial für die Stahlfaser bezeichnet, und im Hinblick auf das Herstellverfahren, den Werkzeugverschleiß und den Einfluß auf die Qualität des Produkts ist als Rohmaterial ein Stahl von niedrigem Kohlenstoffgehalt ,

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wie weicher Stahl oder superweicher Stahl geeignet. Da ein Rohmaterial von hoher Verformbarkeit vorteilhaft ist, werden geglühter oder normalisierter Stahl empfohlen, oder gut spanabhebender Stahl ist ebenfalls akzeptabel im Hinblick auf die Verlängerung der Lebensdauer des Werkzeugs. Natürlich ist das Rohmaterial nicht auf die vorstehend aufgeführten Stahlsorten beschränkt. Besondere Stähle, wie beispielsweise rostfreier Stahl, können eine Stahlfaser von besonders hoher Qualität ergeben.

Das Fräswerkzeug Λ ist derart an der Stahlplatte 3 angeordnet, daß die Schneidkante 2 in einer gewünschten Tiefe t angeordnet ist, und wenn das Fräswerkzeug 1 bei vorgegebener Geschwindigkeit gedreht wird, werden das Schneidwerkzeug 1 und das Stahlmaterial 3 laufend relativ zueinander in horizontaler Richtung bewegt, und eine Oberfläche 31 des Materials 3 wird durch die rotierenden Schneidkanten 2 verarbeitet, um Stahlfasern 4-1 von annähernd dreieckiger Ouerschnxttsform herzustellen.

Diese Bearbeitung kann mit einem Fräswerkzeug 1 erfolgen, welches mit Schneidkanten 2 versehen ist, deren Breite der Länge der Stahlfasern 4-1 entspricht, es ist jedoch bequemer, die Ausführungsformen gemäß den Figuren 6 oder 7 und 8 zu verwenden, um die Produktivität zu erhöhen. Die Fig. 6 zeigt, daß eine Mehrzahl von Fräswerkzeugen 1 mit Schneidkanten 2, deren Breite fast der Länge der Stahlfasern entspricht, parallel auf einer Welle 5 angeordnet ist mit geeigneten Zwischenräumen zwischen den einzelnen Fräswerkzeugen 1. Unterhalb dieser Fraswa?kzeuge 1 sind jeweils die Rohmaterialstücke 3 angeordnet, deren Breite der Breite der Schneidkanten 2 entspricht oder kleiner als diese ist, und bei Drehung der Fräswerkzeuge 1 werden diese und die Materialstücke 3 relativ zueinander in horizontaler Richtung bewegt, so daß die Oberflächen der Materialstücke 3 verarbeitet werden.

Die Ausführungsform gemäß den Figuren 7 und 8 ist ähnlich der Ausführung gemäß Fig. 6 und weist eine Mehrzahl von Fräswerk-

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zeugen 1 mit Schneidkanten 2 auf, deren Breite annähernd gleich der Stahlfaserlänge ist, jedoch sind die benachbarten Präswerkzeuge 1 im Kontakt miteinander auf der Welle 5 angeordnet, und unterhalb der Präswerkzeuge 1 befindet sich das Rohmaterialstück 3, dessen Breite gleich oder kleiner ist als die Summe der Breiten sämtlicher Präswerkzeuge 1. Wenn sämtliche Präswerkzeuge Λ mit derselben Geschwindigkeit gedreht werden ,werden die Präswerkzeuge 1 und der Rohmaterialblock 3 in horizontaler Richtung relativ zueinander bewegt, um die Oberfläche des Rohmaterialblocks 3 wie oben beschrieben zu bearbeiten.

Somit ist es möglich, viele Stahlfasern mittels einer Mehrzahl von parallelen Präswerkzeugen 1 in den Vorrichtungen gemäß den Figuren 6 sowie 7 und 8 zu erzeugen. Ferner wird bei der Ausführungsform gemäß den Figuren 7 und 8 die Stahlfaser, deren Länge gleich der Breite der Präswerkzeuge Λ ist, in großem Ausmaß von den gesamten Seiten (in Breite und Länge) eines einzigen Stahlblocks 3 erzeugt, und es ist daher nicht erforderlich, Stahlblöcke von kleiner Breite jeweils für die einzelnen Präswerkzeuge 1, wie in Fig. 6 gezeigt, herzustellen. Die Ausführungsform gemäß den Figuren 7 und 8 ist daher besonders vorteilhaft im Hinblick auf das Rohmaterial und die Einrichtung zum Herbeiführen der Relativbewegung zwischen dem Präswerkzeug 1 und dem Rohmaterial 3·

In den Ausführungsformen gemäß den Figuren 6 sowie 7 und 8 ist es von Vorteil, daß die Schneidkanten 2 in Drehrichtung nicht einheitlich in derselben horizontalen Linie angeordnet sind, sondern laufend oder mit Bezug auf das jeweils benachbarte Präswerkzeug 1 um eine geeignete Teilung gegeneinander verschwenkt angeordnet sind. Somit kann zusätzlich zur Erhöhung der Produktivität der Stoß auf das Präswerkzeug oder die Welle verringert werden.

Bei den Ausführungsformen gemäß den Figuren ¹V bis 8 besteht hinsichtlich der Relativbewegung zwischen dem Präswerkzeug 1 und dem Stahlblock 3 in horizontaler Richtung die Verfahrens-

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weise, daß das Fräswerkzeug 1 an einer vorgegebenen Stelle gedreht wird, bezüglich welcher der Stahlblock 3 horizontal bewegt wird, wobei der Stahlblock 3 einerseits entgegen der Drehrichtung des Präswerkzeugs 1 bewegt wird, wie durch die Pfeile in Fig. 4- angedeutet, oder wobei der Stahlblock 3 andererseits in Drehrichtung des Fräswerkzeugs 1 bewegt wird, wie durch die Pfeile in Fig. 5 angedeutet. Somit werden die Stahlfasern im ersten Fall durch einen Aufwärtsschnitt-Fräsvorgang und im zweiten Fall durch einen Abwärtsschnitt-Fräsvorgang hergestellt. Vom Standpunkt des Werkzeugverschleisses her wird die zweite Verfahrensweise empfohlen.

Eine weitere Verfahrensweise ist es, daß die Arbeitsweisen gemäß den Figuren 4- und 5 miteinander kombiniert werden und der Stahlblock 3 mit Bezug auf das Fräswerkzeug 1 hin- und herbewegt wird, d.h. der Stahlblock 3 wird zerstückelt durch einen Aufwärts-Fräsvorgang bei Vorwärtsbewegung des Stahlblocks 3 und durch einen Abwärtsschnitt-Fräsvorgang bei Rückwärtsbewegung des Stahlblocks 3· Bei dieser Verfahrensweise ergibt sich kein Ausschuß und die Produktivität kann noch mehr erhöht werden als bei den Verfahrensweisen gemäß Fig. 4 oder Fig. 5.

Eine weitere (nicht dargestellte) Verfahrensweise besteht darin, daß der Stahlblock 3 fixiert ist und das Schneidwerkzeug 1 horizontal längs des Stahlblocks 3 bewegt wird, wobei es gedreht wird. Diese Verfahrensweise ist von Nutzen, wenn der Stahlblock dick ist und ein großes Gewicht hat.

In jedem der vorstehend beschriebenen Fälle wird, wenn ein Verarbeitungsprozeß von einem Ende zum anderen Ende des Stahlblocks 3 beendet ist, der Stahlblock 3 angehoben oder das Fräswerkzeug 1 wird abgesenkt, damit die Schneidkante 2 mit einer darauffolgenden Oberfläche 31' des Stahlblocks 3 in Kontakt kommen kann. Hierzu wird eine später erläuterte Schnitt-Tiefe t gesteuert durch einen Absenkbetrag des Fräswerkzeugs 1 oder einen Anhebebetrag des Stahlblocks 3.

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Die Stahlfaserherstellung gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachstehend im Detail erörtert. Die Schneidkante 2, welche einen geeigneten Neigungswinkel θ hat, tritt aufgrund der Rotation des Fräswerkzeugs 1 in Kontakt mit dem Rohmaterial 3» wonach dünne Bruchstücke 4-' von Dreiecksquerschnitt von der Oberfläche 31 des Rohmaterials 3 abgehackt werden entsprechend der Schnitttiefe t und einem Vorschub Sz pro Schneidkante 2, welcher durch die Drehung des Fräswerkzeugs 1 und die Anzahl von Schneidkanten 2 bestimmt ist. Da eine große Scherdeformation auf dieses dünne Fragment V durch das Einschneiden der Schneidkante 2 in das Material 3 bis zu dessen Verlassen aufgebracht wird, wird das Fragment V an der Neigungsfläche 21 der Fräsvorrichtung 1 geschrumpft und schließlich wird es in Gestalt einer Stahlfaser 4-von dreieckigem Querschnitt weggeworfen.

Die somit erhaltene Stahlfaser 4- hat fast den Dreiecksquerschnitt wie in Fig. 9 gezeigt, und die Länge 1 ist nahezu gleich der Breite der Schneidkante 2. Wenn die Breite des Rohmaterials 3 kürzer ist als die Schneidkante 2, ist die Faserlänge gleich der Breite des Materials 3» und wenn die Breite des Materials 3 langer ist als die der Schneidkante 2, so wird ein konvexer Körper entsprechend der Schnitt-Tiefe durch Wiederholung des Arbeitsvorgangs ausgeformt, und die Enden der Schneidkante 2 stehen in nachteiliger Weise mit dem Rohmaterial 3 in Kontakt·

Die Stahlfaser 4- wird mit einer gewellten Fläche 4-1 über die gesamte Länge an einer Seite der Stahlfaser ausgebildet, welche nicht mit der Neigungsfläche 21 der Schneidkante 2 in Kontakt gebracht wird, wodurch eine Vergrößerung der Oberfläche dieser nicht mit der Schneidkante 2 in Kontakt tretenden Seite und entsprechend ein größeres Erfassen des Betons ermöglicht wird· Eine derartige Stahlfaser 4- ist von hoher Verformbarkeit und ermöglicht somit ein enges Verarbeiten ohne Erzeugen von Rissen, und seine Festigkeit ist gegenüber dem Rohmaterial stark erhöht, da durch diese Scherdeformation ein Härtungsvorgang erfolgt·

Die vorstehenden Ausführungen bilden die Grundlagen für die Her-

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stellung von Stahlfasern gemäß der vorliegenden Erfindung, und die Gestalt oder Größe der Stahlfasern können nach Wunsch innerhalb eines Bereichs verändert werden, in welchem der Querschnitt dreieckförmig ist durch eine Kombination der Bedingung der Schneidkante und der Bearbeitungsbedingung.

Die Erfindung umfaßt ein Verfahren, welches diese Bearbeitung durch Ändern von einem oder mehrerer Parameter durchführt, wobei diese Parameter sind der Neigungswinkel θ der Schneidkante 2, die Schnitt-Tiefe t, der Vorschub Sz pro Schneidkante 2 und die Arbeitsgeschwindigkeit (die Umfangsgeschwindigkeit der Schneidkante 2). Die Figuren 1OA bis 1OC zeigen Varianten des Querschnitts von Stahlfasern 4, wenn der Neigungswinkel θ der Schneidkante 2 des Fräswerkzeugs 1 geändert wird· Beim Nullneigungswinkel ergibt sich ein rechtwinkliges Dreieck wie in Fig. 10A gezeigt; bei einem negativen Neigungswinkel ergibt sich ein spitzwinkliges Dreieck gemäß Fig. 1OB; und bei positivem Neigungswinkel ergibt sich ein stumpfwinkliger, Dreieck, wie in Fig. 10C gezeigt. Wenn der Neigungswinkel ©Nullist, ist die Stahlfaserfestigkeit am besten.

Bei den obigen Verfahrensweisen ist die Querschnittsgestalt vollkommen einheitlich über die Faserlänge· Die Erfindung umfaßt ferner ein anderes Verfahren, welches das Bearbeiten mit Schneidkanten 21 ausführt, welche konkave oder konvexe Gestalt haben, wie durch die Figuren 11A, B bis 13A, B veranschaulicht. Durch diese Verfahrensweisen können Stahlfasern hergestellt werden, deren Querschnitte in Längsrichtung besondere Gestalten haben, d.h. es ist möglich, leicht eine Stahlfaser 4a zu erzeugen, deren beide Enden mit Stufen ausgebildet sind wie in Fig. 11B gezeigt, oder eine Stahlfaser 4b, deren Länge alternativ mit konkaven und konvexen Abschnitten gemäß Fig. 12B ausgebildet ist, oder aber eine Stahlfaser 4c, welche alternativ mit V-Abschnitten ausgebildet ist, wie in Fig. 13B gezeigt.

Erfindungsgemäß werden die Schneidkanten 2 nicht parallel zur Drehachse des Fräswerkzeugs 1 angeordnet, sondern unter einem

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Steigungswinkel°c, wie aus den Figuren 6 und 8 ersichtlich, mittels welches der Bearbeitungsvorgang durchgeführt wird, so daß die Stahlfaser 4- in axialer Richtung verdrillt ist (wie aus Fig· 9 ersichtlich), um den Herausziehwiderstand zu erhöhen und entsprechend die Festigkeit des Betons zu vergrößern sowie ferner den Stoß der Schneidkante 2 auf das Rohmaterial 3 zu verringern· Die Verdrillstärke der Stahlfaser 4· kann nach Wunsch gesteuert werden durch Änderung des Steigungswinkels oc der Schneidkante 2.

Erfindungsgemäß wird nicht nur die Form der Stahlfasern, sondern auch die Querschnittsgröße durch Änderung der Bearbeitungsbedingung geändert. Dies erfolgt durch Änderung der Schnitt-Tiefe t und/oder des Vorschubs Sz pro Schneidkante 2, wodurch auf einfache Weise Stahlfasern von kleinem Querschnitt (dünn) oder von großem Querschnitt (dick) erhalten werden können. Je größer die Schnitt-Tiefe t und der Vorschub Sz pro Schneidkante 2, umso größer ist der Querschnitt und umgekehrt. Auf jeden Fall kann die Erfindung jeweils die Stahlfaser erzeugen, welche eine für einen gegebenen Zweck optimale Gestalt, Größe und Festigkeit aufweist, und zwar aufgrund einer Kombination der Bearbeitungsbedingung und der Bedingung der Schneidkanten.

Die Bearbeitung kann erfolgen, wenn das Material Raumtemperatur hat. Die Erfindung umfaßt jedoch auch ein Verfahren, bei welchem eine Seite des zu verarbeitenden Rohmaterials 3 erwärmt ist mittels einer geeigneten Erwärmungseinrichtung, welche beispielsweise mit Hochfrequenzinduktion, einem Plasmabogen, einer Flamme oder einem elektrischen Widerstand arbeitet und das erwärmte Material 3 wird verarbeitet bei dessen horizontaler Bewegung reüabiv zum Fräswerkzeug 1. Die Erwärmungstemperatur ist unterschiedlich entsprechend den Qualitäten, der Dicke und anderen Eigenschaften des Rohmaterials 3» liegt jedoch in einem Bereich zwischen 200 und 800°C oder mehr als 900°C. Auf diese Weise wird die Werkzeuglebensdauer verlängert und die Belastung der Schneidkanten 2 wird reduziert, wodurch die Produktivität erhöht wird· Wenn das Erhitzen in dem zuerst genannten Bereich erfolgt, kann

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die Zähigkeit der Stahlfaser verbessert werden, und wenn das Erhitzen im zweitgenannten Bereich erfolgt und das Rohmaterial ein Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt ist, kann die Stahlfaser an der Luft gekühlt werden, und weiterhin wenn das Rohmaterial ein Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt ist, kann die Stahlfaser durch Glühen verformbar gemacht werden.

Nachfolgend werden durchgeführte Beispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgeführt, durch welche die Erfindung jedoch nicht begrenzt werden soll.

Beispiel 1

Die Stahlfasern wurden nach dem in Fig. 4- veranschaulichten Verfahren erzeugt.

Dicke Platte oder Block (Dicke 25 mm) SS4-1 (Material I)

0,08$ C superweicher normalisierter Stahl (Material II) 0,08$ C superweicher geglühter Stahl (Material III)

Bedingungen des Fräswerkzeugs
Durchmesser: 100 0
Anzahl der Schneidkanten z: 12
Neigungswinkel Θ: Null
Steigungswinkel^ : 15°
Breite der Schneidkante: 50 mm

Bearbeitungsbedingungen

Schnitt-Tiefe t: 0,5 mm
Vorschub Sz pro Schneidkante: 0,51 mm Bearbeitungsgeschwindigkeit V: 22,6 m/min Drehzahl: 72 U/min

Die Platte oder der Block wurde um 440 mm/min durch einen Tisch bewegt.

Die nach den obigen Bedingungen erzeugten Stahlfasern waren 30 mm lang, hatten einen rechtwinkligen Querschnitt und waren um 12 /cm verdrillt. Diese Ergebnisse ergaben sich bei den Ma-

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terialien I, II und III·

Die Tabelle .1 zeigt Vergleiche der Ouerschnittsflache A und der Zugfestigkeit rf τ, der erfindungsgemäß hergestellten Stahlfasern und der nach dem bekannten Verfahren (2) hergestellten Stahlfasern, bei welchem ein dünnes kaltgerolltes Blech aus dem Material III als Rohmaterial verwendet wurde·

TABELIJS 1"

(b) ^^^	(c) (d)	Material I Material II Material III Material III	Querschnitts fläche ρ A (nmr)	^B (kg/mm²)	'tder Platte oder des Blocks (kg/mm²)
0,25 0,23 0,24 0,25	71 72 80 46	43 33 32

Darin bedeuten:

(a): Mechanische Eigenschaften
(b): Arten von Stahlfasern
(c): Erfindungsgemäßes Verfahren
(d): Bekanntes Verfahren (2).

Beispiel 2

Die Stahlfasern wurden durch die Abwärtschnitt-Fräsmethode gemäß Pig· 5 erzeugt·

Dicke Platte oder Block (Dicke 30 mm): SS41 Bedingungen des Präswerkzeugs

Durchmesser: 100 0

Anzahl der Schnittkanten z: 10

Neigungswinkel Θ: Null

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Steigungswinkeln : 15°

Breite der Schneidkanten: 30 mm

Bearbeitungsbedingungen

Schnitt-Tiefe: 0,45 mm

Vorschub Sz pro Schneidkante: 0,8 mm Bearbeitungsgeschwindigkeit V: 63m/min Drehzahl: 200 U/min

Tischvorschub: 1,6 m/min

Die nach den vorstehenden Bedingungen hergestellten Stahlfasern waren 30 mm lang, wiesen eine Verdrillung von I2^o/cm auf, hatten einen Querschnitt A von 0,33 mm und eine Zugfestigkeit ο-Q von 71 »2 kg/mm .

Diese Stahlfasern wurden in Anteilen von 0#, 1,0# und 2,5# in einen Beton von 50% Wasser und 50# Beton und von einer maximalen Ansammlungsgröße von 15 mm eingemischt, um einen stahlfaserverstärkten Beton von 10 χ 10 χ 4-0 cm zu erzeugen. Dieses Produkt wurde auf Biegefestigkeit geprüft in der Weise, daß das Produkt an beiden Endabschnitten von 5 cm in der Länge abgestützt wurde und die Belastung an seinem zentralen Abschnitt aufgebracht wurde. Für einen Vergleich mit diesem erfindungsgemäßen Produkt wurde stahlfaserverstärkter Beton nach dem bekannten Verfahren (2) unter den gleichen Bedingungen hergestellt und die Stahlfaser hatte die Abmessungen 0,5 x 0,5 x 30 mm. Die Ergebnisse sind in Fig. 14 gezeigt, aus welcher ersichtlich ist, daß das erfindungsgemäße Produkt eine ausgezeichnete Biegefestigkeit hat. Es ist ersichtlich, daß die Stahlfaser gemäß der vorliegenden Erfindung eine hohe Festigkeit,eine große Oberfläche aufgrund der Wellungen und einen großen Widerstand gegen Herausziehen aufgrund der Verdrillung hat.

Beispiel 3

Mit dem Material II aus dem Beispiel 2 wurde eine Stahlfaser erzeugt, um die Wirkung des Neigungswinkels θ des Fräswerkzeugs 1 durch Änderung des Neigungswinkels θ innerhalb des Bereichs von

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Sy

-5° bis +15° bei denselben Bedingungen der Schneidkante und der Bearbeitung wie im Beispiel 1 zu untersuchen. Die Ergebnisse sind in Pig. 15 dargestellt, aus welcher ersichiüLch ist, daß der Null-Neigungswinkel eine Stahlfaser von maximaler Festigkeit ergibt.

Beispiel 4

Bei dem Material II des Beispiels 1 wurde der Steigungswinkel oc der Schneidkante verändert. Der Neigungswinkel θ war -5°, die Bedingungen der Schneidkante und die Bearbeitungsbedingungen waren dieselben wie im Beispiel 1. Die Ergebnisse sind in Tabelle II gezeigt.

TABELLE II

\. (e)	Querschnitts fläche ρ A(mm^)	«B (kg/mm )	Verdrillung der Faser (Vcm)
15° 25°	0,22 0,19	65 72	12 4-3

Darin bedeuten:

(e): Eigenschaften der Faser

(f): Steigungswinkel der Schneidkante

Aus Tabelle II ist ersichtlich, daß ein Ansteigen des Steigungswinkels <*· die Verdrillung der Stahlfaser und entsprechend deren Zugfestigkeit erhöht.

Beispiel 5

Mit Hilfe des Materials II aus dem Beispiel 1 wurden die Wirkungen der Bearbeitungsbedingungen untersucht durch Ändern des Vorschubs Sz pro Schneidkante und/oder der Schnitt-Tiefe t, wobei die Bedingungen der Schneidkante und die übrigen Bearbeitungs-

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bedingungen denen des Beispiels 1 entsprachen.

Die mechanischen Eigenschaften der Stahlfaser sind in Fig. 16 gezeigt, wo der Vorschub Sz pro Schneidkante und die Schnitttiefe t verändert wurden. Fig. 17 zeigt die Ergebnisse bei Änderung nur des Vorschubs Sz pro Schneidkante, und Fig. 18 zeigt die Ergebnisse bei Änderung nur der Schnitt-Tiefe t.

Aus den Figuren 16 bis 1S ist ersichtlich, daß Stahlfasern von verschiedener Querschnittsfläche und verschiedener Festigkeit erhalten werden können durch Änderung des Vorschubs Sz pro Schneidkante oder der Schnitt-Tiefe t oder beider.

Beispiel 6

Mit dem Material SS41 des Beispiels 1 wurden Stahlfasern ba?gestellt bei Erwärmen der Oberfläche des Rohmaterials auf etwa 900 C durch eine Schneidbrennflamrae bei denselben Bedingungen wie im Beispiel 1.

Die erhaltene Stahlfaser hatte eine Ouerschnittsfläche von 0,24-

2 2

mm und eine Zugfestigkeit von 55 kg/mm und war besser verformbar als das Produkt, welches bei Raumtemperatur gemäß Beispiel 1 hergestellt worden war. Die Lebensdauer des Fräswerkzeugs wurde auf etwa das Dreifache verlängert.

Auf ähnliche Weise wurde rostfreier i8Cr-8Ni-Stahl auf etwa 300°C erwärmt und bei denselben Bedingungen wie im Beispiel 1 verarbeitet. Die erhaltene Stahlfaser hatte eine Querschnitts-

2 2

fläche von 0,24 mm und eine Zugfestigkeit von 80 kg/mm .

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Le e rs e i t

Claims

Ansprüche

Verfahren zur Herstellung von Stahlfasern für Stahlbeton, gekennzeichnet durch Anordnen einer mit einer Mehrzahl von Schneidkanten versehenen Präsvorrichtung an der Oberfläche eines dicken Stahlmaterials, Bewegen des Stahlmaterials in horizontaler Richtung relativ zum Präswerkzeug bei sich drehender Fräsvorrichtung und Verarbeiten der Oberfläche des Stahlmaterials zu Stahlfasern mit einem annähernd dreieckigen Querschnitt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlmaterial ein weicher Stahl ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlmaterial ein superweicher Stahl ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlmaterial ein rostfreier Stahl ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlmaterial horizontal bewegt wird mit Bezug auf die Präsvorrichtung, welche an einer vorgegebenen Stelle gedreht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlmaterial in einer Richtung entgegen der Drehung der Präsvorrichtung bewegt wird.
7- Verfahren nach Anspruch 5« dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlmaterial in Richtung der Drehung der Präsvorrichtung bewegt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn-

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ORIGINAL INSPECTED

zeichnet, daß die Fräsvorrichtung horizontal bewegt wird mit Bezug auf das Stahlmaterial, welches an einer vorgegebenen Stelle fest angeordnet ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitung mittels einer Fräsvorrichtung durchgeführt wird, deren Schneidkanten einen Steigungswinkel in axialer Richtung der Fräsvorrichtung aufweisen.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9i dadurch gekennzeichnet, daß das Bearbeiten mittels einer Fräsvorrichtung ausgeführt wird, welche mit Schneidkanten versehen ist, die eine konkave oder konvexe Ausbildung an ihrem Ende haben.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Bearbeiten bei Änderung der Schnitttiefe und/oder des Vorschubs pro Schneidkante der Fräsvorrichtung zum Stahlmaterial durchgeführt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Bearbeiten bei Änderung des Neigungswinkels der Schneidkante, der Schnitt-Tiefe, des Vorschubs pro Schneidkante oder der Bearbeitungsgeschwindigkeit ausgeführt wird.
13· Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Bearbeiten bei einem Null-Neigungswinkel der Schneidkante ausgeführt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch Verwendung einer Fräsvorrichtung, welche mit Schneidkanten versehen ist, deren Breite annähernd gleich der Länge der herzustellenden Stahlfasern ist.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet

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durch Verwendung einer Mehrzahl von Prasvorrichtungen, welche mit Schneidkanten versehen sind, deren Breite annähernd gleich der Länge der herzustellenden Stahlfasern ist, wobei benachbarte Präsvorrichtungen mit Abstand voneinander koaxial parallel angeordnet sind und mit derselben Geschwindigkeit gedreht werden.
16. Verfahren nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch Versetzen der Schneidkanten der einzelnen Präsvorrichtungen zueinander in Umfangsrichtung.
17· Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet durch Anordnen der einzelnen Schneidkanten mit einem Steigungswinkel in axialer Richtung der Präsvorrichtung.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch Verwendung einer Mehrzahl von Präsvorrichtungen, welche mit Schneidkanten versehen sind, deren Breite annähernd gleich der Länge der herzustellenden Stahlfasern ist, wobei die einander.benachbarten Präsvorrichtungen in engem Kontakt zueinander koaxial parallel angeordnet sind und mit derselben Geschwindigkeit gedreht werden.
19· Verfahren nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch Versetzen der einzelnen Schneidkanten gegeneinander in Umfangsrichtung.
20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, gekennzeichnet durch Anordnen jeder der Schneidkanten mit einem Steigungswinkel in axialer Richtung der Präsvorrichtung.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, gekennzeichnet durch Verarbeiten des Stahlmaterials bei Raumtemperatur.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, gekennzeich-

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net durch Verarbeiten des Stahlmaterials bei Erwärmen von dessen Oberfläche vor der Verarbeitung.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlmaterial auf eine Temperatur im Bereich zwischen 200 und 80O⁰G erwärmt wird.
24. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlmaterial auf eine Temperatur im Bereich von mehr als 90O⁰G erwärmt wird.

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