DE2723382C3

DE2723382C3 - Verwendung von Stahlfasern als Verstärkungsfasern für Stahlbeton

Info

Publication number: DE2723382C3
Application number: DE2723382A
Authority: DE
Inventors: Takeo Kawasaki Kanagawa Nakagawa
Original assignee: AIDA KEINOSUKE SAGAMIHARA KANAGAWA JP
Current assignee: AIDA KEINOSUKE SAGAMIHARA KANAGAWA JP
Priority date: 1976-05-24
Filing date: 1977-05-24
Publication date: 1982-02-04
Also published as: JPS52144424A; DE2723382B2; DE2723382A1; JPS5341247B2; US4298660A; SU1429946A3

Description

Es ist bekannt, Beton durch Stahlfasern mit rechteckigem Querschnitt (US-PS 36 50 785) oder aber mit beliebigem Querschnitt (DE-OS 2314 352) zu verstärken.

Ein derartiger Beton ist in ssinen verschiedenen Eigenschaften, wie Zugfestigkeit, Bruchfestigkeit, Scherfestigkeit, Streckvermögen, Zähigkeit, dynamische Festigkeit, Ermüdungsfestigkeit etc, überragend, und man verwendet ihn in großem Umfang. Ferner plant man heutzutage, 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 davon ausgegangen, daß der stahlfaserverstärkte Beton als geeignetes Baumaterial verwendet werden kann.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Stahlfasern sowohl hart und fest sind als auch beim Vermischen mit dem Beton oder Zuschlagstoff nicht gebrochen werden. Stahlfasern, welche zu kurz oder zu dick sind, sind unzureichend in ihrem Verstärkungsvermögen, und Stahlfasern, welche zu lang oder zu dünn sind, neigen zur Bildung von kugelförmigen Zementklumpen. Allgemein wird eine Stahlfaser-Querschnittsfläche von 0,1 bis 0,4 mm² 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/m³ verwendet werden.

Für die Herstellung der Stahlfasern zur Verstärkung des Betons sind folgende Verfahren bekannt: (1) Schneiden aus Draht, vgl. Fig. 1, (2) Abscheren von einem dünnem Blech, vgl. F i g. 2, und (3) Entnehmen aus der Schmelze, vgl. F i g. 3. Diese bekannten Verfahren haben verschiedene Nachteile hinsichtlich der Qualität oder der Herstellungskosten, und sie konnten daher nicht immer den oben genannten Erfordernissen zufriedenstellend entsprechen.

Insbesondere bei dem Verfahren (1) hat die Faser zwar eine gute Festigkeit, sie hat jedoch ein schlechtes Vermögen beim Einbinden in den Beton, da sie nur durch Schneiden des runden oder nadelartigen Stahldrahtes hergestellt ist, und es ist erforderlich, die Stahlfaser vor oder nach dem Schneiden des Drahts an ihren Enden oder in der Mitte der Länge nach zu knicken oder zu biegen. Darüber hinaus ist es schwierig, viele Stahldrähte gleichzeitig mit den rotierenden 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 'St 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 der Schmelze 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, da zum Erfassen des Betons, wie bei dem

2^r< Verfahren (1) erwähnt ein Preßformen und Knicken oder Biegen erforderlich ist Da das dünne Stahlblech einen hohen Aufwand bei der Herstellung erfordert und ferner in seiner Breite laufend gespalten werden muß, um der Länge der gewünschten Fasern zu entsprechen, ergeben sich auch bei dem Verfahren (2) in unzureichender Weise hohe Produktionskosten ähnlich wie bei dem Verfahren (I);

Bei dem Verfahren (3) wird geschmolzener Stahl bei hohen Temperaturen mittels einer rotierenden Scheibe extrahiert und durch die Zentrifugalkraft abgeschleudert, wobei die Partikel 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 verschiedene Schwierigkeiten daraus, daß noch keine Materialien für den Ofen entwickelt worden sind, welche den geschmolzenen Stahl bei hohen Temperaturen für eine lange Zeitdauer halten können. Auch ist es 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

Ferner ist es bekannt (US-PS 531 520), Dreh- oder Bohrspäne, die in Pulver- oder Spiralform anfallen, als Zuschlagstoffe für Beton zu verwenden, um billige Gewichte u.dgl. herzustellen. Eine Verbesserung der Betonfestigkeit spielt dabei keine Rolle und wird auch nicht angestrebt

Ebenfalls ohne Berücksichtigung einer Verstärkungsfunktion ist die weiterhin bekannte Verwendung von im wesentlichen runden Stahlfasern zum Aufbau poröser Metallkörper, wie etwa Filter (US-PS 31 27 668).

Der Erfindung hingegen liegt die Aufgabe zugrunde, die Verstärkung des Betons zu verbessern, und zwar bei Senkung des erforderlichen Herstellungsaufwandes.

Hierzu kennzeichnet sich die Erfindung durch die Verwendung von durch Fräsen hergestellten Stahlfa sern, die verdrillt sind und einen annähernd dreieckigen Querschnitt besitzen, als Verstärkungsfasern für Stahlbeton.

Daß sich beim Fräsen Stahlfasern mit annähernd

dreieckigem Querschnitt ergeben, ist bekannt (»Fertigungstechnik I« von A. Reichard, Verlag Handwerk und Technik, Hamburg 1975, Seiten 141 -151; »Manufacturing Processes and Materials for Engineers« von L. E. Doyle, Prentice-Hall 1969, Seiten 614-617 und 630—635)l Eine Verwendung solcher Stahlfasern als Verstärkungsfasern für Beton wird jedoch nicht angesprochen.

Die erfindungsgemäß verwendeten Stahlfasern, die rasch und eitrach in beliebiger Menge gefräst werden können, sind durch den Herstellungsvorgang verfestigt und tragen dadurch in erhöhtem MaBe zur Verstärkung des Betons bei. Außerdem besitzen sie aufgrund ihrer Form eine relativ große Oberfläche, die zu einer hervorragenden Einbindung in den Beton führt Die Verwindung erhöht ferner den Widerstand gegen ein Herausziehen der Faser. Die Erfindung ermöglicht also die Herstellung eines Betons von höherer Festigkeit, oder aber,' bei gleichbleibender Festigkeit, die Einsparung von ohnehin verbilligtem (20 bis 50 Prozent gegenüber dem herkömmlichen Drahtschneide-Verfahren) Verstärkungsmaterial. Außerdem sei hervorgehoben, daß die erfmdungsgemäß verwendeten Stahlfasern nicht zu Klumpenbildungen neigen, sondern eine gleichmäßige Verteilung innerhalb des Betons begünstigen.

Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Stahlfasern, deren Querschnitt annähernd die Form eines rechtwinkligen Dreiecks aufweist Hieraus resultiert eine optimale Faserfestigkeit

Vorzugsweise verwendet man Stahlfasem, deren Verdrillung 12°/cm bis 43°/cm beträgt Es wurde gefunden, daß der Widerstand gegen ein Herausziehen unter diesen Umständen besonders groß ist, ohne herstellungstechnische Schwierigkeiten mit sich zu bringen. Gleiches gilt für Stahlfasern, die an beiden Enden in Längsrichtung abgestuft sind und/oder die in Längsrichtung abwechselnde Vorsprünge und Ausnehmungen tragen.

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

F i g. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des bekannten Herstellverfahrens (1),

F i g. 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des bekannten Herstellverfahrens (2),

F i g. 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des bekannten Herstellverfahrens (3),

F i g. 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens,

F i g. 5 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens,

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

F i g. 7 eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung für eine Massenproduktion,

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

F i g. 9 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäß hergestellten Stahlfaser,

Fig. 1OA bis IOC Querschnitte von erfindungsgemäßen Stahlfasern, hergestellt bei unterschiedlichen Neigungswinkeln der Schneidkante,

Fig. HA bis 13A erfindungsgemäß verwendbare Schneidkanten und Fig. 1IB bis 13B die mit diesen

Schneidkanten jeweils hergestellten Stahlfasem, F i g. 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,

Fi g. 15 ein Diagramm zur Darstellung der Wirkung des Neigungswinkels auf die Stahlfaserfestigkeit wobei der Neigungswinkel verändert wird bei konstanter

ίο Bedingung der Schneidkante und Bearbeitungsbedingung,

Fi g. 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 F i g. 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 HersteUverfahren, den Werkzeugverschleiß und den Einfluß auf die Qualität des Produkts ist als Rohmaterial ein Stahl von niedrigem Kohlenstoffgehalt, 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 Stahle, wie beispielsweise rostfreier Stahl können eine Stahlfaser von besonders hoher Qualität ergeben.

Das Fräswerkzeug 1 ist derart an der Stahlplatte 3 angeordnet daß die Schneidkante 2 in einer gewünschten Tiefe fangeordnet 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 Stahlfasem 41 von annähernd dreieckiger Querschnittsform herzustellen.

Diese Bearbeitung kann mit einem Fräswerkzeug 1 erfolgen, welches mit Schneidkanten 2 versehen ist, deren Breite der Länge der Stahlfasem 41 entspricht es ist jedoch bequemer, die Ausführungsformen gemäß

den Fig.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 Stahlfasem entspricht, parallel auf einer Welle 5 angeordnet ist mit geeigneten Zwischenräumen zwischen den einzelnen Fräswerkzeugen 1. Unterhalb dieser Fräswerkzeuge 1 sind jeweils die Rohmaterialstücke 3 angeordnet, deren Breite der Breite der Schneidkanten 2 entspncht 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 Materialstucke 3 verarbeitet werden.

Die Ausführungsform gemäß den F i g. 7 und 8 ist ähnlich der Ausführung gemäß F i g. 6 und weist eine Mehrzahl von Fräswerkzeugen 1 mit Schneidkanten 2 auf, deren Breite annähernd gleich der Stahifaseriänge ist, jedoch sind die benachbarten Fräswerkzeuge 1 im Kontakt miteinander auf der Welle 5 angeordnet, und unterhalb der Fräswerkzeuge 1 befindet sich das Rohmaterialstück 3, dessen Breite gleich oder kleiner ist als die Summe der Breiten sämtlicher Fräs werkzeuge 1. Wenn sämtliche Fräswerkzeuge 1 mit derselben Geschwindigkeit gedreht werden, werden die Fräswerkzeuge 1 und der Rohmaterialblock 3 in horizontaler Rkhrung relativ zueinander bewegt, um die Oberfläche des Rohmaterialbiocks 3 wie oben beschrieben zu bearbeiten.

Somit ist es möglich, viele Stahlfasern mitteis einer Mehrzahl von parallelen Fräswerkzeugen 1 in den Vorrichtungen gemäß den Fig.6 sowie 7 und 8 zu erzeugen. Ferner wird bei der Ausführungsform gemäß den F i g. 7 und 8 die Stahlfaser, deren Länge gleich der Breite der Fräswerkzeuge 1 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 Fräswerkzeuge 1, wie in F i g. 6 gezeigt, herzustellen. Die Ausführungsform gemäß den F i g. 7 und 8 ist daher besonders vorteilhaft im Hinblick auf das Rohmaterial und die Einrichtung zum Herbeiführen der Relativbewegung zwischen dem Fräswerkzeug 1 und dem Rohmaterial3.

In den Ausführungsformen gemäß den F i g. 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 Fräswerkzeug 1 um eine geeignete Teilung gegeneinander verschwenkt angeordnet sind. Somit kann zusätzlich zur Erhöhung der Produktivität der Stoß auf das Fräswerkzeug oder die Welle 5 verringert werden.

Bei dea Ausfuhrungsfcnr.cn gesnäS den Fig. 4 bis 8 besteht hinsichtlich der Relativbewegung zwischen dem Fräswerkzeug 1 und dem Stahlblock 3 in horizontaler Richtung die Verfahrensweise, 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 Fräswerkzeugs 1 bewegt wird, wie durch die Pfeile in Fig.4 angedeutet, oder wobei der Stahlblock 3 anderse 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 Fig.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

ι ο Produktivität kann noch mehr erhöht werden als bei den Verfahrensweisen gemäß F i g. 4 oder F i g. 5.

Eine weitere (nicht dargestellte) Verfahrensweise besteht darin, daß der Stahlblock 3 fixiert ist und das Schneidwerkzeug 1 horizontal längs des Stahlblocks 3

ι s bewegt wird, wobei es gedreht wird. Diese Verfahrensweise ist von Nutzen, wenn der Suhlblock 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 f gesteuert durch einen Absenkbetrag des Fräswerkzeugs 1 oder einen Anhebebetrag des Stahlblocks 3.

Die StahlfaserhersteUung gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachstehend im Detail erörtert Die Schneidkante 2, welche einen geeigneten Neigungswinkel θ hat, tritt aufgrund der Roution 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 Schnittiefe 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 4' durch das Einschneiden der Schneidkante 2 in das Material 3 bis zu dessen Verlassen aufgebracht wird, wird das Fragment 4' an der Neigungsfläche 21 der Fräsvorrichtung 1 geschrumpft und schließlich wird es in Gestalt einer Suhlfaser 4 von dreieckigem Querschnitt weggeworfen.

Die somit erhaltene Stahlfaser 4 hat fast den Dreiecksquerschnitt wie in Fig.9 gezeigt, und die Länge /ist nahezu gleich der Breite der Schneidkante 2. Wenn die Breite des Rohmaterials 3 kurzer ist als die Schneidkante 2, ist die Faserlange gleich der Breite des

so 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 sssgsfonat, usd die Enden der Schneidkante 2 stehen in nachteiliger Weise mit dem Rohmaterial 3 in Kontakt

Die Suhlfaser 4 wird mit einer gewellten Fläche 41 über die gesamte Länge an einer Sehe der Suhlfaser 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 Sehe und entsprechend ein größeres Erfassen des Betons ermöglicht wird. Eine derartige Suhlfaser 4 ist von hoher Verformbarkeit und ermöglicht sonnt 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 Ausführunger, bilden die Grundlagen für die Herstellung 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 mehreren 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 Fig. 1OA bis IOC 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 F i g. 1OA gezeigt; bei einem negativen Neigungswinkel ergibt sich ein spitzwinkliges Dreieck gemäß Fig. 1OB; und bei positivem Neigungswinkel ergibt sich ein stumpfwinkliges Dreieck, wie in Fig. IOC gezeigt. Wenn der Neigungswinkel Θ Null ist, 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 Fig. HA, HB bis 13A, 13B 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 F i g. 11B gezeigt, oder eine Stahlfaser Ab, 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 F ig. 13B gezeigt.

Erfindungsgemäß werden die Schneidkanten 2 nicht parallel zur Drehachse des Fräswerkzeugs 1 angeordnet, sondern unter einem Steigungswinkel <x, wie aus den Fig.6 und 8 ersichtlich, mittels welches der Bearbeitungsvorgang durchgeführt wird, so daß die Stahifaser 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 <x 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 f 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 relativ 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 800⁰C oder mehr als 900⁰C. 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 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)
SS 41 (Material 1)

0,08% C superweicher normalisierter Stahl (Material II)

4(i 0,08% C superweicher geglühter Stahl (Material IH)

Bedingungen des Fräswerkzeugs

Durchmesser: 100 0
Anzahl der Schneidkanten z: 12
Neigungswinkel 0: Null
Steigungswinkel cc: 15°
Breite der Schneidkante: 50 mm

so Bearbeitungsbedingungen
Schnitt-Tiefe f: 0,5 mm
Vorschub Szpro Schneidkante: 0,5! 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 Materialien I, II und III.

Die Tabelle I zeigt Vergleiche der Querschnittsfläche A und der Zugfestigkeit ob 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.

	Tabelle 1	27 23	(a)	382	10
9	(b)		Querschnitts-
		fläche A
	(mm²)		on der Platte
	0,25		oder des Blocks
(c) Material I	0,23		(kg/mm²)
Material II	0,24	(kg/mm²)	43
Material III	0,25	71	33
(d) Material III		72	32
Darin bedeuten:	80
46	zeues 1 durch Änderui
kels Θ des Fräswerk

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

Beispiel 2

Die Stahlfasern wurden durch die Abwärtsschnitt-Fräsmethode gemäß F i g. 5 erzeugt.

Dicke Platte oder Block (Dicke 30 mm): SS 41

Bedingungen des Fräswerkzeugs
Durchmesser: 100 0
Anzahl der Schnittkanten z: 10
Neigungswinkel 0:NulI
Steigungswinkel λ: 15°
Breite der Schneidkanten: 30 mm

Bearbeitungsbedingungen
Schnitt-Tiefe: 0,45 mm
Vorschub 5zpro Schneidkante: 0,8 mm
Bearbeitungsgeschwindigkeit V: 63 m/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 12°/cm auf, hatten einen Querschnitt A von 0,33 mm² und eine Zugfestigkeit a_B von 71,2 kg/mm².

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 40 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 0,5χ0,5x30mm. 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 Neigungswingungswinkels Θ innerhalb des Bereichs von —5° bis + 15° bei denselben Bedingungen der Schneidkante und der Bearbeitung wie im Beispiel 1 zu untersuchen. Die Ergebnisse sind in F i g. 15 dargestellt, aus welcher ersichtlich ist, daß der Null-Neigungswinkel eine Stahlfaser von maximaler Festigkeit ergibt.

Beispiel 4

.->5 Bei dem Material II des Beispiels 1 wurde der Steigungswinkel α 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

jo Tabelle II gezeigt.

Tabelle II

(0 (e)	"a	Verdrillung der Faser
Querschnitts- fläche A	(kg/mm²)	(7cm)
(mm²)	65 72	12 43
15° 0,22 25° 0,19
Darin bedeuten:

(e): Eigenschaften der Faser

(f): Steigungswinkel der Schneidkante

Aus Tabelle II ist ersichtlich, daß ein Ansteigen des Steigungswinkels α 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 i, wobei die Bedingungen der Schneidkante und die übrigen Bearbeitungsbedingungen denen des Beispiels 1 entsprachen.

Die mechanischen Eigenschaften der Stahlfaser sind in F i g. 16 gezeigt wo der Vorschub Sz pro Schneidkan te und die Schnittiefe t, verändert wurden. F i g. 17 zeigt

die Ergebnisse bei Änderung nur des Vorschubs 5z pro

Schneidkante, und F i g. 18 zeigt die Ergebnisse bei Änderung nur der Schnitt-Tiefe L

Aus den F i g. 16 bis 18 ist ersichtlich, daß Stahlfasern von verschiedener Querschnittsfläche und verschiedener Festigkeit erhalten werden können durch Änderung des Vorschubs Sz pro Schneidkante oder der Schnitt- Tiefe f oder beider.

11 12

und war besser verformbar als das Produkt, welches bei

Beispiel 6 Raumtemperatur gemäß Beispiel 1 hergestellt worden

Mit dem Material SS 41 des Beispiels 1 wurden war. Die Lebensdauer des Fräswerkzeugs wurde auf

Stahlfasern hergestellt bei Erwärmen der Oberfläche etwa das Dreifache verlängert.

des Rohmaterials auf etwa 900°C durch eine Schneid- 5 Auf ähnliche Weise wurde rostfreier 18 Cr-8 Ni-

brennflamme bei denselben Bedingungen wie im Stahl auf etwa 300°C erwärmt und bei denselben

Beispiel 1. Bedingungen wie im Beispiel 1 verarbeitet. Die

Die erhaltene Stahlfaser hatte eine Querschnittsflä- erhaltene Stahlfaser hatte eine Querschnittsfläche von

ehe von 0,24 mm² und eine Zugfestigkeit von 55 kg/mm² 0,24 mm² und eine Zugfestigkeit von 80 kg/mm².

Hierzu (S NkUt Zeidiiiiiimen

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung von durch Fräsen hergestellten Stahlfasern, die verdrillt sind und einen annähernd dreieckigen Querschnitt besitzen, als Verstärkungsfasern für Stahlbeton.

2. Verwendung von Stahlfasern nach Anspruch 1, deren Querschnitt annähernd die Form eines rechtwinkligen Dreiecks aufweist

3. Verwendung von Stahlfasern nach Anspruch 1 oder 2, deren Verdrillung 12°/cm bis 43°/cm beträgt

4. Verwendung von Stahlfasern nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die an beiden Enden in Längsrichtung abgestuft sind.

5. Verwendung von Stahlfasern nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die in Längsrichtung abwechselnde Vorsprünge und Ausnehmungen tragen.