DE4242150C2 - Vorrichtung zur Herstellung von Stahlfasern aus kaltgezogenem Stahldraht - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Stahlfasern aus kaltgezogenem Stahldraht gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Stahlfasern dieser Art dienen zur Verstärkung von Zement- und/oder Kunstharzgebundenen Werkstoffen im Bauwesen, wo sie die Zähigkeit und Rißfestigkeit der Baukörper ver­ stärken sollen. Voraussetzung hierfür ist eine ausrei­ chender Haftverbund zwischen der Stahloberfläche und der Matrix. Deswegen sind die Stahlfasern mit einer Reihe von Profilierungen versehen, welche die glatte Stahldrahto­ berfläche unterbrechen und aufrauhen. Andererseits müssen die aus einem glatten Stahldraht gewonnenen Stahlfasern in großen Mengen zur Verfügung gestellt werden, was nur möglich ist, wenn sie sich kostengünstig herstellen las­ sen.

Die Herstellung der Stahlfasern erfolgt deswegen in gro­ ßen Mengen aus dem Ausgangsstahldraht auf einem Walzwerk, dessen Walzen bei ihrem Umlauf den Strahldraht durch Prä­ gen profilieren und die Stahlfasern abtrennen. In aller Regel wird dabei für jede Stahlfaser nur ein Bruchteil des Walzenumfanges benötigt, so daß für die Herstellung einer Stahlfaser schon eine Teildrehung der Walzen aus­ reicht. Für diese Art der Fertigung sind möglichst kurze Stahlfasern günstig. Lange Stahlfasern, also Stahlfasern mit einem größeren Verhältnis von Länge zu Durchmesser, erfordern für die Herstellung komplexere Anlagen oder zu­ sätzliche Maßnahmen, sind jedoch für den angestrebten gu­ ten Verbund in der Matrix günstiger.

Die Erfindung geht dabei von vorbekannten Stahlfasern und ihrer Herstellung aus (DE 91 03 713 U1). Danach sind die Stahlfasern verhältnismäßig kurz und ihr Haftvermögen be­ ruht ausschließlich auf den Profilierungen, welche mit den Prägewerkzeugen auf einer Walze hergestellt werden, während die andere gegenläufige Walze einen glatten Man­ tel aufweist. Da im Abstand der Stahlfasern die profi­ lierte Walze mit Messern zum Abtrennen der profilierten Stahlfaser von dem Ausgangsstahldraht versehen ist und diese Messer sich beim Umlauf der Walze auf einen größe­ ren Teilkreis als die Prägewerkzeuge bewegen, ergeben sich Störungen, wenn das Abtrennen des Drahtes von der Stahlfaser erfolgt, bevor das Drahtende von den Walzen erfaßt ist.

Die Druckschrift DE 92 02 767 U1 offenbart ein endliches Bewehrungselement zur Bewehrung von Betonteilen, sowie Vorrichtungen zu dessen Herstellung. Das Bewehrungsele­ ment besteht aus einem Stahldraht mit profiliertem Mit­ telabschnitt und gebogenen Enden. Die Vorrichtung zur Herstellung des Bewehrungselementes besteht im wesent­ lichen aus einem Walzenpaar, wobei die erste Walze an ihrem Umfang mit einem Biegevorsprung versehen ist, der an seinem vorderen Ende ein Schermesser besitzt. Weiter­ hin weist die erste Walze eine Anzahl von Prägestempeln auf, wobei die zweite Walze das Gegenstück zur ersten Walze darstellt, mit der Funktion einer Matrize.

Ein Bewehrungselement wird, aus einem zulaufenden Draht, durch jeweils eine vollständige Umdrehung der Walzen ge­ bildet, wobei das Bewehrungselement durch das Zusammen­ wirken der Schermesser beider Walzen vom Draht abgetrennt wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine verbes­ serte Vorrichtung zur Herstellung von profilierten Stahlfasern aus kaltgezogenem Stahldraht bereitzustellen, wobei die Vorrichtung insbesondere Betriebsstörungen bei der Herstellung der Stahlfasern vermeidet. Die Erfindung geht dabei einen Weg, dessen Lösung in Anspruch 1 wieder­ gegeben ist. Die weiteren Merkmale der Erfindung sind Ge­ genstand der Unteransprüche.

Der Haftverbund der Stahlfaser wird durch das Zusammen­ wirken der durch die Prägung erzielten Profilierungen auf einer im wesentlichen geraden Teillänge zwischen den mit den Kröpfungen versehenen Faserenden erzielt. Da man er­ findungsgemäß das Prägen und Umformen, also die Herstel­ lung der Profilierungen zwischen den Stahlfaserenden und deren Abkröpfungen an den Enden nicht nacheinander, son­ dern beginnend von einem Stahlfaserende bis zum anderen Ende in der Reihenfolge der unterschiedlichen Formgebun­ gen, wie sie auf der fertigen Stahlfaser erscheinen, durchführt, kann die Herstellung der Stahlfaser auf einem Walzwerk in einem Verarbeitungsschritt auf einer Maschine hergestellt werden. Dieses Verarbeitungsverfahren kenn­ zeichnet die Stahlfasern insofern, als die Stahlfasern trotz ihrer umgeformten Enden verhältnismäßig kurz aus­ fallen. Unabhängig von der Länge der Stahlfasern führt das Abscheren an den Drahtenden zu plastischen Verfor­ mungen des Stahldrahtes, die insbesondere an den Stirn­ flächen der Stahlfaserenden auszumachen sind.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß sie einerseits kurze Stahlfasern ermöglicht, die durch ihre abgekröpften Enden einen erhöhten Haftverbund durch Steigerung des Auszieh­ widerstandes der Stahlfasern in der Matrix gewährleisten. Andererseits werden diese Stahlfasern auf einfache Weise hergestellt, weil trotz der Umformung der Stahlfaserenden bei der Herstellung der Abkröpfungen nur ein auf einer Bearbeitungsmaschine durchführbarer Arbeitsgang benötigt wird.

Einzelheiten und andere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer beispiels­ weisen Vorrichtung zur Herstellung der neuen Stahlfasern anhand der Figuren in der Zeichnung; es zeigen:

Fig. 1 eine Stahlfaser in Seitenansicht,

Fig. 2 den Gegensand der Fig. 1 in Draufsicht,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III der Fig. 1,

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV der Fig. 1,

Fig. 5 schematisch ein Walzwerk zur Herstellung des Gegenstandes der Fig. 1 bis 4,

Fig. 6 eine schematische Gesamtdarstellung der Vor­ richtung für die Herstellung des Gegenstandes nach den Fig. 1 bis 4,

Fig. 7 eine beispielsweise Bemessung der Stahlfasern nach Fig. 1 und

Fig. 8 eine vergrößerte Darstellung des Gegenstandes der Fig. 5.

Die Wiedergabe der Stahlfaser 1 in den Fig. 1 bis 4 ist schematisch, d. h. sie weicht von der genaueren Darstel­ lung nach Fig. 7 in Einzelheiten ab. Die Stahlfaser be­ steht aus einem kaltgezogenen Draht 2 (Fig. 6), die durch Prägewerkzeuge 3 (Fig. 5), die auf einer Walze 4 ange­ bracht sind, mit aufeinanderfolgenden Profilierungen 5 bis 8 nach Fig. 1 versehen ist. Das Prägen mit den Werk­ zeugen 3 erfolgt gegen den glatten Mantelsektor 9 einer gegensinnig umlaufenden Walze 10. Wie sich aus der Dar­ stellung der Fig. 5 ergibt, sind die Walzen 4 und 10 ab­ wechselnd mit Prägewerkzeugen 3 und Glattmantelsektoren 9 versehen. Bei den Prägewerkzeugen 3 handelt es sich um Prägestempel, welche nach Fig. 7 bogenförmige Stempel­ köpfe 11 aufweisen. Zwischen den Stempelköpfen ist der Mantel der betreffenden Walze, wie beispielsweise in Fig. 7 bei 12 dargestellt, glatt, so daß auf diesen Drahtlän­ gen im Gegensatz zu den von den Prägestempeln hervorgeru­ fenen Profilierungen 5 bis 8 unverformte Bereiche 14 bis 16 (Fig. 1) bestehen bleiben. Es ergibt sich dann, daß in Stahlfaserlängsrichtung gesehen die einseitigen Profilie­ rungen 5 bis 8 des Drahtes im Abstand voneinander ange­ ordnet sind, wobei die Abstände gemäß der dargestellten Ausführungsform regelmäßig, d. h. gleich lang sind. Die Prägetiefe kann bei praktischer Ausführung etwa 0,5 des Ausgangsdurchmessers des Stahldrahtes ausmachen. Die Prä­ gebreite b (Fig. 2) nimmt unter diesen Umständen unter praktischen Bedingungen etwa das Doppelte das Ausgangs­ durchmessers ein.

Wie sich aus der Darstellung der Fig. 5 und den Glattman­ telbereichen 9 ergibt, ist die Unterseite 17 der Stahlfa­ sern 1 eben.

Die Drahtenden 18, 19 werden mit kämmenden Werkzeugen 20, 21 abgeschert, welche auf den Walzen 4, 10 jeweils an den Enden der mit den prägenden Werkzeugen 3 besetzten Sekto­ ren angebracht sind.

An den profilierten Draht 1 schließt sich beiderseits je ein glattes Drahtende 18, 19 an. Diese Drahtenden sind mit Hilfe der kämmenden Werkzeuge 20, 21 auf den Walzen 9, 10 abgekröpft. An einer solchen Abkröpfung läßt sind ein innerer Schenkel 22 von einem das freie Ende der Stahlfaser 1 bildenden äußeren Schenkel 23 unterscheiden. Die Abkröpfungen sind in Fig. 2 allgemein mit 24 und 25 bezeichnet. Wie die Darstellung der Fig. 4 erkennen läßt, sind diese Drahtbereiche ebenso wie die mit 14 bis 16 be­ zeichneten Bereiche mit ihrem ursprünglich runden Quer­ schnitt 26 unverändert belassen. Aus der Darstellung der Fig. 3 ist ersichtlich, daß die Profilierungen 5 bis 8 demgegenüber einen flachen Querschnitt 27 aufweisen.

Aus der Darstellung der Fig. 5 in Verbindung mit den Fig. 7 und 8 ergibt sich das Zusammenwirken der prägenden und der kämmenden Werkzeuge. Nach Fig. 7 dient zum Aufbiegen der Kröpfungen jeweils ein Biegelstempel 28, der sich an jedem Ende eines mit dem Biegewerkzeugen besetzten Sek­ tors einer Walze 4, 10 befindet, wobei ein solcher Sektor allgemein bei 29 dargestellt ist. Dieser Biegestempel 28 hat einen flachen Kopf, mit dem der freie Schenkel 23 er­ faßt wird und der in ein Biegegesenk 30 gedrückt wird. Nach innen, d. h. in Richtung auf die Prägestempel 11 schließt sich an den Kopf 29 eine schräggeneigte Flanke 31 an, welche bis in das Tiefste der Profilierung 5 bzw. 8 abfällt, welche an den beiden Enden des jeweiligen Sek­ tors angeordnet sind. Dieser Schräge des Biegestempels 28 entspricht die ansteigende Schräge 32 des Biegegesenks 30, welches einen dem ebenen Kopf 29 entsprechenden Boden 33 aufweist. In den Wendepunkten der Abkröpfungen 18, 19 tragen die Biegewerkzeuge Abrundungen, deren Radius mit 0,5 mm angegeben ist.

Die äußere Kante 34 des Biegestempels 28 dient als Scher­ kante, welche die gerade hergestellte Stahlfaser 1 von dem in den Walzenspalt 35 eindringenden Drahtende 36 in einem Zug abschert (Fig. 5). Der ebene Kopf 29 der Biege­ stempel und damit die Schrägkanten 34 laufen auf einem äußeren Teilkreis um den Achsmittelpunkt mit den Walzen um, während die Biegestempel 11 auf einem demgegenüber kleineren Teilkreis drehen. Dadurch ist es möglich, ge­ genüber den flacheren Prägungen 5 bis 8 längere Schenkel 28 und damit in Biegerichtung tiefere Abkröpfungen 18, 19 herzustellen. Dadurch, daß auf den Walzen 4, 10 Glattman­ telsektoren 9 mit Biege- und Prägesektoren 29 abwechseln und zusammenwirken, stellt jeweils ein Biegestempel 28 im Zusammenwirken mit seinem Prägegesenk 30 gleichzeitig benachbarte Kröpfungen 18 und 19 aufeinanderfolgender Stahlfasern her.

Wie aus der Darstellung der Fig. 8 hervorgeht, wird durch diese Werkzeuganordnung die Einleitung von tangentiellen Zugkräften aus der Rotationsbewegung der Arbeitswalzen 4, 10 im Berührungspunkt und im Augenblick des Abscherens unterbrochen. Da die tangentiale Zugkomponente in der er­ findungsgemäßen Vorrichtung in den zuvor abgescherten oder in Scherung befindlichen Draht eingeleitet wird, wird die Drahtversorgung des Arbeitswalzenpaars durch eine synchron laufende Drahtversorgungseinheit herge­ stellt.

Der Drahtabschnitt, der sich im Bereich des Winkels β zwischen der Verbindungslinie der Walzenachsen und der Schnittfläche befindet, wird mit Rotationsgeschwindigkeit der Arbeitswalzen weitergezogen. Das freie Ende des ge­ schnittenen Drahtes, der bis zum Wiedereintritt in den Prägebereich durch die Arbeitswalzen gezogen wird, wird deshalb mit einer mindestens der Rotationsgeschwindigkeit der Arbeitswalzen entsprechenden Vorschubgeschwindigkeit nachgeführt.

Da die Präge- und Formgebungswerkzeuge unterschiedliche Umlaufbahnen durchlaufen, wird die Vorschubgeschwindig­ keit der Drahtzuführeinrichtung so gewählt, daß der Vor­ schubweg der Summe der einzelnen Umlaufabschnitte ent­ spricht, so daß keine zusätzliche Stahldehnung im Formge­ bungsabschnitt direkt vor dem Schneiden in den Draht ein­ geleitet werden. Hierdurch wird einerseits verhindert, daß bei zu geringer Vorschubgeschwindigkeit eine schlag­ artige Zugbeanspruchung des Drahtes bei der Formgebung auftritt, die auf einer elastischen Längenänderung be­ ruht, welche beim Schnitt zum Zurückschnellen des Drahtes und damit nur zur verkürzten Ausbildung der Endveran­ kerungsbereiche 18, 19 führt. Außerdem wird eine unzurei­ chende Vorschubgeschwindigkeit verhindert, die ein "Streckziehen" im Moment des einhubigen Scherschnittes herbeiführen würde.

Hieraus ergibt sich die Gesamtanordnung der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung, welche in Fig. 6 schematisch wieder­ gegeben ist.

Wenn man davon ausgehen kann, daß auf den Walzen 4, 10 entsprechend der Walzenbreite mehrere Stahldrähte 2 par­ allel und gleichzeitig bearbeitet werden können, läßt sich die Drahtzuführung mit einer oder mehrerer Stahl­ drahtspulen 38 bewirken. Sind denn mehrere parallele Drähte vorgesehen, so können die Spulen mit Flyer und/oder Haspeln mit oder ohne synchronisierten Antrieb versehen werden. Für jeden Stahldraht 2 ist eine Drahtzu­ führungseinrichtung 39 vorgesehen, welche bei mehreren Drähten das Verdrillen der Drähte durch unregelmäßigen Ablauf bei nicht synchronisierten Ablauf verhindert. Aus der Zuführungseinrichtung läuft der Ausgangsstahldraht 2 um eine Umlenk- oder Führungseinrichtung 40 in ein Draht­ einzugwalzenpaar 41, 42, wobei der Stahldraht 2 so ge­ lenkt wird, daß er lagesicher in den Walzenspalt 43 ein­ laufen kann. Die beiden Walzen 41, 42 sind synchronisiert und ihr gegenseitiger Abstand im Walzenspalt 43, der mit 44 bezeichnet ist, läßt sich wählen und einstellen. Eine Führungseinrichtung 45 besteht im wesentlichen aus einem Drahtzuführungskanal. Die Einzugsvorrichtung führt den Draht mit der gewünschten Geschwindigkeit im wesentlichen ohne Schlupfverluste der weiteren Bearbeitung zu. Dazu sind die Walzenmäntel vorzugsweise mit einer Profilierung 46 versehen. Diese kann zusätzlich zu den Prägungen und Umformungen der Stahlfasern zur Vergrößerung der Oberflächenrauhigkeit verwendet werden.

Der veränderbare Abstand 44 der Walzen 41, 42 im Walzen­ spalt 43 läßt unterschiedliche Drahtdurchmesser zu. Dem entspricht ein variabler Abstand 46 der Walzen 4, 10 im Walzenspalt 35. Durch Einstellung des Abstandes 46 wird dem eingestellten Drahtdurchmesser bei 44 entsprochen. Außerdem kann durch unabhängige Verstellung des Abstandes 46 die Prägetiefe der Prägungen 5 bis 8 eingestellt werden.

Die Abstimmung der Umlaufgeschwindigkeiten der Walzen 41, 42 auf die Umlaufgeschwindigkeiten der Walzen 4, 10 er­ folgt durch einen Keilriementrieb, welcher vom Abtrieb 48 des Hauptantriebes 49 abgeleitet ist, der die Walzen 4, 10 antreibt. Dieser Hauptantrieb läßt sich mit einem Va­ rio-Motor bestücken. Die Synchronisation der Umlaufge­ schwindigkeit der Walze 10 mit der Umlaufgeschwindigkeit der Walze 4 erfolgt durch ein Zahnräderpaar, welches drehfest auf der Welle der Walzen 4, 10 angeordnet ist.

Mit der Vorrichtung nach Fig. 6 werden die Stahlfasern in einem Arbeitsgang während der Drehung der Walzen über ei­ nen Sektor hergestellt. Hierbei werden maßgerechte Stahl­ fasern mit erheblicher Geschwindigkeit und damit in gro­ ßen Mengen wirtschaftlich gewonnen.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Herstellung von Stahlfasern (1) aus kaltgezogenem Stahldraht (2) mit einem sich gegenläufig drehenden Walzenpaar (4, 10) zwischen dem der Stahldraht (2) hindurchgeführt wird, wobei eine Walze mit Präge-, Biege- und Abschneidwerkzeugen zum Einbringen von Profi­ lierungen (5, 6, 7, 8) in den Stahldraht (2), abkröpfen der Enden (18, 19) und Abtrennen des bearbeiteten Stahldrahtes (2) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Walze (4, 10) Glattmantelsektoren (9) mit Präge- und Biegewerkzeugsektoren (29) in geradzahligem Verhältnis miteinander abwechselnd vorgesehen sind, wobei jeder Glattmantelsek­ tor (9) mit einem jeweils auf der anderen Walze befindlichen Präge- und Biegewerkzeugsektor (29) zusammenwirkt und weiterhin eine Draht­ vorschubeinrichtung (41, 42) den den Stahldraht (2) bearbeitenden Wal­ zen (4, 10) vorgeordnet ist und den Stahldraht (2) mit einer Vorschub­ geschwindigkeit zuführt die gleich der Umfangsgeschwindigkeit der Walzen (4, 10) ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Prä­ ge- und Biegewerkzeugsektoren (29) die prägenden Werkzeuge (11, 12) zwischen den kämmenden Werkzeugen (20, 21) angeordnet sind, welche aus je einem Biegestempel (28) und einem Biegegesenk (30) bestehen, wobei die Biegestempel (28) mit Scherkanten (34) zum Abtrennen der Stahlfasern (1) versehen sind.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Biegekanten der Biegestempel (28) und/oder der Biegege­ senke (30) zur Ausbildung von Übergangsradien an den Kröpfungen (18, 19) der Stahlfasern (1) abgerundet sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Drahtvorschubeinrichtung aus mehreren Walzen (41, 42) besteht und ihr Antrieb vom Antrieb (49) der Walzen (4, 10) abgeleitet und synchronisiert ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß der Walzenspalt (44) zwischen den Walzen (41, 42) der Draht­ vorschubeinrichtung zur Verarbeitung von Stahldrähten (2) mit unter­ schiedlichem Drahtdurchmesser einstellbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Profilierung (46') der Walzen (41, 42) der Drahtvorschu­ beinrichtung zur Profilierung des Stahldrahtes (2) dient.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Größe des Walzenspaltes (35) der Walzen (4, 10) auf den Durchmesser des Stahldrahtes (2) einstellbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß auf ihr mehrere Stahldrähte (2) parallel verarbeitet und mit Hilfe von Drahtführungseinrichtungen (39, 45) verdrillungsfrei gehalten sind.