DE4314008A1

DE4314008A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Stahlfasern

Info

Publication number: DE4314008A1
Application number: DE19934314008
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dipl Ing Kaemereit; Boris Prof Dr Ing Evseev
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1993-04-26
Filing date: 1993-04-26
Publication date: 1994-10-27
Anticipated expiration: 2013-04-27
Also published as: DE4314008C2; AU6502094A; WO1994025213A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Stahlfasern für Faserbeton gemäß Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Aus der SU 10 54 517 ist ein gattungsgemäßes Verfahren und eine Vorrichtung zur Stahlfasernherstellung bekannt. Diese Vorrichtung weist eine Schneideinrichtung auf, die aus mehreren parallel nebeneinander in Form einer Messerrolle angeordneten rotierenden Messereinrichtungen besteht. Die einzelnen Messereinrichtungen haben jeweils einen scheibenförmigen Grundkörper, der an seinem Umfang mit einer Vielzahl von Schneiden bestückt ist. Die Schneideinrichtung wird über einen Elektromotor angetrieben. Weiterhin weist die Schneideinrichtung ein mit seiner Schneide parallel zur Drehachse der Messereinrichtung angeordnetes statisches Messer auf. Schließlich besitzt diese bekannte Vorrichtung noch eine Zuführeinrichtung in Form eines motorisch angetriebenen Förderrollenpaares, mit dem Stahlband mit definierter Vorschubgeschwindigkeit dem Schneidbereich der Messer zugeführt werden kann.

Das als Einsatzmaterial auf dieser Vorrichtung benutzte Stahlband weist eine Breite auf, die etwa der Breite der gesamten Messerrolle entspricht. Es entstehen durch die Schneidbewegung der rotierenden Messer eine Vielzahl von Stahlfasern, deren Länge der jeweiligen Breite der scheibenförmigen Messergrundkörper entspricht. Stahlband wird also in Stahlfasern zerschnitten, deren Länge einem der Anzahl der Messerscheiben entsprechenden Bruchteil der ursprünglichen Stahlbandbreite entspricht.

Diese bekannte Vorrichtung liefert Stahlfasern in einer der jeweiligen Spezifikation entsprechenden Form, da Stahlbänder unterschiedlicher Dicke einsetzbar sind und die Vorschubgeschwindigkeit zur Erzielung einer bestimmten Schnittiefe auf die Drehzahl und Schneidenzahl der Messer einstellbar ist, so daß Fasern definierter Höhe und Dicke entstehen. Die Faserlänge wird durch die jeweils gewählte Schneidenbreite bestimmt. Nachteilig ist hierbei jedoch, daß als Einsatzmaterial auf jeden Fall ein vergleichsweise hochwertiges Bandmaterial verwendet werden muß, was die Herstellkosten entsprechend hoch treibt.

Weiterhin ist aus der JP 58-26047 A ein Verfahren zur Herstellung von Stahlfasern bekannt, das in ähnlicher Weise abläuft. Im Unterschied zum vorgenannten Verfahren werden hierbei allerdings mehrere schmale Stahlbänder parallel zueinander der Schneideinrichtung zugeführt, die im Prinzip aus einer als Vollzylinder ausgebildeten rotierenden Messereinrichtung und wiederum einem feststehenden Messer besteht. Die Faserlänge ist durch die Breite der jeweils zugeführten Bänder bestimmt. Um Dicke und Länge der Fasern in ein vorgegebenes Verhältnis zu bringen, müssen bei diesem Verfahren auf jeden Fall die Dicke und Breite der eingesetzten Bänder diesem Verhältnis genügen. Die Schnittiefe kann durch Abstimmung der Vorschubgeschwindigkeit und der Rotationsgeschwindigkeit der Schneiden der Schneideinrichtung auf Werte eingestellt werden, die dem gewünschten Verhältnis entsprechen. Auch bei diesem Verfahren ist der Nachteil gegeben, daß relativ hochwertiges Einsatzmaterial mit definierten Abmessungen verwendet werden muß, so daß die Herstellkosten entsprechend hoch sind.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein gattungsgemäßes Verfahren in der Weise zu verbessern, daß die Herstellkosten für die Stahlfasern verringert werden, und eine zweckmäßige Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben.

Gelöst wird diese Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung weist die Merkmale des Patentanspruchs 2 auf. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 3 bis 9 angegeben.

Ausgangspunkt der vorliegenden Erfindung war die Überlegung, die Herstellkosten dadurch zu vermindern, daß ein wesentlich kostengünstigeres Einsatzmaterial verwendet wird, als dies bisher der Fall ist. Es sollte bandförmiges Material eingesetzt werden können, das wesentlich schmaler als das bisher übliche ist und möglichst sogar ein Abfallprodukt darstellt wie insbesondere Reste von Spaltband und Bandsaummaterial aus der Warm- oder Kaltbandproduktion. Auf der bisher bekannten Anlage wäre die Verarbeitung derartigen Materials in sinnvoller Weise kaum möglich und würde vielfach zu unbrauchbaren Fasern führen, insbesondere wenn relativ schmales Band bearbeitet werden soll, dessen Breite kleiner als die gewünschte Faserlänge ist. Die Fasergeometrie muß nämlich bestimmten Mindestanforderungen genügen. Hierzu gehört auch ein Mindestverhältnis der Faserlänge zur kleinsten Querabmessung der Faser. Für glatte Fasern muß dieses Verhältnis über 100 liegen, für profilierte oder gebogene kann dieser Wert auch niedriger (z. B. 80) sein.

Die Erfindung macht es möglich, aus Bandmaterial, dessen Breite geringer ist als die gewünschte Faserlänge, dennoch Fasern mit dieser Länge zu erzeugen, indem der Schnitt nicht wie bisher genau senkrecht zur Vorschubrichtung des Bandes, sondern in einem schrägen Winkel, insbesondere in einem Winkel zwischen 90° und etwa 30° zur Vorschubrichtung erfolgt. Hierzu ist die erfindungsgemäße Vorrichtung gegenüber der bekannten in der Weise verändert worden, daß die Schneideinrichtung insgesamt gegenüber der Zuführeinrichtung für das Stahlband um eine vertikale Achse verschwenkbar ausgeführt ist, so daß die jeweils erforderliche Schrägstellung einstellbar ist. Die Zuführeinrichtung kann dabei vorteilhafterweise auf die gleichzeitige Zuführung mehrerer paralleler Bänder eingerichtet sein. Maßgebend für die zu wählende Schrägstellung ist in einem solchen Fall nicht das dünnste sondern das schmalste dieser Bänder. Bei unregelmäßig breiten Bändern (z. B. Besäumband) sind die jeweils schmalsten Bandstellen zu berücksichtigen. Die Schrägstellung der Schneideinrichtung ist so zu wählen, daß die sich ergebende kleinste Faserlänge im Verhältnis zur Banddicke ausreichend groß wird. Vorschubgeschwindigkeit, Schneidenanzahl auf der Messereinrichtung und Drehzahl der Messereinrichtung sind so einzurichten, daß sich eine Schnittiefe ergibt, die das vorgegebene Mindestverhältnis zur Faserlänge ebenfalls erfüllt.

Anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung,

Fig. 2 eine Seitenansicht dieser Vorrichtung,

Fig. 3 die Bandeinlaufseite dieser Vorrichtung und

Fig. 4 eine Messerrolle.

Die in den Fig. 1 bis 3 in verschiedenen Ansichten dargestellte Maschine weist ein auf einer Grundplatte 15 stehendes Maschinengehäuse 14 auf, das oben mit einer Tischplatte 21 abgedeckt ist. Auf der Tischplatte 21 ist eine Zuführeinrichtung 4 fest angeordnet, die im vorliegenden Fall lediglich auf die Verarbeitung eines einzigen schmalen Stahlbandes 13 (z. B. Bandsaummaterial) eingerichtet ist. Der Vorschub des Stahlbandes 13 erfolgt durch ein Förderrollenpaar, von dem in Fig. 1 nur die obere Förderrolle 12 erkennbar ist und das über den Elektromotor 6 und das Winkelgetriebe 7, vorzugsweise ein Schneckengetriebe, mit fester oder einstellbarer Vorschubgeschwindigkeit angetrieben wird. Vor und hinter der Förderrolle 12 sind Seitenführungen 22, 23 für das Stahlband 13 angeordnet. Bei breiterer Ausführung des Förderrollenpaares und entsprechender Anpassung der Seitenführungen 22, 23 könnten auch mehrere schmale Stahlbänder gleichzeitig zugeführt werden. In Bandeinlaufrichtung hinter der Seitenführung 22 ist quer zur Bandeinlaufrichtung eine Schneideinrichtung 1 angeordnet. Diese besteht im wesentlichen aus der scheibenförmig ausgebildeten rotierenden Messereinrichtung 2, einer Lagerung 9 für die Drehachse 5 der Messereinrichtung 2, einem zweiten Elektromotor 8 und einem Riemengetriebe 10, 11 zur Veränderung der Antriebsdrehzahl der Messereinrichtung 2. In die Lagerung 9 kann bei Bedarf ein Zwischengetriebe eingebaut sein. Die rotierende Messereinrichtung 2 ist am Umfang des scheibenförmigen Grundkörpers mit einer Vielzahl von Schneiden 20 bestückt. Im Falle der Auslegung der Maschine auf die gleichzeitige Verarbeitung mehrerer paralleler Stahlbänder wäre die Messereinrichtung 2 entsprechend breiter ausgeführt und bestünde vorzugsweise aus mehreren nebeneinander angeordneten Messerscheiben oder aus einer entsprechenden einstückig ausgebildeten Messerrolle 24 (Fig. 4), bei der die Schneiden 20 über die gesamte Rollenbreite verlaufen. Als weiteres wesentliches Element verfügt die Schneideinrichtung 1 über ein feststehendes, also statisches Messer 3, das im Zusammenwirken mit der Messereinrichtung 2 das Band 13 zerschneidet. Die gesamte Schneideinrichtung 1 ist auf einem Schlitten 25 montiert, der auf der Tischplatte 21 in Bogenführungen 17 horizontal verschwenkt werden kann, so daß beliebige Winkelstellungen der Drehachse 5 zur Bandeinlaufrichtung, vorzugsweise im Bereich von 90° bis 30° einstellbar und mittels Schraubverbindungen fixierbar sind. Die von der Schneideinrichtung 1 erzeugten Stahlfasern fallen nach unten auf eine Rutsche 16 und können in ein nicht dargestelltes Sammelgefäß gelangen. Die Messereinrichtung 2 ist (Fig. 2) nach außen durch ein Blechgehäuse 18 abgedeckt, das mit einer Klappe 19 versehen ist, um einen einfachen Austausch der Messereinrichtung 2 zu ermöglichen. Beispielsweise kann über Messereinrichtungen gleichen Durchmessers aber mit unterschiedlicher Schneidenzahl eine unter sonst gleichbleibenden Bedingungen entsprechend geänderte Faserbreite eingestellt werden. Je größer die Schneidenanzahl ist, umso kleiner ist die Faserbreite. Durch die Vergrößerung der Drehzahl der Messereinrichtung 2 kann ebenfalls eine Verringerung der Faserbreite bewirkt werden, ebenso durch eine Verringerung der Vorschubgeschwindigkeit. Es ist selbstverständlich auch möglich, die Schneideinrichtung 1 zur parallelen Verarbeitung mehrerer z. B. unterschiedlich dicker Bänder mit mehreren Messereinrichtungen unterschiedlicher Schneidenanzahl auszurüsten. Die Faserlänge wird über die Schrägstellung der Drehachse 5 zur Bandeinlaufrichtung verändert. Je kleiner der Winkel, der in Fig. 1 90° beträgt, ist, umso länger werden die Fasern. Es empfiehlt sich, die einzelnen Schneiden in an sich bekannter Weise schräg zur Drehachse 5 auf dem Grundkörper der Messereinrichtung 2 anzuordnen.

Beispiel

Gegeben ist ein Besäumband mit einer Breite von 15-20 mm und einer Dicke von 0,3 mm. Hergestellt werden sollen Fasern mit einer Länge von mindestens 30 mm und einer Breite von etwa 0,3 mm, wobei das Verhältnis Länge/Breite mindestens 80 betragen soll. Hierzu wird eine Vorrichtung gemäß Fig. 1-3 benutzt, bei der der Winkel zwischen der Schneideinrichtung und der Vorschubrichtung von ursprünglich 90° (Fig. 1) auf 30° verändert wurde. Dadurch ergibt sich eine Faserlänge von 15 mm/sin 30° bis 20 mm/sin 30°, also von 30-40 mm. Bei einer Schneidenzahl von 12 und einer Drehzahl der Messereinrichtung von z. B. 1000 min^-1 wird eine Vorschubgeschwindigkeit von 7200 mm/min eingestellt. Dadurch ergibt sich unter Berücksichtigung der Schrägstellung der Schneideinrichtung die gewünschte "Schnittiefe" (Faserbreite) von 0,3 mm. Die erhaltenen Fasern sind jeweils um ihre Längsachse in sich verwunden und weisen angespitzte Enden auf mit einem Spitzenwinkel, der dem gewählten Einstellwinkel zwischen Schneideinrichtung und Vorschubrichtung entspricht.

Durch diese außerordentlich einfache Konstruktion lassen sich sehr preiswerte Einsatzmaterialien, die an sich als Abfallstoffe anzusehen sind, in kostengünstiger Weise zu einem hochwertigen Produkt verarbeiten. Als Vorteil beim Einsatz von Besäumband ergibt sich entsprechend der veränderlichen Breite des Einsatzmaterials eine Mischung aus Fasern unterschiedlicher Länge.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Stahlfasern für Faserbeton durch Zerschneiden von Stahlband, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer Faserlänge, die größer als die Breite des eingesetzten Stahlbandes ist, der Schnitt jeweils schräg in einem Winkel von 30° bis weniger als 90° zur Bandeinlaufrichtung vorgenommen wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, enthaltend eine Schneideinrichtung (1) mit einer gegen ein statisches Messer (3) arbeitenden, von einem Motor (9) angetriebenen rotierenden Messereinrichtung (2) und mit einer von einem Motor (6) angetriebenen Zuführeinrichtung (4) zur kontinuierlichen Zuführung von Stahlband (13) in den Schneidbereich der Messer (2, 3), wobei die Drehachse (5) der rotierenden Messereinrichtung (2) quer zur Zuführrichtung des Stahlbandes (13) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneideinrichtung (1) gegenüber der Zuführeinrichtung (4) schwenkbar angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkbarkeit über einen Winkelbereich von 30° bis 90° bezogen auf den Winkel zwischen Drehachse (5) und Zuführrichtung des Stahlbandes (13) geht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubgeschwindigkeit des Antriebs der Zuführeinrichtung (4) auf unterschiedliche Werte einstellbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl der Schneideinrichtung (1) auf unterschiedliche Werte einstellbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Schneideinrichtung (1) Messereinrichtungen (2) mit unterschiedlicher Zahl an auf dem Umfang verteilten Schneiden (20) einsetzbar sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneideinrichtung (1) mehrere koaxial nebeneinander angeordnete rotierende Messereinrichtungen aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als rotierende Messereinrichtung (2) eine Messerrolle (24) vorgesehen ist, deren Schneiden sich über die ganze Länge der Messerrolle (24) erstrecken und jeweils ein Mehrfaches der Breite des einzusetzenden Stahlbandes (13) ausmachen, und daß die Zuführeinrichtung (4) auf die gleichzeitige parallele Zuführung mehrerer Einzelbänder eingerichtet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneiden (20) der Messereinrichtung (2) schräg zur Drehachse (5) ausgerichtet sind.