DE4405882A1

DE4405882A1 - Method and device for producing steel fibers

Info

Publication number: DE4405882A1
Application number: DE4405882A
Authority: DE
Inventors: Boris Prof Dr Ing Evseev; Wilhelm Dipl Ing Kaemereit
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1993-04-26
Filing date: 1994-02-21
Publication date: 1995-08-24

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Stahlfasern für Faserbeton durch Zerschneiden von Stahlband, wobei zur Erzielung einer Faserlänge, die größer als die Breite des eingesetzten Stahlbandes ist, der Schnitt - in der Stahlbandebene gesehen - jeweils schräg in einem Winkel (Schnittwinkel) von 15° bis weniger als 90° zur Bandeinlaufrichtung vorgenommen wird gemäß Patentanmeldung P 43 14 008.4 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.The invention relates to a method for producing steel fibers for Fiber reinforced concrete by cutting steel strips, whereby to achieve a Fiber length that is greater than the width of the steel strip used, the cut - seen in the steel strip plane - each obliquely in one Angle (cutting angle) from 15 ° to less than 90 ° to the Tape entry direction is made according to patent application P 43 14 008.4 and an apparatus for performing this method.

Mit dem gattungsgemäßen Verfahren lassen sich z. B. auch kostengünstig erhältliche Abfallblechstreifen (Besäumband) zu ausreichend langen Stahlfasern verarbeiten, auch wenn die Bandbreite kleiner als die gewünschte Faserlänge ist. Bei glatten Stahlfasern ist ein Verhältnis der Faserlänge zur Faserdicke von mindestens 100 erforderlich, um im zu erzeugenden Faserbeton ausreichende Verstärkungseffekte zu gewährleisten. Große Faserlängen im Verhältnis zur Dicke sind aber auf der anderen Seite mit dem gravierenden Nachteil verbunden, daß sich die einzelnen Fasern ineinander verhaken und es zu einer starken Verklumpung kommt, die auch als "Igelbildung" bezeichnet wird.With the generic method z. B. also inexpensive available waste sheet strips (trimming tape) too long Process steel fibers, even if the bandwidth is smaller than that desired fiber length is. With smooth steel fibers there is a ratio the fiber length to the fiber thickness of at least 100 is required in order to producing fiber concrete sufficient reinforcing effects guarantee. However, there are large fiber lengths in relation to the thickness the other hand connected with the serious disadvantage that the interlock individual fibers and there is a strong clumping comes, which is also called "hedgehog formation".

Aufgabe der Erfindung ist es, die Neigung der Stahlfasern zur Igelbildung zu vermindern, ohne daß unzulässige Einbußen in der Festigkeit des Faserbetons hingenommen werden müssen.The object of the invention is to determine the inclination of the steel fibers Reduce hedgehog formation without undue loss in the The strength of the fiber concrete must be accepted.

Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Verfahren gemäß Stamm-Patentanmeldung P 43 14 008.4 durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen dieses Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 angegeben. Eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens weist die Merkmale des Patentanspruchs 6 auf und ist durch die Merkmale der Unteransprüche 7 bis 8 in zweckmäßiger Weise weiter ausgestaltbar.This task is solved with a method according to Master patent application P 43 14 008.4 by the characterizing features of claim 1. Advantageous further developments of this method are specified in subclaims 2 to 5. A device for Carrying out this method has the features of patent claim 6 on and is by the features of subclaims 7 to 8 in expediently configurable.

Überraschenderweise läßt sich eine gerade Stahlfaser mit stark profilierter Oberfläche auf äußerst einfache Weise dadurch herstellen, daß für das Zerschneiden des eingesetzten Stahlbandes eine Schneideinrichtung eingesetzt wird, die zwei beim Schneiden unmittelbar aneinander vorbeibewegte Schneiden aufweist, von denen mindestens eine, vorzugsweise ein feststehendes Messer, im Bereich ihrer Schneidkante eine Reihe voneinander beabstandeter Einkerbungen aufweist, deren Tiefe und Breite in bevorzugter Weise zur Schneidkante hin zunehmen. Die Breite und Tiefe der Einkerbungen liegt beispielsweise für Fasern von 0,5-1 mm Dicke zweckmäßig in einer Größenordnung von 1-2 mm, ihr Abstand voneinander bei 2-4 mm. Durch die Einkerbungen ergibt sich bei unverändert gradlinig verlaufender Längserstreckung der einzelnen Fasern eine sehr günstige, unregelmäßige Oberfläche, d. h. über die Länge der Fasern jeweils eine sich ändernde Querschnittsform, wobei die Querschnittsfläche, wenn man von den spitzen Endbereichen der Fasern absieht, jeweils konstant bleibt. Durch die so erreichte starke Oberflächenprofilierung wird eine hervorragende Haftung des Betons an den Fasern und somit eine sehr gute Spannungsübertragung erreicht. Wegen der gleichbleibenden Querschnittsfläche und der dadurch bedingten gleichbleibenden Belastbarkeit der Fasern läßt sich mit minimalem Mengeneinsatz an Fasermaterial ein Höchstmaß an Zugfestigkeit im Beton erzielen. Dabei ist zu berücksichtigen, daß durch die bei der Faserherstellung eintretende starke Verformung auch noch eine erhebliche Kaltverfestigung in den Fasern erzielt werden kann.Surprisingly, a straight steel fiber can be strong produce a profiled surface in an extremely simple way, that for cutting the steel strip used a Cutting device is used, the two when cutting immediately has cutting edges moved past one another, of which at least one, preferably a fixed knife, in the area of its cutting edge has a series of spaced apart notches, the depth of which and width preferably increase towards the cutting edge. The The width and depth of the indentations is, for example, for fibers of 0.5-1 mm thickness suitably in the order of 1-2 mm, you Distance from each other at 2-4 mm. The notches result in straight longitudinal extension of the individual fibers a very cheap, irregular surface, d. H. over the length of the Fibers each have a changing cross-sectional shape, the Cross-sectional area when looking from the tip end portions of the fibers declines, remains constant. Through the strong achieved Surface profiling will give excellent adhesion to the concrete the fibers and thus a very good tension transmission. Because of the constant cross-sectional area and the resulting constant resilience of the fibers can be minimized Amount of fiber used for maximum tensile strength in concrete achieve. It should be borne in mind that by the Strong deformation occurring in fiber production is also considerable Strain hardening in the fibers can be achieved.

Die besonders gute Haftung des Betons an den profilierten Fasern erlaubt es, die Länge der Fasern gegenüber glatten Fasern deutlich zu vermindern. Das Verhältnis von Faserlänge zur Faserdicke kann daher ohne Verlust an Festigkeit des fertigen Faserbetons auf Werte unter 80 und sogar unter 50 vermindert werden. Ein praktikabler Bereich für dieses Verhältnis läßt sich etwa mit 30-50 angeben. Die Wahl kleinerer Verhältniswerte, also insbesondere von Werten unter 50 läßt die gefürchtete Igelbildung bei der Verarbeitung der Fasern in der Betonmischung praktisch vollständig ausbleiben.The particularly good adhesion of the concrete to the profiled fibers allows it, the length of the fibers compared to smooth fibers significantly Reduce. The ratio of fiber length to fiber thickness can therefore be without Loss of strength of the finished fiber concrete to values below 80 and be reduced even below 50. A workable area for this Ratio can be given as about 30-50. Choosing smaller ones Ratio values, in particular values below 50, allow the dreaded hedgehog formation when processing the fibers in the There is practically no concrete mix.

Aufgrund des schrägen Schnittwinkels lassen sich ohne weiteres Stahlbänder unterhalb 25 mm Breite zu hochwertigen Fasern verarbeiten. Selbst bei einer Bandbreite von nur 5 mm können durch einen ausreichend kleinen Schnittwinkel (z. B. 15-20°), noch befriedigend lange Fasern mit zweckmäßiger Dicke (z. B. 0,5 mm) erzeugt werden. Eine günstige Blechbreite liegt im Bereich 10-20 mm.Due to the oblique cutting angle, it can be easily cut Process steel strips with a width of less than 25 mm into high-quality fibers. Even with a bandwidth of only 5 mm, one can suffice small cutting angle (e.g. 15-20 °), still satisfactory long fibers with a suitable thickness (e.g. 0.5 mm). A cheap one Sheet width is in the range 10-20 mm.

Die Führung des Schnittes in einem schrägen Winkel (Schnittwinkel) zur Bandzuführrichtung hat sich nicht nur wegen der Verwendbarkeit von schmalem Bandmaterial (insbesondere Besäumband) als außerordentlich vorteilhaft erwiesen. Je kleiner der Schnittwinkel ist, um so mehr werden die Enden der einzelnen Fasern angespitzt. Im Gegensatz zu stumpf (Schnittwinkel 90°) abgeschnittenen Fasern vermeiden oder zumindest vermindern Fasern mit angespitzten Enden das Entstehen von unzulässigen Spannungsspitzen bei der Übertragung von Spannungen zwischen der Faser und dem anhaftenden Beton weitestgehend. Daher läßt sich die Ausbildung von Mikrorissen in der Betonmasse, die sonst infolge der Volumenschrumpfung bei der Abbindung des Betons regelmäßig anzutreffen ist, bei Einsatz erfindungsgemäß hergestellter Fasern drastisch reduzieren und vielfach sogar vollständig unterdrücken. Schnittwinkel im Bereich von 20-60°, insbesondere im Bereich von 30-40° haben sich in der praktischen Durchführung als sehr zweckmäßig erwiesen.The guidance of the cut at an oblique angle (cutting angle) to Tape feed direction has not only changed because of the usability of narrow band material (especially trimming tape) as extraordinary proven advantageous. The smaller the cutting angle, the more the ends of the individual fibers are sharpened. In contrast to dull (Cutting angle 90 °) Avoid cut fibers or at least fibers with pointed ends reduce the creation of inadmissible Tension peaks in the transfer of tension between the fibers and the adhering concrete as far as possible. Therefore, the training of microcracks in the concrete mass that would otherwise result from the Volume shrinkage occurs regularly when the concrete sets is drastic when using fibers produced according to the invention reduce and often even completely suppress. Cutting angle in Range of 20-60 °, especially in the range of 30-40 ° have been in the practical implementation proved to be very useful.

Anhand der einzigen Figur, die ein stationäres Messer mit Auskerbungen zeigt, wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Das dargestellte stationäre Messer 30, das in Form einer auswechselbaren Platte ausgebildet ist, bildet zusammen mit einer nicht dargestellten beweglichen Messereinrichtung eine Schneideinrichtung. Das zu zerschneidende Stahlband wird mit schrägem Schnittwinkel, also einem Winkel von weniger als 90° zur Schneidkante 31 über die obere Flachseite des Messers 30 vorgeschoben und von der beweglichen Messereinrichtung, deren Schneide sich von oben nach unten dicht an der vorderen breiten Stirnseite des Messers 30 vorbeibewegt, abgeschnitten. Im Bereich der Schneidkante 31 des Messers 30 sind vier Einkerbungen 32 mit Abstand voneinander angeordnet. Daher wird das zu zerschneidende Blech beim Schneiden in die Einkerbungen gedrückt und dabei plastisch verformt, so daß sich eine profilierte Oberfläche auf den erzeugten Fasern einstellt. Anstelle eines eingekerbten stationären Messers könnten auch bewegliche Messereinrichtungen mit entsprechenden Einkerbungen an ihren Schneiden eingesetzt werden, um die gewünschte Profilierung zu erzielen. Dabei wäre der erforderliche Werkzeugaufwand allerdings entsprechend höher. Es versteht sich von selbst, daß grundsätzlich auch gleichzeitig Einkerbungen an dem stationären Messer und an der beweglichen Messereinrichtung der Schneideinrichtung vorgesehen werden können. Wegen der hohen Verschleißfestigkeit empfiehlt sich die Verwendung von Hartmetallschneiden. The invention is explained in more detail below on the basis of the single figure, which shows a stationary knife with notches. The stationary knife 30 shown , which is designed in the form of an exchangeable plate, forms a cutting device together with a movable knife device , not shown. The steel strip to be cut is advanced at an oblique cutting angle, i.e. an angle of less than 90 ° to the cutting edge 31, over the upper flat side of the knife 30 and by the movable knife device, the cutting edge of which, from top to bottom, is close to the front wide front side of the knife 30 moved past, cut off. In the area of the cutting edge 31 of the knife 30 , four notches 32 are arranged at a distance from one another. Therefore, the sheet to be cut is pressed into the notches during cutting and plastically deformed, so that a profiled surface is produced on the fibers produced. Instead of a notched stationary knife, movable knife devices with corresponding notches on their cutting edges could also be used in order to achieve the desired profiling. However, the required tool effort would be correspondingly higher. It goes without saying that, in principle, notches can also be provided on the stationary knife and on the movable knife device of the cutting device at the same time. Due to the high wear resistance, the use of hard metal cutting edges is recommended.

Embodiment

Ein Blechband von 0,5 mm Dicke und 15 mm Breite wurde auf einer Schneideinrichtung mit einer rotierenden geradkantigen Messerwalze und einem stationären Messer, dessen Schneidkante 5 Einkerbungen aufwies, zu Stahlfasern verarbeitet. Der Schnittwinkel wurde auf 37° eingestellt, so daß sich eine Faserlänge von 25 mm ergab. Die Schnittiefe wurde entsprechend der Blechdicke auf ebenfalls 0,5 mm eingestellt. Die so erzeugten Fasern waren in Längsrichtung vollständig gerade und wiesen eine stark profilierte Oberfläche sowie sehr spitze Enden auf. Die Haftung des Betons an den Fasern in einem daraus hergestellten Faserbeton war ausgezeichnet. Die Betonmasse zeigte nach dem Abbinden auch in den Bereichen um die Faserenden aufgrund der vorteilhaften spitzen Enden keine Mikrorisse.A sheet metal strip 0.5 mm thick and 15 mm wide was processed into steel fibers on a cutting device with a rotating straight-edged knife roller and a stationary knife, the cutting edge of which had 5 notches. The cutting angle was set to 37 ° so that the fiber length was 25 mm. The depth of cut was also set to 0.5 mm according to the sheet thickness. The fibers produced in this way were completely straight in the longitudinal direction and had a strongly profiled surface and very pointed ends. The adhesion of the concrete to the fibers in a fiber concrete made from it was excellent. After setting, the concrete mass showed no microcracks in the areas around the fiber ends due to the advantageous pointed ends.

Claims

1. A process for the production of steel fibers for fiber concrete by cutting steel strip, whereby to achieve a fiber length which is greater than that of the steel strip used, the cut - as seen in the steel strip plane - in each case obliquely at an angle (cutting angle) of 15 ° to less is made as 90 ° to the tape feed direction according to patent application P 43 14 008.4, characterized in that the cut is carried out with a cutting device which has two cutting edges which are moved directly past one another during cutting, at least one of which has a plurality of notches in the region of its cutting edge, into which the fibers to be cut are pressed during cutting with plastic deformation.

2. The method according to claim 1, characterized, that a cutting angle in the range 20-60 °, especially in the range 30-40 ° is set.

3. The method according to any one of claims 1 to 2, characterized, that a steel band with a width in the range of 5-25 mm, is used in particular in the range of 10-20 mm.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized, that the cutting angle taking into account the width of the Steel strip and the feed of the steel strip (distance between two immediately consecutive cuts) be set so that the ratio of fiber length to Fiber width is less than 80, in particular less than 50.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized, that a ratio of fiber length to fiber width in the range of 30-50 is set.

6. Device for performing the method according to claim 1, comprising a cutting device ( 1 ) with a against a stationary knife ( 3 , 30 ) working, driven by a motor ( 9 ) rotating knife device ( 2 ) and with a motor ( 6 ) driven feeding device ( 4 ) for the continuous feeding of steel strip ( 13 ) into the cutting area of the cutting device ( 1 ), the axis of rotation ( 5 ) of the rotating knife device ( 2 ) being arranged transversely to the feeding direction of the steel strip ( 13 ) and wherein the cutting device ( 1 ) is arranged so as to be pivotable relative to the feed device ( 4 ) about an axis which is perpendicular to the tape feed direction and to the axis of rotation ( 5 ), and the cutting edges of the knife device ( 2 ) extend beyond the width of the steel tape ( 13 ) according to patent application P 43 14 008.4, characterized in that the cutting edges of the knife device ( 2 ) and / or the cutting edge of the stationary me ssers ( 30 ) in the region of the cutting edge ( 31 ) has a plurality of notches ( 32 ).

7. The device according to claim 6, characterized in that the notches ( 32 ) are arranged only on the stationary knife ( 30 ) and have increasing depth and width in the tape feed direction.

8. Device according to one of claims 6 to 7, characterized in that the cutting edges of the knife device ( 2 ) and / or the stationary knife ( 3 , 30 ) are formed from a hard metal.