EP0392039A1 - Stahlfaser als Bewehrungselement für Beton - Google Patents

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EP0392039A1
EP0392039A1 EP89106394A EP89106394A EP0392039A1 EP 0392039 A1 EP0392039 A1 EP 0392039A1 EP 89106394 A EP89106394 A EP 89106394A EP 89106394 A EP89106394 A EP 89106394A EP 0392039 A1 EP0392039 A1 EP 0392039A1
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sheet
fiber
steel
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length
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Eckhard Dipl.-Ing. Goldau
Ulrich Dipl.-Ing. Wolf
Hans-Georg Dipl.-Ing. Longerich
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FATEK BETONFASERTECHNIK GMBH
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TECTA GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D28/00—Shaping by press-cutting; Perforating
    • B21D28/02—Punching blanks or articles with or without obtaining scrap; Notching
    • B21D28/06—Making more than one part out of the same blank; Scrapless working

Definitions

  • the invention relates to a steel fiber in the form of a sheet metal strip as a reinforcing element for concrete and to a method for its production.
  • steel fibers are used as reinforcement elements.
  • a concrete reinforced with steel fibers is improved in its properties, for example tensile strength, breaking strength, shear strength, stretchability, toughness, dynamic strength, fatigue strength. It is therefore used on a large scale.
  • the steel fiber should have the following properties: It should be hard and strong. It should not break when mixed with concrete or aggregates. It should not be too short or too thick, otherwise it is insufficient in its strengthening. It should not be too long or too thin, otherwise it tends to form spherical lumps of cement.
  • a steel fiber cross section of 0.1 to 1.0 mm2 In general, a steel fiber cross section of 0.1 to 1.0 mm2, a steel fiber length of 20 to 50 mm and a weight fraction of the steel fibers of 15 to 150 kg / m3 of concrete are recommended. In addition to their properties, the cost-effective production of steel fibers is a top priority.
  • the steel fiber is a round fiber which is cut off by a corrugated wire (EP 0 130 191 B1; GB 1 446 855 A1).
  • the steel fiber is a steel chip that is milled off from a steel block (DE 2 723 382 C3; DE 2 904 228 C2).
  • the steel fiber is in the form of a sheet metal strip which is sheared off from a sheet (DE 2 359 368 A1; DE 2 359 367 B2; DE 2 824 777 C3).
  • the steel fibers belonging to the third group have excellent properties.
  • the process for their production has hitherto been associated with the lack of high production costs: the width of the steel sheet produced in the desired fiber thickness is split to the desired fiber length, after which the fibers are sheared off in the desired width.
  • the invention seeks to remedy this.
  • the invention is based, to create steel fibers with further improved properties in a cost-effective manufacturing process from a sheet as a starting material.
  • the object is achieved by the measures described in the patent claims.
  • the sheet metal strips are first brought to a width which is equal to the length of the steel fiber.
  • the sheet width is theoretically arbitrary; in practice, it depends on the width of the sheets on the market, the dimensions of the punch press insert and the dimensions of the tool. While the fiber length is also fixed in the known methods with the sheet metal strip width, this is variable in the invention: by exchanging the tool inserts, fibers of different dimensions, including lengths, can be produced for a given sheet metal strip width.
  • the sheet is processed without scrap. The punching of the steel fibers and the introduction of the bead-like depressions takes place in the same operation.
  • the beads can be designed variably.
  • the tool punches in a - for example in 4 - process or work steps. Then in the 1st step every 1st, 4th, 7th etc. row, in the 2nd step every 2nd, 5th, 8th etc. row, in the 3rd step every 3rd, 6th, 9th etc. Punched rows, in the 4th step the strips are punched between the rows. When adjusting the sheet width to the steel fiber length, the entire sheet is processed. All work steps are carried out simultaneously in the same follow-up tool; the tool engages in different places on the sheet metal to carry out one of a working steps. According to (a-1) - in the exemplary embodiment 3 - start-up strokes, all steel fibers are punched in the following tool in each working cycle.
  • the steel fiber itself has a high degree of inherent stability due to the beads / profiles on the edge.
  • the edge formation also leads to better interlocking with the concrete. Due to the lack of waves, there can be no stretching of the steel fiber under load.
  • the steel fiber selected as an exemplary embodiment consists of a sheet metal strip 1. It has a selectable fiber length 1 and a selectable fiber width b. In the exemplary embodiment, the fiber length is approximately 36 mm, the fiber width is approximately 2 mm. Its thickness is approximately 0.4 mm. These dimensions can be changed within limits.
  • the metal strip 1 is provided on its longitudinal edges 2, 3 with bead-like depressions 4.
  • the bead-like depressions 4 are longitudinal on one longitudinal edge 2 compared to those on the other longitudinal edge 3 staggered direction:
  • a bead-like depression on the other longitudinal edge 3 is provided symmetrically between two bead-like depressions 4 on one longitudinal edge 2.
  • the bead-like depressions 4 create meandering lines in the view and in the rear view. Another configuration is possible by changing the arrangement and design of the bead-like depressions 4.
  • the output for the process for producing the steel fiber with the fiber length 1 and the fiber width b is a sheet with the sheet length L and the sheet width B.
  • the sheet length L is arbitrary.
  • a m and n are integers; a is greater than or equal to 2.
  • Steel fibers of fiber length 1 are arranged along the sheet width B with the interposition of a strip of fiber width bm in the axial direction, and n steel fibers of fiber width b are arranged next to one another in the transverse direction over the sheet metal part length L1.
  • 3 steel fibers with a fiber length of 1 36 mm are arranged over the sheet width B shown.
  • a 3; there are therefore three procedural steps.
  • Sections I, II and III are of equal length; they are in the same follow-up tool at the same time.
  • the 1st, 3rd, 5th, 13th, 15th and 17th rows are punched from the full sheet metal - section I in FIG. 4, that is to say the first and each row after the next.
  • the sheet has the shape shown in FIG. 4 in section II.
  • the remaining rows namely the 2nd, 4th, 6th, ... 14th, 16th and 18th rows are then punched.
  • the sheet has the shape shown in FIG. 1 in section III.
  • the 4 strips - which are used for reasons of the exact manufacture of the steel fibers - are punched at the edge and between the individual steel fibers, which also have the dimensions of a steel fiber.
  • more than three fiber rows can be distributed over the sheet width B and integer multiples of 18 over the partial length L1.
  • the bead-like depressions 4 are simultaneously introduced into the sheet metal strip 1.
  • the steel fibers are used as reinforcement elements for concrete, screed and mortar.
  • the process is used to manufacture these steel fibers.

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Abstract

Die Stahlfaser hat die Form eines Blechstreifens (1). Sie ist als Bewehrungselement für Beton vorgesehen. Der Blechstreifen (1) ist an beiden Längsrändern (2; 3) mit sickenartigen Vertiefungen (4) versehen, wobei die sickenartigen Vertiefungen (4) an dem einen Längsrand (2) gegenüber denen an dem anderen Längsrand (3) in Längsrichtung versetzt angeordnet sind.

Description

    Technisches Gebiet:
  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Stahlfaser in der Form eines Blechstreifens als Bewehrungselement für Beton und auf ein Verfahren zu seiner Herstellung.
    • Stand der Technik:
  • Für Beton, worunter im folgenden auch Estrich und Mörtel verstanden werden, werden u.a. Stahlfasern als Bewehrungselemente verwendet. Ein mit Stahl­fasern bewehrter Beton ist in seinen Eigenschaften, zum Beispiel Zugfestigkeit, Bruchfestigkeit, Scher­festigkeit, Streckvermögen, Zähigkeit, dynamische Festigkeit, Ermüdungsfestigkeit, verbessert. Man verwendet ihn deshalb in großem Umfang. Die Stahl­faser soll dabei folgende Eigenschaften aufweisen: Sie soll hart und fest sein. Beim Vermischen mit Beton oder Zuschlagstoffen soll sie nicht brechen. Sie soll nicht zu kurz oder zu dick sein, da sie sonst unzureichend in ihrem Verstärkungsvermögen ist. Sie soll nicht zu lang oder zu dünn sein, da sie sonst zur Bildung von kugeligen Zementklumpen neigt. Allgemein werden ein Stahlfaser-Querschnitt von 0,1 bis 1,0 mm², eine Stahlfaser-Länge von 20 bis 50 mm und ein Gewichtsanteil der Stahlfasern von 15 bis 150 kg/m³ Beton empfohlen. Neben ihren Eigenschaften ist die kostengünstige Herstellung der Stahlfasern oberste Bedingung.
  • Nach ihrer äußeren Gestalt, dem Ausgangsmaterial und dem Verfahren zu ihrer Herstellung werden im wesent­lichen drei Gruppen von Stahlfasern unterschieden. Bei der ersten Gruppe liegt die Stahlfaser als Rundfaser vor, die von einem gewellten Draht abge­schnitten wird (EP 0 130 191 B1; GB 1 446 855 A1). Bei der zweiten Gruppe liegt die Stahlfaser als Stahlspan vor, der von einem Stahlblock abgefräst wird (DE 2 723 382 C3; DE 2 904 228 C2). Bei der dritten Gruppe liegt die Stahlfaser als Blechstreifen vor, der von einem Blech abgeschert wird (DE 2 359 368 A1; DE 2 359 367 B2; DE 2 824 777 C3).
  • Es ist bekannt, daß die der dritten Gruppe zugeordneten Stahlfasern hervorragende Eigenschaften aufweisen. Dem Verfahren zu ihrer Herstellung haftet jedoch bisher der Mangel hoher Produktionskosten an: Das in der gewünschten Faserstärke hergestellte Stahlblech wird in seiner Breite auf die gewünschte Faserlänge gespalten, wonach die Fasern in der gewünschten Breite abgeschert werden.
    • Darstellung der Erfindung:
  • Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, aus einem Blech als Ausgangs­material Stahlfasern mit weiter verbesserten Eigen­schaften in einem kostengünstigen Herstellungsverfahren zu schaffen. Die Aufgabe wird gelöst durch die in den Patentansprüchen beschriebenen Maßnahmen.
  • Bei der Erfindung ist der den Verfahren zur Herstellung von Stahlfasern aus Blech anhaftende Nachteil beseitigt daß die Blechstreifen zunächst auf eine Breite gebracht werden, die gleich der Länge der Stahlfaser ist. Bei der Erfindung ist die Blechbreite theoretisch beliebig; in der Praxis hängt sie einmal von der Breite der auf dem Markt befindlichen Bleche, zum anderen davon ab welche Abmessungen der Einschub der Stanzpresse hat und in welchen Abmessungen das Werkzeug wirtschaft­lich herzustellen ist. Während bei den bekannten Verfahren mit der Blechstreifenbreite auch die Faserlänge fest­gelegt ist, ist diese bei der Erfindung variabel: Durch Austausch der Werkzeugeinsätze können bei einer vor­gegebenen Blechstreifenbreite Fasern unterschiedlicher Abmessungen, auch Längen, hergestellt werden. Das Blech wird schrottfrei verarbeitet. Das Stanzen der Stahlfasern und das Einbringen der sickenartigen Vertiefungen er­folgt in demselben Arbeitsgang. Dabei können die Sicken variabel gestaltet werden.
  • Das Werkzeug stanzt in a - zum Beispiel in 4 - Verfahrens- oder Arbeitsschritten. Dann wird beim 1. Arbeitsschritt jede 1., 4., 7 usw. Reihe, beim 2. Arbeitsschritt jede 2., 5., 8. usw. Reihe, beim 3. Arbeitsschritt jede 3., 6., 9. usw. Reihe gestanzt, beim 4. Arbeitsschritt werden die Streifen zwischen den Reihen gestanzt. Bei Anpassung der Blechbreite an die Stahlfaserlänge wird das gesamte Blech verarbeitet. Alle Arbeitsschritte werden in demselben Folgewerkzeug gleichzeitig ausgeführt; das Werkzeug greift an unterschiedlichen Stellen des Blechs zur Ausführung jeweils eines von a Arbeitsschritten an. Nach (a-1) - im Ausführungsbeispiel 3 - Anfahrhüben werden in dem Folgewerkzeug bei jedem Arbeitstakt alle Stahlfasern gestanzt.
  • Die Stahlfaser selbst weist durch die Sicken/Profile am Rand eine hohe Eigenstabilität auf.Die Randaus­bildung führt auch zu einer besseren Verzahnung mit dem Beton. Durch das Fehlen von Wellen kann es auch nicht Streckungen der Stahlfaser bei Belastung geben.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnung:
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend im einzelnen beschrieben. Es zeigen:
    • Figur 1 in vergrößerter Darstellung die Aufsicht einer Stahlfaser;
    • Figur 2 eine Seitenansicht der Stahlfaser gegen die schmale Seite;
    • Figur 3 die Unteransicht der Stahlfaser;
    • Figur 4 ein Blech mit den Verfahrensschritten zum Stanzen der Stahlfasern.
    Bester Weg zur Ausführung der Erfindung:
  • Die als Ausführungsbeispiel gewählte Stahlfaser be­steht aus einem Blechstreifen 1. Sie weist eine wähl­bare Faserlänge 1 und eine wählbare Faserbreite b auf. Im Ausführungsbeispiel beträgt die Faserlänge ca. 36 mm, die Faserbreite ca. 2 mm. Ihre Dicke beträgt ca. 0,4 mm. In Grenzen sind diese Abmessungen ver­änderbar.
  • Der Blechstreifen 1 ist an seinen Längsrändern 2, 3 mit sickenartigen Vertiefungen 4 versehen. Die sicken­artigen Vertiefungen 4 sind an dem einen Längsrand 2 gegenüber denen an dem anderen Längsrand 3 in Längs­ richtung versetzt angeordnet: Symmetrisch ist zwischen jeweils zwei sickenartigen Vertiefungen 4 an dem einen Längsrand 2 eine sickenartige Vertiefung an dem anderen Längsrand 3 vorgesehen.
  • Durch die sickenartigen Vertiefungen 4 entstehen in der Ansicht und in der Rückansicht mäanderförmige Linien. Durch Änderung von Anordnung und Ausbildung der sickenartigen Vertiefungen 4 ist eine andere Ausgestaltung möglich.
  • Ausgang für das Verfahren zur Herstellung der Stahl­faser mit der Faserlänge 1 und der Faserbreite b ist ein Blech mit der Blechlänge L und der Blechbreite B. Die Blechlänge L ist beliebig. Die Blechbreite B ist zur Erzielung eines schrottfreien Stanzvorgangs an die Abmessungen der zu stanzenden Blechstreifen 1 angepaßt. Sie hängt außerdem von den Abmessungen des Einschubs der Stanzpresse und des Werkzeugs ab. Über die Blechbreite B > m · 1 oder B > n · b und über eine Länge L1 = n · b < L oder L1 = m · 1 < L werden bei jedem von (a-1) Verfahrensschritten
    Figure imgb0001
     Fasern aus dem Blech 10 gestanzt. Dabei sind a, m und n ganze Zahlen; a ist größer oder gleich 2.
  • Über die Blechbreite B sind unter Zwischenfügung je eines Streifens von der Faserbreite b m Stahlfasern der Faserlänge 1 in Axialrichtung, über die Blech-­Teillänge L1 n Stahlfasern der Faserbreite b in Quer­richtung nebeneinander angeordnet. Im Ausführungs­beispiel sind über die dargestellte Blechbreite B 3 Stahlfasern mit der Faserlänge 1 = 36 mm angeordnet. Über die Blech-Teillänge L1, die im Ausführungsbeispiel gleich der Faserlänge 1 gewählt ist, sind n = 18 Stahlfasern der Faserbreite b = 2 mm in Querrichtung nebeneinander angeordnet.
  • Es ist möglich, die Lage der Stahlfasern um 90o zu drehen, also die Stahlfasern in Längsrichtung des Blechs auszurichten.
  • Bei a Verfahrensschritten zur Herstellung der Stahl­fasern über die Teillänge des Blechs L1 = n · b werden beim 1. Verfahrensschritt alle (x·(a-1)+1)- ten Reihen, beim 2. Verfahrensschritt alle (x·(a-1)+2)- ten Reihen, beim (a - 1)- ten Verfahrensschritt die letzten Reihen und beim (a)- ten Verfahrensschritt die Streifen am Rand und zwischen den einzelnen Blechstreifen/Stahl­fasern gestanzt, wobei x eine ganzzahlige Variable zwischen Null und
    Figure imgb0002
     ist.
  • Im Ausführungsbeispiel ist a = 3; es sind also drei Verfahrensschritte vorgesehen. Die Zahl der über die Blechbreite B verteilten Faserreihen ist m = 3, die Zahl der über die Teillänge L1 verteilten Fasern ist n = 18. Die Abschnitte I, II und III sind gleich lang; sie sind gleichzeitig in demselben Folgewerkzeug. Beim ersten Verfahrensschritt werden aus dem vollen Blech - Abschnitt I in Figur 4 - die 1., 3., 5.,.. 13., 15. und 17. Reihe gestanzt, also die erste und jede über­nächste Reihe. Nach diesem ersten Verfahrensschritt hat das Blech die in Figur 4 im Abschnitt II dargestellte Form. Im zweiten Verfahrensschritt werden dann die ver­bliebenen Reihen, nämlich die 2., 4., 6.,..14., 16., und 18. Reihe gestanzt. Nach diesem Verfahrensschritt hat das Blech die in Figur 1 im Abschnitt III dar­gestellte Form. Im dritten Verfahrensschritt werden dann die - aus Gründen der exakten Herstellung der Stahlfasern verwendeten - 4 Streifen am Rand und zwischen den einzelnen Stahlfasern stehengebliebenen Streifen, die ebenfalls die Abmessungen jeweils einer Stahlfaser haben, gestanzt. Abhängig von der Größe des Folgewerkzeugs können mehr als drei Faserreihen über die Blechbreite B und ganzzahlige Vielfache von 18 über die Teillänge L1 verteilt sein.
  • Während des Stanzvorgangs werden gleichzeitig die sickenartigen Vertiefungen 4 in den Blechstreifen 1 eingebracht.
    • Gewerbliche Verwertbarkeit:
  • Die Stahlfasern werden als Bewehrungselemente für Beton, Estrich und Mörtel verwendet. Das Verfahren dient der Herstellung dieser Stahlfasern.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung einer Stahlfaser als Bewehrungselement für Beton aus einem Blech, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer wählbaren Faserlänge 1 und einer wählbaren Faserbreite b aus dem Blech der Blechlänge L und der Blech­breite B über die Blechbreite B > m · 1 und über eine Teillänge L1 = n · b < L oder B > n · b und L1 = m · 1 < L bei jedem von (a - 1) Verfahrens­schritten
Figure imgb0003
 Fasern aus dem Blech gestanzt werden, wobei a, m und n ganze Zahlen sind und a ≧ 2 ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über die Blechbreite B unter Zwischenfügung je eines Streifens von der Faserbreite b m Stahl­fasern der Länge 1 in Axialrichtung und über die Blech-Teillänge L1 n Stahlfasern der Faserbreite b in Querrichtung nebeneinander angeordnet werden, wobei das Produkt aus der Faserbreite b und der Zahl n der nebeneinander angeordneten Fasern gleich einem ganzzahligen Vielfachen der Faserlänge 1 ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem a-ten Verfahrensschritt (m + 1) Streifen als Stahlfasern gestanzt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­zeichnet, daß bei a Verfahrensschritten ent­lang der Teillänge des Blechs L1 = n · b beim 1. Verfahrensschritt die (x·(a-1)+1)-ten Reihen,beim 2. Verfahrensschritt die (x·(a-1)+2)-ten Reihen, beim (a - 1)-ten Verfahrensschritt die letzten Reihen, und beim (a)-ten Verfahrensschritt die Streifen gestanzt werden, wobei x eine ganzzahlige Variable zwischen null und
Figure imgb0004
 ist.
5. Stahlfaser in der Form eines Blechstreifens als Bewehrungselement für Beton, dadurch gekennzeichnet, daß der Blechstreifen (1) an mindestens einem seiner Längsränder (2; 3) mit sickenartigen Ver­tiefungen (4) versehen ist.
6. Stahlfaser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die sickenartigen Vertiefungen (4) an dem einen Längsrand (2) gegenüber denen an dem anderen Längsrand (3) in Längsrichtung versetzt angeordnet sind.
7. Stahlfaser nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­zeichnet, daß symmetrisch zwischen jeweils zwei sickenartigen Vertiefungen (4) an dem einen Längsrand (2) eine sickenartige Vertiefung (4) an dem anderen Längsrand (3) vorgesehen ist.
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