EP0392039B1 - Stahlfaser als Bewehrungselement für Beton - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine Stahlfaser in der Form eines Blechstreifens als Bewehrungselement für Beton gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und auf ein Verfahren zu ihrer Herstellung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 4. Eine gattungsgemäße Stahlfaser sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung ist z.B. aus der DE-C-2824777 bekannt.
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.
• Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art durch die Verfahrensschritte und-merkmale des Patentanspruchs 4 erfindungsgemäß gelöst.
• Die abhängigen Patentansprüche 5 bis 7 betreffen bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens.
• Entsprechend der Erfingdung hergestellte Stahlfaser mit ihren speziellen Ausgestaltungen werden in den Patentansprüchen 1 bis 3 angegeben.
• 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 Längsrichtung 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 $\text{L1 = n · b < L}$

  

  oder $\text{L1 = m · 1 < L}$

  

  werden bei jedem von (a-1) Verfahrensschritten

  

  
  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 l 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 l = 36 mm angeordnet. Über die Blech-Teillänge L1, die im Ausführungsbeispiel gleich der Faserlänge l gewählt ist, sind n = 18 Stahlfasern der Faserbreite b = 2 mm in Querrichtung nebeneinander angeordnet.
• Es ist möglich, die Lage der Stahlfasern um 90^o zu drehen, also die Stahlfasern in Längsrichtung des Blechs auszurichten.
• Bei a Verfahrensschritten zur Herstellung der Stahlfasern über die Teillänge des Blechs $\text{L1 = n · b}$

  

  

  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

  

  
  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. 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.
2. Stahlfaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sickenartigen Vertiefungen (4) an dem einen Längsrand (2) gegenüber denen an dem anderen Längsrand (3) in Längsrichtung versetzt angeordnet sind.
3. Stahlfaser nach Anspruch 1 oder 2, 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.
4. 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 . l und über eine Teillänge $\text{L1 = n · b 〈 L oder B 〉 n · b}$

   

   

   und $\text{L1 = m · l 〈 L}$

   

   bei jedem von (a - 1) Verfahrensschritten

   

   Fasern aus dem Blech gestanzt werden, wobei a, m und n ganze Zahlen sind und a ≧ 2 ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß über die Blechbreite B unter Zwischenfügung je eines Streifens von der Faserbreite b m Stahlfasern der Länge l 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 l ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem a-ten Verfahrensschritt (m + 1) Streifen als Stahlfasern gestanzt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei a Verfahrensschritten entlang der Teillänge des Blechs $\text{L1 = n · b}$

   

   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

   

   ist.

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