EP1364094A1 - Armierungsstab sowie verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Armierungsstab sowie verfahren zu dessen herstellung

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EP1364094A1
EP1364094A1 EP02712807A EP02712807A EP1364094A1 EP 1364094 A1 EP1364094 A1 EP 1364094A1 EP 02712807 A EP02712807 A EP 02712807A EP 02712807 A EP02712807 A EP 02712807A EP 1364094 A1 EP1364094 A1 EP 1364094A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
strand
fibers
reinforcing bar
bar according
ribs
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02712807A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alexander Bleibler
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Sika Technology AG
Original Assignee
Sika Schweiz AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sika Schweiz AG filed Critical Sika Schweiz AG
Publication of EP1364094A1 publication Critical patent/EP1364094A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C5/00—Reinforcing elements, e.g. for concrete; Auxiliary elements therefor
    • E04C5/07—Reinforcing elements of material other than metal, e.g. of glass, of plastics, or not exclusively made of metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C53/00—Shaping by bending, folding, twisting, straightening or flattening; Apparatus therefor
    • B29C53/14—Twisting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/50—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of indefinite length, e.g. prepregs, sheet moulding compounds [SMC] or cross moulding compounds [XMC]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B29C70/52—Pultrusion, i.e. forming and compressing by continuously pulling through a die
    • B29C70/525—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
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    • Y10T428/2973—Particular cross section
    • Y10T428/2976—Longitudinally varying

Definitions

  • the invention relates to a reinforcing bar for mineral building materials, in particular for concrete, and a method for its production.
  • Components such as B. ceilings or beams must absorb pressure, tensile and shear forces. For this reason, such components are usually made of reinforced concrete or prestressed concrete. Concrete is subjected to pressure and steel to tension. The bars or necessary for the reinforcement or reinforcement of the concrete. Up to now, wires have mainly been made from steel. Steel has the advantage that it is chemically compatible with concrete. A disadvantage, however, is the susceptibility to corrosion due to rust formation. If rust occurs, the concrete flakes off the reinforcing bar, which can lead to damage and destruction. This requires constant inspection and repair of reinforced concrete structures.
  • the object of the invention is to develop a reinforcing bar for mineral building materials, in particular for concrete, which is easy to manufacture and securely anchored in the building material and which can be transported and assembled without risk of damage.
  • the combinations of features specified in claims 1 and 15 are proposed.
  • Advantageous refinements and developments of the invention result from the dependent claims.
  • the reinforcing rod is formed by a fiber-reinforced plastic strand which has a central elongated strand core and a plurality of strand ribs which are arranged at an angular distance from one another and which extend over the length of the strand core and which protrude in cross-section in a star or cross shape the core axis are continuously helically twisted.
  • the strand ribs expediently project over the core surface by at least one rib width corresponding to the core diameter.
  • the helical winding of the strand ribs results in a form-fitting anchoring of the reinforcing bars in the concrete.
  • the reinforcing fibers are designed as longitudinal fibers that run continuously along the strand and are aligned axially parallel in the core area and in the rib area in the upward direction of the strand ribs.
  • the individual reinforcing fibers formed as longitudinal fibers in the rib region expediently run at a constant distance from the core axis.
  • the strand is additionally reinforced with transverse or circumferential fibers, at least in the area of the strand ribs.
  • the transverse fibers prevent the grooves between the strand ribs from buckling or sagging when the reinforcing bars are stacked on top of one another during transport and when walking on. Due to the helically twisted strand ribs, contact points are formed at sufficiently short intervals when the bars are layered one on top of the other, which ensure that no deformation occurs under load. The latter is also in the assembled state important if the reinforcing bars are laid criss-cross.
  • the transverse fibers in the reinforcing bars have the function of tensile reinforcement
  • the transverse fibers have the function of kink reinforcement.
  • a preferred embodiment of the invention provides that the strand ribs are arranged at equal angular distances from one another and that the strand ribs are twisted with a constant pitch. In principle, however, it is also possible to twist the strand ribs along the strand with a variable pitch.
  • the pitch angle of the strand ribs relative to the core axis can be set and optimized within relatively wide limits. It is expediently between 15 and 75 °, preferably 30 to 50 °.
  • the longitudinal and transverse fibers suitably form a woven or non-woven fabric.
  • the reinforcing fibers are advantageously selected from the group consisting of carbon fibers, glass fibers, aramid fibers, high-strength polyethylene fibers, basalt fibers, natural fibers or from a mixture of these fibers. Because of the chemical compatibility with concrete, the reinforcing fibers are expediently chosen as carbon fibers near the surface of the strand, while the cheaper glass fibers and the like can also be used in deeper layers of the interior of the strand.
  • the plastic matrix of the strand can consist of a thermosetting polymer material, preferably from the group of epoxy resin, polyester resin, vinyl resin.
  • the plastic matrix made of a thermoplastic, preferably from the group polyamide (PA), polymethyl methacrylate (PMMA), polyphenylene sulfide (PPS), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate ( PET), polybutylene terephthalate (PBT), polyetherimide (PEI), styrene polymer (ABS), polyether ether ketones (PEEK).
  • the method for producing the reinforcing bars according to the invention essentially consists in twisting and cutting a fiber-reinforced plastic strand with a star-shaped or cruciform cross-section in a helical manner.
  • a prefabricated, plate, tape or tube-shaped starting material made of fiber-reinforced plastic is formed, preferably folded, to form a cross-shaped or star-shaped strand, and then twisted and cured helically. It is particularly advantageous if the sheet, strip or hose material containing a thermoplastic as a binder matrix is shaped into the fiber-reinforced plastic strand under the action of pressure and heat. At least two layers of different fiber materials can be used in the production of the fiber reinforcement in the plate, tape or tube-shaped starting material, an outer layer advantageously consisting of carbon fibers.
  • Fig. 1a and b a cross-section reinforcing bar before and after the helical twist in a graphical
  • Fig. 2a to c a plate or ribbon-shaped starting material (Fig. 2a) and a tubular starting material (Fig. 2b) for Production of a cross-shaped twisted reinforcing bar (Fig. 2c) in a diagrammatic, partially broken representation.
  • the reinforcing bars shown in the drawing are intended for the reinforcement of concrete components.
  • the reinforcing rod 10 consists of a fiber-reinforced strand of plastic which has a central, elongated strand core 12 and a plurality of strand ribs 14 which are arranged at an angular distance from one another over the length of the strand core and which project in a star or cross shape in cross section.
  • the starting product is, for example, the strand structure 10 ′ shown in FIG. 1 a, the strand ribs 14 of which are twisted helically around the core axis 16 in the same direction and with the same pitch to form the reinforcement rod shown in FIG. 1 b.
  • Some of the reinforcing fibers are designed as longitudinal fibers 18. In the end product according to FIG.
  • the longitudinal fibers 18 in the core region run parallel to the core axis 16, while in the region of the strand ribs 14 they are aligned parallel to the ribs, that is to say in the direction of slope of the strand ribs 14.
  • the individual longitudinal fibers 18 in the rib region have a constant distance from the core axis 16 over their entire length.
  • the longitudinal fibers 18 within the reinforcing rod 10 have the primary task of absorbing tensile forces.
  • the twisting of the strand ribs 14 results in a stable positive fit within the concrete, which despite the otherwise smooth surface of the reinforcing bar prevents the reinforcing bar 10 from being released from the bond with the surrounding concrete.
  • the reinforcing fibers 20 runs essentially transversely to the longitudinal fibers 18 within the strand structure. This is also the case in the region of the strand ribs 14.
  • the cross fibers 20 form a kink reinforcement, the transverse forces acting on the reinforcing bar 10 can absorb to reduce the risk of kinking.
  • the pitch angle of the strand ribs 14 is approximately 30 to 40 ° relative to the core axis 16. Since a total of four strand ribs are provided here, when the reinforcing bars are stacked on top of one another, there are sufficiently short support lengths between two support points, which counteract a load or when a deflection is caused.
  • FIG. 2a to c indicate schematically that for the production of the reinforcing bars with a cross-shaped cross-section, plate-like or band-shaped starting material 10 "(FIG. 2a) or tubular starting material 10 '" (FIG. 2b) can also be used.
  • the plate-like or band-shaped starting material 10 ′′ There are various possibilities for the production of the plate-like or band-shaped starting material 10 ′′.
  • roll trusion process individual threads, fabrics or scrims are pre-impregnated and passed through a roller press. A thin strip is produced which is still relevant for the purposes relevant here This is why several tapes have to be placed on top of one another and connected to one another by heating and fusing. Tapes with different reinforcing inserts such as carbon fiber or glass can also be used.
  • the tapes prefabricated in this way are finally heated, folded into a cross and
  • One disadvantage of this procedure is the relatively slow production speed, and only high-quality thermoplastics, such as polyamides, can be used for the binder matrix.
  • plate material Another possibility for the production of plate material is that prefabricated fabrics and scrims are impregnated with a binder and fed to a double belt press.
  • the fabrics or scrims can be combined from different fibers and made of relatively thick be educated.
  • the result is an endless plate material 10 ", which can be deformed and twisted, for example, into the desired cross shape at elevated temperature.
  • Thermoplastic from the group polyamide (PA), polymethyl methacrylate (PMMA), polyphenylene sulfide (PPS), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), polyetherimide can be used as binders (PEI), styrene polymer (ABS), polyether ether ketones (PEEK)
  • PA polyamide
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PPS polyphenylene sulfide
  • PP polypropylene
  • PET polyethylene terephthalate
  • PBT polybutylene terephthalate
  • PES polyetherimide
  • the material is first heated up in the double belt press and gradually cooled over the length of the press, so that material that has already hardened comes out at the end in the high production speed, including the variability in the fibers and in the binder materials allow cost optimization.
  • impregnated continuous fibers are pulltruded over a mandrel. This can be done in several stages, and a cross winding can also be applied after each process stage.
  • a tube 10 '"with longitudinal and transverse fibers is obtained, the fibers also being able to be made of different materials, such as carbon fibers on the outside and glass on the inside.
  • the tube is then subsequently heated, pressed to the cross and twisted.
  • impregnated braided hoses made of the desired fiber material can also be used for the manufacture of the hoses.
  • Braided hoses are first produced in the form of a fiber hose in braiding machines and subsequently impregnated with the binder. The impregnated tube is then pressed again in a cross shape and twisted. In principle, it is also possible to first deform the braided hoses in a cross shape and only then to impregnate them.
  • the invention relates to a reinforcing bar for mineral building materials, in particular for concrete.
  • the reinforcing rod 10 according to the invention consists of a fiber-reinforced strand made of plastic, which has a central, elongated strand core 12 and a plurality of strand ribs 14 which extend over the length of the strand core and are arranged at an angular distance from one another and have a star-shaped or cruciform cross section and which extend around the core axis 16 are helically twisted.

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Armierungsstab für mineralische Baustoffe, insbesondere für Beton. Der erfindungsgemässe Armierungsstab (10) besteht aus einem faserverstärkten Strang aus Kunststoff, der einen zentralen, langgestreckten Strangkern (12) sowie mehrere über die Länge des Strangkerns sich erstreckende, im Winkelabstand voneinander angeordnete, im Querschnitt stern- oder kreuzförmig abstehende Strangrippen (14) aufweist, die um die Kernachse (16) schraubenförmig verdrallt sind.

Description

Armierungsstab sowie Verfahren zu dessen Herstellung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Armierungsstab für mineralische Baustoffe, insbesondere für Beton sowie ein Verfahren für dessen Herstellung.
Bauteile, wie z. B. Decken oder Träger, müssen Druck-, Zug- und Schubkräfte aufnehmen. Deshalb werden solche Bauteile in der Regel aus Stahl- beton oder Spannbeton hergestellt. Beton wird auf Druck und Stahl auf Zug beansprucht. Die für die Bewehrung oder Armierung des Betons notwendigen Stäbe oder. Drähte werden bisher überwiegend aus Stahl hergestellt. Stahl hat dabei an sich den Vorteil, daß er sich chemisch mit Beton verträgt. Ein Nachteil besteht jedoch in der Korrosionsanfälligkeit durch Rostbildung. Beim Auftreten von Rost platzt der Beton von dem Armierungsstab ab, so daß es zu Beschädigungen und Zerstörungen kommen kann. Dies erfordert eine ständige Kontrolle und Reparatur von Stahlbeton-Bauwerken.
Um dies zu vermeiden, ist bereits vorgeschlagen worden, den Stahl mit Kunstharz, beispielsweise mit Epoxidharz zu überziehen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei Beschädigung der Kunstharzbeschichtung sich eine Punktkorrosion an Roststellen herausbildet, die schnell voranschreitet. Ein weiterer Nachteil der beschichteten Stahlarmierung besteht in der geringen Haftung zwischen Beton und Armierung. Der Formschluß an den Oberflächenrippen der Armierungsstäbe reicht wegen des fehlenden Haftschlusses nicht aus.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Armierungsstab für mineralische Baustoffe, insbesondere für Beton zu entwickeln, der einfach herstellbar und im Baustoff sicher verankerbar ist und der ohne Beschädigungsgefahr transportierbar und montierbar ist. Zur Lösung dieser Aufgabe werden die in den Ansprüchen 1 und 15 angegebenen Merkmalskombinationen vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Ein erfindungswesentlicher Gedanke besteht darin, daß der Armierungsstab durch einen faserverstärkten Kunststoffstrang gebildet ist, der einen zentralen langgestreckten Strangkern und mehrere im Winkelabstand voneinander angeordnete, sich über die Länge des Strangkerns erstreckende, im Quer- schnitt stern- oder kreuzförmig abstehende Strangrippen aufweist, die um die Kernachse jeweils durchgehend schraubenförmig verdrallt sind. Die Strangrippen stehen dabei zweckmäßig um mindestens eine dem Kerndurchmesser entsprechende Rippenbreite über die Kernoberfläche über. Durch die schraubenförmige Windung der Strangrippen ergibt sich eine formschlüssige Verankerung der Armierungsstäbe im Beton. Um die erwünschten Zugkräfte aufnehmen zu können, ist zumindest ein Teil der Verstärkungsfasern als Längsfasem ausgebildet, die ununterbrochen entlang dem Strang verlaufen und im Kernbereich achsparallel und im Rippenbereich in Steigungsrichtung der Strangrippen ausgerichtet sind. Die einzelnen als Längsfasern ausgebildeten Verstärkungsfasern im Rippenbereich verlaufen dabei zweckmäßig in konstantem Abstand von der Kernachse.
Um eine zuverlässige Handhabung der Armierungsstäbe auf der Baustelle zu ermöglichen, ist der Strang zumindest im Bereich der Strangrippen zu- sätzlich mit Quer- oder Umfangsfasern verstärkt. Die Querfasern verhindern ein Knicken oder Absacken der zwischen den Strangrippen befindlichen Rillen im übereinandergeschichteten Zustand der Armierungsstäbe beim Transport und beim Begehen. Durch die schraubenförmig verdrallten Strangrippen werden beim Übereinanderschichten der Stäbe Anlagepunkte in aus- reichend kurzen Abständen gebildet, die dafür sorgen, daß bei einer Belastung keine Verformung auftritt. Letzteres ist auch im montierten Zustand wichtig, wenn die Armierungsstäbe kreuz und quer verlegt werden. Während die Längsfasern in den Armierungsstäben die Funktion einer Zugarmierung aufweisen, kommt den Querfasern die Funktion einer Knickarmierung zu. Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Strangrippen in gleichen Winkelabständen voneinander angeordnet sind und daß die Strangrippen mit konstanter Ganghöhe verdrallt sind. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, die Strangrippen entlang dem Strang mit variabler Ganghöhe zu verdrallen. Der Steigungswinkel der Strangrippen relativ zur Kernachse kann in relativ weiten Grenzen eingestellt und optimiert werden. Er beträgt zweckmäßig zwischen 15 und 75°, vorzugsweise 30 bis 50°.
Die Längs- und Querfasern bilden zweckmäßig ein Fasergewebe oder -gelege. Die Verstärkungsfasern werden vorteilhafterweise aus der Gruppe Kohlenstofffasern, Glasfasern, Aramidfasem, hochfeste Polyethylenfasern, Basaltfasern, Naturfasern oder aus einem Gemisch aus diesen Fasern gewählt. Wegen der chemischen Verträglichkeit mit Beton werden zweckmäßig die Verstärkungsfasern in Oberflächennähe des Strangs als Kohlenstofffasern gewählt, während in tieferen Schichten des Stranginneren auch die preiswerteren Glasfasern und dergleichen verwendet werden können.
Die Kunststoffmatrix des Strangs kann aus einem duroplastischen Polymermaterial, vorzugsweise aus der Gruppe Epoxidharz, Polyesterharz, Vinylharz bestehen. Um eine einfachere Verformung des Strangs beim Herstellungsvorgang zu ermöglichen, kann es von Vorteil sein, wenn die Kunststoffmatrix aus einem thermoplastischen Kunststoff vorzugsweise aus der Gruppe Polyamid (PA), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyphenylensulfid (PPS), Polypropylen (PP), Polyethylenterephtalat (PET), Polybutylenterephtalat (PBT), Polyetherimid (PEI), Styrol-Polymerisat (ABS), Polyetheretherketone (PEEK) besteht. Das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Armierungsstäbe besteht im wesentlichen darin, daß ein faserverstärkter Kunststoffstrang mit stern- oder kreuzförmigem Querschnitt schraubenförmig verdrallt und abgelängt wird.
Grundsätzlich ist es dabei möglich, in den Kunststoffstrang im Zuge seiner Herstellung nach Pulltrusions-Verfahren (Strangziehen) eine Faser- oder Gewebeeinlage einzubetten.
Bevorzugt wird zur Herstellung des erfindungsgemäßen Kunststoffstrangs ein vorgefertigtes, platten-, band- oder schlauchförmiges Ausgangsmaterial aus faserverstärktem Kunststoff unter Bildung eines im Querschnitt kreuz- oder sternförmigen Strangs umgeformt, vorzugsweise gefaltet, und im Anschluß daran schraubenförmig verdrallt und ausgehärtet. Von besonderem Vorteil ist es dabei, wenn das einen thermoplastischen Kunststoff als Bindemittelmatrix enthaltende Platten-, Band- oder Schlauchmaterial unter Einwirkung von Druck und Wärme in den faserverstärkten Kunststoffstrang umgeformt wird. Bei der Herstellung der Faserverstärkung in dem platten-, band- oder schlauchförmigen Ausgangsmaterial können mindestens zwei Lagen aus unterschiedlichen Fasermaterialien verwendet werden, wobei eine Außenlage zweckmäßig aus Kohlenstofffasern besteht.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung in schemati- scher Weise dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1a und b einen im Querschnitt kreuzförmigen Armierungsstab vor und nach der schraubenförmigen Verdrallung in schaubildlicher
Darstellung;
Fig. 2a bis c ein platten- oder bandförmiges Ausgangsmaterial (Fig. 2a) und ein schlauchförmiges Ausgangsmaterial (Fig. 2b) zur Herstellung eines im Querschnitt kreuzförmigen verdrallten Armierungsstabs (Fig. 2c) in schaubildlicher, teilweise aufgebrochener Darstellung.
Die in der Zeichnung dargestellten Armierungsstäbe sind für die Bewehrung von Beton-Bauteilen bestimmt.
Der Armierungsstab 10 besteht aus einem faserverstärktem Strang aus Kunststoff, der einen zentralen, langgestreckten Strangkern 12 und mehrere über die Länge des Strangkerns im Winkelabstand voneinander angeordnete, im Querschnitt stern- oder kreuzförmig abstehende Strangrippen 14 aufweist. Ausgangsprodukt ist beispielsweise das in Fig. 1a gezeigte Stranggebilde 10', dessen Strangrippen 14 zur Bildung des in Fig. 1b gezeigten Ar- mierungsstabs um die Kernachse 16 in gleicher Richtung und mit gleicher Steigung schraubenförmig verdrallt sind. Ein Teil der Verstärkungsfasern sind als Längsfasern 18 ausgebildet. Im Endprodukt gemäß Fig. 1 b verlaufen die Längsfasern 18 im Kernbereich parallel zur Kernachse 16, während sie im Bereich der Strangrippen 14 rippenparallel, also in Steigungsrichtung der Strangrippen 14 ausgerichtet sind. Die einzelnen Längsfasern 18 im Rippenbereich haben über ihre gesamte Länge einen konstanten Abstand von der Kernachse 16. Die Längsfasern 18 haben innerhalb des Armierungsstabs 10 vor allem die Aufgabe, Zugkräfte aufzunehmen. Durch die Verdrallung der Strangrippen 14 ergibt sich innerhalb des Betons ein stabiler Formschluß, der trotz der ansonsten glatten Oberfläche des Armierungsstabs verhindert, daß sich der Armierungsstab 10 aus dem Verbund mit dem umgebenen Beton lösen kann.
Ein anderer Teil der Verstärkungsfasern 20 verläuft innerhalb des Strangge- bildes im wesentlichen quer zu den Längsfasern 18. Dies ist auch im Bereich der Strangrippen 14 der Fall. Die Querfasern 20 bilden eine Knickarmierung, die auf den Armierungsstab 10 einwirkende Querkräfte zur Verminderung der Knickgefahr aufnehmen kann. Bei dem in Fig. 1 b gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt der Steigungswinkel der Strangrippen 14 relativ zur Kernachse 16 etwa 30 bis 40°. Da hier insgesamt vier Strangrippen vorge- sehen sind, ergeben sich beim Aufeinanderstapeln der Armierungsstäbe ausreichend kurze Abstützlängen zwischen zwei Auflagepunkten, die bei einer Belastung oder beim Begehen einer Durchbiegung entgegenwirken.
In den Fig. 2a bis c ist schematisch angedeutet, daß zur Herstellung der Ar- mierungsstäbe mit kreuzförmigem Querschnitt auch platten- oder bandförmiges Ausgangsmaterial 10" (Fig. 2a) oder schlauchförmiges Ausgangsmaterial 10'" (Fig. 2b) verwendet werden kann.
Für die Herstellung des platten- oder bandförmigen Ausgangsmaterials 10" gibt es verschiedene Möglichkeiten. Bei dem sogenannten Rolltrusionsver- fahren werden einzelne Fäden, Gewebe oder Gelege vorimprägniert und durch eine Walzenpresse geführt. Erzeugt wird hierbei ein dünnes Band, das für die hier relevanten Zwecke noch zu dünn ist. Deshalb müssen mehrere Bänder übereinandergelegt und miteinander durch Aufheizen und Ver- schmelzen verbunden werden. Hierbei können auch Bänder mit unterschiedlichen Verstärkungseinlagen, wie Kohlefaser oder Glas verwendet werden. Die auf diese Weise vorgefertigten Bänder werden schließlich erwärmt, in ein Kreuz gefaltet und schraubenartig verdrallt. Ein Nachteil dieser Verfahrensweise ist die relativ kleine Produktionsgeschwindigkeit. Außerdem können nur hochwertige Thermoplaste, wie Polyamide für die Bindemittelmatrix verwendet werden.
Eine weitere Möglichkeit für die Herstellung von Plattenmaterial besteht darin, daß vorgefertigte Gewebe und Gelege mit einem Bindemittel imprägniert und einer Doppelbandpresse zugeführt werden. Die Gewebe oder Gelege können aus verschiedenen Fasern kombiniert werden und relativ dick aus- gebildet sein. Als Ergebnis erhält man ein Endlosplattenmaterial 10", das bei erhöhter Temperatur beispielsweise in die erwünschte Kreuzform verformt und verdrallt werden kann. Der Unterschied zum Rolltrusionsverfahren besteht darin, daß von einem fertigen Gewebe und Gelege mit ausreichender Wandstärke ausgegangen wird, so daß nicht mehrere Platten zu einem mehrlagigen System zusammengefügt werden müssen. Als Bindemittel können hierbei Thermoplaste aus der Gruppe Polyamid (PA), Polymethyl- methacrylat (PMMA), Polyphenylensulfid (PPS), Polypropylen (PP), Polye- thylenterephtalat (PET), Polybutylenterephtalat (PBT), Polyetherimid (PEI), Styrol-Polymerisat (ABS), Polyetheretherketone (PEEK) verwendet werden. In der Doppelbandpresse wird das Material zunächst aufgeheizt und über die Länge der Presse allmählich abgekühlt, so daß am Ende bereits ausgehärtetes Material herauskommt. Ein wesentlicher Vorteil des Verfahrens besteht in der hohen Produktionsgeschwindigkeit. Auch die Variabilität in den Fasern und in den Bindemittelmaterialien läßt eine Kostenoptimierung zu.
Für die Herstellung der schlauchförmigen Ausgangsmaterialien gemäß Fig. 2b gibt es ebenfalls verschiedene Möglichkeiten:
Beim Pulltrusions-Verfahren (Strangziehen) werden imprägnierte Endlosfasern über einen Dorn pulltrudiert. Dies kann in mehreren Stufen erfolgen, wobei im Anschluß an jede Verfahrensstufe auch eine Querwicklung aufgebracht werden kann. In diesem Fall erhält man einen Schlauch 10'" mit Längs- und Querfasern, wobei die Fasern auch aus unterschiedlichen Mate- rialien sein können, wie z. B. außen Kohlefasern und innen Glas. Der Schlauch wird dann nachträglich erwärmt, zum Kreuz gepreßt und verdrallt.
Für die Herstellung der Schläuche 10'" nach Fig. 2b können auch imprägnierte Flechtschläuche aus dem erwünschten Fasermaterial verwendet werden. Flechtschläuche werden in Flechtmaschinen zunächst in Form eines Faserschlauchs hergestellt und nachträglich mit dem Bindemittel imprägniert. Der imprägnierte Schlauch wird dann wieder in Kreuzform gepreßt und verdrallt. Grundsätzlich ist es auch möglich, die Flechtschläuche zunächst kreuzförmig zu verformen und erst dann zu imprägnieren.
Zusammenfassend ist folgendes festzuhalten: Die Erfindung bezieht sich auf einen Armierungsstab für mineralische Baustoffe, insbesondere für Beton. Der erfindungsgemäße Armierungsstab 10 besteht aus einem faserverstärkten Strang aus Kunststoff, der einen zentralen, langgestreckten Strangkern 12 sowie mehrere über die Länge des Strangkerns sich erstreckende, im Winkelabstand voneinander angeordnete, im Querschnitt stern- oder kreuzförmig abstehende Strangrippen 14 aufweist, die um die Kernachse 16 schraubenförmig verdrallt sind.

Claims

Patentansprüche
1. Armierungsstab für mineralische Baustoffe, insbesondere für Beton, gekennzeichnet durch einen faserverstärkten Strang (10) aus Kunststoff, der einen zentralen langgestreckten Strangkern (12) und mehrere sich über die Länge des Strangkerns erstreckende, im Winkelabstand voneinander angeordnete, im Querschnitt stern- oder kreuzförmig abstehende Strangrippen (14) aufweist, die um die Kernachse (16) schraubenförmig verdrallt sind.
2. Armierungsstab nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Verstärkungsfasern als Längsfasern (18) ausgebildet ist, die ununterbrochen entlang dem Strang (10) verlaufen und im Kernbereich achsparallel und im Rippenbereich in Steigungsrichtung der Strangrippen (14) ausgerichtet sind.
3. Armierungsstab nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Längsfasern (18) im Rippenbereich in konstantem Abstand von der Kernachse (16) verlaufen.
4. Armierungsstab nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strang (10) zumindest im Bereich der Strangrippen (14) zusätzlich mit Querfasern (20) verstärkt ist.
5. Armierungsstab nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strangrippen (14) in gleichen Winkelabständen voneinander angeordnet sind.
6. Armierungsstab nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn- zeichnet, daß die Strangrippen (14) mit konstanter Ganghöhe verdrallt sind.
7. Armierungsstab nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strangrippen (14) entlang dem Strang (10) mit variabler Ganghöhe verdrallt sind.
8. Armierungsstab nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Steigungswinkel der Strangrippen (14) relativ zur Kernachse 5 bis 75° , vorzugsweise 30 bis 50° beträgt.
9. Armierungsstab nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Strangrippen (14) um mindestens eine dem Kerndurchmesser, vorzugsweise dem doppelten Kerndurchmesser entsprechende Rippenbreite über die Kernoberfläche überstehen.
10. Armierungsstab nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfasern (18, 20) aus der Gruppe Kohlenstofffasern, Glasfasern, Aramidfasem, hochfeste Polyethylenfasem, Basaltfasern, Naturfasern oder aus einem Gemisch aus diesen Fasern gewählt sind.
11. Armierungsstab nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfasern zumindest in Oberflächennähe der Strangs als Kohlenstofffasern ausgebildet sind.
12. Armierungsstab nach einem der Ansprüche 4 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die Längs- und Querfasern (18, 20) ein Fasergewebe oder -gelege bilden.
13. Armierungsstab nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge- kennzeichnet, daß die Kunststoffmatrix des Strangs (10) aus einem duroplastischen Polymermaterial, vorzugsweise aus der Gruppe Epoxidharz, Polyesterharz, Vinylesterharz besteht.
14. Armierungsstab nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge- kennzeichnet, daß die Kunststoffmatrix des Strangs (10) aus einem thermoplatsischen Kunststoff, vorzugsweise aus der Gruppe Polyamid, Polymethylmethacrylat, Polyphenylensulfid, Polypropylen, Polyethy- lenterephtalat, Polybutylenterephtalat, Polyetherimid, Styrol- Polymerisat, Polyetheretherketone besteht.
15. Verfahren zur Herstellung von Armierungsstäben für mineralische Baustoffe, insbesondere für Beton, dadurch gekennzeichnet, daß ein faserverstärkter Kunststoffstrang (10) mit stern- oder kreuzförmigem Querschnitt schraubenförmig verdrallt und abgelängt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kunststoffstrang (10) im Zuge seiner Herstellung eine Faser- oder Gewebeeinlage eingebettet wird.
17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein vorgefertigtes platten-, band- oder schlauchförmiges Ausgangsmaterial (10", 10'") aus Kunststoff unter Bildung eines im Querschnitt kreuz- oder sternförmigen Strangs (10') vorzugsweise durch Falten und Pressen umgeformt und im Anschluß daran schraubenförmig verdrallt und ausgehärtet wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das einen thermoplastischen Kunststoff als Bindemittelmatrix enthaltende Platten-, Band- oder Schlauchmaterial (10", 10'") unter Einwirkung von Druck und Wärme in den faserverstärkten Kunststoffstrang (10) umgeformt wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsmaterial für Bindemittelmatrix ein thermoplastischer Kunststoff aus der Gruppe Polyamid, Polymethylmethacry- lat, Polyphenylensulfid, Polypropylen, Polyethylenterephtalat, Poly- butylenterephtalat, Polyetherimid, Styrol-Polymerisat, Polyetheretherketone verwendet wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekenn- zeichnet, daß als Ausgangsmaterial für die Faserverstärkung ein Fasermaterial aus der Gruppe Kohlenstofffasern, Glasfasern, Aramidfa- sern, Fasern aus hochfestem Polyethylen, Basaltfasern, Naturfasern verwendet wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung der Faserverstärkung in dem platten-, band- oder schlauchförmigen Ausgangsmaterial (10", 10"') mindestens zwei Lagen aus unterschiedlichen Fasermaterialien verwendet werden.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Außenlage aus Kohlenstofffasern verwendet wird.
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