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Seil aus synthetischen Fäden
Die Herstellung von Seilen aus Fasergarnen oder endlosen Fäden kann auf verschiedene Weise erfol- gen.
Bei der Verarbeitung von z. B. endlosen Fäden aus synthetischen Linearpolymeren zu Seilen werden gedrehte oder geflochtene Seile und auch Kern-Mantel-Konstruktionen angetroffen. Das gedrehte Seil wird über ständig zunehmende Zwirneinheiten aufgebaut, in der Art, dass aus einer bestimmten grösseren
Anzahl von Grundgarnen oder Grundfäden in einem ersten Verseilungsgang eine Litze geschlagen wird.
Dies geschieht in einem dem Zwirnen entsprechenden Vorgang, bei welchem die Grundgarne schraubenlinienförmig umeinandergedreht werden. In einem zweiten Verseilungsgang werden drei oder vier solcher
Litzen miteinander verzwirnt, wobei die Drehungsrichtung der Zwirne in den beiden Arbeitsgängen entgegengesetzt ist.
Eine andere Seilherstellung ist das Flechten. Bei geflochtenen oder geklöppelten Seilen unterscheidet man das spiralgeflochtene und das kreuzgeflochtene Seil. Beide Arten von Seilen werden auf Flecht- oder Klöppelmaschinen hergestellt. Die Spiralflechtung entsteht, wenn sämtliche Klöppel, von denen die Litzen ablaufen, in einer Richtung hintereinanderherlaufen. Nach einer gewissen Strecke, die jeder Klöppel auf der Kreisbahn zurücklegt, beschreibt er einen kleinen Kreis nach innen und umschlingt dabei zwei andere Litzen. Durch das gleichzeitige Abziehen des Seiles erhält man eine Konstruktion, bei welcher ein schraubenlinienförmiger Verlauf der Litzen an der Oberfläche zu erkennen ist.
Beim kreuzgeflochtenen Seil laufen die Klöppel einander entgegen, wobei sie um die Kreisbahn sich kreuzende Schlangenlinien beschreiben. Ein solches Geflecht hat ein gewebeartiges Aussehen.
Die oben beschriebenen Seile zeigen auf Grund ihrer Konstruktion eine mässige bis sehr schlechte Substanzausnutzung. Hierunter versteht man den Quotienten der spezifischen Seilfestigkeit zur spezifischen Substanzfestigkeit. Dieser Wert schwankt bei Seilen der genannten Konstruktionen zwischen 0, 33 und 0, 55. Das bedeutet, dass nur 33-55'% ; der im Faden enthaltenen Substanzfestigkeit im Seil ausgenützt wird.
Nach den Resultaten eingehender Untersuchungen an den verschiedenen Konstruktionen kann bei gedrehten Seilen eine Substanzausnutzung von 50 - 55 % und bei spiralgeflochtenen Seilen nur eine Substanzausnutzung von 33 - 40 % erwartet werden, falls die Seile einen Durchmesser von 10 - 12 mm aufweisen, wie dies bei Kletterseilen allgemein üblich ist.
Eine deutliche Verbesserung der Substanzausnutzung bringt die Kern-Mantel-Konstruktion, wobei der Kern in bekannter Weise aus einer Vielzahl paralleler Zwirne besteht, der von einem spiralgeflochtenen Mantel aus dem gleichen oder einem andern Material als der Kern zusammengehalten wird. Im reinen Zugversuch ergibt sich dabei, vornehmlich durch die Parallelität der Zwirne im Kern und durch bestimmte Vorkehrungen, die einen gleichzeitigen Bruch von Kern und Mantel beim Erreichen der Bruchfestigkeit herbeiführen, eine Substanzausnutzung von 70 % und darüber.
Seile, insbesondere Kletterseile, werden jedoch im Ernstfall kaum auf reine Zugfestigkeit beansprucht. Meist treten schockartige Belastungsstösse auf, wobei das Seil noch zusätzlich auf Biegung bei engem Biegeradius beansprucht wird. Diese Biegebeanspruchungen können nun parallele Zwirne, wie sie
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in der vorgenannten Konstruktion enthalten sind, nur sehr unvollkommen aufnehmen. An der Biegestelle entstehen in den Kabeln aus parallelen Fäden stets Zug- und Druckzonen, die im Augenblick der Sturzbelastung eine sehr ungünstige Belastungsverteilung im Biegequerschnitt ergeben. Der gesamte Laststoss wird dabei von einem Teil der parallelen Zwirne aufgenommen ; diese einseitige Belastungsaufnahme führt zu unterschiedlichem Reissen der Kern-Zwirne im Augenblick des Bruches.
Es tritt also in einem solchen Falle eine deutliche Verschlechterung der Sturzfestigkeit eines solchen Seiles auf.
Es. wurde gefunden, dass Seile aus synthetischen Fäden in Kern-Mantel-Konstruktionen mit einem
Mantel aus geklöppelten Fadenlagen, bei denen erfindungsgemäss der Kern mindestens 60 Gew.-% der
Gesamtfadenmenge des Seiles enthält und aus einer oder mehreren, geschlagenen Litzen besteht, die Spannungen im Biegequerschnitt gleichmässiger verteilen. Bei derart aufgebauten Seilen liegen immer nur kurze Fadenstück in der Druck- bzw. Zug-Zone und dadurch ist ein guter Ausgleichindenverschie- denen Spannungsformen gegeben.
Ein sehr grosser Nachteil, der bei den bisher verwendeten Kletterseile auftritt, nämlich die KrangelNeigung nach schockartigen Belastungen, kann durch die erfindungsgemässe Seilkonstruktion ebenfalls weitgehend beseitigt werden. Wichtig ist dabei die Konstruktion des Kerns, u. zw. soll der Kern vorteilhaft aus Litzen bestehen, die aus zwei oder mehreren Garnlagen so aufgebaut sind, dass die Summe der Drehmomente bei der Belastung gleich Null ist. Die Mittel, dies zu erreichen, sind dem Fachmann bekannt. Besonders günstige Eigenschaften erreicht man bei solchen Seilen, bei denen die Schlaglänge in der äussersten Lage zwischen 70 und 90 mm, vorzugsweise 80 mm beträgt. Ein derartiges Seil, dessen Konstruktion im einzelnen aus Beispiel 3 hervorgeht, zeigt eine fast vollständige Seilberuhigung nach einer schockartigen Belastung.
Durch Vergleichsbeispiele lässt sich der Vorteil der erfindungsgemässen Seilkonstruktion am besten erläutern.
Nachfolgend werden drei Seile beschrieben, die sämtlich aus Polyamidfäden (Poly- e-Caprolactam) hergestellt wurden, u. zw.
1. ein spiralgeflochtenes Seil mit Seele,
2. ein aus nahezu parallelen, schwachgedrehten Fäden als Kern und einem kreuzgeflochtenen Man- tel bestehendes Seil und
3. ein erfindungsgemässes Seil mit geschlagenem Kern und kreuzgeflochtenem Mantel.
Beispiel l : Ein spiralgeflochtenes Seil aus insgesamt 30 Fäden von je 14400 denweisteinen Mantel auf, der 97, 4 % der gesamten Gewichtsmenge der Fäden ausmacht. Die Seele besteht nur aus drei Fäden von je 10800 den, die nahezu parallel im Inneren des Mantels liegen. Das Grundgarn hat eine Festigkeit von etwa 6, 5 g/den bei einer Dehnung von 15 Ufo. Die Seilfestigkeit beträgt 1, 25 g/den bei 92 % Dehnung, die relative Kantenfestigkeit 52 " die relative Knotenfestigkeit 60 Ufo (siehe nachfolgende Erläuterungen).
Bei s pie 1 2 : Ein aus Kern und Mantel bestehendes Seil mit einer Gewichtsverteilung von 60 Gew.-% der Fäden im Kern und 40 Gew.-' ! {) im Mantel ist folgendermassen aufgebaut : Das Seil besteht aus 40 parallel liegenden Zwirnen mit einem Titer von je 5750 den. Jeder Zwirn hat einen Drall von 80 T/m SDrehung. Die Fäden des Kerns sind in einem Verhältnis von 1 : 4, 2 verstreckt. Die Grundgarnfestigkeit beträgt 4,0 g/den bei einer Bruchdehnung von 32 ja.
Um diesen Kern wird eine kreuzgeflochtene Hülle aufgebaut, u. zw. geflochten aus 4 Klöppeln zu je 6 geflochtenen Zwirnen. Jeder dieser Zwirne besteht aus 5 heiss nachverstreckten Fäden aus dem gleichen Polyamid von 850 den mit 30 T/m Z-Drehung. Festigkeit:5-6 g/den bei einer Bruchdehnung von 18 je. Die Bruchfestigkeit des Gesamtseiles beträgt bei 9, 6 mm Durchmesser etwa 2, 9 g/den bei einer Bruchdehnung von etwa 33 Ufo. Die relative Kantenfestigkeit beträgt 55 Ufo, die relative Knotenfestigkeit 62%.
Beispiel 3 :
EMI2.1
<tb>
<tb> Aufbau <SEP> des <SEP> Kerns: <SEP> (1+6+12+18) <SEP> S <SEP> + <SEP> 24 <SEP> Z <SEP> geschlagen
<tb> Schlaglängeinmm <SEP> 19 <SEP> 44 <SEP> 66 <SEP> 71
<tb> Kerndurchmesser <SEP> in <SEP> mm <SEP> 3, <SEP> 2 <SEP> 5, <SEP> 3 <SEP> 7, <SEP> 5 <SEP> 9, <SEP> 3 <SEP>
<tb>
Der Kern besteht aus 8000 den - Fäden.
Dieser Kern wird von einem Mantel umgeben, der aus 3000 den-Fäden geklöppelt ist. Dies entspricht einer Mengenverteilung von 65 Gew. -0/0 im Kern und 35 Gew. -0/0 im Mantel. Die Festigkeit des
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Grundgarnes beträgt 6, 5 g/den bei 22 je Dehnung. Die Festigkeit des gesamten Seiles beträgt 3, 7 g/den bei 28 % Dehnung. Die relative Kantenfestigkeit beträgt 60 lu, die relative Knotenfestigkeit 69 %.
Damit die Summe der Drehmomente bei der Belastung gleich Null ist, muss nachstehende Gleichung erfüllt sein :
EMI3.1
Hiebet ist ri der Radius des Seiles in mm. Der Winkel ci zwischen der Seilachse und der schraubenlinienförmigen Fadenschicht errechnet sich aus der Schlaglänge hi und dem Radius ri nach der Gleichung
EMI3.2
Die relative Kantenfestigkeit bzw. die relative Knotenfestigkeit werden wie folgt gemessen :
Definition :
EMI3.3
Reisslast (Bruchlast) = wie oben absolute Knotenfestigkeit = Festigkeit des Seils beim Bruch in kg, nachdem das
Seil mittels Knoten an den Bolzen der oberen und un- teren Einspannklemme befestigt wurde.