CN102575420A - 具有由碳制成的丝线的绳索 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种绳索，包括包含碳的丝线(10)，这些丝线分别由涂料(12)包覆，其中由涂料(12)包覆的各丝线(10)由基体(14)包围，该基体(14)由包含至少一种弹性体和/或至少一种热塑性弹性体的材料构成。该绳索特别是可以用于例如在起重机中牵引负载。

Description

具有由碳制成的丝线的绳索
技术领域
本发明涉及一种绳索，特别是使用在负载应用中，例如使用在绳索升降机中，该绳索包括包含碳的且由聚合材料制的基体包围的丝线，本发明还涉及一种具有这种绳索的负载牵引系统和一种用于制造这种绳索的方法。
背景技术
已知为了提高绳索的抗拉强度在绳索中设置包含碳的丝线，并且这些丝线嵌入在聚合材料制的基体中。
然而，已知的包含基于碳的丝线的绳索具有较小的耐磨性和相应小的寿命。这种绳索的较小耐磨性的原因特别是在于，各个丝线在绳索受负载期间相对于彼此运动并同时相互摩擦，由此在纤维的周界面上产生损坏(例如裂缝)，其可降低个别丝线的抗拉强度或甚至导致个别丝线的断裂。
此外已知的上述型式的绳索的缺点是，其具有较小的横向于绳索的纵向方向的柔性并由此具有小的可弯曲性。因此，例如在这种绳索使用在起重机(其中绳索经由一个或多个转向轮引导)中时，如果绳索不以较大的曲率半径经由各转向轮引导，则遭受增大的磨损。
发明内容
基于该背景，本发明的目的在于提供一种绳索，其特征在于改进的稳定性、增强的耐磨性、提高的寿命和提高的柔性；以及提供一种具有这种绳索的负载牵引系统和一种用于制造这种绳索的方法。
按照本发明，该目的通过一种按照权利要求1所述的绳索且特别是一种具有如下特征的绳索实现，即该绳索包括包含碳的丝线，各丝线分别由涂料包覆，其中由涂料包覆的各丝线由基体包围，该基体由包含至少一种弹性体和/或至少一种热塑性弹性体的材料构成。
通过使按照本发明的基于碳的各丝线分别由涂料包覆，确保各个丝线牢固和持久地附着在包围这些丝线的基体材料上。因此各个丝线的由涂料构成的包覆层作为增附剂作用在相应的丝线与包围该丝线的基体之间。同时基体将各个分别由涂料包覆的丝线彼此分隔开。因为基体由包含至少一种弹性体和/或至少一种热塑性弹性体的材料构成，因此基体是弹性的并可以承受在绳索中可能发生的张力。因此确保即使当由于负载而向绳索施加大的拉力时，绳索中的各个丝线依然可以相对于彼此运动，但各个丝线并不会直接接触并由此相互摩擦。由此，绳索具有高且持久的耐磨性。这在绳索被施加的负载经由转向装置例如转向轮引导时是特别适用的。在该情况下，存在于绳索的贴靠在转向轮上的一侧中的丝线朝绳索中的更外侧的丝线进行强制的大相对运动。由于上述原因，即使在这种情况下，由于包围丝线的基体的弹性特性并由于丝线因由涂料构成的包覆层而在基体材料上的牢固附着，依然可靠地阻止各个丝线的导致磨损的相互摩擦。由此，按照本发明的绳索的特征还在于提高的柔性和提高的可弯曲性，因此该绳索例如也可以均匀地贴靠在较小半径的转向轮上，而不在负载下受到损坏。
原则上可以使用任何材料作为涂料，该材料确保基于碳的丝线在弹性体或热塑性弹性体上的良好增附性，亦即该材料不仅具有在基于碳的丝线上的良好附着，而且具有在弹性体或热塑性弹性体上的良好附着。当涂料包含选自如下的组中的至少一种材料时特别是得到良好的结果，该组包括：聚氨酯、热塑性弹性体、聚酯、橡胶、橡胶衍生物和两种或多种上述化合物的任意组合。优选地，涂料包括上述材料中的一种。
原则上可以使用任何的弹性体和/或热塑性弹性体作为基体材料。对于弹性体特别适合的示例包括选自如下的组的这些材料，该组包括乙烯-丙烯-二烯烃橡胶、氯丁橡胶、氯磺基聚乙烯橡胶、乙烯乙酸乙烯酯橡胶、异丁橡胶、丙烯腈-丁二稀橡胶、天然橡胶、丁苯橡胶、丙烯酸酯橡胶、氟橡胶、硅酮橡胶、聚烯烃橡胶和两种或多种上述化合物的任意组合，其中基体优选包括一种或多种上述材料。这些材料具有良好的弹性特性并还可以根据增附性通过涂料牢固且持久地附着在基于碳的丝线上。
对于待用于基体中的热塑性弹性体，适合的示例包括选自如下的组的这些材料，该组包括苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-二烯嵌段共聚物、包括乙烯-丙烯-二烯烃橡胶和聚丙烯的混合物、基于氨基甲酸酯的热塑性弹性体、基于共聚酯的热塑性弹性体、基于共聚酰胺的热塑性弹性体和两种多种上述化合物的任意组合，其中基体优选包括一种或多种上述材料。这些材料也具有良好的弹性特性并还可以根据增附性通过涂料牢固且持久地附着在基于碳的丝线上。
如所述，热塑性弹性体可以例如不仅用作基体材料而且用作涂料材料。但按照本发明，涂料和基体由两种不同的材料构成，亦即在热塑性弹性体的情况下由两种不同的热塑性弹性体构成。
为了实现绳索的特别高的耐磨性，在发明构思的扩张方案中建议，各个由涂料包覆的丝线的至少50％、优选至少80％、特别优选至少90％和更特别优选100％由基体材料完全包围。由此各个丝线沿其整个周界面和其整个长度通过基体材料彼此分隔开，从而可靠地阻止各个丝线在其整个表面上的相互摩擦。就此而言，完全包围意味着，每一用涂料涂层的丝线的外周界面的至少80％、优选至少90％、特别优选至少95％、更特别优选至少98％和最优选100％由基体材料包围。
此外优选地，各个丝线在绳索的横截面上至少近似均匀地分布于基体材料中，从而各个丝线分别由至少近似相同量的基体材料包围。
按照本发明的另一优选的实施形式，各个由涂料包覆的丝线的至少93重量％、优选至少95重量％、特别优选至少98重量％和更特别优选完全地由碳构成。这样的丝线具有特别高的抗拉强度。
除在基于碳的丝线外，绳索还可以包括其他材料的纤维，例如这些纤维选自包括玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维、金属纤维、陶瓷纤维和两种或多种上述纤维型式的任意组合的组。不过在这种情况下优选地，由基体包围的纤维的至少50％是碳纤维。
在发明构想的进一步构成中建议，由涂料包覆的丝线的至少50％沿绳索的纵向方向延伸，其中各个丝线与绳索的纵轴线的最大偏角为优选最大15°、进一步优选最大10°，更进一步优选最大5°、特别优选最大2°和最优选为0°。由此实现各丝线具有其最大的抗拉强度，而没有显著的横向力作用到各个纤维上，因此提高绳索的抗拉强度和耐用性。特别优选地，丝线的至少80％、还进一优选至少90％和最优选全部具有这样的定向。
按照本发明的另一优选的实施形式设定，由涂料包覆的各丝线分别在绳索的至少一半长度上、优选在绳索的至少75％的长度上、特别优选在绳索的90％的长度上和最优选在绳索的整个长度上延伸。为了达到这一点，各个丝线可以是几分米直到几米长。
按照本发明的绳索的各个丝线可以是相互扭绞的，这在绳索在其使用中经由转向装置(例如转向轮)引导时特别是优选的。特别是，在使用时不经由转向装置引导的绳索中，各个丝线也可以是不扭绞的。
按照本发明的另一优选的实施形式，绳索具有扁平的横截面。所谓扁平的横截面按照本发明应该被理解为绳索具有大于1的长宽比。就此而言，长宽比表示绳索的最大横截面延伸距离与绳索的横截面的沿与该最大横截面延伸距离的方向垂直的方向的最大延伸距离的商。通过扁平的横截面还进一步提高绳索沿高度方向的可弯曲性。就此而言，当长宽比大于2和特别优选大于4时达到特别良好的结果。
为了便于将绳索敷设在转向装置、例如转向轮上，还优选的是，绳索的横截面是凸形的。例如绳索可以具有光滑表面的扁平面，其凸出地弯曲并具有无直角或锐角的棱边，并且其优选至少近似在绳索的整个宽度上延伸。
此外，绳索可具有沿绳索的纵向方向延伸的圆形边缘和/或一个或多个沿绳索的纵向方向延伸的导槽。这样的导槽可以例如处在上述表面的边缘上并构成在相应构造的转向轮上以固定绳索。
在发明构想的扩展方案中建议，由涂料包覆的各丝线构成为织物。在这种情况下，织物的经纱部分多于其纬纱部分。
按照本发明的另一优选的实施形式，绳索在其横截面上具有多个相互重叠设置的层，其中每一层包括多个包含碳的丝线。在该实施形式中优选地，各个层具有相互不同的弹性，其中各个层的弹性从绳索的一侧朝绳索的对置侧特别优选地逐渐地增加。在这样的绳索与转向装置例如转向轮使用时，优选地，绳索的支承在转向装置上的一侧比绳索的与该侧对置的一侧具有较小的弹性。由此实现绳索的沿转向方向的良好可弯曲性和绳索的在转向装置上的紧密贴靠，同时实现绳索的高抗拉强度和稳定性。这样的弹性变化可以例如通过如下方式实现：在各个层中设置每一横截面面积各不相同数量的丝线和/或在各个层中设置具有不同厚度或特性的丝线。
为了保护绳索不受外部的机械影响，按照本发明的绳索可以具有包围基体的包覆层，其优选具有一种塑料和至少一种附加材料，该附加材料优选是金属或包括金属。
此外，绳索可以具有边缘保护部，其优选包括由金属制成的织物。
本发明的另一目标是一种具有上述绳索的负载牵引系统。该负载牵引系统可以特别是指一种绳索升降机，其中绳索在一端可以连接于负载，例如电梯间。
按照本发明的一优选的实施形式，负载牵引系统包括至少一个转向装置，所述绳索经由该至少一个转向装置引导。在此，至少一个转向装置可以例如是转向轮。
特别是在上述实施形式中，绳索优选具有扁平面并以该扁平面支承在转向装置的表面上。
此外，在上述实施形式中优选地，绳索在其横截面上具有至少两个相互重叠设置的分别具有不同弹性的层，其中远离转向装置的层比面向转向装置的层具有较高的弹性。由此，如上所述，可以实现绳索的沿转向方向的良好可弯曲性和绳索在转向装置上的紧密贴靠，同时实现绳索的高抗拉强度和稳定性。
本发明的另一目标是一种上述绳索或所述负载牵引系统用于牵引负载的用途。
在该应用中，绳索的各个丝线可以是不扭绞的，这在用绳索牵引负载而绳索在负载与对置于该负载的一端之间没有转向时是特别优选的。
当绳索在使用中经由至少一个转向装置、例如经由至少一个转向轮引导时，相反，绳索的各个丝线优选是相互扭绞的。
本发明的另一目标是用于制造上述绳索的方法，其中分别用涂料包覆至少两个包含碳的丝线，并且接着用具有至少一种弹性体和/或至少一种热塑性弹性体的基体材料浸渍由涂料包覆的各丝线。
优选地，各丝线在涂覆涂料以后和/或在浸渍之前作为松散的丝线或丝线束(丝条)存在，由此浸渍可以特别简单地渗入在由涂料包覆的各丝线之间的区域内。为此，在涂覆涂料以后和在浸渍之前可以干燥和/或硬化各丝线。为此，可以例如将一个或多个丝条牵引通过涂料材料的浴池，接着可选地干燥这样处理的丝线，然后用基体材料例如通过挤拉浸渍该丝线。
附图说明
以下纯示例性地借助有利的实施形式参照附图描述本发明。其中：
图1示出按照第一实施例的按照本发明的绳索的局部剖视图；
图2示出图1中所示的绳索的部分A的放大图；
图3示出按照第二实施例的按照本发明的绳索的局部剖视图；
图4示出按照第三实施例的按照本发明的绳索的局部剖视图；和
图5示出按照第四实施例的按照本发明的绳索的剖视图。
具体实施方式
图1中示出按照第一实施例的按照本发明的绳索。该绳索具有多个包含碳的丝线10，这些丝线分别由涂料12包覆，其中由涂料12包覆的各丝线10由基体14包围，该基体由包含至少一种弹性体和/或至少一种热塑性弹性体的材料构成。丝线10是指由100％的碳构成的丝线。
该绳索具有凸形横截面和大于1的长宽比，该长宽比对应于宽度B与高度H的商。
图2示出图1中所示的绳索的横截面的部分A的放大图。为了说明，在该图中仅示出两个由涂料12包覆的丝线10的沿绳索纵向方向的延伸段。
如图2中所示，各丝线10至少近似相互平行地沿绳索的纵向方向延伸，其中各个丝线10通过基体14彼此分隔开并分别完全由基体材料14包围。在此，各丝线10较均匀地分布于基体14中，从而所有丝线10中的每个丝线10与其最近的相邻丝线10之间的间距d至少近似相等。通过用基体14对各丝线10的包围以及由涂料12引起的基体材料14在各丝线10上的良好附着，防止各个丝线10彼此间的相互摩擦，并通过基体14的可弹性变形性同时确保各个丝线10彼此间的相对自由度，因此总体上实现绳索的高且持久的耐磨性。
图3示出按照第二实施例的按照本发明的绳索的局部剖视图，其具有矩形横截面，其中各个拐角被倒圆以形成四个圆形边缘16。
图4示出按照第三实施例的按照本发明的绳索的局部剖视图，其具有两个导槽18。利用导槽18，绳索可以配合精确地嵌入到导向或转向装置中。
图5示出按照第四实施例的按照本发明的绳索的剖视图，其经由支承在轴22上的转向轮20引导。该绳索在其横截面上具有多个相互重叠设置的层24a-24d，其中每一层24a-24d包括多个包含碳的丝线10。各层24a-24d具有不同的弹性，其中弹性从设置在绳索的远离转向轮20的一侧的层24a向设置在绳索的面向转向轮20的一侧的层24d逐级地减小。
附图标记清单
10      丝线
12      涂料
14      基体
16      圆形边缘
18        导槽
20        转向轮
22        转向轮的轴
24a-24d   层
B         宽度
H         高度
d         间距

Claims (28)

1.绳索，例如用于在绳索升降机中使用，该绳索包括包含碳的丝线(10)，这些丝线分别由涂料(12)包覆，其中由涂料(12)包覆的各丝线(10)由基体(14)包围，该基体(14)由包含至少一种弹性体和/或至少一种热塑性弹性体的材料构成。
2.按照权利要求1所述的绳索，其特征在于，涂料(12)包含选自如下的组中的至少一种材料，该组包括：聚氨酯、热塑性弹性体、聚酯、橡胶、橡胶衍生物和两种或多种上述化合物的任意组合。
3.按照权利要求1或2所述的绳索，其特征在于，所述至少一种弹性体选自如下的组，该组包括：乙烯-丙烯-二烯烃橡胶、氯丁橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、乙烯乙酸乙烯酯橡胶、异丁橡胶、丙烯腈-丁二烯橡胶、天然橡胶、丁苯橡胶、丙稀酸酯橡胶、氟橡胶、硅酮橡胶、聚烯烃橡胶和两种或多种上述化合物的任意组合。
4.按照上述权利要求之一项所述的绳索，其特征在于，所述至少一种热塑性弹性体选自如下的组，该组包括：苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-二烯嵌段共聚物、包括乙烯-丙烯-二烯烃橡胶和聚丙烯的混合物、基于氨基甲酸酯的热塑性弹性体、基于共聚酯的热塑性弹性体、基于共聚酰胺的热塑性弹性体和两种或多种上述化合物的任意组合。
5.按照上述权利要求之一项所述的绳索，其特征在于，各个由涂料(12)包覆的丝线(10)的至少50％、优选至少80％、特别优选至少90％和更特别优选100％由基体材料完全包围。
6.按照上述权利要求之一项所述的绳索，其特征在于，各个由涂料(12)包覆的丝线(10)的至少93重量％、优选至少95重量％、特别优选至少98重量％和更特别优选完全地由碳构成。
7.按照上述权利要求之一项所述的绳索，其特征在于，该绳索还包含选自如下的组的各丝线，该组包括：玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维、金属纤维、陶瓷纤维和两种或多种上述纤维的任意组合。
8.按照权利要求7所述的绳索，其特征在于，由基体(14)包围的丝线(10)的至少50％是碳纤维。
9.按照上述权利要求之一项所述的绳索，其特征在于，由涂料(12)包覆的丝线(10)的至少50％沿绳索的纵向方向以与该纵向方向的最大偏差为最大15°、优选最大10°、特别优选最大5°和最优选最大2°地延伸。
10.按照上述权利要求之一项所述的绳索，其特征在于，由涂料(12)包覆的各丝线(10)分别在绳索的至少一半长度上、优选在绳索的至少75％的长度上、特别优选在绳索的90％的长度上和最优选在绳索的整个长度上延伸。
11.按照上述权利要求之一项所述的绳索，其特征在于，各个由涂料(12)包覆的丝线(10)是相互扭绞的，或者由涂料(12)包覆的各丝线(10)是不扭绞的。
12.按照上述权利要求之一项所述的绳索，其特征在于，该绳索具有扁平的横截面，其中该绳索的长宽比大于1、优选大于2和特别优选大于4。
13.按照上述权利要求之一项所述的绳索，其特征在于，该绳索具有沿绳索的纵向方向延伸的圆形边缘(16)和/或具有一个或多个沿绳索的纵向方向延伸的导槽(18)。
14.按照上述权利要求之一项所述的绳索，其特征在于，由涂料(12)包覆的各丝线(10)构成为织物。
15.按照权利要求14所述的绳索，其特征在于，所述织物的经纱部分多于所述织物的纬纱部分。
16.按照上述权利要求之一项所述的绳索，其特征在于，该绳索在横截面上具有多个相互重叠设置的层(24a-24d)，其中每一层(24a-24d)包括多个包含碳的丝线(10)。
17.按照权利要求16所述的绳索，其特征在于，各个层(24a-24d)具有相互不同的弹性。
18.按照权利要求17所述的绳索，其特征在于，各个层(24a-24d)的弹性从绳索的一侧向绳索的对置侧逐渐增大。
19.按照上述权利要求之一项所述的绳索，其特征在于，该绳索具有包围基体(14)的包覆层。
20.按照权利要求19所述的绳索，其特征在于，该包覆层具有一种塑料和至少一种附加材料，该附加材料优选是金属。
21.按照上述权利要求之一项所述的绳索，其特征在于，该绳索具有边缘保护部，该边缘保护部优选包括由金属制成的织物。
22.负载牵引系统，特别是绳索升降机，该负载牵引系统包括按照权利要求1至21之一项所述的绳索。
23.按照权利要求22所述的负载牵引系统，其特征在于，该负载牵引系统包括至少一个转向装置、优选至少一个转向轮(20)，所述绳索经由该至少一个转向装置引导。
24.按照权利要求23所述的负载牵引系统，其特征在于，该绳索具有扁平面并以该扁平面支承在所述转向装置的表面上。
25.按照权利要求23或24所述的负载牵引系统，其特征在于，该绳索在横截面上包括至少两个相互重叠设置的分别具有不同弹性的层(24a-24d)，其中远离转向装置的层(24a、24b、24c)比面向转向装置的层(24b、24c、24d)具有较高的弹性。
26.一种按照权利要求1至21之一项所述的绳索用于牵引负载的用途，其中该绳索的各个丝线(10)是不扭绞的。
27.一种按照权利要求1至21之一项所述的绳索用于牵引负载的用途，其中该绳索经由至少一个转向装置、优选至少一个转向轮(20)引导，并且该绳索的各个丝线(10)是相互扭绞的。
28.用于制造按照权利要求1至21之一项所述的绳索的方法，其中分别用涂料(12)包覆至少两个包含碳的丝线(10)，并且用具有至少一种弹性体和/或至少一种热塑性弹性体的基体材料浸渍由涂料(12)包覆的各丝线(10)。
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