CN108291362B - 具有第一和第二套管和至少一根线的缆绳及生产封闭环形的缠绕缆绳的方法 - Google Patents

Abstract

一种缆绳，包括第一和第二套管(2、4)，以及至少一根主线(6)和辅助线(7)。第一套管和第二套管被设置在该缆绳的相对端。该至少一根主线(6)和该辅助线(7)各自围绕第一套管和第二套管(2、4)形成匝。每个套管(2、4)包括承载表面(40)，并保持主线(6)的匝的层(10)的第一堆叠(19)。至少包括辅助线(7)的匝的第一层(13)的辅助线(7)的匝的第二堆叠(119)位于相应的套管(2、4)的承载表面(40)上。

Description

具有第一和第二套管和至少一根线的缆绳及生产封闭环形的 缠绕缆绳的方法

本发明涉及一种缆绳(或缆线)。

这种缆绳可用于不同类型的行业，包括但不限于海上(作业)、采矿和重型起重和施工。在海上，这种缆绳可用作浮油勘探或生产设施或浮式风力涡轮机的系缆(锚绳)。在采矿和重型起重中，这种缆绳可用作起重机的悬垂物。在施工中，这种缆绳可用作桥梁的受拉构件或屋顶的吊索。

这种类型的缆绳从WO-A1-2005/075286已知，其中公开了一种缆绳，该缆绳用作帆船的拉索。该拉索包括塑料承载纤维，其在第一套管与第二套管之间延伸，并绕过这些套管，形成纤维堆叠。

已知缆绳的缺点是，它比人们根据纤维的性能和缆绳上的负荷所预测的磨损得更快。

本发明的目的在于解决这个问题，或至少提供一替换物。特别地，本发明的目的在于提供一种具有更长使用寿命的缆绳。

这个目的是缆绳实现的。

一种缆绳，包括第一套管和第二套管，以及至少一根主线。主线包括第一类纤维。第一套管和第二套管被设置在缆绳的相对端。主线从第一套管延伸到第二套管，绕过第二套管，从第二套管延伸到第一套管，并绕过第一套管，使得主线围绕第一套管和第二套管形成匝。每个套管包括一个承载表面，并保持主线的匝的层的第一堆叠。该缆绳包括第二类纤维，其中第二类不同于第一类。至少包括第二类纤维的第一层的第二堆叠位于第一套管和第二套管中的至少一个的承载表面上。该主线的匝的层的第一堆叠位于第二类纤维的第二堆叠的顶部上。

在本文件的上下文中，线的匝可以是半连续环，也可以是连续环。术语半连续环是指线具有带明显端部的有限长度，而在连续环中，线没有端部。所以在半连续环中，至少一根线围绕第一套管和第二套管缠绕多次，形成围绕这些套管的多个环，这些环不完全连续，因为线的端部不相互连接。在本文件的上下文中，套管被定义为任何形状的环并且由任何材料制成，至少一根线绕过套管。

本发明基于这样的认知：经受大量的负荷循环的这种类型的缆绳在长时间段后失效，因为变化的循环负荷导致第一层线匝沿套管的承载表面的小幅度运动。该运动的大量次数的重复导致该较低层的线的磨损和断裂。在该较低层的线已经断裂后，下一层线开始磨损，直到有过多层已磨损，以致剩下的层无法承受施加在缆绳上的全部负荷，于是缆绳完全失效。第二类纤维的第二堆叠避免了主线与承载表面之间的直接接触。结果是，由于主线相对于承载表面的运动，主线不会磨损。选择第二类纤维的性能，使得其磨损小于主线的磨损。

在一实施方式中，第二类纤维具有相对于承载表面的材料(例如不锈钢)的摩擦系数，该摩擦系数低于相对于第一类纤维的承载表面的材料的摩擦系数。由于更低的摩擦系数，辅助线与承载表面之间的任何运动导致生成的热量更少并且因此磨损更少。

在一实施方式中，第二类纤维具有比第一类纤维的弹性模量更高的弹性模量。这导致当缆绳经受负荷时，辅助线的拉长率更小，并且因此，当缆绳经受负荷循环时，辅助线与承载表面之间的运动也更少。

在一实施方式中，该缆绳包括至少一根辅助线，该辅助线包括第二类纤维。辅助线从第一套管延伸到第二套管，绕过第二套管，从第二套管延伸到第一套管，并绕过第一套管，于是辅助线围绕第一套管和第二套管形成匝，并且第二类纤维的第一层是辅助线的匝的第一层。通过使第二类纤维为辅助线的形式并还将其围绕套管缠绕，在负荷的情况下第二类纤维将与主线一起伸长。这减少了第二类纤维与主线之间的运动，导致磨损更少。

在可替换的实施方式中，该缆绳包括由第二类纤维制成的片状物。该片状物至少包括第二类纤维的第一层，并且定位在第一套管和第二套管中的至少一个的承载表面上。这种片状物被容易快速地定位在套管的承载表面上，在这之后可以直接开始主线的缠绕。

特别地，第二类纤维制成的片状物是非织物片、机织物片、编织片或针织片。

在一实施方式中，该第二类纤维的第二堆叠包括多个层，特别是至少五层，更特别是至少十层，更多特别是至少二十层。由于第二类纤维多于一层，在主线与承载表面之间的直接接触出现之前，可以磨损这些层中的一层或多层。这进一步增加了缆绳的使用寿命。

在一实施方式中，总堆叠高度被定义为从第二类纤维的第一层到主线的匝的最后一层的距离，并且第二类纤维的堆叠高度至少为总堆叠高度的1％，特别是总堆叠高度的至少2％，更特别是总堆叠高度的至少5％。这增加了缆绳的使用寿命，因为在主线与承载表面之间的直接接触出现之前磨损第二类纤维的第二堆叠。

在一实施方式中，总堆叠高度被定义为从第二类纤维的第一层到主线的匝的最后一层的距离，并且第二类纤维的堆叠高度小于总堆叠高度的25％，特别是小于总堆叠高度的15％，更特别是小于总堆叠高度的10％。第二类纤维的第二堆叠的最大高度提供了延长的使用寿命与由于这些层造成的额外成本和缆绳厚度之间的平衡。

本发明还涉及一种缆绳，包括第一套管和第二套管，以及至少一根线。第一套管和第二套管被设置在缆绳的相对端。该至少一根线从第一套管延伸到第二套管，绕过第二套管，从第二套管延伸到第一套管，并绕过第一套管，使得该至少一根的线围绕第一套管和第二套管形成匝。每个套管包括承载表面，并保持该至少一根线的匝的层的堆叠。该至少一根线的匝的第一层位于相应的套管的承载表面上。该套管中的至少一个的承载表面设置有摩擦减少涂层。

在本文件的上下文中，摩擦减少涂层是为承载表面提供其与线之间的摩擦系数低于表面粗糙度R_A为0.3μm的手工抛光的不锈钢的承载表面与相同线之间的摩擦系数的涂层。

通过在套管承载表面应用摩擦减少涂层，由于线与承载表面之间的重复运动引起的磨损减少，使得线开始断裂所需的时间更长。摩擦减少涂层与本发明的第二类纤维的结合是有利的，即位于承载表面上的纤维为第二类纤维。然而，摩擦减少涂层在没有第二类纤维的情况下也是有利的，即在主线位于承载表面上的实施方式中。

在一实施方式中，摩擦减少涂层包括含氟聚合物。这种摩擦减少涂层具有低摩擦系数。

特别地，该摩擦减少涂层包括聚四氟乙烯。这种材料以及一些相关的摩擦减少材料是以杜邦公司拥有的商标销售的。

在一实施方式中，两个套管的承载表面设置有摩擦减少涂层。

在一实施方式中，套管为金属套管，特别是钢套管。金属套管具有良好的力学性能。

特别地，在应用涂覆前通过喷磨(abrasive blasting)对承载表面预处理。这导致涂层更好地粘附到套管。

特别地，在进行涂覆前先通过抛光对承载表面预处理。更特别的地，承载表面被手工抛光。这种经抛光的表面进一步地减少了线的磨损。

在一实施方式中，没有涂层的承载表面具有在0.1-3.0μm的范围内的表面粗糙度R_A。在该范围内的表面粗糙度提供了更低的线磨损，和/或改善的涂层与套管的粘附性两者。

特别地，承载表面的粗糙度R_A在0.24～0.36μm的范围内，更特别地，在0.27-0.33μm的范围内。在这个范围内的表面粗糙度使得线的磨损更低。

在一变体中，承载表面的表面粗糙度R_A在1.6～2.4μm的范围内，特别是在1.8～2.2μm的范围内。在这个范围内的表面粗糙度可以改善涂层与套管的粘附性。

本发明还涉及一种缆绳，包括第一套管和第二套管、至少一根线和用于监测缆绳的至少一根第一传导纤维。第一套管和第二套管设置在缆绳的相对端。该至少一根线从第一套管延伸到第二套管，绕过第二套管，从第二套管延伸到第一套管，并绕过第一套管，使该至少一根线围绕第一套管和第二套管形成匝。每个套管保持该至少一根线的匝的层的堆叠。堆叠的内部被定义为该至少一根线的匝的第一层的一侧，该侧最接近于相应的套管的中心。堆叠的外部被定义为至少一根线的匝的最后一层的一侧，该侧距相应的套管的中心最远。堆叠高度被定义为从堆叠内部到堆叠外部的距离。该第一传导纤维被设计为在该至少一根线的匝的预定部分发生断裂时，通过断裂来指示该线匝的磨损。该第一传导纤维定位在第一套管处，在至少一根线的匝之间，在从堆叠的内部测量的该堆叠的第一预定高度处，并且该第一预定高度小于该堆叠高度的50％。

本发明的这个方面是基于对这种类型的缆绳的磨损机制的上述认知。一旦靠近传导纤维的线匝磨损和断裂时，传导纤维本身也将会断裂。通过将该传导纤维定位在该堆叠中的预定高度，并通过测量该传导纤维是否仍在其全长上传导，用户可以推断该线的某一部分已断裂。如果线和传导纤维的相关材料性能(诸如耐磨性)相同，它们将大致同时断裂。相应地，当传导纤维下方的大致所有的线层都断裂时，传导纤维就会断裂。如果相关的材料性能不同，即，线或传导纤维磨损速度比另一者快，则断裂将不会同时发生，但将可以根据相关材料性能之间已知的差异和/或根据磨损试验，确定在传导纤维断裂时线匝的哪一部分已断裂。传导纤维的精确的预定高度将基于该缆绳的所期望的安全裕度和这些差异来确定，即，新缆绳的实际断裂负荷与宣传的断裂负荷之间的差异。当传导纤维断裂并且导致不再导通时，用户知道：缆绳的某一量的负荷已经失去，并且缆绳的实际断裂负荷接近所宣称的断裂负荷，于是缆绳应立即更换，或在已知的时间段内更换。通过将该传导纤维定位在低于该堆叠高度50％的预定高度上，该传导纤维在该线的下半部之中，并且至少50％的线在该传导纤维断裂时仍完好无损。结果是，根据本发明的缆绳提供了比仅能测量伸长率的现有技术的缆绳可靠得多的剩余强度的指示并且因此提供比仅能测量伸长率的现有技术的缆缆绳可靠得多的磨损的指示。

传导纤维与本发明的第二种类纤维的结合是有利的。特别地，传导纤维定位第一套管上，在主线的匝的层的第一堆叠与第二类纤维的第二堆叠之间。这样能够发出信号，表明所有第二类纤维基本上都已磨损，并且当主线的匝开始磨损时缆绳需要在指定的时间段之内(例如立即)更换。然而，传导纤维在没有辅助线的缆绳中也是有利的，即在主线位于承载表面上的实施方式中。

特别地，预定高度小于堆叠高度的40％，更特别地小于30％，更加特别地小于20％。更低的预定高度导致缆绳在相同的设计负荷下需要更少的线匝，因为传导纤维将能够预先警告线的相应部分已经断裂。

在一实施方式中，该缆绳包括多根传导纤维。该多根传导纤维包括第一传导纤维。通过使用多根传导纤维，可以获得对缆绳的剩余强度和预期寿命的更详细和/或可靠地认知。

一实施方式包括多根传导纤维，其中该多根传导纤维中的至少两根传导纤维定位在第一套管处，在主线或辅助线的匝的同一层，在第一套管的宽度方向彼此间隔开。这使在套管中的一个上负荷不均匀的情况下能够更可靠地监测缆绳，该负荷不均匀的情况可能导致在相应的套管在宽度方向上一侧比在另一侧更快地磨损。

特别地，多根传导纤维的一部分定位在第一套管处，在至少一根线的匝之间，在堆叠的一个或多个另外的预定高度处，其中堆叠的另外的预定高度与堆叠的第一预定高度不同。将传导纤维定位在不同的高度处能够更详细地认知缆绳的剩余强度和预期寿命，因为每根传导纤维的断裂对应于线匝的某一磨损量。

更特别地，该缆绳包括第二传导纤维，该第二传导纤维被设置在第一套管处，在至少一根线的匝之间，在堆叠的第二预定高度处，并且该堆叠的第二预定高度小于该堆叠的第一预定高度。在更低的预定高度处的第二传导纤维能够预先警告缆绳的磨损。虽然磨损程度不大，但缆绳需要更换，当缆绳被使用和磨损时，第二传导纤维会断裂，这使用户能够观察到已经发生了预定水平的磨损，并且可以或应该执行诸如订购新的缆绳等动作。

在一实施方式中，第一传导纤维至少从第一套管延伸到第二套管，并且定位在第二套管处，在至少一根线的匝之间，在从堆叠的内部测量的堆叠的第一预定高度处，如在第一套管处。这种实施方式提供了一种仅用一根传导纤维测量在两个套管处磨损的简单解决方案。一个套管处的磨损可以比另一个套管处的磨损大。传导纤维将在套管处、在磨损最大处断裂，能够向用户发送警告信号。对于用户来说，知道磨损发生在哪里并不重要，但重要得多的是知道在该套管中的一个套管处的一个或多个临界点(或关键点)处有磨损。

在一实施方式中，该缆绳包括围绕缆绳从第一套管延伸到第二套管的缆绳盖，并且将在第一套管和第二套管之间延伸的所有主线和第二类纤维捆束成一个紧凑的束，在该缆绳的中间区段中。这导致了紧凑的缆绳。

在一实施方式中，第一类纤维比第二类纤维显示出更少的蠕变。特别是第一类纤维是碳纤维、玄武岩纤维或塑料纤维，特别是聚酰胺纤维、聚酯纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、芳纶纤维、LCAP纤维或PBO纤维。这些类型的纤维中的每一种纤维都有其自身的性能，使其适合于特定的目的。芳纶线的一个优点是它们显示出非常低的蠕变。

在一实施方式中，第二类纤维为HMPE纤维。这类纤维具有相对高的弹性模量和低的摩擦系数。

进一步地，缆绳至少包括第一传导纤维，所述第一传导纤维用于监测所述缆绳，其中所述第一传导纤维定位在所述第一套管处，在所述主线的匝的层的所述第一堆叠中或所述第二类纤维的所述第二堆叠中。

进一步地，缆绳包括多根传导纤维，其中所述多根传导纤维中的至少两根定位在所述第一套管处，在所述主线的匝的同一层处或所述第二类纤维的同一层处，在所述第一套管的宽度方向上彼此间隔开。。

本发明还涉及一种用于生产封闭环形(endless)的缠绕缆绳的方法。

一种生产封闭环形的缠绕缆绳的方法，包括以下步骤：

将第一套管和第二套管定位在距彼此预定距离处，所述距离对应于所需的缆绳长度，

至少提供包括第一类纤维的主线，并提供第二类纤维，其中所述第二类不同于所述第一类，

在所述第一套管和第二套管中的至少一个的承载表面上形成至少包括所述第二类纤维的第一层的第二堆叠，

在所述第二类纤维的所述第二堆叠的顶部缠绕所述主线，从所述第一套管到所述第二套管缠绕，围绕所述第二套管缠绕半匝，回到所述第一套管，以及围绕所述第一套管缠绕半匝，

重复前一步骤，直到在所述第一套管和所述第二套管两者中提供了所述主线的匝的预定层数。

进一步地，在所述第一套管和第二套管中的至少一个的承载表面上形成至少包括所述第二类纤维的第一层的第二堆叠包括：

提供包括所述第二类纤维的辅助线，

将所述辅助线从所述第一套管缠绕到所述第二套管，围绕所述第二套管缠绕半匝，回到所述第一套管，以及围绕所述第一套管缠绕半匝，

重复前一步骤，直到在所述第一套管和所述第二套管两者中提供了辅助线的匝的预定层数。

进一步地，在所述第一套管和第二套管中的至少一个的承载表面上形成至少包括所述第二类纤维的第一层的第二堆叠包括：

提供具有所述第二类纤维的片状物，

在围绕所述第一套管和所述第二套管缠绕所述主线之前，将所述片状物定位在相应的套管的承载表面上。

本发明，其效果和优点将在原理(示意)图的基础上被更详细地解释，在附图中：

图1示出了根据本发明的缆绳的端部；

图2示出了穿过图1的缆绳的套管的(横)截面；

图3示出了来自图2的III的细节；

图4示出了来自图2的IV的细节；

图5示出了来自图2的V的细节；

图6示出了图1的缆绳的俯视图；

图7示出了图1的缆绳的平面图；

图8示出了沿来自图6的VIII-VIII的截面；

图9示出了沿来自图6的IV-IV的截面，以及

图10示出了穿过根据本发明的缆绳的第二实施方式的套管的(横)截面。

图1-9示出了根据本发明第一实施方式的缆绳，其作为整体由附图标记1表示。该缆绳1具有第一套管2和第二套管4、多根主线6、多根辅助线7和多根传导纤维，在这种实施方式中，四根光纤8、18、108、118，用于发信号指示缆绳1的磨损。第一套管2和第二套管4由不锈钢制成，并被设置在缆绳1的相对端部。在这种实施方式中，多根主线6是十根主线6，该十根主线全部从第一套管延伸到第二套管，绕过第二套管4，从第二套管4延伸到第一套管2，并且绕过第一套管2。以这种方式，多根主线6中的每一根主线围绕第一套管和第二套管形成半连续环。该环(或循环)被重复多次，在这种实施方式中重复了950次。因此每根主线6可以制成950匝，总共产生9500匝的主线6。主线6由纤维组成(或包括纤维)，在这种实施方式中为芳纶纤维，为3220dTex。这些主线被Teijin Aramid以2200的名称销售。在这种实施方式中，多根辅助线7是十根辅助线7，该十根辅助线全部从第一套管延伸到第二套管，绕过第二套管4，从第二套管4延伸到第一套管2，并绕过第一套管2。以这种方式，多根辅助线7中的每一根辅助线围绕第一套管和第二套管形成半连续环。该环(或循环)被重复多次，在这种实施方式中重复了50次。因此每根辅助线7可以制成50匝，总共产生500匝的辅助线7。辅助线7由纤维组成(或包括纤维)，在这种实施方式中为HMPE(高模量聚乙烯)纤维，其被DSM Dyneema B.V.以的名称销售。这类纤维具有比主线6的芳纶纤维更高的弹性模量和更低的摩擦系数。

图2示出了套管2保持主堆叠9，该主堆叠包括具有主线6的匝的多个层10的第一堆叠19，以及具有辅助线7的匝的多个层110的第二堆叠119。具有辅助线7的匝的多个层110的第二堆叠119被设置在第一套管2的承载表面40上。具有主线6的匝的多个层10的第一堆叠19被设置在辅助线7的匝的第二堆叠119上。这在图3和图4中更详细地示出。第二套管4以相同的方式保持主线6和辅助线7的相同匝的层，并且因此没有被详细示出。在这种实施方式中，辅助线7的性能(具有比主线6的纤维更高的弹性模量和更低的摩擦系数两者)导致如果它们与承载表面40直接接触则辅助线7的磨损低于主线6的磨损。同时，主线6的纤维显示出比辅助线7更小的蠕变，致使缆绳1比仅由辅助线7制成的缆绳在尺寸上更为稳定。

堆叠的内部12被定义为最接近套管2的中心14的辅助线7的匝的第一层13的一侧。堆叠的外部16被定义为距套管2的中心14最远的主线6的匝的最后一层15的一侧。堆叠高度h被定义为从堆叠的内部12到堆叠的外部16的距离。

第一光纤8、第二光纤18、第三光纤108和第四光纤118被设计为当辅助线7的匝的预定部分断裂时，发出辅助线7的匝磨损的信号。图2和图5示出了第一光纤8和第三光纤108定位在第一套管2处，在主线6与辅助线7之间，在主堆叠9的第一预定高度h1处，在第一套管2的宽度方向上间隔开，该第一预定高度从堆叠的内部12测量。在这种实施方式中，第一预定高度h1为堆叠高度h的5％。在这种实施方式中，第一光纤8和第三光纤108执行相同的功能，在这点上它们两者都在辅助线7的所有匝基本都已经断裂时发出信号，并且缆绳1应该更换。由于负荷不均匀，辅助线7的匝在套管2的一侧处的磨损速度比在另一侧处的磨损速度更快。相应地，具有在相同高度h1处但在套管2的相对侧处的两根光纤8、108是有利的。如果在一侧处的辅助线7的匝比在另一侧处更早断裂，这将导致第一光纤8或第三光纤108的断裂，在辅助线7的更多的匝已断裂的一侧处。

缆绳1具有第二光纤18和第四光纤118，该第二光纤和第四光纤设置在第一套管2处，在辅助线7的匝之间，在主堆叠9的第二预定高度h2处。主堆叠9的第二预定高度h2小于主堆叠9的第一预定高度h1，在这个情况下该第二预定高度为堆叠高度h的3％。第二光纤18和第四光纤118执行相同的功能，在这点上它们都提供关于辅助线7的匝的磨损的预先警告。在这种实施方式中，在主堆叠9的第二预定高度h2处有两根光纤18、118，该两根光纤在第一套管2的宽度方向上间隔开，以防有不均匀负荷及所导致的辅助线7的匝的不均匀磨损。

图6和图7示出，在这种实施方式中，第一光纤8从第一套管2延伸到第二套管4，并且定位在第二套管4处，在主线6与辅助线7之间，在从该堆叠内部测量的主堆叠9的第一预定高度h1处，如第一套管2。

图1、图7和图8示出了壳体(casing)20。第一光纤8的两个端部22、24位于壳体20中。

在这种实施方式中，涉及第一光纤8存在于第二套管4处以及端部的位置在壳体20中的上述说明也适用于第二光纤18、第三光纤108和第四光纤118，并且为了清晰起见，未在图6、图7和图8中示出。

在这种实施方式中，激光灯26被设置在壳体20中，并且可操作地连接到第一光纤8的第一端部22。另外的激光灯26被连接到第二光纤、第三光纤和第四光纤的第一端部(在图8未示出)。

缆绳盖28围绕缆绳1从第一套管2延伸到第二套管4，并且将在第一套管2和第二套管4之间延伸的主线6和辅助线7的所有匝捆束成一个紧凑的束30，在缆绳1的中间区段32中。在这种实施方式中，缆绳盖28还在套管2、4处覆盖主线6和辅助线7的匝。在这种实施方式中，壳体20位于缆绳1的中间区段32与套管2之间。

参考图2，第一套管2具有承载表面40。在这种实施方式中，承载表面40是圆柱形表面，其中，该圆柱形表面的中心与套管2的中心14重合。辅助线7的匝的第一层位于套管2的承载表面40上。套管2的承载表面40通过将该表面手工抛光到大致为0.3μm的表面粗糙度RA而已经被预处理。承载表面40设置有摩擦减少涂层42，在这种实施方式中，该涂层是聚四氟乙烯(PTFE，以商标销售)涂层。在这种实施方式中，PTFE涂层包括确保涂层粘附到承载表面的树脂，涂层系统由Cruson Coatings B.V以Cruson 166的名称销售。涂层的层厚度为20-30μm。在这种实施方式中，第二套管4具有与承载表面40相同形状的承载表面，并且还设置有PTFE涂层。在已手工抛光的承载表面40上施加这种涂层42致使使用寿命提高。

在本发明的一种实施方式中，缆绳1以下列方式被使用，以监测缆绳并确定剩余强度。用户测量第二光纤18和第四光纤118是否仍然对光导通。为此，第二光纤和第四光纤永久地连接到激光灯26，该激光灯进而可操作地连接到电池(未示出)。在电池与激光灯26之间设置开关，或者在每次执行测量时将电池连接到激光灯也是可能的。如果第二光纤18和第四光纤118对光是导通的，那么光将从壳体30中的相应端部24发出，用户将观察到。如果两个端部24发出光，则已知缆绳1至少具有一定的剩余强度。

测量将在预定时间量后被重复。预定时间量的长度取决于缆绳的设计和使用(用途)，并且可以在服务手册中被显示为图形或表格。例如，如果设计使用寿命为三年，那么预定时间量可以是一个月或多个月，但小于一年。如果设计使用寿命是例如十年或更长，那么预定时间量可以是一年或数年。

如果在测量时发现第二光纤18和第四光纤118中的一个或两者都不再导通，那么用户知道，与第二光纤和第四光纤的高度h2相对应的辅助线7的匝已磨损，并且他必须准备在不久的将来更换缆绳1。这种准备工作通常会包括订购更换缆绳。

根据本发明的这种实施方式，用户重复地监测第一光纤8和在这个情况下的第三光纤108是否仍以如关于第二光纤18和第四光纤118描述的相同的方式对光导通。只要第一光纤8和第三光纤108二者仍在其第二端部24处发出光，那么缆绳1仍可安全使用，并且测量应在预定时间量后被重复。该预定时间量可以在服务手册中指定，并且可以与用于测量第二光纤18和第四光纤118是否仍然对光导通的预定时间量相同或不同，特别是更短。如果第一光纤8第三光纤108中的任何一个或两者都不再对光导通，则用户应在更换期之内停止使用该缆绳。在这种实施方式中，更换期为零天。换句话说，用户应该立即停止使用缆绳1，并将其更换为新缆绳。由于HMPE纤维的第一层的低摩擦和高弹性模量，本发明的这种实施方式的缆绳可承受达4000万次负荷循环，这与可比钢缆绳的大致70.000次负荷循环相比是非常令人满意的。

图10示出了根据本发明的第二实施方式的缆绳201。与第一实施方式中的缆绳的元件相似的缆绳201的元件用相同的附图标记表示，并且将不会被详细描述。虽然图10示出了穿过缆绳201的第一套管2的横截面，但应理解的是也存在第二套管，并且缆绳201的侧视图和俯视图与上述第一实施方式的侧视图和俯视图相似。

缆绳201包括多根主线6，和多根传导纤维，在这种实施方式中为两根光纤8、108，用于发出缆绳201的磨损的信号。第一套管2和第二套管由不锈钢制成，并设置在缆绳201的相对端处。在这种实施方式中，多根主线6是全部在第一套管和第二套管上形成匝的十根主线6。主线6由纤维组成(或包括纤维)，在这种实施方式中为3220dTex的芳纶纤维。该缆绳还包括由辅助线207织成的片状物219。辅助线207由纤维组成(或包括纤维)，在这种实施方式中为HMPE纤维。

图10示出了套管2保持包括具有主线6的匝的多个层10的第一堆叠19和由辅助线207制成的片状物219的主堆叠9。由辅助线207制成的片状物219被设置在第一套管2的承载表面40上。其位于承载表面40的一部分上，该承载表面的该部分实际上保持主线6，并且在基本与主线6的方向相同的方向上向承载表面40之外延伸几厘米。

主线6的匝的层10的第一堆叠19被设置在辅助线207的片状物219上。第二套管保持主线6的相同匝数的层并且以相同的方式保持由辅助线207织成的第二片状物，并且未详细示出。在这种实施方式中，辅助线207的比主线6的纤维更高的弹性模量和更低的摩擦系数两者的性能)导致这些线如果与承载表面40直接接触则辅助线207的磨损低于主线6的磨损。

第一光纤8和第二光纤108被设计为当辅助线207的匝的预定部分断裂时，通过断裂发出辅助线207的匝的磨损的信号，如已关于第一实施方式更详细地描述的。在这种实施方式中，第一光纤8和第二光纤108定位在第一套管2处，在主线6与辅助线207之间，在主堆叠9的第一预定高度处，在第一套管2的宽度方向上间隔开。在这种实施方式中，第一预定高度为堆叠高度h的2％并且等于片状物218的厚度。在这种实施方式中，第一光纤8和第二光纤108执行相同的功能，即它们二者在片状物218的几乎所有辅助线207都已断裂并且应该更换缆绳201时发出信号。由于负荷不均匀，辅助线207在套管2的一侧处的磨损速度可以比在另一侧处的磨损速度更快。相应地，在相同高度处，但在套管2的相对侧(或侧面)具有两个光纤8、108是有利的，如上文所述。

缆绳盖28围绕缆绳201从第一套管2延伸到第二套管，并将在第一套管2与第二套管之间延伸的主线6的所有匝捆束成一个紧凑的束，在缆绳201的中间区段中。此外，缆绳盖28在套管处覆盖主线6和辅助线207的片状物218二者。

第一套管2具有承载表面40。在这种实施方式中，承载表面40是圆柱形表面，其中，圆柱形表面的中心与套管2的中心14重合。辅助线7的片状物218位于套管2的承载表面40上。套管2的承载表面40通过手工抛光到大致为0.3μm的表面粗糙度RA而被预处理。这种实施方式的承载表面40未设置有摩擦减少涂层。第二套管具有与承载表面40相同形状的承载表面。

在所附权利要求的范围之内的多种变体是可能的。上述优选的实施方式的特征可以被所附权利要求范围内的任何其他特征所取代，诸如关于其他优选的实施方式的和在下述段落中描述的特征所取代。

不同类型的主线可以被使用，诸如重量为1610dTex、6440dTex或4830dTex的具有或不具有涂层的芳纶线。除了使用芳纶纤维之外，还可以使用其他类型的塑料纤维，诸如聚酰胺纤维、聚酯纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、HMPE纤维、LCAP纤维或PBO纤维。该缆绳甚至可以包括其他类型的主线，例如由碳纤维、金属或天然纤维制成的线，该天然纤维诸如玄武岩制成的纤维。纤维的线可以由100％的相关的纤维类型组成，但也可以包含一小部分辅助材料，例如，用以保护纤维免受磨损和/或环境影响的纤维上涂层。由于这种辅助材料只是重量的一小部分，而且对缆绳的强度没有贡献，因此词组“由纤维组成的线(或包括纤维)”被认为包括在本文件上下文之中具有这种辅助材料的实施方式。

辅助线或片状物的可替代的纤维类型是具有比相关缆绳的主线的纤维更高的弹性模量和/或相对于不锈钢更低的摩擦系数的纤维。

根据本发明的缆绳可由多于或少于十根的主线制成，诸如一根主线、两根主线或至少五根主线制成。主线匝的数量取决于缆绳所需的强度、单个主线的强度以及所需的安全裕度。主线层的数量取决于所需的主线匝的数量，以及套管中的可用宽度，造成在宽度方向上主线匝的最大数量。

根据本发明的缆绳可由多于或少于十根的辅助线制成，诸如一根辅助线、两根辅助线或至少五根辅助线制成。层的堆叠中的辅助线层的数量至少为一层，但通常为多层。该层数取决于所需的缆绳的使用寿命；层越多，辅助线被磨损导致主线与套管的承载表面直接接触前所需的时间越长。除了两个明显的辅助纤维层和主纤维层之外，其他实施方式是可能的。一实施方式为具有辅助线和主线两者的至少一个堆叠，特别是具有辅助线的第一堆叠，以及具有辅助线和主线的第二堆叠。另外的实施方式包括仅具有主线的第三堆叠。另一实施方式具有多于两种类型的线，优选地布置在单独的堆叠中和/或在一个或多个堆叠中，每个堆叠包括一类或多类线。

具有第二类纤维的片状物可以是机织物片、非织物片、编织片或针织片。在主线被围绕套管缠绕之前，具有第二类纤维的片状物定位在相应的套管的承载表面上。所示出的实施方式的第二类纤维的片状物被搭(或覆盖)在承载表面上，其松散的端部延伸到承载表面之外。在可替换的实施方式中，在主线被围绕套管缠绕之前，具有第二类纤维的片状物围绕相应的套管缠绕一次或多次。

虽然设置外壳和永久激光灯是优选的，但是也可以将端部安装在壳体中，而没有永久激光灯，或传导纤维的松散的端部退出缆绳，并且在每次测试缆绳时，在有光纤、激光灯的情况下，将测量设备连接到传导纤维的一端。

传导纤维可以是能够携带信号的任何纤维。除了光纤之外，在本发明的范围内可以有其他类型的传导件，诸如导电纤维，例如碳纤维或导电金属纤维。

监测磨损的最重要的位置是线匝首先到达套管并且开始绕过套管的区域。只要在那里提供传导纤维，或在每个套管处线匝的相应的进入/退出点处提供传导纤维，就满足在本发明的范围之内。

在一简单的实施方式中，在第一预定高度处可以有一根传导纤维，以(仅)在缆绳需要立即更换或在不久的将来的已知时刻更换时发出信号。可替换地，在该第一预定高度处，为了这个目的，可以有多根传导纤维。特别地，在第一预定高度处的一根或多根传导纤维可以发出何时是需要订购新缆绳的时间的信号。当这些传导纤维中的一根或多根不再导通时，用户可以在某一时间段内继续使用该缆绳，该某一时间段取决于使用、到该传导纤维不再导通的时刻的实际时间以及所预测的该缆绳的使用寿命。这可以被显示在服务手册中的图形和/或表格中。

在第一预定高度处的传导纤维的数量可以是一根或两根、或多于两根。在第二预定高度处的传导纤维的数量可以是一根或两个、或多于两根。在第一和第二预定高度处的纤维的数量可以相同，也可以不同。在一个高度处，可以有一根传导纤维，而在其他高度处，可以有多根传导纤维，例如两根、三根、四根或更多根。

在一实施方式中，可以在多于一个或两个预定高度处有传导纤维，特别是在三个或更多个预定高度处有传导纤维。这增加了对磨损和缆绳的剩余使用寿命的洞察。

在一实施方式中，主纤维的堆叠中有至少一根传导纤维，以发出主纤维的一部分是否已磨损的信号。

示出预定时间段和剩余使用寿命的服务手册可以是纸制手册或数字手册，后者可以是计算机或智能手机、或者是用户或缆绳的供应商的其他合适的数字设备上的脱机程序，和/或网页上的在线应用程序。

更换期可能大于零天，并且取决于缆绳的设计和使用寿命，以及从缆绳开始使用的时刻到传导纤维的失效所需的时间。更换期可在服务手册中指定。如果缆绳在一个高度处只包含一根或多根传导纤维，那么这尤其有用。在这样实施方式中，没有指示应该订购新缆绳的预警。在这样的实施方式中，有利的是，将传导纤维定位在预定高度处，对应于仍良好地处于安全极限范围内的线的一部分的磨损。

除了在光纤的一端输入光并且观察光是否在另一端出来之外，还可以输入光并在同一端观察。当缆绳相对较长时，诸如用于海上浮动结构的系泊的缆绳，这是有利的。在这样的实施方式中，该光纤设置有用于反射光，超过至少一个套管，的镜子。优选地，这种镜子是分布式布拉格(Bragg)反射器，诸如光纤布拉格光栅。如果没有光被分布式布拉格反射器反射，则光纤在光被输入和测量的端部与分布式布拉格反射器之间断裂。

在另外的实施方式中，传导纤维的测量是以自动方式完成的。提供电源(诸如电池或太阳能电池板)，并且提供电子控制电路，包括有线或无线发射机(诸如WiFi发射机或蓝牙发射机)，以及光眼。该控制电路提供电脉冲，在光纤的情况下，该脉冲被激光器转换成光。控制电路通过测量是否有光或在导电纤维情况下是否有电流从传导纤维的另一端出来而确定该传导纤维是否仍是导通的，并且激活光眼。测量的结果通过发射机传送到外部计算机。该控制电路可以包括定时器，用于在预定时间间隔处执行测量，或者可以执行测量，根据请求，通过外部计算机。

套管可以由塑料而不是金属制成，也可以用不同于不锈钢的金属制成，该不同于不锈钢的金属包括但不限于不同的钢合金、铝合金、镁合金和钛。

承载表面可以具有以下几种形状之一，诸如圆柱体的一部分、椭球体的一部分或其他弯曲表面。涂层可以包括其他含氟聚合物，诸如聚(全氟烷氧基链烷)(PFA)、聚(氟化乙丙烯)(FEP)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯三氟氯乙烯(ECTFE)和/或聚乙烯四氟乙烯(ETFE)。在一变体中，该涂层包括微镀铬、二硫化钨(诸如由Lubrication Sciences International以商标销售的)、BAM(铝镁硼化物)、陶瓷涂层、氮化钛(TiN)和/或类金刚石碳(DLC)。套管与涂层之间的几种结合方法是可能的，取决于涂层的类型以及承载表面的材料和预处理，包括使用引物(或底层涂料)、粘合剂并且使用形状配合。代替二者，只有一个套管的承载表面可以具有摩擦减少涂层。

当仅使用主线时，在承载表面上应用涂层也是有利的。试验示出了在具有芳纶纤维制成的主线的实施方式中，在经手工抛光的承载表面上应用PTFE涂层导致第一层线在负荷循环数量方面的使用寿命增加，其使用寿命约为没有涂层的经手工抛光的钢承载表面上的类似线层的使用寿命的三至七倍。如果根据本发明应用辅助线，则涂层提高了使用寿命，但效果小于在没有辅助线的缆绳中的效果。同样地，在具有辅助线的缆绳中在主纤维上的涂层的效果小于在没有辅助线的缆绳中的效果。应理解的是，当存在涂层时，相关的摩擦系数是辅助线与涂层材料之间的摩擦系数。

除了对承载表面人工抛光之外，可以对承载表面应用电抛光，这导致甚至更光滑的表面。

如在优选的实施方式中的那样，具有摩擦减少涂层和传导纤维两者的缆绳是可能的，但是具有以下缆绳也是有利的：包括辅助线或片状物，以及具有如所要求保护的摩擦减少涂层的套管，但没有传导纤维的缆绳，或者包括辅助线或片状物和一根或多根传导纤维但没有摩擦减少涂层的缆绳，或者包括辅助线或片状物，而没有传导纤维和摩擦减少涂层的缆绳。

Claims (31)

1.一种缆绳，包括第一套管和第二套管，以及至少一根主线，其中：

所述主线包括第一类纤维，

所述第一套管和所述第二套管被设置在所述缆绳的相对端，

所述主线从所述第一套管延伸到所述第二套管，绕过所述第二套管，从所述第二套管延伸到所述第一套管，并绕过所述第一套管，使得所述主线围绕所述第一套管和第二套管形成匝，并且

每个套管包括承载表面，并保持所述主线的匝的层的第一堆叠，

其特征在于：

所述缆绳包括第二类纤维，其中所述第二类不同于所述第一类，

至少包括所述第二类纤维的第一层的第二堆叠位于所述第一套管和第二套管中的至少一个的所述承载表面上，

以及

所述主线的匝的层的所述第一堆叠位于所述第二类纤维的第二堆叠的顶部。

2.根据权利要求1所述的缆绳，其中，所述第二类纤维具有相对于所述承载表面的材料的摩擦系数，所述摩擦系数比所述第一类纤维相对于所述承载表面的材料的摩擦系数更低，和/或其中所述第二类纤维具有比所述第一类纤维的弹性模量高的弹性模量。

3.根据权利要求2所述的缆绳，其中，所述承载表面的材料是不锈钢。

4.根据权利要求1或2所述的缆绳，包括至少一根辅助线，所述至少一根辅助线包括所述第二类纤维，其中所述辅助线从所述第一套管延伸到所述第二套管，绕过所述第二套管，从所述第二套管延伸到所述第一套管，并绕过所述第一套管，使得所述辅助线围绕所述第一套管和第二套管形成匝，并且所述第二类型纤维的第一层是所述辅助线的匝的第一层。

5.根据权利要求1或2所述的缆绳，包括由所述第二类纤维制成的片状物，其中所述片状物至少包括所述第二类纤维的第一层，并且定位在所述第一套管和第二套管中的至少一个的所述承载表面上。

6.根据权利要求5所述的缆绳，其中，由所述第二类纤维制成的片状物是非织物片、机织物片、编织片或针织片。

7.根据权利要求1或2所述的缆绳，其中，所述第二类纤维的所述第二堆叠包括多个层。

8.根据权利要求7所述的缆绳，其中，所述第二类纤维的所述第二堆叠包括至少五层。

9.根据权利要求7所述的缆绳，其中，所述第二类纤维的所述第二堆叠包括至少十层。

10.根据权利要求7所述的缆绳，其中，所述第二类纤维的所述第二堆叠包括至少二十层。

11.根据权利要求1或2所述的缆绳，其中，总堆叠高度被定义为从所述第二类纤维的第一层到所述主线的匝的最后一层的距离，而所述第二类纤维的层的堆叠高度为所述总堆叠高度的至少1％。

12.根据权利要求11所述的缆绳，其中，所述第二类纤维的层的堆叠高度为所述总堆叠高度的至少2％。

13.根据权利要求11所述的缆绳，其中，所述第二类纤维的层的堆叠高度为所述总堆叠高度的至少5％。

14.根据权利要求1或2所述的缆绳，其中，总堆叠高度被定义为从所述第二类纤维的第一层到所述主线的匝的最后一层的距离，而所述第二类纤维的层的堆叠高度小于所述总堆叠高度的25％。

15.根据权利要求14所述的缆绳，其中，所述第二类纤维的层的堆叠高度小于所述总堆叠高度的15％。

16.根据权利要求14所述的缆绳，其中，所述第二类纤维的层的堆叠高度小于所述总堆叠高度的10％。

17.根据权利要求1或2所述的缆绳，其中，所述套管中的至少一个的所述承载表面被设置有摩擦减少涂层。

18.根据权利要求17所述的缆绳，其中，所述摩擦减少涂层包括含氟聚合物。

19.根据权利要求17所述的缆绳，其中，所述摩擦减少涂层包括含聚四氟乙烯。

20.根据权利要求1或2所述的缆绳，其中，所述套管是金属套管。

21.根据权利要求20所述的缆绳，其中，所述套管是钢套管。

22.根据权利要求20所述的缆绳，其中，所述承载表面的表面粗糙度R_A在0.1μm-3.0μm的范围内。

23.根据权利要求1或2所述的缆绳，至少包括第一传导纤维，所述第一传导纤维用于监测所述缆绳，其中所述第一传导纤维定位在所述第一套管处，在所述主线的匝的层的所述第一堆叠中或所述第二类纤维的所述第二堆叠中。

24.根据权利要求23所述的缆绳，其中，所述第一传导纤维定位在所述主线的匝的层的所述第一堆叠与所述第二类纤维的所述第二堆叠之间。

25.根据权利要求1或2所述的缆绳，包括多根传导纤维，其中所述多根传导纤维中的至少两根定位在所述第一套管处，在所述主线的匝的同一层处或所述第二类纤维的同一层处，在所述第一套管的宽度方向上彼此间隔开。

26.根据权利要求1或2所述的缆绳，还包括缆绳盖，所述缆绳盖围绕所述缆绳从所述第一套管延伸到所述第二套管，并且将所有主线和在所述第一套管和第二套管之间延伸的所述第二类纤维捆束成一个紧凑的束，在所述缆绳的中间区段中。

27.根据权利要求1或2所述的缆绳，其中，所述第一类纤维为碳纤维、玄武岩纤维、聚酰胺纤维、聚酯纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、芳纶纤维、LCAP纤维或PBO纤维。

28.根据权利要求1或2所述的缆绳，其中，所述第二类纤维为HMPE纤维。

29.一种生产封闭环形的缠绕缆绳的方法，包括以下步骤：

将第一套管和第二套管定位在距彼此预定距离处，所述距离对应于所需的缆绳长度，

至少提供包括第一类纤维的主线，并提供第二类纤维，其中所述第二类不同于所述第一类，

在所述第一套管和第二套管中的至少一个的承载表面上形成至少包括所述第二类纤维的第一层的第二堆叠，

在所述第二类纤维的所述第二堆叠的顶部缠绕所述主线，从所述第一套管到所述第二套管缠绕，围绕所述第二套管缠绕半匝，回到所述第一套管，以及围绕所述第一套管缠绕半匝，

重复前一步骤，直到在所述第一套管和所述第二套管两者中提供了所述主线的匝的预定层数。

30.根据权利要求29所述的方法，其中，在所述第一套管和第二套管中的至少一个的承载表面上形成至少包括所述第二类纤维的第一层的第二堆叠包括：

提供包括所述第二类纤维的辅助线，

将所述辅助线从所述第一套管缠绕到所述第二套管，围绕所述第二套管缠绕半匝，回到所述第一套管，以及围绕所述第一套管缠绕半匝，

重复前一步骤，直到在所述第一套管和所述第二套管两者中提供了辅助线的匝的预定层数。

31.根据权利要求29所述的方法，其中，在所述第一套管和第二套管中的至少一个的承载表面上形成至少包括所述第二类纤维的第一层的第二堆叠包括：

提供具有所述第二类纤维的片状物，

在围绕所述第一套管和所述第二套管缠绕所述主线之前，将所述片状物定位在相应的套管的承载表面上。