Es gibt Seilbefestigungen, bei denen
das zu befestigende Seil in ein Rohrelement mit axialer Öffnung eingesteckt
wird (z.B. US-Patent Nr. 992821, US-Klasse 174/135, 024/115.M, 01.05.1911
und US-Patent Nr. 1258580, US-Klasse
403/374.4, 024/136.R, 01.03.1918) und auf dieses Seil über den Umfang
seines Querschnitts eine konzentrische Kompressionskraft periodisch
ausgeübt
wird, und zwar dadurch, daß auf
das zerschnittene Rohrelement ein Werkzeug mit einer konischen Öffnung oder ein
Druckring einwirkt. Zwecks besserer Verklammerung des Seiles mit
dem Rohrelement kann die innere Oberfläche der Öffnung dieses Elementes mit
einem periodischen Profil versehen sein.
Solche Lösungen werden in vielen Maschinen
und Vorrichtungen eingesetzt, obwohl für die Funktionsfähigkeit
dieser Halterung bzw. für
eine ausreichende Haltekraft bei einer solchen Befestigung die ständige Einwirkung
einer genügend
großen
konzentrischen Kraft notwendig ist. Bereits eine geringfügige Abnahme
dieser Kraft aufgrund von Materialermüdung im Laufe des Einsatzes
führt unvermeidlich
zu einer stark reduzierten Haltekraft. Infolge dessen gilt die Zuverlässigkeit
dieser Halterung als niedrig. Daher können diese Seilbefestigungen
bei strengeren Zuverlässigkeitsanforderungen
nicht verwendet werden.
Es ist auch eine Seilbefestigungsmöglichkeit bekannt,
die darin besteht, daß das
zu befestigende Seil in ein Rohrelement mit axialer Öffnung eingesteckt
wird, das kegelförmig
ist und aus mehreren Segmenten besteht, die das Seil klemmen (Patent USA
Nr. 3952377, Klasse F 16 G 11/04, 27.04.1976). Um eine größere Haltekraft
zu erreichen ist die axiale Öffnung
dieses Rohrelementes mit Zähnen
versehen. Auf dieses kegelförmige
Element wirkt eine axiale Kraft ein, die es mit der kegelförmigen Öffnung auf
den Befestigungsteil drückt
und so durch die Segmente des Rohrelementes eine konzentrische Kompressionskraft
auf den Umfang der Seilquerschnitte wirkt.
Als Hauptmangel dieser Lösung gilt
die Notwendigkeit einer großen
Krafteinwirkung zur Seilbefestigung, da die Haltekraft aus der Reibungskraft
resultiert, die zwischen dem Seil und dem Rohrelement entsteht.
Die innere Oberfläche,
die mit Zacken versehen ist (die der Steigerung der Reibungskraft
dienen sollen), kann dem Seilmaterial schaden, da es die Seilspannung
lokal konzentriert. Dadurch entsteht die Gefahr des Seilbruches
aufgrund der großen
Seilspannungen. Ein anderer Mangel dieser Konstruktion ist, daß bei ihrer
längerfristigen
Nutzung eine Reduzierung der Haltekraft infolge der Lockerung des
Kontaktes zwischen dem Seil und dem Rohrelement eintritt, da das
Seil durch die Krafteinwirkung festgehalten wird, die zwischen der äußeren Oberfläche der
Seilfasern und der inneren Oberfläche des Rohrelementes entstehen.
aber die Kontaktbereiche zwischen diesen Elementen bilden verhältnismäßig enge
Längsfurchen
in der Faserschicht des Seiles. In dieser Schicht tritt eine Kontaktermüdung auf,
was zur Oberflächenzerstörung der
Befestigung und zum Verlust der Funktionsfähigkeit führen kann. Bei dieser Lösung ist
die Ausnutzung der maximalen Haltekraft zwischen dem Seil und der
festhaltenden Oberfläche
unmöglich,
da bei den Segmenten des starren Rohrelementes die Kompressionskraft,
die auf das Seil einwirkt, bereits nicht mehr auf den Krümmungsmittelpunkt
der Kontaktoberfläche
gerichtet ist und eine Verteilung der Seilfasern bei der Befestigung
bedingt, bei der sich eine minimale Kompressionskraft ergibt, was
seinerseits die Haltekraft verringert.
Die dem vorliegenden Vorschlag nächstkommende
technische Lösung
betrifft eine Seilbefestigung am Schloß eines Sicherheitsgurtes und
und Halteklammer für
die Realisierung dieses Verfahrens. Dabei wird für die Seilbefestigung eine
Halteklammer aus Blechmaterial verwendet die verzweigte Endungen
hat (Patent USA Nr. 491541, Klasse B 60 K 21/00, 13.03.1989). Zwischen
diesen Endungen wird das zu befestigende Seil angeordnet und auf
die Halteklammer wird über
den Umfang ihres Querschnitts eine Kompressionskraft ausgeübt, welche die
verzweigten Endungen der Halteklammer zum Rohr verformt, in dem
das Seil eingeklemmt ist. Die Kompressionskraft wird durch die Deformation
der Wand des Rohrelementes verstärkt,
solange bis das Seil im Rohrelement sicher festgehalten wird.
Der Hauptmangel dieser Lösung ist
die Notwendigkeit einer genügend
großen
Krafteinwirkung zur Seilbefestigung, da die Haltekraft durch die
Reibungskraft erzeugt wird, die zwischen dem Seil und dem Rohrelement
entsteht. Bei der Biegung des Blechs entsteht nach der Wegnahme
der Außenkraft, die
das Rohrelement verformt, unvermeidlich eine elastische Rückfederung,
die eine Reduzierung der Klemmkraft, die das Seil festhält, verursacht.
Eine weitere Verstärkung
der Kompressionskraft, die an der Halteklammer bei der Seilbefestigung
angreift, ist durch das Fließverhalten
des Blechmaterials bei der Kompression beschränkt. Das Material der Halteklammer
tritt plastisch aus der Stelle der Halterung aus und schwächt dabei
die Seilbefestigung. Falls man aber die plastische Deformation des
Materials bei der Umfangspressung behindert, entsteht ein Kompressionszustand,
bei dem das Material keine Möglichkeit
hat, bei der plastischen Deformation die entsprechende Form anzunehmen,
was seinerseits die Verstärkung
der Haltekraft behindert. Da die Halteklammer die Seilenden nur
mit den verzweigten Endungen festhält, sind die Längserstreckungen
des Seilkontaktes verhältnismäßig kurz.
Beim Angreifen der Zugkraft am Seil verschieben sich die Fasern
des Seiles und nehmen die Lage entlang der Halteklammer und der
Kontaktbereiche des Seiles ein. Dabei gleiten sie leicht aus der
Halteklammer heraus.
Die vorliegende Erfindung zeigt eine
Seilbefestigungsmöglichkeit
und eine dementsprechende Halteklammer, die es ermöglichen,
die Zuverlässigkeit
der Seilbefestigung und seine Funktionsfähigkeit zu erhöhen. Diese
Lösung
vereinfacht auch die Konstruktion der Seilbefestigung durch die
Bildung einer genau gerichteten Kompression im Bereich des Seiles
und des Befestigungselementes.
Dies wird folgendermaßen erreicht:
Das zu befestigende Seil wird im Kanal des Rohrelements der Halteklammer
angeordnet und eine Preßkraft wird
derart auf verteilte Abschnitte des Außenumfangs des Rohrelementes
ausgeübt,
daß diese
Kraft von jedem beliebigen Punkt des Umfangs die Richtung zum Krümmungsmittelpunkt
des Schnittes annimmt. Dabei wirkt die Preßkraft solange, bis das Rohrelement
plastisch verformt wird und seine verformten Bereiche über den
Umfang des Querschnitts beginnen, mit den nicht verformten Bereichen
derart abzuwechseln, daß dabei
eine Volumenkompression des einklemmenden Rohrelementes und der
Kontaktoberfläche
des Seiles zustande kommt. Dabei wählt man zur Verhinderung einer
Seildeformation das Material des Rohrelementes derart, daß dessen
Elastizitätsmodul
unter dem des Elastizitätsmoduls
des Seilmateriales liegt.
Bei der Durchführung der Deformation (zum Beispiel
mittels einer Presse mit einer Vielzahl von Spannbacken) wird die
Breite der nichtdeformierten Bereiche über den Außenumfang des Rohrelementquerschnitts
derart ausgewählt,
daß sie
nicht weniger als 5% der Breite der deformierten Bereiche ausmacht.
Dadurch wird ausreichend freier Raum für die freie Deformation des
Materials des Rohrelementes gewährleistet.
Das Aufdrehen der Seilfasern wird
durch die Gewährleistung
eines genügend
sicheren Kontaktes des Seiles entlang seiner Achse mit dem es einspannenden
Rohrelement folgendermaßen
gewährleistet: Die
Länge des
Rohrelementes wird größer gewählt, als
die Breite der deformierten Bereiche über den Außenumfang des Rohrelementes,
und die Länge
der deformierten Bereiche auf der äußeren Oberfläche des
Rohrelementes entlang der Längsachse
des Seiles wird so gewählt,
daß sie
mindestens gleich der Breite der deformierten Bereiche über den
Außenumfang
des Querschnitts des Rohrelementes ist.
Zur zusätzlichen Verstärkung der
Haltekraft dienen Preßkräfte, die
auf über
den Umfang verteilte längsgerichtete
Abschnitte des Umfangs des Rohrelements wirken. Alternativ, bzw.
ergänzend
hierzu, läßt man sich
in Längsrichtung
abschnittsweise abwechselnde Kräfte
auf gegenüberliegende
Seiten des Rohrelementes so wirken, daß die Richtung dieser Seitenkräfte in Bezug
aufeinander um eine Halbperiode versetzt ist. Eine so abwechselnde
Kompressionskraft, die entlang der Achse des Seiles auf gleichmäßig verteilten
Abschnitten angreift, schafft längs
der Kontaktfläche
des Rohrelementes und des Seils Längswellen, bei denen die elementare
Fläche jeder
Zusammenwirkung des Seiles und des Rohrelementes mit der Achse dieses
Elementes einen Winkel α bildet.
Dabei bleibt die Zugkraft beim Herausziehen des Seiles aus dem Rohrelement
bei jeder elementaren Kontaktoberfläche unter dem Winkel α zu dieser
Oberfläche.
Dadurch wird die Kraft F, die für das
Herausziehen des Seiles notwendig ist, größer sein, wie es in Bezug auf
die zusätzliche
Kraftkomponente bei der Nutzung der Euler-Formel ΔF = F·tanα vorgesehen
ist.
Da das Seil in der Regel aus zusammengeflochtenen
oder spiralförmigen
Fasern besteht, bildet die elementare Oberfläche des Kontaktes jeder solchen
Faser mit dem Rohrelement in Bezug auf die Achse des Seiles einen
Winkel β und
erreicht auch ohne abschnittweise wirkende Seitenkraft eine Vergrßerung der
Kraft, die fürs
Herausziehen des Seiles aus dem Rohrelement notwendig ist, auf die
Größe, die
mit der Formel ΔF
= F·tanβ berechnet
wird. Da infolge der plastischen Deformation des Rohrelementes das
Material dieses Rohrelementes die äußere Schicht der Fasern auf
dem gesamten Umfang des Querschnitts umgibt, bildet der Mittelwert
des Winkels β 45°, und die
Kraft ΔF,
die fürs
Herausziehen des Seiles notwendig ist, steigt in diesem Fall auf 100%
an. Zu dieser Kraft wird der Wert hingefügt, um den die Zugkraft bei
der Einwirkung der Seitenkraft wächst.
Das Seil kann aus dem Rohrelement nur herausgleiten, wenn der Gesamtwert
der einwirkenden Kraft überwunden
wird oder (nur im Falle eines Seiles mit spiralförmigen Fasern), wenn jede Faser
in der von ihr in das Rohrelement eingedrückten spiralförmigen Rinne
gleitet, das heißt,
sich das ganze Seil aus dem Rohrelement herausdreht. Dies ist jedoch bei
verhältnismäßig langen,
in Längsrichtung
deformierten Bereichen des Rohrelementes verhindert, die ihrerseits
ein wellenartiges Relief in Form des Verlaufs der spiralförmigen Fasern
auf ihrer Innenfläche
(die mittels ihrer Deformation gebildet wurden) aufweisen. Dadurch
wird das Herausgleiten des Seiles verhindert und die Reibungskraft
erhöht.
Es wird bei der Deformation ein Zustand des Rohrelementes erreicht,
bei dem die Kraft wächst,
die das Seil festhält,
ohne daß dabei
Spannungsknoten im Seilmaterial entstehen, welche die Zuverlässigkeit
der Seilbefestigung im Betrieb herabsetzen könnten.
Für
die Seilbefestigungen wird eine Halteklammer verwendet, die aus
einem oder mehreren Rohrelementen und einer Befestigungsöse (Anschlußbeschlag)
besteht. Sie kann vollständig
aus Blechmaterial hergestellt werden, das so aufgebogen ist, daß beide
Seiten des Blechzuschnitts ein Rohrelement bilden. Zur Erleichterung
einer abschnittweisen Kompression über den Außenumfang des Querschnitts
des Rohrelementes kann dessen Außenfläche mit längsverlaufenden Vorsprüngen versehen sein,
die die zusätzlichen
Be dingungen für
die maximale Kompression des Rohrelementes zusammen mit der Kontaktoberfläche des
Seiles beim Angreifen der Kompressionskraft von außen auf
das Rohrelement schaffen.
Das technische Wesen der Erfindung
wird anhand der folgenden Zeichnungen weiter erklärt. Es zeigt:
1 allgemeine
Ansicht der Halteklammer mit zwei schlaufenbildenden Seilen;
2 schematisch
das Umpressen der Halteklammer des Seiles;
3 Querschnitt
der deformierten Halteklammer mit dem befestigten Seilbündel;
4 Querschnitt
einer vier Seilenden umschließenden
Halteklammer mit längsverlaufenden Vorsprüngen vor
der Deformation;
5 allgemeine
Ansicht einer Halteklammer für
zwei Seilenden;
6 Querschnitt
der deformierten Halteklammer nach 5;
7 Halteklammer
mit einem Befestigungsrohr;
8 Halteklammer
nach 7 mit einem befestigten
Seilende;
9 Halteklammer
mit zwei Befestigungsrohren (Doppelhalteklammer);
10 Halteklammer
nach 9 mit zwei befestigten
Seilenden;
11 eine
in Längsrichtung
auf gleichmäßig verteilten
Abschnitten deformierte Einfachhalteklammer;
12 Längsschnitt
der Halteklammer nach 11.
Zur Durchführung des Befestigungsverfahrens
führt man
das oder die Seilenden 1, 2 in den Kanal 6 des
Rohrelements 3 der Halteklammer ein. Diese besteht aus
dem Rohrelement 3 und einem Anschlußbeschlag 5 mit einer Öffnung 4.
Auf den Außenumfang 7 des Rohrelements 3 läßt man abschnittweise über den
Umfang verteilte Radialkräfte
F wirken, und zwar so, daß die
innere Oberfläche 8 des
Rohrelementes bei dem Kontakt mit den Seilenden 1 und 2 plastisch
deformiert und zusammengepresst wird.
Die deformierende Kraft F wird entlang
der äußeren Oberfläche des
Rohrelementes 3 solange angewendet, bis seine gesamte Innenfläche 8 über den
ganzen Querschnittsumfang mit dem Seil in Berührung kommt und die im Rohrelement
vorhandenen Hohlräume 10 (die
von den Fasern bzw. Drähten 9 der
Seilenden 1 und 2 gebildet werden) mit dem plastisch
deformierten Material 11 des Rohrelementes 3 ausgefüllt werden.
Als Ergebnis der Deformation werden auf dem Außenumfang 7 die abwechselnd aufeinanderfolgenden
Vertiefungen 12 und Vorsprünge 13 gebildet.
Um die Bedingungen für die abschnittweise Kompression
zu erleichtern, können
längsverlaufende
Radialvorsprünge 14 auf
der äußeren Oberfläche des
Rohrelementes 3 vorgefertigt werden, auf die die Kompressionskraft
F dann im Laufe der Seilbefestigung angreift (zum Beispiel mit Hilfe
einer Presse mit zylindrischen inneren Oberflächen). Ein solches Rohrelement
wird dann nach der Pressbearbeitung eine annähernd glatte zylindrische Außenfläche aufweisen.
Die Halteklammer, bestehend aus dem Rohrelement 3 und
dem Anschlußbeschlag 5 kann aus
Blechmaterial 15 durch Biegen hergestellt werden. Die Halteklammer
kann auch aus mehreren Rohrelementen 3 bestehen, die von
einem gemeinsamen Anschlußbeschlag 5 ausgehen
und die zur Befestigung mehrerer Seil- oder Kabelenden 1 und 2 dienen.
Eine Kompressionskraft, die entlang
der Längsachse
des Seiles innerhalb der Periode 2π (12) periodisch geändert wird, bildet deformierte Bereiche 16 auf
der Oberfläche
des Rohrelementes 3 und entsprechend deformierte Bereiche 17 auf
der inneren Kontaktoberfläche 8 des
Rohrelementes mit dem Seil. Diese deformierten Bereiche 17 können zur Steigerung
der Haltekraft zueinander um die Halbperiode π versetzt sein.
Das Seil oder das Kabel bestehen
aus untereinander verflochtenen Fasern oder Bündeln 9, die, um ein
Aufdrehen zu verhindern, spiralförmig
zusammengedreht werden können.
Dank eines solchen Seilaufbaus schaffen die axial gerichteten deformierten
Bereiche des Rohrelementes 3 der Oberfläche 7 bei ihrem Hineindrücken in
die innere Oberfläche
des Rohrelementes 3 eine abwechselnde Verteilung der Kompression
sowohl über
den Umfang der Kontaktoberfläche 8,
als auch entlang ihrer Achse. Die auf der inneren Oberfläche 8 des
Rohrelementes 3 gebildeten Vorsprünge 11, die bei der
Deformation entstehen, entsprechen als Negativ räumlich der Konfiguration der
Fasern des Seiles oder des Kabels, wobei diese Deformation sowohl
spiralförmig
als auch von komplizierterer Form sein kann.
Unter solchen Bedingungen muss man
zum Herausziehen des Seiles eine Kraft anwenden, welche die Reibungskraft
zwischen der inneren Oberfläche
des Rohrelementes und der Seilenden 1, 2 übertrifft,
denn es müssen
auch die spiralförmigen
oder anders verlaufenden Vorsprünge 11,
die im Rohrelement zwischen die Fasern 9 des Seiles eingedrungen sind,
abgeschert werden. Diese Vorsprünge 11 behindern
die Achsenverschiebung des Seiles. Da die axiale Kraft, die zum
Abscheren der Vorsprünge 11 erforderlich ist,
die Kraft der Reibung der Materialien um das zehn- bis hundertfache übertrifft,
nimmt bei einer derartigen Seilbefestigung die Seil-Haltekraft um
dieselbe Größe zu.
Eine im Verlauf des Betriebs mögliche Lockerung
der Flächenpressung
zwischen Seil und Rohrelement kann die Zugkraft nicht verringern,
die für
das Herausziehen des Seiles aus der Halteklammer notwendig ist,
da die Scherkraft, die für
das Abscheren der Vorsprünge 11 notwendig
ist, von der in der Kontaktoberfläche wirkenden Normalkraft nur
in sehr geringem Maße
abhängt.
Für die
Bildung der vorteilhaftesten Konfiguration der Vorsprünge 11 im Sinne
der Verhinderung eines Herausziehens des Seiles aus der Halteklammer
ist es zweckmäßig, daß die Breite
a der nichtdeformierten Bereiche, welche die Vorsprünge 13 über den
Außenumfang
des Querschnitts des Rohrelementes bilden, einen Wert von 5% der
Breite b der deformierten Bereiche, die die Vertiefungen 12 über diesen
Umfang bilden, nicht unterschreitet.
Für
das Elastizitätsmodul
des Rohrelementes wird ein niedrigerer Wert als für das Elastizitätsmodul
des Seilmaterials gewählt,
sodaß bei
der Deformation eine Beschädigung
des Seiles oder eine Verengung seines Querschnitts vermieden wird.
Andernfalls könnte
die Zuverlässigkeit
des Seiles und seiner Halterung verringert werden. Für die Bildung der
Vorsprünge 11 mit
der für
eine sichere Verbindung ausreichenden Konfiguration soll die Länge c der
deformierten Bereiche auf der äußeren Oberfläche des
Rohrelementes 3 mindestens gleich der Breite b dieser Bereiche
sein.
Die Anwendung der vorgeschlagenen
Erfindung führt
dazu, daß zwischen
den Seilenden und der Befestigungsklammer nicht nur eine kraftschlüssige, sondern
auch eine formschlüssige
Verbindung zustandekommt. Zu der üblichen Verbindung aufgrund
der Reibungskraft oder der Haftung des Seiles mit äußeren Zacken
kommt die Ausfüllung
der Einsprünge
der Seiloberfläche
mit dem Haltebeschlagmaterial durch dessen eigene Deformation und
die Bildung der Vorsprünge 11 hinzu.
Eine solche Befestigung (in Ergänzung
zu der Reibungskraft) wirkt auch mit der Abscherspannung des Materials
und gewährleistet
dadurch eine wesentlich höhere
Haltekraft des Seiles und Zuverlässigkeit
seiner Halterung.