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Kabel und Verfahren zu seiner Herstellung
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Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Kabel und Drahtseile und
betrifft insbesondere ein Kabel mit Verbundaufl,iu, das einen synthetischen Nehrfadenkern
aus Endlosfasern und eine diesen umgebende Drahtseilumhüllung hat.
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Herkömmliche Drahtseile und Kabel weisen normalerweise einen Inetallischen
oder textilen Kern auf. Kabel mit Metallkern haben den Nachteil, daß sie teuer und
in großen Längen außerordentlich schwer sind. Kabel mit Textilkern aus natürlicher
oder synthetischer Faser oder aus natürlichem oder synthetischem
Faden
werden normalerweise miteinander kombiniert und verdrillt, um dem Kabel in Abhängigkeit
von dem verwendeten Kunststoff verschiedene Eigenschaften zu geben. Der Textilkern
trägt normalerweise nicht zur Festigkeit eines Kabels bei, sondern dient gewöhnlich
einfach als ein Füllmittel, welches das Kabel rund und die Drahtschichten korrekt
verteilt halt und abstützt, Stoßbelastungen abfedert, die Flexibilität steigert
und eine übermäßige Reibung und einen dadurch hervorgerufenen Verschleiß von benachbarten
Drähten oder Strängen minimiert.
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Ein Textilkern hat den Nachteil, daß er in seiner Längsabmessung normalerweise
unstabil ist, und insbesondere Nylon nimmt Wasser auf. Es hat sich gezeigt, daß
sich bei Nylon, auch wenn es geschmiert wird, die Crenzdehnung und die Zugfestigkeit
bei Verwendung in Wasser aufgrund von Änderungen des Feuchtigkeitsgehaltes des Nylonkerns
ändern.
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Es sind wiederholt verschiedene Versuche gemacht worden, um verschiedene
natürliche und synthetische Fasern oder Fäden mit verschiedenen Arten von Umhüllungsmateriallen
zu kombinieren, beispielsweise mit verschiedenen Kunststoffen, die die Aufgabe haben,
bei synthetischen Kernen zu verhindern, daß sich ihre einzelnen Fäden oder Stränge
trennen, und die Verschleißfestigkeit des Kabels zu steigern. Eine Kunststofftränkung
von synthetischen Kernmaterialien wird häufig benutzt, um einen ausreichenden Kernkörper
zu schaffen und um die Kernfasern zu verkleben. Manchmal wird eine synthetische
Schicht zwischen einer synthetischen Kernfaser und der äußeren Kunststoffumhüllung
als
Feuchtigkeitssperre angeordnet. Diese Spezialkonstruktionen haben den Nachteil,
daß sie die Bewegung der Kernfasern wegen des verklebten Kunststoffüberzuges und/oder
wegen der Kunststoffimprägnierung oder -tränkung der Kernfasern beschränken, was
normalerweise unerwünscht ist. Außerdem muß eine sorgfältige Auswahl einer Kunststoffumhüllung
oder -bewehrung für einen besonderen Anwendungsfall getroffen werden, für den das
Kabel vorgesehen ist, da manche Kunststoffe mit dem Anwendungsfall inkompatibel
sein können. Beispielsweise hat Polypropylen einen hohen Reibungskoeffizienten gegenüber
Holz und, wenn es als Bewehrung benutzt wird, neigt es dazu, an dem Holz zu haften,
so daß ein Polypropylenseil oder -kabel, wenn es gespannt ist, sich in schnellen
Stößen bewegt, die eine örtliche Reibungserwärmung verursachen, welche wegen des
bekannten niedrigen Schmelzpunktes von Polypropylen zu einer schnellen Schädigung
führt. Demgemäß müssen Polypropylenseile und -kabel mit einer Schmierung oder mit
anderen Arten von Kunststoffsträngen versehen sein, um die effektive Reibung zu
minimieren. Darüberhinaus weisen Mehrfadenfaserkerne aus Polypropylen oder Hanf
usw.
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eine wesentlich größere Dehnung und niedrigere Grenzreißfestigkeiten
als Drahtseile mit Metallkernen auf.
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Es ist bekannt, daß manche Arten von Kunststoff zwar für einen besonderen
Anwendungsfall geeignet sind, jedoch mit anderen Arten von Kunststoffen inkompatibel
sind. Ein Beispiel dafür ist Nylon, das Wasser aufnimmt und nicht mit Polypropylenfäden
, die kein Wasser aufnehmen, kompatibel ist. Diese Imkompatibilität besteht auch
zwischen Polyester-und Polypropylenfäden.
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Die Probleme, denen sich ein Kabel- oder Seilhersteller gegenübersieht,
ändern sich beträchtlich und hängen mit der Vielfalt der verfügbaren Werkstoffe
und mit dem Verwendungszweck des Seils oder Kabels zusammen.
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Durch die Erfindung soll ein neues und verbessertes Verbund-oder gemischtadriges
Kabel geschaffen werden, das gegenüber bekannten Standardseilen oder -kabeln von
vergleichbarem Durchmesser eine beträchtlich größere Reißfestigkeit hat und mit
dem sich außergewöhnliche Gewichtseinsparungen gegenüber einem ganz aus Metall bestehenden
Seil oder Kabel von vergleichbarer Länge erzielen lassen.
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Die Erfindung schafft ein solches Seil mit einer Drahtseilumhüllung
und einem synthetischen Kern, der als Verstärkungs-oder Armierungsteil für die Umhüllung
dient.
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Weiter schafft die Erfindung ein Kabel der gewünschten Art, das flexibel
ist, selbst bei Gebrauch im Wasser ohne Schmierung in seiner Länge abmessungsstabil
ist und äußerst beständig gegen Hitze, Korrosion, Witterung, Abrieb und Dehnung
ist und außerdem die gewünschten Zähigkeitseigenschaften und eine ausgezeichnete
Schlagfestigkeit aufweist, ein gutes Schwingungsdämpfungsvermögen hat und beständig
gegen Quetschung ist und außerdem einen niedrigen Reibungskoeffizienten gegenüber
Holz und Stahl hat.
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Ferner schafft die Erfindung ein Kabel, welches besonders zum Abspannen
geeignet ist und außerdem zufriedenstellend
als Seil für Universalzwecke
benutzt werden kann sowie auch unter großer Beanspruchung eine lange Lebensdauer
hat und außerdem mit hohen Produktionsgeschwindigkeiten wirtschaftlich herstellbar
ist.
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Schließlich schafft die Erfindung ein neues und verbessertes Verfahren
zum Herstellen eines Kabels, welches für eine kostengünstige Herstellung eines Kabels
mit beträchtlich verbesserter Leistungsfähigkeit auf Standardanlagen besonders geeignet
ist.
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Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1
eine Querschnittansicht eines Verbundkabels nach der Erfindung, Fig. 2 eine Längsseitenansicht
des Kabels von Fig. 1 in kleinerem Maßstab, Fig. 3 eine vergrößerte Längsschnittansicht
des Kabels von Fig. 1, Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Gerätes, das bei
der Herstellung des Kabels nach der Erfindung benutzt wird, Fig. 5 in einer isometrischen
Ansicht, teilweise weggebrochen, ein Teil des Kabelherstellungsgerätes
von
Fig. 4, und die Fig. 6 bis 10 jeweils eine Schnittansicht von noch weiteren Ausführungsformen
eines Verbundkabels nach der Erfindung.
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Die Fig. l bis 3 zeigen ein Kabel 10, dessen Grundelemente ein Kern
12 und eine Drahtseilumhüllung 14 sind, welch letztere zwölf im wesentlichen gleiche
metallische Drähte 16 aufweist, die in einer schraubenförmigen Verdrillung um den
Kern 12 gelegt sind. Bei der Ausführungsform, die in den Fig. 1 bis 3 dargestellt
ist, sind einzelne Drähte 16 um den Kern 12 herum angeordnet und erstrecken sich
längs desselben.
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Es ist klar, daß die Drähte 16 jeweils durch einen Strang ersetzt
werden könnten, in welchem mehrere Drähte um einen Mittelkern herumgelegt sind,
so daß jeder Strang mehrere solche Stränge aufweist, die dann schraubenförmig um
den Iiauptkern in einer oder mehreren Schichten herumgewickelt werden, um das Kabel
zu bilden. Eine solche Konstruktion ist in den Fig. 7 bis 10 dargestellt, die weitere
Ausführungsformen der Erfindung zeigen.
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Die Drähte 16, die die Umhüllung 14 bilden, bestehen vorzugsweise
aus einem rostfreien Standardstahl, wie beispielsweise AISI (American Iron and Steel
Institute) 302 oder 304, der für eine maximale Festigkeit und Lebensdauer sorgt
und hinsichtlich Elastizität und Beständigkeit gegen Zugspannung,
Hitze,
Korrosion, Abrieb, Witterung und Wasser sowie Ermüdung ausgezeichnete mechanische
Eigenschaften aufweist.
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Zur Schaffung eines beträchtlich verbesserten Kabels, das eine Zugfestigkeit
hat, die beispielsweise sogar besser ist als die eines ganz aus rostfreiem Stahl
bestehenden Kabels von ungefähr gleichem Durchmesser, unter gleichzeitiger beträchtlicher
Verringerung des Gewichtes des Kabels 10 in bezug auf ein Kabel aus rostfreiem Stahl
von vergleichbarer Größe in einer Einheitskonstruktion, die in Längsrichtung abmessungsstabil
ist und trotzdem die Gesamtarbeitsbelastung gleichmäßig aufteilt, die auf das Seil
ausgeübt wird, wird der Kern 12 vorzugsweise aus einem Bündel von durchgehenden
synthetischen Fasern 18 hergestellt, die eine spezifische Zugfestigkeit (Zugfestigkeit-zu
Dichte-Verhältnis) haben, die größer gewählt ist als die der Teile 16 der Umhüllung
14. Zur Erzielung einer maximalen Konzentration von Fasern 18 in einem gegebenen
Querschnitt für einen verbesserten Kernkörper und gleichzeitig zur Gewährleistung,
daß die Zwischenräume 20 (Fig. 1 und 3) zwischen den Teilen 16 der Drahtseilumhüllung
14 gefüllt sind, ist erfindungsgemäß ein Kernbündel 12 vorgesehen, das weich, durchgehend,
flexibel und kompressibel ist.
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Ein Kabel, das die vorstehend genannten gewünschten Eigenschaften
aufweist, wird insbesondere dadurch erzielt, daß eine Umfangsspannung erzeugt wird,
die durch die Drähte 16
der Umhüllung 14 ausgeübt wird, bei welchen
es sich um durchgehende Teile 16 handelt, die um den Kern 12 herumgewickelt sind
und eine radial einwärts gerichtete Druckkraft auf die äußere Oberfläche des Kerns
12 ausüben, wie am besten aus Fig. 3 ersichtlich. Der äußere Oberflächenumriß wird
in einem abwechselnden Profilmuster zusammengedrückt, das sich in Axialrichtung
des Kernbündels von Zonen mit minimaler Beanspruchung zwischen den Drähten, wie
beispielsweise bei "A" in Fig. 3, zu Zonen von maximaler Druckbeanspruchung, wie
beispielsweise bei "B" zwischen den Zonen A mit minimaler Beanspruchung, ändert.
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Es wird angenommen, daß durch diese Konstruktion der Kern 12 wirksam
zusammengedrückt und der Anteil an innerhalb des Bündels 12 eingeschlossener Luft
verringert, die diametrale Übereinstimmung der einzelnen Drähte 16 der Umhüllung
14 sichergestellt wird und die Fähigkeit des Kerns 12 und der Umhüllung 14 erhöht
wird, unter den meisten Betriebsbedingungen aufgrund der sich ergebenden effektiven
Reibung zwischen dem Kernbündel 12 und der Umhüllung, die durch die oben beschriebenen
ausgewählten Zusammendrückungszonen erzeugt wird, als ein unitäres Kabelgebilde
zu dienen.
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Eine synthetische Faser, die sich für die Verwendung bei der Erfindung
als zufriedenstelld erwiesen hat, ist beispielsweise eine organische Aramid-Faser
mit hohem E-Modul, die gegenwärtig in Form von Endlosfäden aus Aromatischer-Polyamidfaser
von der Fa. E. I. duPont de Nemours & Company, Inc. unter dem Warenzeichen KEVLAR
29 vertrieben wird. Solche Aramidfasern weisen die gewünschte Korrosions- und Quetschbeständigkeit
und außerdem eine ausgezeichnete Zähigkeit,
hohe Schlagfestigkeit,
hohe Spannungs-Bruch-Lebensdauer und eine außerordentlich hohe spezifische Zugfestigkeit
auf. Der Faserdurchmesser von KEVLAR 29 beträgt etwa 0,012 mm und wird in 1500-Denier-Fäden
(obgleich andere Denier-Werte benutzt werden können) von 1000 Endlosfasern mit einem
Gewicht von etwa 0,165 p/m geliefert. Die Zugfestigkeit beträgt etwa 28120 kp/cm²,
was mehr als das sechsfache der Zugfestigkeit eines Nylon-Monofils ist, 3 und mit
einer Dichte von 1,46 g/cm . Die spezifische Zugfestigkeit von 20,3 x 106 cm von
KEVLAR 29 ist größer als von irgendeinem bekannten Metall, das üblicherweise in
Drahtseilen und Kabeln benutzt wird.
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Das Verbundkabel 10 nach der Erfindung ist getestet und mit einem
Standardseil aus rostfreiem Stahl von vergleichbarer Größe verglichen worden. Vergleiche
sind zwischen entsprechenden Größen von Kabeln angestellt worden und eine mittlere
Grenzreißfestigkeit wurde bei nicht weniger als drei gesonderten Durchläufen jedes
getesteten Kabels ermittelt, un die Grenzreißfestigkeit bei der Größe und dem Typ
des getesteten Kabels festzustellen. Das bedeutet, daß die Grenzbelastung, bei welcher
unter Zugbelastung das Reissen auftrat, für die getesteten Kabel ermittelt wurde,
wobei die Tests auf einer herkömmlichen Tinius-Olson-Zugtestanlage in bekannter
Weise durchgeführt wurden.
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Die folgende Tabelle gibt die Ergebnisse an, die beim Testen von vier
Kabeln aus AISI-302-rostfreiem-Stahl mit unterschiedlichen Durchmessern erzielt
wurden, die ein Steigungsverhältnis
von 10 in einer 1 X 19-Konstruktion
hatten, mit einem Mittel- oder Kerndraht, einer ersten Schicht von sechs Drähten
und einer zweiten Schicht von zwölf Drähten, welche in bezug auf die erste Schicht
quergelegt waren und die Außenoberfläche des Kabels bildeten.
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KABEL AUS ROSTFREIEM STILL AISI 302, I.A.W., MIL-W-5693C (Durchmesser
in mm und Flache in mm²) Nenndurchmesser 3,2 3,9 4,8 6,4 Kerndrahtdurchmesser 0,66
0,89 1,02 1,37 Umhüllungsdrahtdurch- 0,66 0,81 0,97 1,27 messer Kerndrahtfläche
0,34 0,62 0,81 1,48 Umhüllungsdrahtflache 6,17 9,34 13,17 22,80 Gesamtdrahtfläche
6,51 9,96 13,99 24,28 Gesamtgewicht in p/m 55,81 85,36 119,82 208,35 Grenzreißfestigkeit
1076 1591 2182 4082 in kp Die vorstehenden Ergebnisse sind mit der folgenden Tabelle
von Ergebnissen zu vergleichen, die beim Testen von vergleichbaren Größen des Verbundkabels
nach der Erfindung erzielt wurden. Der beschriebene Aramidfaserkern 12 des Verbundkabels
10 wurde mit einer Drahtseilumhüllung 14 bewehrt, die zwölf Drähte aus rostfreiem
Stahl AISI 302 der bei dem Test des ganz aus Stahl bestehenden Kabels benutzten
Art enthielt, mit einem dazu äquivalenten Steigungsverhältnis von etwa 10, d.h.
wobei die Steigung oder die Lange jeder schraubenförmigen Umwicklung der außen herumgeführten
Drähte etwa zehnmal größer war als der Kabelaußendurchmesser.
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VERBUNDKABEL (Durchmesser in mm und Fläche in mm2) Nenndurchmesser
3,2 3,9 4,8 6,4 Kerndurchmesser 0,66 0,89 1,02 1,37 Anzahl von 1500-Denier- 23 37
54 104 Fäden im Kern Drahtdurchmesser 0,66 0,81 0,97 1,27 Kernfläche 3,08 4,97 7,29
14,13 Drahtfläche 4,11 6,23 8,78 15,20 Gesamte Kern- und 7,19 11,19 16,07 29,33
Drahtfläche Gesamtgewicht in p/m 39,21 59,77 84,56 148,31 Grenzreißfestigkeit 1302
1950 2672 5020 in kp % Zunahme der Grenzreißfestigkeit gegen- 21,25 % 22,86 % 22,71
% 23,24 7.
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über dem Kabel aus rostfreiem Stahl Basierend auf den vorstehenden
Ergebnissen hat es sich gezeigt, daß der beschriebene synthetische Kern 12, nachdem
er mit der Drahtseilumhüllung 14 nach der Erfindung vereinigt war, ein Verbundkabel
10 mit einem Gewicht ergab, das ungefähr 30 % kleiner war als das Gewicht des Kabels
aus rostfreiem Stahl von entsprechender Größe,und es ergab sich eine Zunahme der
Grenzreißfestigkeit des Kabels von wenigstens 20 % gegenüber einem Standardkabel
aus rostfreiem Stahl von vergleichbarer Größe.
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Der beschriebene Kern 12 dient demgemäß als ein Verstärkungselement
für die Umhüllung 14, um ein Leichtgewichtkabel 10
zu schaffen,
das eine beträchtlich größere Zugbelastung aushält.
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Darüberhinaus werden die scheinbar inkompatiblen Ziele, (1) den Elastizitätsmodul
der Fäden 18 aus aromatischem Polyamid zu maximieren, um die Kerndehnung unter Belastung
zu verringern, und außerdem (2) das effektive Ausgleichen der Aufteilung der Arbeitsbelastungen
auf die Kabelbestandteile, erreicht, indem der Kern mit seinen Endlosisern innerhalb
seines verdrillten Mantels aus rostfreiem Stahl in im wesentlichen paralleler, unverdrillter
Lage angeordnet wird, wodurch zusätzlich die Kernfaserreibung der Abrieb und der
Verschleiß in einer hochfesten Kabelkonstruktion, die für eine Vielfalt von verschiedenen
Verwendungszwecken ausgelegt ist, minimiert werden.
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Die angegebene, im wesentlichen unverdrillte parallele Endlosfaseranordnung
des Kerns 12 in Verbindung mit der Auswahl von Endlosfasem aus aromatischem Polyamid
ergibt ein Verbundkabel mit der gewünschten hohen Zugfestigkeit und der geringen
elastischen Dehnung, die normalerweise nur Stahlkabel aufweisen. Aufgrund des Fehlens
einer nennenswerten Dehnung der uniaxial orientierten Endlosfasern aus aromatischem
Polyamid, das einen hohen Elastizitätsmodul oder eine hohe Dehnungsfestigkeit hat,
die die von Stahl erreicht, tritt die normale Belastungsnivellierung, die bei herkömmlichen
verdrillten Faserkernen mit niedrigem Elastizitätsmodul auftritt, nicht auf und
es wird angenommen, daß der beschriebene Parallelfaserkern den Elastizitätsmodul
der Fäden maximiert und die Kerndehnung reduziert,
wodurch die
niedrige Dehnung des beschriebenen Kernbündels entsprechend optimiert wird.
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Außerdem wird die unerwünschte Beanspruchung von relativ wenigen innersten
Kernendlosfasern unter Belastung, die bei herkömmlichen KabelnhäufiS vorkommt und
schließlich zur Längung und zum Reißen führt, wirksam minimiert. Das bedeutet, es
ist bekannt, daß die verdrillte Stahlumhüllung die Fähigkeit hat, sich zu ziehen
oder zu dehnen, um die Belastung auszugleichen, und es wird angenommen, daß durch
dieses Merkmal das Belastungsaufteilungsvermögen des Kabels 10 wirksam gesteigert
wird, wobei seine beschriebene Konstruktion die entsprechende Relativbewegung zwischen
dem Kern 12 und der Umhüllung 14 gestattet, zum Beispiel unter schwerer Zugbelastung.
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Darüberhinaus schafft die Relativbewegung, die der Kern gegenüber
der Umhüllung gestattet, Biegeeigenschaften, die normalerweise zu einer verdrillten
Kernkonstruktion gehören und die gegenüber herkömmlichen kunststoffbewehrten Kabeln
betrichtlich verbessert ist, welche einen synthetischen, paraLIelen, Mehrfadenkern
aufweisen, der beispielsweise durch Kunststofftränkung oder durch einen Kunststoffüberzug
verklebt ist, welcher die Bewegung der Kernfasern in unerwünschter Weise beschränkt
und zu örtlich begrenzter Verformung und Schleifenbildung führt.
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Anhand von Fig. 4, in welcher ein herkömmlicher, in der Geschwindigkeit
einstellbarer, kraftbetatigter, rohrförmiger
Verseiler 22 schematisch
dargestellt ist, wird nun ein bevorzugtes Verfahren zum erstellen der Verbundseilkonstruktion
nach der Erfindung beschrieben. Ilaspeln 24, deren Anzahl der der Drähte des Kabels
entspricht, sind innerhalb des rotierenden Verseilers angeordnet und um die Längs-oder
Drehachse der Maschine 22 drehbar, um die Drähte 16 nach vorn an einen Vorformkopf
26 (Fig. 5) neben einem stromabw.irtigen Schließwerkzeug 28 in bekannter Weise abzugeben.
Die Maschine hat ein zweites Schließwerkzeug 30, das stromaufwärts des rohrförmigen
Verseiiers 22 dargestellt ist.ncllosfasem 18 des Kerns 12 werden über eine Platte
(nicht dargestellt) in unverdrilltem Zustand in eine feststehende Fadenspanneinheit
32 abgegeben. Von der Spanneinheit 32 wird derRidenkern 12 in das stromaufwärtige
Schließwerkzeug 30 in unverdrillter, paralleler Lage und in den rohrförmigen Hochgeschwindigkeitsverseiler
22 sowie in einen axialen Führungskanal 34 in dem Vorformkopf 2u abgegeben, um über
das stromabwärtige Schließwerkzeug 28 zusammen mit den KernfasemlS hindurchgeführt
zu werden, die unter Spannung zusammen mit den Drähten 16 durch eine kraftbetatigte
Aufwickelhaspel 36 gezogen werden. Die Draht te 16 werden, nachdem sie von ihren
Haspeln oder Vorratsrollen 24 abgegeben worden sind, an dem Umfang des rotierenden
Verseilers 22 entlanggeführt, was eine Spinnbewegung ergibt, durch die die Drähte
16 in dem gewsinschten Muster um den Kern 12 gelegt werden. Bei Bedarf kann auch
derFadenkern 12 an dem Umfang des Verseilers 22 entlanggeführt werden, bevor er
aus dem Führungskanal 34 in axialer Flucht an dem Schließwerkzeug 28 austritt.
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Demgemäß wird der Kern, wenn er in und durch das stromabwärtige Schließwerkzeug
28 geführt wird, in Wirklichkeit gegen eine Drehbewegung relativ zu der Drehachse
durch die stromaufwärtigen und stromabwärtigen Schließwerkzeuge 30, 28 festgehalten,
so daß jegliche Verdrillung, die dem Kern 12 durch den rohrförmigen Verseiler 22
gegeben werden könnte, unmittelbar vor dem Hindurchziehen des Kerns 12 durch das
stromabwärtige Schließwerkzeug 28 unwirksam gemacht und dadurch sichergestellt wird,
daß der Kern 12 durch das Werkzeug 28 in im wesentlichen unverdrilltem Zustand hindurchgeführt
wird. Die Enden des Kerns 12 werden durch die stromaufwärtigen und stromabwärtigen
Schließwerkzeuge 30,28 ähnlich den Enden eines Springseils festgehalten, wodurch
der Kern 12 in das stromabwärtige Schließwerkzeug 28 in einer im wesentlichen unverdrillten
Parallelanordnung in dem Zeitpunkt gezogen wird,in welchem die umgebenden Drähte
16 aus rostfreiem Stahl die Vorformrollen 38 in herkömmlicher Weise an der Schließeinheit
der Maschine unmittelbar vor ihrem Herumlegen um den Kern 12 verlassen.
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Jeder Umgrenzungsdraht 16 wird über und unter eine Reihe von drei
Rollen 38 geführt, um den schraubenförmigen Drall einzustellen, den die einzelnen
Drähte 16 in dem fertigen Kabel haben sollen. Durch das Vorformen der Drähte 16
wird jegliche innere Spannung beseitigt, die normalerweise in den schraubenförmig
verdrillten Umhüllungsdrähten auftreten würde, die um den Kern herumgelegt werden,
was eine längere Kabellebensdauer unter hohen Beanspruchungen ergibt.
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Anhand der zusätzlichen Ausführungsbeispiele der Erfindung,
die
in den Fig. 6-10 dargestellt sind, wird erläutert, wie das Kabel nach der Erfindung
sowohl in seinem Verwendungszweck als auch in seiner speziellen Konstruktion seiner
einzelnen Einheiten oder Stränge variieren kann.
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Ein Strang besteht einfach aus einer bestimmten Anzahl von Drähten,
die vorzugsweise schraubenförmig in einer symmetrischen Anordnung in einer oder
mehreren Schichten um eine Achse oder um einen anderen Draht oder Faserkern herumgelegt
sind. Die Ausführungsform der Fig. 1-3 kann beispielsweise als ein einzelner Strang
in einem mehrstrangigen Kabel benutzt werden. Beispielsweise kann sich die Anzahl
von einzelnen drahtartigen Teilen, die in jeder Konstruktion dargestellt sind, auch
ändern und gleiches gilt für Größe, Form und Material. Das heißt, die spezielle
Anzahl von Oberflachen- oder Deckdrahten, die in vorzugsweise schraubenförmiger
Anordnung in einer konzentrischen Schicht um einen Mittenkern gelegt werden, kann
sich ändern, wie am besten in den Fig. 6-10 dargestellt.
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Die Kabel der Fig. 6-10 weisen jeweils mindestens einen Strang mit
einem Kern und einer Umhüllung auf. Wie in der Ausführungsform der Fig. 1-3, weist
die Umhüllung jedes Kabels, das in den Fig. 6-10 dargestellt ist, mehrere durchgehende,
drahtartige Metallteile auf, die um seinen Kern gelegt sind. Gemäß der Erfindung
enthält der Kern ein Bündel von leichten, durchgehenden, eine geringe Dehnbarkeit
aufweisenden synthetischen Fasern mit einem hohen Verhältnis von Zugspannung zu
Dichte, wobei die Kernfasern beispielsweise in Form eines Fadens aus Endlosfasern
aus aromatischem Polyamid vorliegen, oder einer Kernfaser, die eine
spezifische
Zugfestigkeit hat, welche größer ist als die der Metallteile der Umhüllung und als
Verstirkunbsteil für die Metallteile der Umhüllung dient.
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In den in den Fig. 6-10 dargestellten .usführungsformen sind jeweils
der Kern und die Umhüllung in bezug aufeinander bewegbar und die Umhüllung selbst
ist vorzugsweise aus mehreren Teilen gebildet, die in einer Schicht schraubenförmig
um den Kern gelegt sind. Wie in den Ausführungsformen der Fig. 1-3, hat jeder einzelne
Verbundstrang jedes Kabels in den Fig. 6-10 eine Grenzreißfestigkeit, die die Grenzreißfestigkeit
eines vergleichbaren herkömmlichen Metallstranges von entsprechender Größe, der
beispielsweise aus rostfreiem Stahl AISI 302 hergestellt ist, um 20 % überschreitet
und etwa 30 % leichter ist als dieser vergleichbare Strang aus rostfreiem Stahl.
Die drahtartigen Teile der Umhüllung jedes Kabelstranges in den Fig- 6-10 bewirken
gemeinsam eine Umfangs spannung um den Kern und drücken gegen die äußere Oberfläche
des Kernbündels, wie am besten in Fig. 3 der ersten Ausführungsform der Erfindung
dargestellt. Das bedeutet, daß die äußere Oberfläche des Kernbündels radial einwärts
in einem abwechselnden Muster zusammengedrückt wird, das sich von Zonen mit minimaler
Beanspruchung zwischen Drähten zu Zonen von maximaler Druckbeanspruchung zwischen
den Zonen minimaler Beanspruchung ändert.
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Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform eines Kabels 110 nach der Erfindung,
dessen Kern 112 aus dem oben angegebenen, weichen,
unverdrillten,
parallelen Endlosfaden besteht, der von konzentrischen Schichten von Drähten umgeben
ist. In der dargestellten speziellen Ausführungsform sind sechs innere Drähte 114
schraubenförmig um den Kern herumgelegt, mit einer zusätzlichen äußeren Schicht
von zwölf im wesentlichen gleichen, schraubenförmig herumgelegten Drähten 116. Der
oben beschriebene Endlosfaden, der aus dem gleichen Material ist wie der Kern, ist
zwischen den Schichten von Drähten 114, 116 angeordnet und füllt die Zwischenräume
aus.
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Fig. 7 zeigt ein Verbundkabel 120, das mehrere Einheiten oder Stränge
122 aufweist, von denen jeder im wesentlichen dem in Fig. 6 dargestellten Kabel
110 gleicht. Das heißt, jeder Strang 122 ist rnit der Kabelausführungsform 110 von
Fig. 6 identisch. Sechs Stränge 122 sind in einer konzentrischen Schicht schraubenförmig
um einen Mittelstrang mit gleichem Aufbau herumgewickelt, wobei der Faden aus Endlosfasern
aus aromatischem Polyamid ebenfalls zwischen dem Mittelstrang und seinen ihn außen
umgebenden Strängen angeordnet ist.
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Das Kabel 130 von Fig. 8 enthält ein Fadenbündel 132 aus Endlosfasern
aus aromatischem Polyamid, wie in bezug auf die Ausführungsform von Fig. 1-3 bescrieben,
der als Kern dient, mit drei im wesentlichen gleichen Strengen 134, die einen Kern
132 umschließen. Die Stringe 134 werden in einer schraubenförmigen Verdrillung relativ
zu dem Kern 132 gelegt, wobei jeder Strang 134 neun im wesentlichen gleiche innere
Metalldrähte 13r, mit kleinem Durchmesser aufweist,
die den Strangkern
umgeben, sowie neun äußere Metalldrähte 138 mit größerem Durchmesser, die das umgrenzende
Umhüllungselement bilden. Weiche, zusammendrückbare, eine geringe Dehnung aufweisende,
leichte, durchgehende Fasern aus aromatischem Polyamid, die den Fasern des Kernes
jedes einzelnen Stranges 134 gleichen, sind zwischen den inneren und äußeren Schichten
von Drähten 136 und 138 vorgesehen.
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Noch ein weiteres Verbundkabel 140 ist in Fig. 9 dargestellt, wobei
ein Kern 142 aus einem Bündel von eine geringe Dehnung ausweisenden, leichten, durchgehenden
Fasern mit einem hohen Verhältnis von Zugfestigkeit zu Dichte in Form von Endlosfäden
aus aromatischem Polyamid gebildet ist. Sechs im wesentlichen gleiche Metallstränge
144 umgeben den Kern 142 und sind schraubenförmig um das Kernbündel von Endlosfäden
herumgelegt. Jeder Strang 144 hat sechs im wesentlichen gleiche Metalldrähte 146,
die ihrerseits in einer einzigen Schicht in einer schraubenförmigen Verdrillung
um einen Mittelkerndraht, der in derselben Weise wie die umgebenden Drähte ausgeführt
ist, herumgelegt sind. Die zusätzlichen Schichten könnten selbstverständlich auch
um die äußere Metallumhüllung herumgelegt sein, wie in Fig. 6 dargestellt.
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Fig. 10 zeigt noch eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei
welcher ein Kabel 150 einen Kern 152 hat, der aus einem Bündel von parallelen, unverdrillten
KEVLAR-Fasern besteht, die von einer Metallumhüllung umgeben sind, welche sechs
Stränge 154 aufweist, die schraubenförmig um den Kern 152 herumgelegt sind. Jeder
Strang 154 gleicht der
oben beschriebenen Ausführungsform von Fig.
9.
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Entsprechende Ergebnisse können erzielt werden, wenn ein Kabel nach
der Erfindung hergestellt wird, das die oben beschriebenen außergewöhnlichen Zugfestigkeitseigenschaften
aufweist und bei welchem die drahtartigen Teile des Verbundkabels aus irgendeinem
geeigneten Metall bestehen. Die folgenden besonderen Werkstoffe oder Kombinationen
von Werkstoffen kommen in Betracht: verzinkter Stahl, schweißbarer Gußstahl, Gußstahl,
verbesserter Gußstahl, verbesserter Spezialgußstahl, unlegierter Stahl und andere
Werkstoffe, wie beispielsweise "Monel", Aluminium, Kupfer, Phosphorbronze und ahnliche
Werkstoffe und/oder Legierungen.
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Die Erfindung schafft somit ein Kabelherstellungsverfahren, das nicht
nur wirtschaftlich und relativ einfach mit wirtschaftlichen Kosten durchführbar
ist, sondern daß sich ergebende Produkt ist ein Kabel, welches mit dem Kern aus
weichem, unverdrilltem, parallelem Endlosfaden in besonderer Weise mit seiner Stahlumhüllung
kompatibel ist und eine Zugfestigkeit, eine geringe Dehnung und einen leichten Körper
ergibt, was nie zuvor durch irgendeine bekannte Kombination von Metalldrahtumhüllung
mit einem Kern aus organischer Faser erzielt worden ist. Das Kabel nach der Erfindung
eignet sich zwar insbesondere zur Verwendung als Abspanndraht und für andere ähnliche
Verwendungszwecke, bei welchen die außergewöhnlichen Zugfestigkeitseigenschaften,
die durch das Kabel nach der Erfindung erzielt werden, am besten genutzt werden,
das Kabel ist jedoch außerdem für
eine Vielzahl unterschiedlicher
Verwendungszwecke in der Industrie, bei der Marine und beim hobby verwendbar, und
zwar beispielsweise zum Verstauen, Fesseln, Heben und Schleppen. Bei Verwendung
eines Kabels nach der Erfindung kann dieses nun einen kleineren Durchmesser haben,
um dieselbe Arbeit bei einer Reißfestigkeit zu leisten, die bislang nur mit einem
dickeren herkömmliclicn Kabel von viel größerem Gewicht erzielbar ist.
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L e e r s e i t e