DE2829205A1 - Metallseil - Google Patents

Metallseil

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DE2829205A1 DE19782829205 DE2829205A DE2829205A1 DE 2829205 A1 DE2829205 A1 DE 2829205A1 DE 19782829205 DE19782829205 DE 19782829205 DE 2829205 A DE2829205 A DE 2829205A DE 2829205 A1 DE2829205 A1 DE 2829205A1
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Description

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22
U.V. BEKAERT S.A., L§o Bekaertstraat 1, 8550 Zwevegen,
Belgien
Metallseil
Die Erfindung betrifft ein Metallseil zur Verwendung als Verstärkung, insbesondere zum Versteifen deformierbarer Artikel aus gummiartigem Material, wie beispielsweise Luftreifen, Förderbänder und Druckschläuchen. Es ist aber auch zum Verstärken praktisch steifer synthetischer Materialien, wie beispielsweise Polyester, verwendbar.
Bei ihrer Verwendung zum Versteifen deformierbarer Artikel, wie die eben aufgezählten, sind solche Metallseile starken Zugspannungen, Biegebelastungen, axialer Kompression, innerer Abnützung, Korrosion, Ermüdung und anderen Belastungen ausgesetzt.
Ein Beispiel für ein Metallseil zu diesem Zweck ist in der GBPS 1054327 gezeigt.
In manchen Verwendungsfällen ist eine verbesserte Gummidurcn— dringung günstig, um eine Adhäsionsstöfung mit dem daraus folgenden Vordringen von Korrosion entlang den einzelnen Verstärkungsseilen und der resultierenden vorzeitigen Zerstörung des verstärkten Körpers zu vermeiden. Dieser Typ einer Verstärkung gewährleistet auch ein besseres Haften der Verstärkungsseile an der Grundmasse bei Verwendung in steifen Materialien. Diese Schwierigkeit wird in dünnen Seilen durch eine 2 + 7 Konstruk-
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tion vermieden. Seile, die aus drei Fadenlagen bestehen, leiden, soweit sie derzeit im Gebrauch sind, noch unter diesem Problem, insbesondere im Bereich mittelfester Seile, die aus 15 bis 27 Fäden bestehen.
Gemäß der Erfindung wird ein Metallseil vorgesehen, das aus wenigstens 15 Fäden besteht, eine Seele aus 2 bis 4 miteinander verdrillten Fäden, ferner eine Zwischenlage, die um die Seele gewunden und mit dieser in Kontakt ist, und eine äußere Lage von Fäden aufweist, die um die Zwischenlage gewunden und mit dieser in Kontakt ist, wobei die Zwischenlage und die äus-Bere Lage jeweils einen Freiraum (nach der noch zu definierenden Bedeutung) von 14 bis 25 $> hat. Die erfindungsgemäßen Seile sind folglich ohne Zentrum. Dies ist von besonderer Bedeutung bei Seilen, die zur Verwendung in gummiartigen Artikeln bestimmt sind.
Der Ausdruck "Freiraum" soll hierin den proportionalen Anteil des die Achsen der Fäden in einer Lage enthaltenden Kreisumfangs, welcher nicht von den Fäden besetzt ist, d.h. aus Zwischenräumen zwischen den Fäden besteht, bedeuten.
Die Erfindung ist auch noch auf einen deformierbaren Artikel aus einem gummiartigen Material gerichtet, der mit einem oder mehreren erfindungsgemäßen Seilen verstärkt ist. Ferner sieht die Erfindung einen Artikel aus einem starren synthetischen Material vor, der mit einem oder mehreren erfindungsgemäßen Seilen verstärkt ist.
Das Seil besteht vorzugsweise aus bis zu 27 Fäden.
Die Fäden sind vorzugsweise Stahldrähte mit einem Durchmesser von etwa 1 mm oder weniger und vorzugsweise von 0,10 bis 0,40 mm, am günstigsten von zwischen 0,15 und 0,28 mm, die mit einer dünnen Schicht aus Messing oder einem anderen geeigneten Material überzogen sind. Die Erfindung ist auch besonders auf Sei-
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-ti
le aus Stahldrähten anwendbar, insbesondere hochkohligen Stahldrähten, die eine Bruchdehnung zwischen 1 # und 4,5 $> haben. Die Drähte sind vorzugsweise mit einem Material überzogen, das die Haftung der Drähte an dem zu verstärkenden Material, beispielsweise Gummi, verbessert.
Die Fäden, aus denen die Seile bestehen, sind vorzugsweise gleich, doch können die Fäden der äußeren Lage auch etwas dünner sein als die Fäden der Seele und der Zwischenlage; in diesem Fall werden in der äußeren Lage mehr Fäden gebraucht als dies der Fall wäre, wenn die äußere Lage aus Fäden der gleichen Größe wie die Fäden der Seele und der Zwischenlage bestünde. Umgekehrt können die Fäden der äußeren Lage auch dicker sein als die übrigen Fäden und in diesem Fall sind für die äußere Lage entsprechend weniger Fäden erforderlich.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnung. Darin zeigen:
Fig.1 eine gebräuchliche Seilkonstruktion mit drei Lagen;
Fig.2 ein Verfahren zum Messen des Durchdringungsgrades des Gummis;
Fig.3 eine perspektivische Ansicht einer 2+7 + 12+1 Konstruktion;
Fig.4 eine Schnittansicht einer 3+8+12 Konstruktion.
Fig.1 zeigt ein Beispiel einer gebräuchlichen Konstruktion zum Bestimmen des möglichen Freiraums zwischen den Fäden. Zur besseren Übersichtlichkeit sind nur einige der Fäden dargestellt. Rund um die Achse 1 ist eine erste Lage von Fäden 2 angeordnet, deren Achsen auf einem ersten Teilkreis 3 liegen. Rund um diese Seele ist eine zweite Lage von Fäden 4 angeordnet, deren Achsen auf einem zweiten Teilkreis 5 liegen. Rund um diese zweite Lage ist eine dritte Lage von Fäden 6 angeordnet, deren Achsen
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auf einem dritten Teilkreis 7 liegen. Die Fadenquerschnitte sind zwar als Kreise gezeichnet, doch ist der tatsächliche Querschnitt der Fäden etwas oval, wobei die längere Achse von dem Lagewinkel und dem Durchmesser des betreffenden Teilkreises abhängt und die kürzere Achse als gleich der Fadenstärke angesehen wird. Diese Korrektur muß eingeführt werden, um den Zwischenraum in den folgenden Drahtlagen zu bestimmen.
Wie in Fig.1 gezeigt, können mehrere Fäden auf den betreffenden Teilkreisen angeordnet sein. Daher ist die maximale Fadenzahl durch geometrische Überlegungen bestimmt und jeder Faden überdeckt einen Winkel des betreffenden Teilkreises von 2 σ oder 2 cf1 oder 2 cf".
Der Freiraum zwischen den Fäden der Lage ist definiert als derjenige Teil des Teilkreises, der nicht durch Fäden bedeckt ist, ausgedrückt als Prozentsatz des gesamten Umfange des betreffenden Teilkreises. Für die Seele ist der Freiraum stets null. Der Durchmesser des zweiten Teilkreises muß dreimal so groß sein wie der Fadendurchmesser, wenn die Seele aus 2 Fäden besteht, bzw. 3,16 mal, wenn die Seele aus 3 Fäden besteht, und 3,41 mal, wenn die Seele aus 4 Fäden besteht und wenn alle Fäden die gleiche Solldicke haben.
Bin spezifisches Merkmal der Erfindung besteht jedoch darin, den Freiraum in den beiden äußeren Lagen auf zwischen 14 $ und 25 #, vorzugsweise zwischen 20 $> und 24 $> zu beschränken. Diese Zahlen beruhen auf den nominellen geometrischen Gegebenheiten der Konstruktion. Die untere Grenze ist von Bedeutung für die Durchdringung, die obere Grenze für die konstruktionstechnische Stabilität. Eine Konstruktion mit einer inneren Lage oder Seele aus drei Fäden kann demgemäß von einer Lage aus 8 Fäden umgeben sein, die einen Freiraum von etwa 16 y« zeigt. Eine umgebende dritte Lage aus zwölf Fäden läßt einen Freiraum von etwa 23,4 # offen. Diese Konstruktion zeigt außerdem her-
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vorragende Gummidurchdringungseigenschaften.
In diesem praktischen Beispiel haben alle Fäden die gleiche Dicke von z.B. 0,22 mm. Die Benennung der Seilkonstruktion lautet folglich 3 + 8 + 12 σ 0,22. Um die Dicke des Seils zu begrenzen, können die äußeren laden eine Dicke von nur 0,20 mm haben. In diesem Fall wird die Benennung der Konstruktion 3 + 8 χ 0,22 + 14 x 0,20. Der Freiraum ist dann für die beiden äußeren lagen 16 # bzw. 17t5 $>· Es ist auch möglich, für die inneren Lagen dünnere Fäden zu nehmen. So kann als mögliches Beispiel 3 + 8 χ 0,22 + 11 χ 0,25 vorgeschlagen werden mit einem Freiraum von 16 fS bzw. von 22,4 #, doch ist dies ein Kompromiß zwischen dem Ermüdungsverhalten und der Wirtschaftlichkeit.
Was die längen und Richtungen der Lagen angeht, so werden übliche Werte verwendet; so hat in einem speziellen Fall die Seele eine S-Lagenlänge von 5 mm, d.i. die axiale Länge einer Windung der Schraube; die Zwischenlage hat eine S-Lagenlänge von 10 mm und die äußere Lage eine Z-Lagenlänge von 15 mm. Eine zusätzliche Spiralwicklung von 0,15 mm kann mit einer 3»5 mm S-Lagenlänge angebracht werden. Selbstverständlich kommen in dieser Hinsicht alle verschiedenen Kombinationen in Betracht.
Die'Verwendung einer gleichen Spiralwicklung ist allgemein üblich, um die Kompressionsfestigkeit zu erhöhen und die Abflachungstendenz des Seils zu begrenzen, wobei zugleich die Länge der Seillage größer werden kann.
Nachstehend ist eine ausgewählte Gruppe I von Konstruktionen aufgeführt, die auf Fadenstärken von 0,22 mm und 0,20 mm beruhen. In entsprechender Weise können andere Seilkonstruktionen entworfen werden, die aus anderen Fadenstärkekombinationen zusammengesetzt sind* In den angefügten Spalten ist der betreffende Freiraum in der zweiten und in der dritten Fadenlage angegeben· Eine zweite Gruppe II gibt einige weniger günstige Kon-
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■4-
struktionen im Vergleich mit einer herkömmliehen 3+9+15 χ 0,22 Konstruktion III wieder.
Gemäß der Erfindung ist eine Seele aus 4 Fäden allgemein nur brauchbar, wenn ihre Stärke geringer als 0,18 mm ist; die gezeigten Beispiele sind in größeren Stärken gegeben, um die Konstruktionsmerkmale mit den Gegenständen der Gruppe I auf der gleichen Basis vergleichen zu können.
Selbstverständlich ändern sich die Freiräume mit Änderungen der Fadenstärke und Lagenlänge·
2 + 7 + 12 χ 0,22
2 + 7 x 0,22 + 13 x 0,20
2 + 7 x 0,22 + 14 x 0,20
3 + 8 + 12 χ 0,22
3 + 8 + 13 x 0,22
3+8 χ 0,22 +Hx 0,20
3 + 8 χ 0,22 + 11 χ 0,25
II 4 + 8 + 13 x 0,22
4 + 8 χ 0,22 + 14 x 0,20 4 + 8 χ 0,22 +15 x 0,20
III 3 + 9 + 15 x 0,22
Lage Freiraum
2. 3. Lage
22 ,6 $> 21 Ji
22 ,6 9» 21 ji
22 * 14,9 9s
16 23,4 Ji
16 JC 17,0 jS
16 Ji 17,5 Ji
16 22,4 i
22 Ji 20,7 9«
22 . Ji 21,1 Ji
22 15,5 96
5,5
3,8
Das Durchdringungsvermögen für Gummi wurde ermittelt auf dem Weg über den Luftdruckwiderstand vulkanisierter Proben entlang der Seilachse.
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Pig.2 zeigt das Meßprinzip für diese Durchdringung. Unter 8 ist ein zylindrischer Gummistab 220 mm lang und 15 mm dick dargestellt. Ein Seilstück 9» das geprüft werden soll, ist in die Mitte des Gummistabes vor dem Vulkanisieren eingeführt worden. Während des Vulkanisierens wird an den Gummi ein Druck von etwa 150 M/cm angelegt, wobei Zeit und Temperatur so" gewählt werden, daß man zwischen 95 und 99 # der Verzweigungsreaktionsfähigkeit der Masse erzielt. Die Vorspannung des Seils war gerade ausreichend, um es während des Vulkanisierens gestreckt zu halten und betrug etwa 2 $ der Bruchbelastung des Seils.
Die beiden Enden des Probenstabes waren dichtend an den beiden Druckmeßköpfen 10 und 11 angefügt. Auf der einen Seite wurde durch einen Einlaß 12 ein Gasdruck angelegt. Am anderen Ende zeigt ein Meßinstrument 1? an, ob nach allmählichem Ansteigen des Druckes, das von einem Meßinstrument 14 aufgezeichnet wird, der Druckfühler 11 ebenfalls einen Druckanstieg über den atmosphärischen Druck feststellt.
Das Druckverhältnis wird als Anzeige für das Durchdringungsverhalten der Konstruktion angesehen, wobei eine hohe Druckdifferenz eine hohe Durchdringung bedeutet. Es wird auch angenommen, daß eine perfekte Durchdringung bedeutet, daß die lükken zwischen den Fäden vollständig mit Gummi ausgefüllt sind. Dies ist bei den höchsten Druckquotienten mehr oder weniger der Fall.
Nachstehend sind einige Konstruktionen in der Reihenfolge der besten Gummidurchdringung aufgeführt.
Freiraum Nr. Konstruktion 2.-Lage 3· Lage
1) 2 + 7 + 12 χ 0,175 + 0,15 23,2 21,8
2) 3 + 8 + 12 χ 0,175 + 0,15 16,4 24
3) 3 + 8 + 13 x 0,175 + 0,15 16,4 17,7
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Άο
Freiraum 3. Lage
2. Lage 21,4
22,6 15,3
23,2 21,8
12,3 15,3
12,3
Nr. Konstruktion
4) 4+8+13 x 0,175 + 0,15
5) 2 + 7 + 13 x 0,175 + 0,15
6) 2 + 8 + 12 + 0,175 + 0,15
7) 2 + 8 + 13 x 0,175 + 0,15
8) 3 + 9 + 15 x 0,175 + 0,15
Alle Konstruktionen haben die gleiche Länge und Richtung der Lagen und sind mit dem gleichen Verfahren hergestellt.
Von Nummer 4 an ist der Durchdringungsgrad nicht optimal und von Nummer 6 an ist der Durchdringungsgrad schlecht und ungenügend. Es liegt auf der Hand, daß Änderungen im Herstellungsprozeß auch die relative Reihenfolge der Durchdringung der betreffenden Konstruktionen in gewissem G-rad ändern können und das spezielle Verhalten einer neuen Konstruktion muß festgeetellt werden.
Als weitere Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung zeigt Pig.3 ein Seil 15 mit einer Seele aus zwei Wa den 16, die miteinander in einer S-Lage verdrillt sind, ferner mit einer Zwischenlage aus sieben Fäden 17, die in einer S-Lage rund um die Seele gelegt sind, und mit einer dritten Lage aus zwölf Fäden 18 in einer Z-Lage über den vorherigen. Ein zusätzlicher dünner Faden 19 ist fest mit einer kurzen Steigung rund um dieses Seil gewickelt, um der Konstruktion bessere Stabilität zu verleihen.
Fig.4 zeigt eine andere Anordnung von Fäden. Die Seele besteht hier aus drei Fäden 20, die Zwischenlage aus acht Fäden 21 und die äußere Lage aus dreizehn Fäden 22. Zwischen den Fäden jeder Lage ist etwas Raum gelassen, um die Gummimasse eindringen zu lassen.
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Überraschend wurde festgestellt, daß die totale Gummidurchdringung von der inneren Lagenanordnung des Seils und auch von der äußeren Lagenanordnung abhängt, und deshalb sind zweckmäßigerweise einige zusätzliche Bedingungen zu erfüllen: Die Seele soll vorzugsweise zwei Fäden enthalten, so daß dieser Strang kein Loch in der Mitte hat. Die Fäden sollen vorzugsweise alle die gleiche Dicke haben, weil beim Biegen unter Zug unterschiedliche Fäden sich relativ zueinander bewegen und als einzelne individuelle Balken wirken. Doch umfaßt die Erfindung auch Seile, in denen die Fadenstärke aus geometrischen Gründen in der äußeren Lage um etwa 10 Prozent erhöht oder herabgesetzt ist.
Eine beachtliche Gummidurchdringung erhält man noch, wenn die Seele drei Fäden mit einer Stärke unter etwa 0,25 mm umfaßt, und sogar vier Fäden, falls die Fadenstärke auf höchstens etwa 0,18 mm begrenzt ist. Der Grund für diese Beschränkung ist, die Abmessungen des Mittenloches auf einem Minimum zu halten in Übereinstimmung mit der Viskosität der gewöhnlichen verfügbaren Gummimassen bei Vulkanisierungstemperatur.
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Leerseife

Claims (11)

  1. Ansprüche
    M »JMetallseil, dadurch gekennzeichnet, daß es aus wenigstens 15 Fäden besteht, eine Seele aus zwei bis vier miteinander verdrillten Fäden, eine um die Seele gewundene und mit dieser in Kontakt stehende Zwischenlage und eine äußere Lage von um die Zwischenlage gewundenen und mit dieser in Kontakt stehenden Fäden hat, und daß die Zwischenlage und die äußere Lage jeweils einen Freiraum zwischen 14 und 25 # haben.
  2. 2. Seil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es aus bis zu 27 Fäden besteht.
  3. 3. Seil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden alle gleich sind.
  4. 4. Seil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden eine Bruchdehnung von zwischen 1 $ und 4,5 7° haben.
  5. 5. Seil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden aus hochgekohltem Stahl sind.
  6. 6. Seil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Freiraum zwischen 20 $> und 24 # liegt.
  7. 7. Seil nach einem der Ansprüche 1, 2, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Seele aus zwei.Fäden (16) besteht, die Zwischenlage aus sieben Fäden (17) der gleichen Stärke wie diejenigen der Seele und die äußere Lage aus entweder zwölf Fäden (18) der praktisch gleichen Stärke, wie die Fäden der Seele und der Zwischenlage haben, oder aus dreizehn oder vierzehn Fäden mit einer annähernd 10 fo. geringeren Stärke als diejenige der Fäden in der Seele und der Zwischenlage.
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    ORIGINAL INSPECTED
  8. 8. Seil nach einem der Ansprüche 1, 2, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Seele aus drei Fäden (20) besteht, die Zwischenlage aus acht Fäden (21) der gleichen Stärke wie bei den Fäden der Seele und die äußere Lage aus entweder elf Fäden mit einer etwa 10 $> größeren Stärke, als die Fäden der Seele und der Zwischenlage haben, oder zwölf oder dreizehn Fäden (22) mit etwa der gleichen Stärke wie diejenige der Fäden in der Seele und der Zwischenlage ,
    oder vierzehn Fäden mit einer etwa 10 $ geringeren Stärke als die der Fäden in der Seele und der Zwischenlage.
  9. 9. Seil nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Faden (19) geringerer Dicke als die Fäden des Seils, der fest rund um das Seil gewickelt ist.
  10. 10. Deformierbarer Artikel aus einem gummiartigen Material, dadurch gekennzeichnet, daß er mit mindestens einem Metallseil nach einem der vorangehenden Ansprüche verstärkt ist.
  11. 11. Artikel aus einem starren synthetischen Kunststoffmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß er mit mindestens einem Metallseil nach einem der Ansprüche 1 bis 9 verstärkt ist.
    809883/0943
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