DE3329286A1

DE3329286A1 - Mit faserverstaerktem kunststoff impraegniertes drahtseil

Info

Publication number: DE3329286A1
Application number: DE19833329286
Authority: DE
Inventors: Warren W. Chicago Ill. Rasmussen; Peter P. Riggs; Neville H. Simpson
Original assignee: Amsted Industries Inc
Current assignee: Amsted Industries Inc
Priority date: 1982-02-08
Filing date: 1983-08-12
Publication date: 1985-02-28
Also published as: CA1200163A; GB2144457B; GB8321166D0; US4422286A; DE3329286C2; GB2144457A; AU553259B2; AU1750983A

Description

BESCHREIBUNG:

Vorliegende Erfindung bezieht sich auf mit Thermoplasten oder Elastomeren imprägnierte und geschmierte Drahtseile, genau gesagt auf das Verstärken und .Füllen des thermoplastischen oder elastomeren Ϊ aterials mit diskontinuierlichen, vorvorteilten -^?asern, 1. ineralfüllern oder Pulvern.-

"|0 In Bezug auf die Verstärkung von thermoplastischen Polymerisaten oder Elastomeren existiert eine nahezu endlose Reihe von Lösungsvorschlägen. Ein sehr häufig verwendetes Verstärkungsmaterial ist Glasfaser, obwohl Pasern mit besseren Eigenschaften, wie beispielsv/eise Kohlefasern und Aramid, wachsende i.'arktanteile erobert haben. Auch mineralische Verstärkungsmaterialien, die oft nur als Füllmaterialien oder Extender verwendet werden, können bestimmte Eigenschaften des Bacispolymerisates verbessern. Verstärkungsmaterialien führen zu einer Erhöhung der Zugfestigkeit, wenn sie bei einem Basisharz Verwendung finden, und Verstärkuiigsmaterialien und Füllmaterialien erhöhen den Biegemodul, wobei Verstärkungsmaterialien zu größeren Anstiegen desselben führen. Auch wird die Schlagfestigkeit durch.

Verstärkungsmaterialien verbessert. Füllmaterialien und Verstärkungsmaterialien verbessern die thermischen

Eigenschaften, wobei die Verstärkungsmaterialien wiederum zu größeren Anstiegen derselben führen.

Des weiteren führen Verstärkungsmaterialien und Püllmaterialien zu einer Reduzierung des Schrumpfens von Thermoplasten und Elastomeren, so daß man ein formbeständigeres Material erhält. Verstärkte Thermoplasten schrumpfen jedoch in Fließrichtung weniger ■ als in der senkrecht dazu verlaufenden Pachtung. Diesea Verhalten wird als anisotropes Schrumpfen bezeichnet.

Es ist nachgewiesen worden, daß es eine minimale Faserlänge gibt·, die ein von einem kontinuierlichen Eystem zur Verfügung gestelltes Verstärkungsmaß aufnehmen kann, ohne daß dabei die Formbarkeit des ther-

'ϊ moplastisehen oder elastomeren Harzes nachteilig beeinflußt wird. In Bezug auf den wichtigen Aspekt der Fasergröße haben Labortests, bei denen ein flexibles thermoplastisches Material zwischen den äußeren Strängen eines Seiles unter Druck e>trudiert wurde, zu dem Ergebnis geführt, daß bei Querschnitten oder Wanddicken des kunststoffs,die geringer sind als 1,27 mm, eine Annäherung an eine eindimensionale Verstärkung erfolgt, da die Dicke geringer ist als die Faserlänge, was zu einer Verstärkten Ausrichtung entlang der Injektionsachse führt. Nahezu alle Fasern sind in Fließrichtung ausgerichtet, was 957° der maximalen Verstärkung ausmacht. Diese Fließrichtung verläuft senkrecht zur Seilachse zwischen den äußeren Strängen und dann parallel zur Seilachse auf dem mit dem Seilkern in Kontakt stehenden Kunststoff. Wenn jedoch Vifenddicken zwischen 1,27 mm und 6,35 mm Verwendung finden, wird eine planare Verstärkung an Stelle einer eindimensionalen Verstärkung erzielt. Dies' bedeutet, daß die Hälfte der Fasern in einer Richtung ausgerichtet ist, wäh-

2^rj rend die andere Hälfte in der senkrecht dazu verlaufenden Richtung axisgerichtet ist. Hierbei werden 50$ der maximalen Verstärkung erhalten, die eraeLcht wird, wenn alle Fasern in Fließrichtung ausgerichtet sind.

An bestimmten Thermoplasten durchgeführte Tests haben ergeben, daß die Zugfestigkeit des Harzes durch den Zusatz von 5$ Glasfaser um mehr als 50fo .von 689 auf 1.104 bar erhöht werden konnte. Wenn der Anteil des Verstärkungsmaterials auf 5$ oder mehr erhöht wurde, konnte die Izod-Schlagfestigkeit um 50'fo, die Biegefestigkeit um 22/5 und der Biegemodul um 100)$ erhöht werden.

Gegenwärtig existiert eine Vielzahl von kunststoffimprägnierten Drahtseilen, die zum Zwecke der Verbesserung der Ermüdungsdaver, der Ifeduzierung von Spannungen und der Korrosionsverhinderimg imprägniert worden sind. Derartige Geile sind "beispielsweise in den US-PS¹ en 3 £24 777, 3 874 158 und 4 120 145 beschrieben. Es werden hierbei größere Vorteile erzielt, wenn der Thermoplast oder der Elastomer, mit dem das Seil imprägniert ist, verstärkt wird.

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines gutgeschmierten Drahtseiles zur Verfügung, welches Seil mit einem lasttragendon Thermoplast oder Elastomer imprägniert ist, so daß das viskose Schmiermittel in den Strängen und im Kern eingeschlossen ist. Der Thermoplast oder Elastomer wird mit diskontinuierlichen, vorverteilten Fasern, mineralischen Füllmaterialien oder Pulvern verstärkt. Derartige mineralische Füllmaferialien und Pulver können Graphit oder Talk umfassen. Darüberhinaus kann der Thermoplast oder Elastomer ein Schmiermittel aufweisen. Dei" Aussendurchmesser des Kunststoffimprägnierten Seiles ist an den Aussendurchmesser des nackten Drahtseiles angepaßt oder kann sich über den Aussendurchmesser des Teiles hinr.us erstrecken. Das durch dieses Verfahren hergestellte Drahtseil besitzt normalerweise einen glatten Aussenuiafang mit einer erhöhten lagerflache.

Erfindungsgeraäß wird ferner ein Drahtseil vorgeschlagen, das einen geschmierten Kern mit einem mittleren Strang und einer Vielzahl von äußeren. Kern st rängen, die um den mittleren Strang herumgewickelt sind, eine Violzahl von äußeren Strängen, die um den lern herumgewickelt sind, und ein flexibles verstärktes thermoplastisches Harz oder einen Elastomer, das bzw. dor die liäume zv/ischen den äußeren Strengen füllt, um das Schmiermittel im Kern und in den Strängen zu halten, umfaßt, wobei der

Außendurchmesser des verstärkten thermoplastischen HarzeQ oder Elastomeren im wesentlichen an den Aussendurchaiesser des Seiles angepaßt ist oder sich über den Aus sen durchmesser des Seiles hinaus, erstreckt.

3rfindungsgemäß wird ferner ein Drahtseil mit einem geschmierten Kern, der einen mittleren Strang und eine Vielzahl von herumgewickelten äußeren Strängen umfasst, und einem flexiblen verstärkten Thermoplasten oder Elastomeren, der die Räume zwischen den äußeren Kernsträngen füllt, um das Schmiermittel im Kern zu halten, vorgeschlagen, bei dem der Aussendurchiaesser des verstärkten Thermoplasten oder Elastomeren im wesentlichen an den Auüsendurchmesser des Kernes angepaßt ist und bei dem eine Vielzahl von Strängen um den Kern herumgewickelt sind.

Die erfindungsgemäße Kunstoff- oder Elastomer-*- Imprägnierung des Drahtseiles kann durch Extrudieren eines flexiblen Thermoplasten oder Elastomeren unter Druck in die Zwischenräume äos Seiles erreicht werden. Während des Extrudierens unter Druck wird die PaserverStärkung oder das mineralische füllmaterial in einer Konzentration von 0 - 50>o je nach der Natur des Harzes und der gewünschten Eigenschaften des Seiles eingeführt.

Die Imprägnierung eines geschmierten Drahtseiles mit verstärktem Kunststoff oder einem Elastomeren in der erfindungsgewäß durchgoführten Art und Weise führt zu einer beträcltlichen l^höhung der Zugfestigkeit des Drahtseiles, zu einem instieg der Biegefestigkeit und des iJiegemodüls des Drahtseiles, zu einer Verbesserung der Druckfestigkeit, und es wird verhindert, daß abrasive Fremdpartikel in das Seil eindringen. Ferner wird die

3L'· Lebensdauer des L-chmiermittels innerhalb des Seiles verlängert, und es wird eine Matrix gebildet, die die ein-• /5

- EinStränge trägt und diese relativ zueinander in ihren Positionen fixiert. Der verstärkte Kunststoff oder Elastomer dringt in alle Räume zwischen den ε tr fingen ein, und der unabhängige Drahtseilkern reduziert den inneren Strangkontakt zwischen dem Korn und den äußeren Strängen und den mehrseitigen Strangkontakt. Darüberhinaus weist ein gutgeschmiertes Drahtseil, das mit verstärktem IC unststoff oder einem Elastomer imprägniert ist, so daß die äußeren Stränge im Abstand voneinander gehalten werden, ein extrem gutes Widerst an ds vermögen gegenüber Ermüdungen und eine Erhöhte Zugfestigkeit auf, was auf die axiale Ausrichtung der Faserverstärkung und die Reduzierung des inneren Ctrcnf:- kontaktes zurückzuführen ist, wobei jedoch die j-'lexibilitat erhalten wird.

Erfindungsgemäß kann auch ein pulverisiertes Verstärkungsmaterial dem Kunststoff zugesetzt werden. Durch einen derartigen Zusatz wird die Druckfestigkeit des Kunststoffs und somit die des Drahtseiles vorbessert.

Schließlich beinhaltet die Erfindung die Zugabe eines Schmiermittels zu dem Thermoplast oder Elastomer. Dieses Schmiermittel bringt die innere Reibung auf ein Mi-η inn am und verbessert die Ermüdungs- und Korrosionsfestigkeit . für das Drahtseil.

Die Abmessungen der einzelnen Stränge, des Kernes und des fötigen Drahtseiles sind die gleichen wie bei einem Standardseil ohne irgendeine Beschichtung. Dies stellt ein besonders wichtiges Merkmal dar, da die meisten Seile bestimmten ^estigkeits-Größen-Anforderungen in Bezug auf die Ausgestaltung von Maschinen/ Seilscheiben ausgesetzt sind. Ein weiterer Vorteil besteht in einer Reduzierung der Drahtkerbeffekte und der

inneren lieibung, da die auf die Kern stränge einwirkende Last im wesentlichen gleichmäßig durch die im Abstand angeordneten Innendrähte verteilt wird.

Die Erfindung wird nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen in Verbinduiidung mit der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Sämtliche gezeigten und beschriebenen Teile können dabei von erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Es zeigen:

Figur 1 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform eines Drahtseiles, das in der erfindungsgemäßen Weise mit einem verstärkten Kunststoff oder Elastomeren imprägniert ist;
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Figur 2 einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäß mit einem verstärkten Kunststoff oder Elastomeren imprägnierten Drahtseiles; und

.Figur 3 einen Querschnitt durch eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäß ait einem verstärkten Kunststoff oder Elastomeren imprägnierten Drahtseiles.

Figur 1 zeigt ein herkömmlich aufgebautes Drahtseil 10, c'3 bei dem einzelne Drähte 12 zu Strängen 14 gewickelt sind und eine Vielzahl von Strängen um einen Kern 16 gewickelt ist, der ebenfalls vorzugsweise aus einem mittleren Strang 17 und einer Vielzahl von äußeren Kernsträngen 18 gebildet ist. Der mittlere Strang 17 oder der Kern 16 können auch aus einem Pasermaterial, wie beispielsweise Hanf, bestehen, so daß die in der Zeichnung dargestellten Metalldrähte nicht unbedingt verwendet werden müssen.

Bei der Herstellung eines derartigen geschmierten Drahtseiles werden die Stränge um den Kern gewickelt, und es wird ein Schmiermittel auf den Kern und die

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Stränge aufgebracht. Das beschmierte Drahtseil wird dann auf eine Temperatur im Bereich von 3o bis 14ü vorerhitzt.

Ein flexibles thermoplastisches oder elastomeres Material 22, äas entweder mit Fasern, mineralischen Füllstoffen oder Pulvern verstärkt ist, wird unter Druck extrudiert, vorzugsweise in einem Bereich von etwa. 103 - 345 bar, und zwar dann, wenn die Strände 14 im Abstand voneinander gehalten werden, in die Zwischenräume zwischen den Strängen 16 den Seiles, jedoch nicht nach aussen über die äusseren diametralen Grenzen des Seiles 10 hinaus, wie bei 2.6 angedeutet. Das verstärkte thermoplastische Vaterial kann irgendein Material sein, das stranggepreßt werden kenn, wie beispielsweise Polypropylen, Polyurethan, Polyäthylen, Nylon, PVC oder Polytetrafluorethylen. Das verstärkte elastomere Material kann Kautschukarten, wie beispielsweise Nitril - oder T3utylkautschult, umfa.secn.

Bei den Yerstärkungsfasern kann es sich um irgendeine metallische oder nichtmetallische Faser mit einem optimalen Faserdurchmesser von 0,01 nun bis 0,127 ϊπϊαι handeln. Bei den Füllmaterialien oder Pulvern kann er:; räch um organische oder anorganische, metallische oder nicht metallische Materialien handeln. Das thermoplastische oder elastomere Material kann des weiteren ein r,eh:.:iorniittel umfassen.

Eine zweite Ausführungsform eines Drahtseiles ist i^vi Figur 2 dargestellt. Bei diesem "eil ist ein mittlerer lernstrang 30 von äusseron Fernsträngen 'VP uageben. Der mittlere Kernstrang "30 und die äusseren I.emstribigo 32 bestehen normalerweise aus metallischen Drähten, können jedoch auch aus Fnsermaterial bestehen. Ein flexibles thermoplastisches Katerial 34, das entweder mit Fasern oder mit mineralischen FüllstοΓι en oder

Pulvern, verstärkt ist, wird, vorzugsweise um den Kern herum extrudiert und erstreckt sich, bis zu den äusseren diametralen Grenzen der äusseren Kernstränge 32. Der mit Kunststoff verkapselte Kern wird dann mit äusseren Strängen umgeben, so daß ein Drahtseil gebildet wird.

Eine dritte Ausführuii^sform eines Drahtseiles ist in Figur 3 dargestellt, hierbei ist ein mittlerer Kern 40, der einzelne Stränge 4t umfasst, von äusseren Strängen 42 umgeben, öle aus einzelnen Strängen 43 bestehen. Der mittlere Kern 40 und die äusseren Strände 4·° bestehen normalürweise aus !'Metalldrähten, können jedoch aus D'asermaterial bestehen. Sin flexibles ther-

1'j moplastisches oder elr.stomeres !-Taterial 44, das entweder mit Fasern oder mit mineralischen Füllstoffen oder Pulvern verstärkt ist, wird vorzugsweise, in das Seil extrudiert und erstreckt sich über die äusseren diametralen Grenzen der äusseren Stränge 42 hinaus.

Claims

PATM TM SPRÜCHE;

1. Drahtseil, gekennzeichnet durch einen geschmierten Kern (16,40), der einen mittleren Strang (17,30) und eine Vielzahl von äusseren Kernsträngen (18,32, 41) umfasst, die um den mittleren Strong herumgewickelt sind, eine Vielzahl von Uusseren Strängen (14,36,42),die um den Kern herumgewickelt sind, und einen Überzug (22,34,44) der mit mineralischen Füllmaterialien oder diskontinuierlichen, vorver- _x teilten Pasern verstärkt ist, die die iiäume zwischen dem Kern und den äussernn Strängen füllen, um das Schmiermittel im Kern (16,4O) und in den äusseren Strängen (14,36,42) zurückzuhalten.

2. Drahtseil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Überzug (22) im wesentlichen bis zum Aussendurchmesser (26) der äusseren Stränge (14) erstreckt.

3. Drahtseil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug (22,34,44) aus einem elastomeren oder thermoplastischen Katerial besteht .

4. Drahtseil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug ferner mit pulverisierten Materialien verstärkt ist.

5. Verfahren zur Herstellung eines Drahtseiles, gekennzeichnet durch die nachfolgenden Schritte:

Wickeln von einzelnen Drähten zu Drahtsträngen, Ausbilden einer Vielzahl von äusseren Strängen um einen geschmierten Korn, so daß ein auο mehreren Strä ngen bestehendes Seil gebildet wird, während die äusseren Stränge mit einem Schmier-" /2

mittel überzogen werden, und Imprägnieren des Seiles mit einem Überzug, der mit mineralischen Füllmateria-Iien oder diskontinuierlichen vorverteilten Fasern verstärkt ist und sich zwischen dem Kern und den äusseren Strängen erstreckt.

u. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Soil
erhitzt wird.

daß das Soil vor dem Überziehen auf 3δ - 14& G vor-

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch, gekennzeichnet, daß ein Überzug hergestellt wird, der aus einem Elastomer oder einem Thermoplast besteht.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug ferner mit pulverisierten Materialien verstärkt wird.