-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Steuerkabel,
und insbesondere auf ein Steuerkabel, welches eine
Flexibilität, einen Lastwirkungsgrad und einen
Hubwirkungsgrad hat, die bemerkenswert sind.
-
Bei klassischen, handbetätigten Feststellbremsen wurden als
Vorrichtung für die Fernsteuerung ein stangenartiger
Verbindungsmechanismus oder ein kettenartiger
Verbindungsmechanismus eingesetzt.
-
Andererseits wurde in einem speziellen technischen Bereich,
zum Beispiel in Untergrundbahnen, bei denen geringe
Einbaumaße und geringes Gewicht stark gefragt sind, ein
Kabel mit der in den Fig. 5 und 6 gezeigten Konstruktion
eingesetzt.
-
Das in den Fig. 5 und 6 dargestellte Steuerkabel ist ein
sogenanntes kugelgelagertes Steuerkabel. Dieses Steuerkabel
enthält eine flache bandartige zentrale Laufbahn (21) mit
konkaven Nuten, welche sich in Längsrichtung erstrecken,
sowie eine Anzahl von Stahlkugeln (22), welche in gleichen
Abständen an den oberen und unteren Seiten der zentralen
Luafbahn (21) angeordnet sind, sowie Sicherungskeile für
die Einhaltung der Abstände der Kugeln (22), ein
spiralförmiges Rohr (25), welches die äußeren Laufflächen
(24) umgibt, und schließlich eine äußere Beschichtung (26),
usw. Bei dieser Art von Steuerkabeln ist die zentrale
Laufbahn (21) ein bewegliches Teil und die Kugeln (22) und
Sicherungskeile (23) bewegen sich ebenfalls um einen halben
Hub der zentralen Laufbahn (21), um den Reibungswiderstand
zu verringern.
-
Das vorstehend beschriebene konventionelle kugelgelagerte
Kontrollkabel hat den Nachteil, daß sein Einsatz begrenzt
ist. Das heißt, es ist schwierig, das Steuerkabel in
dreidimensionaler Form oder in einer verdrallten Anordnung
anzuordnen und außerdem hat es eine geringe Flexibilität,
da die Form der zentralen Laufbahn (21) als bewegliches
Teil flach ist. Der Hub der inneren Laufbahn ist begrenzt,
da ein Freiraum für die Ermöglichung der linearen Bewegung
der Sicherungskeile (23) notwendig ist.
-
Wenn zum Beispiel das Steuerkabel in dreidimensionaler oder
in U-förmiger Form angeordnet ist, neigen die Kugeln dazu,
an eine Seite abgedrängt zu werden, während sich die
zentrale Laufbahn hin- und herbewegt, da der Widerstand der
Kugeln zwischen den oberen und unteren Seiten gegenüber der
zentralen Laufbahn (21) unterschiedlich ist. Daher besteht
die Gefahr, daß die Wirkung der Kugellagerung (Rollkontakt)
schließlich verschwindet und eine Scheuerwirkung zwischen
der zentralen Laufbahn (21) und den Kugeln (22) auftritt
und dadurch die Betätigung verschlechter wird.
-
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein
Steuerkabel vorzuschlagen, das ein gleitendes Innenkabel
und ein Rohr enthält, das die gleiche Belastungskraft, (das
heißt, ein %-Verhältnis zwischen einer Auslaßkraft (W),
welche am anderen Ende eines Kabels erzielt wird, und einer
Einlaßkraft (F), welche auf ein Ende des Kabels
beaufschlagt wird) und den gleichen Hubleistungsgrad
aufweist (das heißt, ein %-Verhältnis zwischen dem
Auslaßhub des anderen Endes des Kabels und einem
Einlaßarbeitshub (einschließlich Hubverlust)) wie das oben
erwähnte kugelgelagerte Steuerkabel und das außerdem leicht
in dreidimensionaler Form angeordnet werden kann.
-
Das erfindungsgemäße Steuerkabel enthält ein inneres Kabel
und ein Rohr, wobei das innere Kabel einen Kern aufweist,
welcher aus einer Vielzahl von verdrallten Drähten gebildet
ist, sowie eine auf dem Kern vorgesehene Abdeckung, wobei
das Rohr ein schlauchförmiges Futter und eine
Abschirmschicht aufweist, die aus einer Vielzahl von
Drähten besteht, die um das Futter angeordnet sind, wie
dies aus der US-A-4 300 408 bekannt ist. Dieses Steuerkabel
wird durch eine Bewicklung, die schraubenförmig mit einem
verbleibenden schraubenförmigen Spalt um die
Abschirmschicht gewickelt ist, und ein den Spalt der
Bewicklung füllendes Füllelement, sowie eine äußere
Schutzschicht, die auf die Bewicklung und das Füllelement
aufgebracht sind, verbessert.
-
Die Abdeckung des inneren Kabels besteht im allgemeinen aus
einer Zusammensetzung aus einem thermoplastischen Harz, wie
zum Beispiel Polyamid, Polyester, Polyazetal, vorzugsweise
Polyhexamethylenadipamid (Nylon 66).
-
Das Futter des Rohres ist ebenfalls generell aus einer
Zusammensetzung aus einem thermoplastischen Harz
hergestellt, wie zum Beispiel Polyester, Polyamid,
Polyazetal, vorzugsweise Polybutylenterephthalat (PBT).
-
Wenn das Material des Futters aus PBT besteht, werden
vorzugsweise Whiskerkristalle von Kaliumtitanat
beigemischt, um die Haltbarkeit durch Erhöhung der
Oberflächenhärte und des thermischen Metamorphosepunktes zu
verbessern. Wenn das Verhältnis der Whiskerkristalle nicht
mehr als 1 Gew.-% beträgt, ist die Haltbarkeit fast die
gleiche, wie bei einem Material ohne Whiskerkristalle. Wenn
das Verhältnis der Whiskerkristalle nicht weniger als 30
Gew.-% beträgt, wird die Haltbarkeit nicht im Verhältnis
der Beimischungsrate vergrößert und die Flexibilität sinkt
deutlich ab. Daher liegt der bevorzugte Bereich des
Beimischungsverhältnisses zwischen 1 bis 30 Gew.-%.
-
Organische Füllmaterialien, wie zum Beispiel Aramidfasern
können dem Material statt der anorganischen Füller, wie zum
Beispiel die Whiskerkristalle von Kaliumtitanat beigemischt
werden.
-
Im Vergleich zu dem klassischen kugelgelagerten
Steuerkabel, ist das erfindungsgemäße Steuerkabel
bemerkenswert flexibel und kann leicht in verschiedenen
Konfigurationen angeordnet werden. Außerdem ist in dem
erfindungsgemäßen Steuerkabel der Lastwirkungsgrad fast der
gleiche, wie bei dem klassischen kugelgelagerten
Steuerkabel, während der Hubwirkungsgrad besser ist, als
bei dem klassischen Steuerkabel.
-
Mit anderen Worten, in der vorliegenden Erfindung ist die
Abschirmschicht flexibel, da diese Abschirmschicht aus
einer Vielzahl von Drähten besteht und die Bandwicklung
eine vogelkäfigartige Verformung aufgrund von axialen
Kompressionkräften verhindert, welche auf die
Abschirmschicht einwirken. Außerdem glättet das
Füllmaterial die Unebenheit der Bandwicklung, ohne die
Flexibilität zu verringern und schaltet Nachteile aus, die
sich aus der Unebenheit ergeben.
-
Die vorgenannten charakteristika, wie zum Beispiel der
Lastwirkungsgrad und der Hubwirkungsgrad, werden
vorzugsweise dadurch verbessert, daß man Nylon 66 für die
Abdeckung des inneren Kabels und eine PBT-
Harzzusammensetzung für das Futter verwendet.
-
Obwohl der Grund der Verbesserung nicht klar ist, wird
angenommen, daß diese Erklärung darin liegt, daß die
Harzzusammensetzung Nylon 66 eine hohe Flexibilität und
hohe Abriebfestigkeiten unter starker Belastung aufweist
und daß daher, wenn eine PBT-Harzzusammensetzung als
Werkstoff für das Futter verwendet wird, eine spezielle
Wechselwirkung ihrer physikalischen Eigenschaften eine
bemerkenswerte Verringerung des Abriebs zwischen dem
inneren Kabel und dem Futter bewirkt.
-
Wie oben beschrieben, hat das erfindungsgemäße Steuerkabel
eine bemerkenswerte Flexibilität im Vergleich zu dem
klassischen kugelgelagerten Steuerkabel, und der
Lastwirkungsgrad und der Hubwirkungsgrad sind fast die
gleichen, wie bei dem kugelgelagerten Steuerkabel. Daher
kann ein komplettes Steuersystem, in dem das
erfindungsgemäße Steuerkabel eingesetzt wird, in einfacher
Weise hergestellt und montiert werden. Die Wartung des
Systems ist leicht durchzuführen.
-
Nachstehend wird eine bevorzugte Ausführungsart des oben
erwähnten Steuerkabels mit Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen im Einzelnen beschrieben.
-
Die Fig. 1 zeigt einen teilweisen Aufriß einer
Vorderansicht einer Ausführungsart des erfindungsgemäßen
Steuerkabels;
-
Die Fig. 2 und 3 zeigen vergrößerte Querschnitte jeweils
des inneren Kabels und des Rohres, die in Fig. 1 gezeigt
sind;
-
Die Fig. 4 zeigt eine schematische Ansicht einer
Vorrichtung für die Messung des Wirkungsgrades von
Steuerkabeln;
-
Die Fig. 5 und 6 zeigen eine perspektivische Teilansicht
und einen Querschnitt eines Beispiels eines klassischen
kugelgelagerten Steuerkabels.
-
In der Fig. 1 ist mit der Bezugsnummer (1) ein inneres
Kabel und mit der Bezugsnummer (2) ein Rohr gekennzeichnet.
-
Das innere Kabel (1) hat einen Kern (3) aus einer Vielzahl
von verdrallten Stahldrähten (3a), wie dies in Fig. 2
dargestellt ist. Der Kern (3) der in der Fig. 2 gezeigten
Ausführungsart besteht aus einem zentralen Strangteil aus
sieben verdrallten Stahldrähten (3a) und einem äußeren
Teil, welcher zwölf Stahldrähte (3b) enthält, welche
spiralförmig um den zentralen Teil in der gleichen oder
entgegengesetzten Richtung gewickelt sind, wie die Drähte
im zentralen Teil.
-
Der Kern (3) hat eine Abdeckung (4), welche an dessen
Außenseite angebracht ist, wie dies noch später beschrieben
wird.
-
Das Rohr (2) enthält ein schlauchförmiges Futter (5), eine
Abschirmsicht (6) aus einer Vielzahl von Stahldrähten, die
schraubenförmig um das Futter (5) gewickelt sind, eine
Bandwicklung (7) aus einem Stahlband (7a) (Fig. 1), die
schraubenförmig um die Abschirmschicht mit einem
verbleibenden schraubenförmigen Spalt gewickelt ist, ein
Füllelement (7b), welches schraubenförmig um die
Abschirmschicht (6) gewickelt ist, um den Freiraum zwischen
benachbarten Wicklungen der Bandwicklung (7) zu füllen, und
eine äußere Beschichtung (8) aus synthetischem Harz, welche
auf der Bandwicklung (7) und dem Füllelement (7b)
angeordnet ist.
-
Die Abdeckung (4) kann aus verschiedenen Arten von
Polyamid, Polyester, Polyazetal, sowie aus einer
Zusammensetzung dieser Harze einschließlich Gummi
hergestellt werden, um einen hohen Grad der
Schlagfestigkeit zu erzielen, oder aus einer
Zusammensetzung dieser Harze bestehen, in der etwas
Schmiermittel, Schmieröl, ein Weichmacher, ein
Flammschutzmittel od.dgl. enthalten sind. Jedoch wird
vorzugsweise eine Substanz aus Nylon 66 verwendet, da Nylon
66 eine gute Flexibilität, sowie gute Gleiteigenschaften
unter hoher Belastung und eine gute Haltbarkeit aufweist.
-
Das innere Kabel (1) mit der oben beschriebenen
Konstruktion kann in einfacher Weise betätigt werden und
hat selbst dann eine gute Flexibilität, wenn das
Steuerkabel in einer beliebigen Richtung gekrümmt ist. Zum
Beispiel kann ein inneres Kabel, das einen Außendurchmesser
von etwa 5 mm hat, wiederholt mit einem Krümmungsradius von
100 mm verwendet werden, und ein inneres Kabel mit einem
Außendurchmesser von etwa 15 mm kann wiederholt mit einem
Krümmungsradius von 300 mm verwendet werden.
-
Für das oben erwähnte Futter (5) des Rohres (2) wird
vorzugsweise eine Zusammensetzung verwendet, welche
Polybutylenterephthalat oder Polyazetal beinhaltet. Das
Futter (5) ist ein Teil, das wiederholt unter hoher Last
gerieben werden kann und eine Abdeckung (4) enthält, welche
auf einen Kernteil (3) aus Stahldrähten hoher Härte
aufgetragen wird. Daher wird von dem Futter (5) eine hohe
Haltbarkeit unter diesen harten Bedingungen gefordert.
Dementsprechend werden vorzugsweise Füllmaterialien, wie
zum Beispiel feine Fasern dem Werkstoff des Futters
beigemischt. Eines der am meisten bevorzugten Materialien
für das Futter ist eine Zusammensetzung aus PBT-Harz mit 1
bis 30 Gew.-% Whiskerkristallen von Natriumtitanat.
-
Die Bandwicklung (7), welche aus einem schhraubenförmig um
die Abschirmschicht (6) gewickelten Band (7a) besteht, ist
ein Element für die Verbindung der Drähte der
Abschirmschicht, um eine vogelkäfigartige Verformung der
Abschirmschicht zu vermeiden. Unter vogelkäfigartiger
Verformung versteht man, daß Drähte der Abschirmschicht
gekrümmt werden und Spalte zwischen eng benachbarten
Drähten entstehen, wenn eine starke Belastung auf das
innere Kabel (1) ausgeübt wird. Um dieser Forderung zu
genügen, wird im allgemeinen als Band (7a) ein bekannter
Stahldraht aus S10C bis S60C in JIS G4051 verwendet,
welcher leicht abgeflacht ist (um einen ovalen Querschnitt
zu erhalten).
-
Das oben erwähnte Füllelement (7b), das in einen
schraubenförmigen Spalt des Bandes (7a) eingefügt wird, ist
ein elastischer weicher Streifen oder Strang aus Filz,
Faservlies od.dgl. Das Füllelement (7b) dient zur Glättung
der der durch die Bandwicklung (7) verursachten zahnartigen
Unebenheiten, ohne dadurch die Flexibilität od.dgl. der
Rohre zu verringern. Das heißt, wenn eine äußere
Beschichtung (8) direkt auf der Außenfläche ohne das
Füllelement (7b) aufgetragen wird, erscheint die Unebenheit
der Bandwicklung (7) unverändert an der Außenfläche. Wenn
sich dann die vorspringenden Teile an der Kante oder Ecke
eines Gegenstandes reiben oder aufgrund der Vibrationen des
Steuerkabels an einen Gegenstand schlagen, können diese
Vorsprünge beschädigt werden. Das oben erwähnte Füllelement
kann solche Probleme vermeiden.
-
Die Außenbeschichtung (8) wird als äußerste Schicht auf das
Rohr (2) aufgetragen, um die Abschirmschicht (6), die
Bandwicklung (7) und das Füllelelement (7b) gegen Rost und
das Eindringen von Wasser zu schützen. Die
Außenbeschichtung (8) kann zum Beispiel aus Polyamid,
Polyetherester, Polypropylen, Polyethylen, Polyvinylchlorid
od.dgl. nach einer bekannten Methode hergestellt werden.
-
Diese, wie oben beschrieben, konstruierten Rohre haben
ebenfalls eine hohe Flexibilität. Danach kann ein Rohr mit
einem Durchmesser von 10 mm mit einem Krümmungsradius von
etwa 100 mm angeordnet werden, und ein Rohr mit einem
Durchmesser von 30 mm kann mit einem Krümmungsradius von
etwa 300 mm angeordnet werden. Das innere Kabel (1) wird
mit einem Schmiermittel, wie zum Beispiel Silikonfett
behandelt werden und wird durch das Rohr (2) geschoben, um
ein Steuerkabel zusammenzufügen. In dem in Fig. 1
dargestellten Steuerkabel wird das Rohr (2) mit Hilfe einer
Außenkappe (11) an einem Gegenstand befestigt. Die
Außenkappe (11) hat einen schlauchförmigen Stemmteil (9),
der an einem Ende des Rohres (2) verstemmt wird, sowie
einen zylindrischen Befestigungsteil (10), welcher sich
kontinuierlich von dem Stemmteil (9) erstreckt. Das
Befestigungsteil (10) besteht aus einem Außengewinde (12)
und wird an einem Ergänzungsteil (13) mit Hilfe von
doppelten Muttern (14) von beiden Seiten befestigt.
-
Das innere Kabel (1) läuft durch den oben erwähnten
Befestigungsteil (10). Das Ende des inneren Kabels (1)
tritt aus dem Befestigungsteil (10) aus und wird an einem
Endgestänge (15) befestigt, um mit einem beweglichen
Ergänzungsteil verbunden zu werden. Ein schlauchförmiger
Stemmteil (16) des Endgestänges (15) wird direkt an der
Außenfläche eines Kernteils (3) verstemmt, nachdem die
Abdeckung (4) abgenommen wurde. Außerdem wird ein
frei liegender Teil des inneren Kabels mit Hilfe einer Haube
(17), wie zum Beispiel einem Faltenbalg geschützt.
-
Nachstehend wird ein erfindungsgemäßes Steuerkabel im
Vergleich zu einem klassischen kugelgelagerten Steuerkabel
mit Hilfe eines Beispiels und eines Vergleichsbeispiels
erklärt.
Beispiel:
-
Zuerst wurden neunzehn Drähte (jeder mit einem Durchmesser
von 2 mm) verdrallt und dann wurde dieser Strang mit Hilfe
eines Kreuzkopf extruders mit einer Schicht aus Nylon 66
beschichtet. Auf diese Weise wurde ein inneres Kabel mit
einem Durchmesser von 12 mm hergestellt.
-
Als nächstes wurde eine Mischung aus 90 Gew.-% PTB
(Polybutylenterephthalat) mit 10 Gew.-% Whiskerkristallen
von Kaliumtitanat extrudiert, um ein schauchförmiges
Futter mit einem Außendurchmesser von 17 mm und einem
Innendurchmesser von 14 mm zu bilden. Dann wurden, wie in
Fig. 3 dargestellt, achtundzwanzig Stahldrähte (jeweils mit
2 mm Durchmesser) in einer leicht schraubenförmigen
Konfiguration um das Futter gewickelt, um eine
Abschirmschicht zu bilden. Eine Stahlwicklung mit 2,4 mm
Breite und 1 mm Dicke wurde schraubenförmig um die
Abschirmschicht mit einem verbleibenden Spalt von 4 mm
Breite gewickelt, um eine Bandwicklung zu bilden, Außerdem
wurde der schraubenförmige Spalt mit einem Füllelement aus
Faservlies aus PET (Polyethylenterephthalat) ausgefülllt.
Danach wurde eine Außenschicht aus Polypropylen darauf
aufgetragen, um ein Rohr mit einem Durchmesser von 26 mm zu
bilden.
-
Nach Auftrag einer angemessenen Menge von Silikonfett auf
das innere Kabel wurden das innere Kabel und das Rohr
miteinander verbunden, um ein Steuerkabel (Zugkabel) zu
bilden..
Vergleichsbeispiel
-
Ein kugelgelagertes Steuerkabel, wie es in den Fig. 5 und 6
dargestellt ist, dessen Kraftüberagungskapazität vier
Tonnen betrug, wurde als Vergleichsbeispiel herangezogen.
-
Jedes der Steuerkabel des Beispiels und des
Vergleichsbeispiels wurde, wie in der Fig. 4 mit
durchlaufenden Strichen U dargestellt, in einer gekrümmten
(U-formigen) Konfiguration mit einem Krümungsradius von
300 mm angeordnet. Der Lastwirkungsgrad ηω = W/F (%) und
der Hubwirkungsgrad ηs (%) der Steuerkabel wurde gemessen.
Die Bezeichnung "F" bedeutet eine Zugkraft an der
Betätigungsseite und "W" bedeutet die Reaktionskraft an der
festen Seite.
-
Der Hubwirkungsgrad ηs wurde wie folgt berechnet:
-
ηs = 80/80 + x 100 (%)
-
darin betragen der Hub 80 mm und der Hubverlust (in Fig.
4) = &sub1;- &sub0; mm ( &sub0; bedeutet die Position bei F = 50 kg
(Ausgangslast); und l bedeutet die Position bei F = 1.200
kg (die Höchstlast)).
-
Außerdem wurde entsprechend der allgemeinen Prüfmethode für
Steuerkabel das Steuerkabel in einer S-förmigen
Konfiguration mit einem Krümmungsradius von 300 mm
angeordnet, wie dies in Fig. 4 in gestrichelten Linien
angedeutet ist, und die oben genannten Wirkungsgrade wurden
gemessen und berechnet.
-
Die erzielten Daten sind in der Tabelle 1 gezeigt.
Tabelle 1
Kabelanordnung
Beispiel
Vergleichsbeispiel
Lastwirkungsgrad ηω (%)
Hubwirkungsgrad ηs (%)
-
Wie in der Tabelle 1 mit Bezug auf den Lastwirkungsgrad
gezeigt, hat das Steuerkabel des Beispiels einen
Lastwirkungsgrad, der gleich demjenigen des
Vergleichsbeispiels war, und der Reibungsverlust ist in
beiden Fällen der gleiche. In Bezug auf den Hubwirkungsgrad
zeigt das Steuerkabel des Beispiels einen besseren Wert,
als das Vergleichsbeispiel.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Steuerkabel wird vorzugsweise
eine Vorspannung vor dessen Einsatz beaufschlagt, um so
schon eine anfängliche Längung des inneren Kabels zu
bewirken. Das heißt, eine Spannkraft, welche etwa 150 bis
300 % der Kraft beträgt, welche eingesetzt werden soll,
wird für eine Dauer von 0,2 bis 5 Stunden beaufschlagt, und
danach wird entlastet. Aufgrund der Vorspannungsbehandlung
wird der Hubverlust des Steuerkabels weiter verringert.
Wenn zum Beispiel ein Steuerkabel mit einer Spannkraft von
0,5 bis 1,5 Tonnen für eine Feststellbremse eines
Schienenfahrzeuges eingesetzt wird, wird das Steuerkabel
vorzugsweise mit einer Vorspannung von generell 1 bis 5
Tonnen, vorzugsweise 3 Tonnen, über einen Zeitraum von 2
bis 4 Stunden beaufschlagt.
-
Wenn die Vorspannung auf das innere Kabel beaufschlagt
wird, wird das Rohr in der gleichen Zeit ebenfalls einer
Vorkompression von 1 bis 5 Tonnen unterworfen. Auf diese
Weise wird eine permanente Verformung, welche in dem Rohr
auftreten könnte, verhindert. Während der
Vorspannungsbehandlung kann die Last entweder
kontinuierlich oder alternierend beaufschlagt werden. Zum
Beispiel werden im letzteren Fall der Lastzustand und der
Entlastungszustand alterniert.