DE69806809T2

DE69806809T2 - Seil für förderanlagen

Info

Publication number: DE69806809T2
Application number: DE69806809T
Authority: DE
Inventors: Mawson Walton
Original assignee: Bridon PLC
Current assignee: Bridon PLC
Priority date: 1997-12-19
Filing date: 1998-12-09
Publication date: 2003-02-06
Anticipated expiration: 2018-12-10
Also published as: NO20003121L; DE69806809D1; GB2332454A9; GB2332454B; AU731792B2; CA2312773A1; ATE221152T1; WO1999032709A1; GB2332454A; NO315803B1; GB9726927D0; MY121699A; EP1040221B1; ZA9811533B; NO20003121D0; AU1495599A; ES2178853T3; EP1040221A1; CA2312773C; US6360522B1

Description

In einem System einer Überlandförderanlage wird ein Drahtseil von einer Reihe von Seilscheiben getragen und geführt, über welche es mit hoher Geschwindigkeit gezogen wird, wobei das Seil nur einen flüchtigen oder tangentialen Kontakt mit den Seilscheiben aufweist. Beispiele von solchen Systemen sind Installationen von oberirdischen Förderstrecken und Installationen für Seilförderbänder.
Ein Problem mit solchen Systemen ist ein vorzeitiger Verschleißausfall des Seiles. Ein anderes Problem besteht in dem Hämmern oder in der Schwingung des Seiles (und der daneben liegenden Trägerstrukturen) und dies kann einen nicht zu akzeptierenden Grad an Lärm und Schwingung erzeugen, was zu einem Störungsfall für die lokale Gemeinde werden kann.
Es wäre wünschenswert, in der Lage zu sein, diese Probleme zu überwinden oder zu mildern.
Wir haben herausgefunden, dass ein herkömmliches Drahtseil 1, wie es in den Fig. 1 und 2 gezeigt wird, welches sechs Drahtlitzen 2 umfasst (jede besteht aus Drähten, die sich schraubenförmig um einen zentralen Draht herum erstrecken) und welches sich schraubenförmig um einen zentralen Kern herum erstreckt, dazu neigt kleine seitliche Verschiebungen zu erleiden, wenn es über eine Seilscheibe 3 hinübergleitet, was auf die wellenförmige Oberflächentopographie des Seiles in der längsverlaufenden Richtung zurückzuführen ist. Die Größe "d" dieser Durchbiegung kann annähernd 1% des Seildurchmessers erreichen, je nach den jeweiligen Profilen des Seiles 1 und der Seilscheibe 3. Wir haben herausgefunden, dass diese kleinen Seilstörungen Schwingungen des Seiles auslösen können. Diese Schwingungen stellen auf Grund von Ermüdungserscheinungen eine Quelle vorzeitigen Verschleißes dar. Weiterhin kann die Seiloberfläche in Mitleidenschaft gezogen werden, was auf ein wiederholtes Hämmern der Seilscheibe auf die Oberseiten der äußeren Drähte des Seiles zurückzuführen ist.
Um ein Eindringen von abreibenden Materialien zu verhindern und um Schmieröl zurückzuhalten, ist es auf dem Gebiet der Seile für Förderstrecken bereits bekannt, ein Seil mit Plastikmaterial zu füllen. Wenn jedoch Füllelemente aus Plastik in den Seilaufbau eingeführt werden, dann kann dies Probleme bei der Herstellung des Seiles verursachen wegen des Unterschieds der physikalischen Eigenschaften zwischen den (Stahl) Drähten und den Plastikelementen.
Es wäre daher wünschenswert, in der Lage zu sein, ein Seil zu liefern, das leichter herzustellen ist als ein gewöhnliches mit Plastik gefülltes Seil.
Das Patent US-A-5 669 214 beschreibt ein Drahtseil gemäss der Präambel des Anspruchs 1. Die Füllelemente sind hergestellt aus einer durch Ziehen oder durch Ziehstrangpressen (Pultrusion), d. h. eine Kombination von Ziehen oder Strecken und von Extrusion, oder durch Extrusion erhaltenen Struktur eines Drahtes oder eines Bandes. Diese erwähnten spezifischen Werkstoffe sind glasfaserverstärkte Epoxyvinylesterharze oder Polyethylene. Eine verstärkende Struktur kann in den Werkstoff integriert werden.
Die vorliegende Erfindung, wie sie in Anspruch 1 dargelegt ist, liefert ein Drahtseil mit einem zentralen Kern, einer Vielzahl von schraubenförmigen äußeren Litzen über dem zentralen Kern, sowie einer Vielzahl von getrennten vorgeformten Füllelementen, in welchen ein Füllelement zwischen einem jeden benachbarten Paar von äußeren Litzen angeordnet ist und sich mit den benachbarten Litzen fest zusammenfügt, wobei sich die Füllelemente zu einer imaginären zylindrischen Hülle des Seiles ausdehnen, wobei ein jedes Füllelement aus einem elastomeren oder polymeren Werkstoff besteht, der eine orientierte molekulare Struktur aufweist, die auf eine Verformung im festen Zustand zurückzuführen ist, wobei die orientierte molekulare Struktur entlang dem Füllelement ausgerichtet ist.
Eine orientierte molekulare Struktur kann durch eine Dehnung im festen Zustand unter Spannung erzeugt werden. Die orientierte Struktur kann eine kristalline oder quasi-kristalline Struktur sein und sie kann einem Whisker ähnliche Kristalle enthalten, deren Länge von dem Grad der Polymerisation und von dem Zug (Verhältnis des anfänglichen Querschnitts zu dem Endquerschnitt) abhängen. Wenn eine Veränderung in der Gestalt des Querschnitts zur gleichen Zeit stattfindet, kann die orientierte Struktur eine zusätzliche Ausrichtung quer zu der längsverlaufenden Richtung aufweisen, d. h. es kann eine biaxiale Orientierung vorliegen, wenn der Werkstoff in eine Querrichtung fließt. Dies ist besonders der Fall, wenn ein Füllelement hergestellt wird, indem ein anfänglich runder Stab im festen Zustand zu einem eingeschnürten Element gestreckt wird.
Die orientierte Struktur versieht das Füllelement mit einer hohen Zugfestigkeit und mit einem hohen Elastizitätsmodul, so dass mit dem Element überwiegend genauso umgegangen werden kann wie mit einem Stahlelement, wodurch die Herstellung des Seiles erleichtert wird.
Die Erfindung wird weiter unten beschrieben, dies anhand eines Beispieles und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, von denen man folgende Darstellungen hat:
Fig. 1 ist eine Seitenansicht teilweise im Querschnitt eines herkömmlichen Seiles, das über eine Seilscheibe in einer Förderanlage läuft, wobei eine Litze des Seiles in Kontakt mit der Seilscheibe steht;
Fig. 2 ist eine ähnliche Ansicht wie die nach Fig. 1, aber mit zwei Litzen in Kontakt mit der Seilscheibe;
Fig. 3 ist ein schematischer Querschnitt eines Seiles in einer ersten Ausführung;
Fig. 4 ist ein schematischer Querschnitt eines Seiles in einer zweiten Ausführung;
Fig. 5 ist ein schematischer Querschnitt eines Seiles in einer dritten Ausführung;
Fig. 6 ist ein schematischer Querschnitt eines Seiles in einer vierten Ausführung;
Fig. 7 ist ein schematischer Querschnitt eines Seiles in einer fünften Ausführung;
Fig. 8 ist eine perspektivische Ansicht eines Längsabschnittes eines Füllelementes des in Fig. 5 gezeigten Seiles;
Fig. 9 ist ein schematischer Querschnitt des Füllelementes der Fig. 8, der die Richtung zeigt, in welcher der Werkstoff während des Streckens im festen Zustand geflossen ist;
Fig. 10 ist eine Graphik der Zugfestigkeit (MPa) gegenüber dem Streckverhältnis in Bezug auf die Streckung eines Polypropylenstabes im festen Zustand, um einen gerippten Stab geringeren Durchmessers herzustellen.
Fig. 11 ist eine entsprechende Graphik des Elastizitätsmoduls des gestreckten gerippten Stabes (GPa) in axialer Richtung; und
Fig. 12 ist eine Graphik der Spannungsbeanspruchung (MPa) gegenüber der Dehnung (%) für ein technisches thermoplastisches Elastomer, vor und nach der Streckung im festen Zustand mit einem Streckverhältnis von 5 : 1.
Bei Bezugnahme auf die Fig. 3 sieht man ein Seil 10, das einen zentralen Kern 11 mit einem unabhängigen Drahtseilkern (IWRC) (IWRC = independent wire rope core) 12 umfasst, der mit einem elastomeren oder polymeren Werkstoff 13 unter Druck so extrudiert worden ist, dass er eine im Wesentlichen glatte zylindrische äußere Oberfläche 14 aufweist. Der IWRC- Drahtseilkern 12 umfasst sechs schraubenförmige Litzen 15, die um eine Kernlitze 16 gewunden sind, wobei jede Litze aus schraubenförmigen Drähten besteht, die um einen zentralen Kern gewunden sind. Der IWRC-12 kann ersetzt werden durch einen Litzen- oder durch einen Faserkern.
Sechs schraubenförmige äußere Litzen 17 sind um den zentralen Kern 11 gewunden, der von größerem Durchmesser ist, und sie sind durch Füllelemente 18, die sich auch schraubenförmig erstrecken, räumlich getrennt angeordnet. Die Darstellung ist insofern schematisch als die Hülle einer jeden Litze 17 als ein Kreis gezeigt ist, obwohl die Litze natürlich aus schraubenförmigen Drähten hergestellt ist, die sich um einen zentralen Kern winden. Jedes Füllelement 18 weist einen verbreiterten Kopfabschnitt 18a auf, der die äußere Furche zwischen benachbarten Litzen ausfüllt und dessen äußere Oberfläche sich der umschreibenden imaginären zylindrischen Hülle des Seiles 10 nähert, und einen verbreiterten Fußabschnitt 18c, der auf dem zentralen Kern 11 ruht und der die innere Furche zwischen benachbarten Litzen ausfüllt, wodurch er sich mit diesen fest zusammenfügt, sowie einen abgeschnürten Zwischenstegabschnitt 18b. Das Füllelement 18 ist aus einem elastomeren oder aus einem polymeren Werkstoff hergestellt, der einachsig oder zweiachsig orientiert worden ist.
Das in Fig. 4 gezeigte Seil 20 unterscheidet sich von dem Seil 10 der Fig. 3 dadurch, dass hier fünf äußere Litzen 17 vorliegen und dass der zentrale Kern 21 eine Litze ist, die im Wesentlichen den gleichen Durchmesser aufweist.
Fig. 5 zeigt einen schematischen Querschnitt des Seiles 30, das ähnlich ist wie das Seil 10 der Fig. 3, die insofern genauer ist als der Querschnitt der Hülle einer jeden äußeren Litze 17 in richtiger Weise gezeigt wird als eine Ellipse, dessen kleinere Achse sich radial erstreckt. Der zentrale Kern 31 ist ein IWRC-Drahtseilkern (oder eine Litze). Die Fußabschnitte 18c der Füllelemente 18 werden gezeigt, wie sie die Litzen 17 von dem Kern 31 in einem räumlichen Abstand getrennt gehalten. Wenn das Seil 30 jedoch unter Spannung steht, werden die Drähte der Litzen 17 und des Kernes 31 sich in den relativ weichen Werkstoff des Fußabschnittes 18c einschneiden, so dass die Litzen in Kontakt mit dem Kern kommen werden.
Die Fig. 6 und 7 zeigen Seile 40 und 50 mit sechs äußeren Litzen 47 und 57, mit einer zentralen Kernlitze 41 und 51 und mit Füllelementen 48 und 58, welche die Litzen 47 und 57 positiv von der Kernlitze 41 und 51 im räumlichen Abstand getrennt halten.
In jeder der oben beschriebenen Ausführungen wird das Füllelement 18 (48, 58) hergestellt durch Verformung im festen Zustand eines gedehnten Körpers eines elastomeren oder polymeren Werkstoffs, der zu einer molekularen Orientierung in der Lage ist. Solch ein Werkstoff kann ein Polypropylen, ein Polyamid oder ein thermoplastisches Elastomer sein, insbesondere ein Polyesterelastomer. Die Streckung im festen Zustand führt in dem Werkstoff dazu, dass der Werkstoff eine orientierte molekulare Struktur erhält, die entlang dem Füllelement ausgerichtet ist. Dies ergibt eine Festigkeit gegenüber einer Zugbeanspruchung und eine Elastizität ohne Beeinträchtigung der Seilflexibilität. Wenn die Verformung im festen Zustand eine Veränderung des Querschnittes mit einbezieht, in der Weise dass der Werkstoff quer zu der Längsrichtung fließt, dann wird die orientierte molekulare Struktur ebenfalls sowohl in der Querrichtung als auch in der Längsrichtung ausgerichtet werden.
Fig. 9 zeigt den Weg, auf dem der Werkstoff fließt, wenn ein Füllelement 18 ausgehend von einem zylindrischen Stab gestreckt wird. Die molekulare Struktur wird sowohl in der Richtung der Pfeile 19 ausgerichtet, d. h. im Allgemeinen radial, als auch in der Längsrichtung, mit einer zusätzlichen Verstärkung des Stegteiles 18b.
Die Fig. 10 und 11 stellen die Wirkung verschiedener Streckverhältnisse auf die Zugfestigkeit und auf den longitudinalen Elastizitätsmodul des Polypropylenstabes dar, wenn dieser gestreckt wird, um eine gerippte Gestalt zu erzeugen.
Fig. 12 stellt die Wirkung der Streckung eines Stabes eines technischen thermoplastischen Elastomers dar (ein Polyesterelastomer, erhältlich unter der eingetragenen Warenmarke HYTREL).
Durch die Auswahl geeigneter Werkstoffe und geeigneter Streckverhältnisse ist es möglich, Füllelemente zu erzielen mit Zugfestigkeiten, die 100 MPa überschreiten, dabei vorzugsweise 200 MPa überschreiten und mit einem besonderen Vorzug 400 MPa überschreiten, und mit einem longitudinalen Elastizitätsmodul, der 2 GPa überschreitet, vorzugsweise 4 GPa überschreitet und mit einem besonderen Vorzug 8 GPa überschreitet.
Verschiedene Veränderungen können innerhalb des Umfangs der Erfindung vorgenommen werden. Insbesondere können die Füllelemente (18, 48, 58) aus einem elastomeren oder polymeren Werkstoff bestehen, der eine Dispersion von verstärkenden Fasern enthält, die vorzugsweise entlang der Längsrichtung orientiert sind. Der zentrale Kern (11, 21, 31, 41, 51) kann einen zylindrischen Stab aus einem elastomeren oder polymeren Werkstoff enthalten, der eine orientierte molekulare Struktur aufweist, die entlang dem Kern ausgerichtet ist. Die Füllelemente (18, 48, 58) können so ausgelegt werden, dass sie sich gerade über die zylindrische Hülle der äußeren Litzen (17, 47, 57) erstrecken, z. B. bis zu 5% des Seildurchmessers, um ihre Elastizität relativ zum Stahl zu ermöglichen und um die Abnutzung zu ermöglichen.

Claims

1. Drahtseil mit einem zentralen Kern (11; 21; 31; 41; 51), einer Vielzahl von schraubenförmigen äußeren Litzen (17; 47; 57) über dem zentralen Kern, sowie einer Vielzahl von getrennten vorgeformten Füllelementen (18; 48; 58), in welchem ein Füllelement zwischen einem jeden benachbarten Paar von äußeren Litzen angeordnet ist und sich mit den benachbarten Litzen fest zusammengefügt, wobei sich die Füllelemente zu einer imaginären zylindrischen Hülle des Seile ausdehnen, dadurch gekennzeichnet, dass ein jedes Füllelement (18; 48; 58) aus einem elastomeren oder polymeren Werkstoff besteht, der eine orientierte molekulare Struktur aufweist, die auf eine Verformung im festen Zustand zurückzuführen ist, wobei die orientierte molekulare Struktur entlang dem Füllelement ausgerichtet ist.

2. Drahtseil gemäss Anspruch 1, in welchem die orientierte molekulare Struktur auch im Allgemeinen in einer radialen Richtung des Seiles ausgerichtet ist.

3. Drahtseil gemäss Anspruch 1 oder Anspruch 2, in welchem ein jedes Füllelement geformt worden ist indem ein anfänglich runder Stab im festen Zustand gestreckt worden ist.

4. Drahtseil gemäss irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, in welchem die Zugfestigkeit eines jeden Füllelementes 100 MPa übersteigt, vorzugsweise 200 MPa übersteigt und mit einem besonderen Vorzug 400 MPa übersteigt.

5. Drahtseil gemäss irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, in welchem der Elastizitätsmodul eines jeden Füllelementes in der Längsrichtung 2 GPa übersteigt, vorzugsweise 4 GPa übersteigt und mit einem besonderen Vorzug 8 GPa übersteigt.

6. Drahtseil gemäss irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, in welchem die Füllelemente aus Polypropylen, Polyamid oder Polyester bestehen.

7. Drahtseil gemäss irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, in welchem die Füllelemente aus einem thermoplastischen Elastomer bestehen.

8. Drahtseil gemäss irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, in welchem ein jedes Füllelement (18) einen verbreiterten Kopfabschnitt (18a) aufweist, der eine äußere Furche zwischen einem Paar benachbarter Litzen (17) ausfüllt, einen verbreiterten Fußabschnitt (18c), der eine innere Furche zwischen den benachbarten Litzen (17) ausfüllt, und einen abgeschnürten Zwischenabschnitt (18b), wobei der Fußabschnitt (18c) vorzugsweise auf dem zentralen Kern (11; 21; 31; 41; 51) aufruht.

9. Drahtseil gemäss irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, in dem die Füllelemente sich über die imaginäre zylindrische Hülle der äußeren Litzen hinaus erstrecken.

10. Drahtseil gemäss irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, in welchem ein jedes Füllelement aus einem elastomeren oder polymeren Werkstoff besteht, der eine Dispersion von verstärkenden Fasern enthält, die vorzugsweise entlang dem Füllelement orientiert sind.

11. Drahtseil gemäss irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, das fünf oder sechs äußere Litzen (18; 48; 58) aufweist.

12. Drahtseil gemäss irgendeinem der Ansprüche 1 bis 11, in welchem der zentrale Kern einen zylindrischen Stab aus einem elastomeren oder polymeren Werkstoff umfasst, wobei dieses Material eine molekulare Struktur aufweist, die entlang dem Kern ausgerichtet ist.

13. Drahtseil gemäss irgendeinem der Ansprüche 1 bis 11, in welchem der zentrale Kern (11) eine Litze oder einen unabhängigen Drahtseilkern (12) umfasst, der mit einem elastomeren oder polymeren Werkstoff (13) unter Druck extrudiert worden ist.